Energie en eXergie


Energie kan in veel vormen voorkomen, denk aan elektriciteit, warmte, zonne-energie, brandstoffen etc. De ene energievorm is waardevoller dan de andere. Elektriciteit kan bijvoorbeeld vrij gemakkelijk in warmte worden omgezet, andersom is moeilijker, zie hiervoor ook de Carnot-kringloop.

Exergie wordt de ‘kwaliteit van energie’ genoemd en is het nuttige deel van een energiestroom. Het deel van een energiestroom dat niet nuttig is, heeft ook een naam: anergie. Energie bestaat dus uit exergie en anergie, resp. een nuttig en een niet-nuttig deel. Elektriciteit kan volledig nuttig worden ingezet; de exergiewaarde van elektriciteit is gelijk aan de energiewaarde. Elektriciteit heeft een hogere kwaliteit dan warmte. Voor een warmtestroom geldt dat hoe hoger de temperatuur, hoe meer nut die stroom heeft en dus hoe groter de exergiewaarde is, zoals weergegeven in onderstaande figuur.


De energie- en exergie-inhoud van 100 kJ warmte als functie van de temperatuur van die warmte. De omgevingstemperatuur is 15 °C.

Volgens de eerste hoofdwet van de thermodynamica gaat energie nooit verloren. De term ‘energieverlies’ is dus niet correct. Wat wel altijd verloren gaat is exergie. Waar bij energieanalyses alleen rekening wordt gehouden met de eerste hoofdwet van de thermodynamica, houdt het exergiebegrip ook rekening met de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Volgens deze tweede hoofdwet kan arbeid (elektriciteit) zonder meer in warmte worden omgezet, maar warmte niet zonder meer in arbeid.

Bij elk proces en elke handeling treedt exergieverlies op, met andere woorden: gaat kwaliteit van energie verloren. Voor een deel is dit kwaliteitsverlies onvermijdelijk, maar vaak kan het beperkt worden. Beperken van het kwaliteitsverlies houdt veelal een besparing van grondstoffen en energie in. Kwaliteitsverlies, exergieverlies, wordt niet zichtbaar gemaakt met energie­analyses.

Uit onderstaande figuur blijkt dat de resultaten van energie- en exergieanalyses tot verschillende conclusies kunnen leiden met betrekking tot de te verbeteren secties van een proces. Volgens de resultaten van de energieanalyse heeft de zuiveringssectie van het ICI lage-druk methanolproces namelijk het grootste verbeterpotentieel, maar volgens de exergieanalyse gaat de meeste exergie verloren bij de productie van synthesegas.


Energiegebruik en exergieverliezen in de secties van het ICI lage-druk methanolproces (Stougie (2014)w).

Door Rosen (2006a), Rosen (2006b) en Stougie (2014) wordt ingegaan op de verschillen tussen energie- en exergieanalyse en de voordelen die exergieanalyse voor industrie, overheid en maatschappij heeft op het gebied van energie, milieu en economische ontwikkeling. Voor een analyse van de aarde als geheel en van de subsystemen biosfeer, het menselijke energiesysteem en de menselijke bevolking zelf wordt verwezen naar Rosen and Scott (2003a) en Rosen and Scott (2003b). Door hen wordt o.a. ingezoomd op de waterkrachtcentrales bij de Niagara watervallen, kolengestookte elektriciteits­productie en verschillende manieren voor ruimteverwarming in huizen, tevens wordt kort ingegaan op brandstofcellen.

Achtergrondinformatie


website Doe meer met de kwaliteit van energiew (introductie exergie, berekening exergiewaarden, -verliezen etc)
syllabus Exergieanalysew (o.a. berekening exergiewaarden en -verliezen)
proefschriftw (Exergy and Sustainability - Insights into the Value of Exergy Analysis in Sustainability Assessment of Technological Systems)

Bronnen

Rosen (2006a), Rosen, M.A. (2006a). Benefits of exergy and needs for increased education and public understanding and applications in industry and policy: Part I - Benefits. International Journal of Exergy 3(2): 202-218
Rosen (2006b), Rosen, M.A. (2006b). Benefits of exergy and needs for increased education and public understanding and applications in industry and policy: Part II - Needs. International Journal of Exergy 3(2): 219-229
Rosen and Scott (2003a), Rosen, M.A. and D.S. Scott (2003a). Entropy production and exergy destruction: Part I - Hierarchy of Earth's major constituencies. International Journal of Hydrogen Energy 28: 1307-1313
Rosen and Scott (2003b), Rosen, M.A. and D.S. Scott (2003b). Entropy production and exergy destruction: Part II - illustrative technologies. International Journal of Hydrogen Energy 28: 1315-1323
Stougie (2014), Stougie, L. (2014). Exergy and Sustainability - Insights into the Value of Exergy Analysis in Sustainability Assessment of Technological Installations. proefschrift, TU Delft

Laatste wijziging: 01-11-2017
Creative Commons-Licentie
Deze publicatie valt onder een Creative Commons licentie. Zie hiervoor het colofon.