I. Рост энтропии: энергия «обесценивается»
Другая формулировка второго закона: энтропия изолированной системы только возрастает и никогда не убывает. Любая теплопередача, любое дросселирование, любое смешивание увеличивают энтропию, то есть «доступность» энергии падает. 1000 кДж тепла при 300°C и 1000 кДж при 30°C различаются по энтропии и по способности совершать работу.
II. Что такое эксергия
Эксергия, обозначение E, — это та часть энергии, которую теоретически можно максимально превратить в полезную работу при заданном окружении. Энергия = Эксергия + Анергия (неиспользуемая часть). Для тепла Q при температуре T относительно температуры окружения T0:
E = Q · (1 − T0 / T)
Как видно, чем ближе температура к окружению, тем ближе эксергия к 0. Охлаждающая вода 35°C содержит много тепла, но её эксергия почти нулевая — возвращать его на отопление допустимо, а пытаться вырабатывать из него электричество — убыточно.
III. Использование эксергии для решений об утилизации
- Высокоэксергетическое тепло уходящих газов (высокотемпературный дымовой газ): Возвращать в первую очередь, высокая ценность на единицу тепла;
- Низкоэксергетическое тепло (низкотемпературный сток): Оправдано лишь когда сторона теплопотребления тоже низкотемпературная и оборудование дёшево;
- Разбавленное низкотемпературное тепло большого расхода: Сначала рассмотреть концентрирование или повышение давления, затем утилизацию.
IV. Практическая схема оценки
При реализации проекта утилизации тепла рекомендуется сначала составить таблицу «температура-эксергия»: отсортировать каждый поток отходов по температуре, затем сопоставить с потребностями в тепле. Положительную отдачу дают лишь пары, где температура тепла уходящих газов заметно выше температуры теплопотребления. Корень многих проваленных проектов — использование дорогого оборудования для возврата кучи «анергии»: в бухгалтерии тепла много, а фактическая эксергия отрицательна.
Помните: возвращается эксергия, а не всё тепло. Взгляд на общее делает оптимистом; взгляд на эксергию держит ясной голову.