エネルギー効率

サンキー ダイアグラム
入力=出力+損失、効率=出力/入力

エネルギー効率︵エネルギーこうりつ︶とは、広義には投入したエネルギーに対して回収︵利用︶できるエネルギーとの比をさす。狭義には、燃焼反応のうちどれだけのエネルギーが回収できるかという比率のこと。それに伴い燃焼して反応した時はエネルギーに対して効率が良いと考えられる

概要

求める出力とそれを得る為に消費した入力との割合である。熱機関におけるエネルギー効率は熱効率とも称され、高温熱源から入る熱量を $Q_{1}$$Q_{1}$、低温熱源へ排出される熱量を $Q_{2}$$Q_{2}$とすると、熱効率 $\eta$$\eta$は

$\eta ={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}}=1-{\frac {Q_{2}}{Q_{1}}}$$\eta ={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}}=1-{\frac {Q_{2}}{Q_{1}}}$
で与えられる。

必ずしも、投入したエネルギーと回収︵利用︶できるエネルギーの形態は、同一ではない。例えば、太陽電池の場合、受光エネルギーに対する、出力電気エネルギーの比で、エネルギー効率をさす場合もある。ただし、この場合においては変換効率と称することが多い。

エネルギー変換効率

エネルギーを他の形態に変換する場合は、その効率は入力エネルギーと出力エネルギーを同一のエネルギー単位に換算してもとめられる。火力発電の場合、燃料の保有発熱量が入力エネルギー、電気エネルギーが出力エネルギーであり、いずれもジュールに換算することで効率が得られる。なお、電気エネルギーに変換されなかった分が廃棄熱︵エネルギー︶に相当する。　全世界の2008年度発電実績は消費エネルギーは石油換算トン(ktoe)4,398,768キロトンで生産電力はグロスで1,735,579ktoe相当の電力(20,185TWh)、最終消費に供給された電力は1,446,285ktoe相当の電力(16,430TWh)であった。グロスの効率は39％、最終効率は33％となる。

エネルギー変換効率の一覧

下記の表はエネルギー変換効率(独版)他より。

効率は前工程・機器等での消費や損失は考慮していない。エネルギー変換工程・機器への直近に投入されるエネルギーと出力との比較である。

エネルギー変換効率

変換形態	入力 エネルギー	有効出力	効率  %	備考
火力発電 (石炭)	化学	電力	40–43
コンバインドサイクル発電	化学	電力	50–60	燃料が天然ガスの場合
CHPコージェネ	化学	電力、熱	65-75, <98	発電効率15～33パーセント、総合効率で65～75パーセントが可能である。
原子力発電	原子力	電力	33	独版には「効率は10%」の注意書きがある。
水力発電	力学	電力	80–90	水を高所に上昇させる過程を含む揚水発電の効率は70％程度。
風力発電	力学	電力	<59
太陽光発電	電磁波(太陽光)	電力	5–40	普及品12％～21%、理論限界85-90％
MHD発電 (電磁流体発電)	熱源	電力	<30
全世界の発電効率	すべて	電力	39	総合効率は33％、電力の内部消費、送電ロスなどで減少。2008年度の実績
水の電気分解	電力	化学	70
エネルギー変換機械・装置
燃料電池	化学	電力	30–70
熱電対	熱	電力	3–8
蒸気機関	熱	動力	3–44
スターリングエンジン	熱	動力	10–66
オットーサイクル	化学	動力	10-37
ガソリンエンジン (自動車)	化学	動力	20-51
ディーゼルエンジン	化学	動力	< 50
2ストローク低速ディーゼル	化学	動力	55	大型船舶用
パルスジェット	化学	動力	?
タービンエンジン (航空機)	化学	動力	40
電気モーター	電力	動力	20–99.5	出力200W以上のモーターでは70％以上
自転車用ダイナモ	力学	電力	20–65	高効率のハブダイナモもあるが、一般のタイヤ・リム式の効率は20%前後。
発電機	力学	電力	95–99.5
白熱電球	電力	電磁波(可視光)	3–5	ハロゲンランプを除く
蛍光灯	電力	電磁波(可視光)	28	英版より
LED	電力	電磁波(可視光)	5–25
送信機	電力	電磁波(電波)	30–80
高電圧送電	電力	電力	95	高圧送電網における電線路の距離（長さ）に依存しない（送電ロスを含まない）多段階の変電所および柱上変圧器における変換効率である。
スイッチング電源	電力	電力	50–95
変圧器	電力	電力	50–99.8
インバータ	電力	電力	93–98
スピーカー	電力	音波	0.1–40	一般にハイファイスピーカーでは 0.3
歯車ポンプ	力学	動力	< 90
熱源
キャンプファイヤー/囲炉裏/火鉢	化学	熱	< 15	裸火であり調理の為の熱源とだけみれば効率は良くないが、同時に照明、暖房効果もある。
かまど/七輪	化学	熱	？
ガスコンロ	化学	熱	60–70
電気コンロ	電力	熱	50–60
電磁調理器	電力	熱	83
暖炉	化学	熱	10–30
ガスヒーター	化学	熱	80–90
石炭ストーブ (家庭用)	化学	熱	30–50
石炭ストーブ (工業用)	化学	熱	80–90
冷蔵庫	電力	熱(冷却)	20–50
太陽熱パネル	電磁波(太陽光)	熱	< 85
投げ込みヒーター	電力	熱	< 98
自然界
光合成	電磁波(太陽光)	化学	35
蛍	化学	電磁波(可視光)	< 95
デンキウナギ	化学	電力	？
人間の骨格筋	化学	動力	20–30
その他
採炭から燃焼まで	化学	熱	30–60
光合成によるバイオマスの生産からその燃焼まで	電磁波(太陽光)	化学	0.1–2.5

脚注

注釈

(一)^ ^abGesamtwirkungsgrad, d. h. auch einschließlich Energie, die zur Bereitstellung der Reaktionsmoleküle erforderlich ist.

(二)^ The efficiency of nuclear power plants, according to official methods (IEA, EUROSTAT: efficiency approach) with 33% (= efficiency of an average thermal power plant) is fictitious, because the nuclear fuel (eg uranium) is not a simple way a kind of energy value (as with fossil fuels) is assigned can be, ie there is physical / chemical no clearly defined primary energy. Based on the total energy gap of U235, the efficiency of a nuclear power plant in nearly 10%. this approach, but additional costs of reprocessing the fuel rods to be factored in the case.

(三)^ IEA/OECDの資料より。詳細は発電を参照。

(四)^ Wirkungsgrad der Kohleförderung: Wie viele Tonnen Braun- bzw. Steinkohle muss ich fördern und für die Produktionsanlagen verstromen, um eine Tonne verkaufen zu können?

出典

(一)^ IEC/OECDの2008年度エネルギー収支より、2011年6月閲覧

(二)^ 2013年10月現在太陽光発電の効率

関連項目

●エネルギー収支比

●燃費

●熱効率

●発光効率 - 照明器具の効率を表す指数でエネルギー変換効率とは異なる。

●成績係数︵COP︶ - 温調器具の効率を示すものでエネルギー変換効率とは異なり100%以上の数値となる場合もある。

●発電

●消費電力

●エネルギーの経済効率

●高効率エネルギーシステム