71,8K подписчиков

Может ли КПД быть больше 100%?

Как оказалось, это не такой простой вопрос, так как я опять столкнулся с тем, что некоторые люди не понимают буквально школьных основ физики.

Это не страшно. Я тоже много чего не знаю и не понимаю.

Страшно, что при этом эти люди берутся обсуждать вопросы использования энергии человечеством не желая разобраться и понять как считается, например, суммарный (итоговый) КПД последовательных систем.

Вот цитата из недавнего обсуждения ИТОГОВЫХ КПД ДВС и электромобилей:

Как оказалось, это не такой простой вопрос, так как я опять столкнулся с тем, что некоторые люди не понимают буквально школьных основ физики.  Это не страшно. Я тоже много чего не знаю и не понимаю.

Другой пример вынесен в заголовок публикации. Попробуйте на него ответить))

На первый взгляд кажется, что ответ отрицательный - КПД не может быть больше 100%. Ведь это противоречило бы фундаментальному закону природы - Закону сохранения энергии. Нельзя получить энергии больше, чем было вложено.

Но на самом деле это не так.

Нет, Закон сохранения энергии, конечно же, не может нарушаться.

Но вот ПОЛЕЗНОСТЬ в разных ситуациях может определяться по разному, исходя из условий.

Например, какое КПД сжигания природного газа?

  1. Если "полезность" определяется как тепло (например, для целей обогрева), то КПД установки по получению тепла можно считать 100%.
  2. Если полезность определяется как получение механической и/или электрической энергии, то КПД такой установки сразу падает до 20-60%, в зависимости от типа установки.
  3. КПД установок когенерации может достигать 98%.
    Там КПД считается как отношение суммы электрической и ПОЛЕЗНОЙ тепловой энергии (то есть, той части тепловой энергии, которую удалось использовать на пользу (обогрев)) к исходной энергии топлива.

Как видно, КПД одного и того же процесса (сжигания природного газа) может быть совершенно разным, в зависимости от того, что мы понимаем под полезностью.

Но кроме "полезности" при расчете КПД можно еще по разному понимать "вредность" установки - какая энергия подается на вход установки.

Например, можно учитывать не всю поданную энергию, а только энергетические затраты на ее получение.

И тогда КПД может быть и более 100%.

Более того.

Весь смысл добычи энергоресурсов в этом и состоит - энергетические затраты на добывание энергоресурсов МЕНЬШЕ, чем эти энергоресурсы дают энергии.

Если энергетические затраты на добывание энергии больше, чем получается энергии, то такие процессы экономически не рентабельны и требуют тех или иных дотаций, как это сейчас происходит при использовании солнечных панелей и ветрогенераторов.

Обычно для этих целей (видимо чтобы не смущать неокрепшие умы величиной КПД более 100%) используются термины EROEI (англ. energy returned on energy invested) - сколько энергии вернется, если (в данный процесс) вложить столько то энергии.
Но и КПД обычной тепловой машины также можно сформулировать в терминах EROEI.
У тепловой машины EROEI будет 20-60%, для современных установок.
Например, вкладывается 100Дж тепла и получается 20-60Дж механической энергии.

Другим примером систем с КПД более 100% являются тепловые насосы. Но об этом как-нибудь в другой раз))

Ну и конечно, при подсчете "суммарного" или ИТОГОВОГО КПД нескольких последовательных процессов, нужно ПЕРЕМНОЖАТЬ КПД отдельных процессов.

Непонимания этого приводит вот к таким, мягко говоря, не очень умным заявлениям:

Сложить, конечно же, невозможно, если понимать под этим формальную процедуру арифметического сложения. Но под "сложением", как было написано выше, понимают перемножение.

Ну или можно складывать логарифмы КПД))

Если уж вы интересуетесь энергетикой, не поленитесь полистать школьный учебник по физики и проверьте свои знания на школьном задачке Рымкевич. Там есть ответы))

И тогда вы не будете допускать таких нелепых ляпов в элементарных вопросах!))

Алексей