Virkningsgrad
Virkningsgrad – hvor mye av energien utnyttes?
Virkningsgrad viser hvor effektiv en prosess er. Den forteller hvor mye av energien som kommer til nytte, og hvor mye som går tapt. Dette kaller vi gjerne effekttapet. Det betyr ikke at energien forsvinner, men at den går over til en annen form som ikke er nyttig.
Effekt og energi
Effekt og energi er to begreper som ofte brukes litt om hverandre. Det er ikke så rart, for begrepene henger tett sammen.
Effekt er et mål på hvor raskt energi brukes eller overføres. Måleenheten for effekt er watt (W). 1 watt = 1 joule per sekund.
Energi brukes når det er snakk om hvor mye energi som brukes eller overføres. Måleenheten for energi er joule (J).
For eksempel har en varmeovn med effekt på 2 000 watt et energiforbruk på 2 000 joule per sekund.
Regne ut virkningsgrad
Vi kan regne ut virkningsgraden slik:
Med symboler skriver vi det slik:
Legg merke til at det ikke har noe å si om du bruker verdiene for energi (E) eller effekt (P) når du regner ut virkningsgraden, men pass på at du bruker bare én av delene i samme regnestykke.
Oppgave:
Ei maskin får tilført 1000 W energi. 350 W blir utnyttet av maskina. Hva er virkingsgraden til maskina?
Energioverganger gir energitap
En energikjede viser hvordan energi går fra en form til en annen gjennom flere energioverganger.
I hver energiovergang blir energi mindre nyttbar, for eksempel som varme eller lyd.
Vi vil alltid ha et energitap når energi overføres fra en form til en annen. Det betyr at virkningsgraden alltid vil være lavere enn 1 (eller 100 prosent).
Eksempel på energikjede for en bensinbil:
kjemisk energi → bevegelsesenergi → varme og lyd
I en bensinmotor i en bil vil det være stor forskjell mellom den energien som i utgangspunktet finnes kjemisk i bensinen, og den energien som blir overført til bevegelse for bilen. Mye av energien forsvinner som varme og lyd. Derfor har en bensinmotor lav virkningsgrad. Den kan typiske være på rundt 0,3. Det vil si at bare 30 prosent av den tilførte energien brukes til framdrift for bilen.
Tenk gjennom!
Finn et eksempel fra det framtidige yrket ditt der virkningsgrad er viktig.
Jakten på høyest mulig virkningsgrad
For å vurdere hvor effektive ulike løsninger er, må vi se på virkningsgraden. Er vi bevisste på energitapet ved energioverganger, kan vi spare både penger og miljøet. De som lager biler, solcellepaneler og andre energiløsninger, oppgir ofte det som kalles teoretisk virkningsgrad. Den viser hvilken effekt vi kan forvente under perfekte forhold, det vil si forhold vi som regel bare har i laboratorier. I daglig bruk er virkningsgraden som regel en del lavere.
Tabellen nedenfor viser virkningsgrad for noen prosesser.
Prosess | Virkningsgrad | Energiovergang |
|---|---|---|
| Solcellepanel | 15–30 % | strålingsenergi til elektrisk energi |
| Solfanger | 50–80 % | strålingsenergi til varmeenergi |
| Bensinmotor | 14–33 % | kjemisk energi i bensin til bevegelesesenergi i hjula |
| Vannturbin | 50–95 % | bevegelsesenergi til elektrisk energi |
Hvis du skulle velge mellom solceller og solfanger, virker det kanskje mest fornuftig å velge solfanger siden den har såpass mye høyere virkningsgrad? I tillegg til virkningsgraden må vi også vurdere hva slags type energi vi får.
Lavverdig eller høyverdig energi?
En solfanger leverer varmeenergi som stort sett bare brukes til oppvarming. Derfor er varmeenergi et eksempel på det vi kaller lavverdig energi.
Solcellepanelet, derimot, leverer elektrisk energi som er høyverdig fordi energien kan omdannes til andre energiformer, og den kan brukes til mange ulike formål.
Vannkraft er en av de mest effektive måtene å overføre energi på. Over 80 prosent av bevegelsesenergien i vannet omdannes til elektrisk energi. Dette er også en av grunnene til at pumpet vannkraft (tilbakepumping av vann til magasinet) er energiøkonomisk lønnsomt.
Høy virkningsgrad betyr altså ikke alltid at det er den beste løsningen. Vi må også vurdere hva slags energi vi får.
Virkningsgrad i energilagring
Når vi lagrer energi, vil det alltid være energitap både når energien lagres og når den tas i bruk igjen.
Ved å lagre overskuddsenergi kan vi samkjøre tilbud og etterspørsel bedre. Hvordan vi lagrer energien, har stor betydning for hvor mye av energien vi får tilbake når vi trenger den.
Lagringsmetode | Virkningsgrad |
|---|---|
| Batteribank | 90 % |
| Svinghjul | 85 % |
| Hydrogen | 40 % |
Hva man velger å satse på som energilager i et land, avhenger ofte av geologien og infrastrukturen i landet. Det gir lite mening for Danmark å satse på pumpet vannkraft. I Norge, derimot, er vannkraft et godt alternativ.
Jo flere ledd det er i lagringen, desto lavere blir den totale virkningsgraden. Vi må vurdere både økonomiske kostnader, naturinngrep og virkningsgrad for å ta kloke energivalg.