物質從高溫、高壓的狀態變為低溫、低壓時可以釋放出能量，並通過某種機器利用其中一部分能量做功。但若機器本身的狀態不變時，在做功過程中一部分能量總是以熱量的形式排到低溫，能夠做功那部分能量最多不能超過釋出的總能量的一定的份額。這最大可能做功的能量份額稱為有效能。
基本介紹
- 中文名：有效能
- 外文名：available energy
- 性質：做功的能量
- 套用：減少能量變質以節省能耗的途徑
定義,計算,特性,套用,
定義
一般而言，有效能的概念是針對熱能而言的，熱能被稱作“低質能量”，它在做功時只能部分地轉化為有用功，另一部分不能轉化為有用功的被稱為無效能。
有效能是理論上可以轉化為任何其他能量形式的能量，或者說，是以熱力學平衡環境（簡稱平衡環境或環境）為基準，通過可逆變化可以轉化為有用功的能量。它可說是能的“量質兼顧”的量度。反之，不能轉化為有用功的能量稱為無效能。所以：
能=有效能+無效能
有效能B與能E之比B/E=R稱為能級,是能量質量(品位)的量度。有效能分析是過程熱力學分析的主要方法。
計算
熱力學平衡環境是溫度T0、壓力p0(101.325kPa)的一無限大的平衡體系，作為能量和物質兩者的源和阱，它在溫度不變時供熱或受熱，在組成不變時供給或接受物質。系統對環境所作的體積功為無用功；扣除無用功之外的其他各種功，如機械功、電功等都是有用功。與環境達到平衡的系統內能，不能轉化成有用功，所以是無效能。
熱量有效能BQ 是系統的熱量通過在給定環境下工作的可逆熱機所能作出的最大有用功。當系統溫度恆定時，可用下式計算：
式中Q為熱量，系統吸熱時為正值，放熱時為負值；(1-T0/T)為卡諾因子，即熱機效率，其中T和T0分別為系統和環境的溫度。此式表明：系統溫度與給定環境溫度相等時，熱量有效能為零，即這時的熱量全部是無效能。
系統有效能可分為物理有效能和化學有效能。處於一定狀態下的系統，經過可逆的（不包括擴散）物理過程，與給定環境達到熱平衡和力平衡時所能提供的最大有用功為物理有效能。進一步經過可逆的擴散過程和化學過程，與給定環境達到化學平衡時所能提供的最大有用功為化學有效能。
定態流動過程中物流的物理有效能為：
Bph=H-H0-T0(S-S0)
式中H、S和H0、 S0分別為物流在系統狀態和給定環境時的焓和熵。化學有效能Bch原則上也用上式計算，但需要套用標準生成自由焓和元素化學有效能的數據。
特性
有效能具有以下特性：
①根據熱力學第一定律，在一切過程中，有效能和無效能的總量不變；
②根據熱力學第二定律，自然界中一切過程都是具有方向性和不可逆性的，同樣有效能的變化也具有方向性和不可逆性：在可逆過程中，有效能守恆；在不可逆過程中，由於有效能向無效能轉化，有效能不斷減少。
由過程不可逆性引起的有效能轉化為無效能的損失，稱為有效能損失。它是能量變質的量度，可用下式計算：
DEx=T0ΔSg
式中 ΔSg是過程的不可逆性熵增量。不可逆性的主要來源包括摩擦、溫差的傳熱、濃差的擴散及不平衡的化學反應等。減少過程阻力、推動力或速率，可以減少有效能損失，是過程節能的重要途徑。但是在許多情況下,有效能損失是有價值或效益的，並非越小越好。
有效能效率 也稱熱力學效率，是過程熱力學完善程度的一種量度，因而也是過程用能好壞的重要評價指標。根據效率的普遍定義：
有效能效率=有效能效益/有效能消耗
有效能消耗=有效能效益+有效能損失
套用
在有效能分析基礎上可以找到減少能量變質以節省能耗的途徑。它的主要特點是節能於變廢之前，而不是利用於變廢之後。例如，卜內門化學工業公司大型低壓甲醇裝置儘管廢能的量還相當大,但品位很低,難以再回收利用。然而，按照減少變質的途徑，仍有節能潛力可挖。由於轉化工序有效能損失最大，計畫開發一種更耐熱的爐管材料,使轉化管出口溫度從目前的880°C提高到950°C，則可進一步節能。
節能的熱力學或熱經濟學方法發展很快。例如，熱的有效能圖法是以熱的有效能圖分析和綜合為基礎，以過程熱集成為特點的節能型過程設計方法，已經套用在換熱、蒸餾、反應、深冷等化學工藝系統的設計改進中。又如，蘇聯科學院院士Β.Β.卡法羅夫等人提出熱經濟最佳的化學工藝系統構成法等，對實際工作有一定指導意義。美國國家標準局的研究報告認為，有效能分析在過程的研究、開發和設計中最為有用。
