Przepływ energii

Przepływ energii to proces przekazywania energii fizycznej pomiędzy różnymi systemami technicznymi lub naturalnymi. W technologii energetycznej mówi się również o transmisji energii . Siła przepływu energii to osiągnięcie .

Ekologiczny i techniczny przepływ energii

W ekologii , przepływ energii oznacza przenoszenie energii i konwersji energii wypromieniowanej energii słonecznej (lub istniejącej energii chemicznej) w ekosystemie przez biomasę w pierwotnych producentów i późniejszego łańcucha pokarmowego (konsumentów i niszczące łańcucha ). Przepływ energii, podobnie jak moc fizyczna , jest mierzony jako energia na okres czasu . Dlatego ma na przykład jedną z następujących jednostek , których symboli jednostek nie należy wpisywać w nawiasy kwadratowe ( DIN 1313 ):

W (= wat ),
J / s (= dżule na sekundę, 1 J / s = 1 W),
J / d (= dżule dziennie),
HP (tradycyjna moc jednostki inżynieryjnej , 1 HP = 735,5 W)

W energetyce wykorzystywane są inne jednostki, m.in. B.

kWh / d (= kilowatogodziny dziennie) lub
tSKE / a (= tony jednostek węgla kamiennego rocznie)

Jeżeli przepływ energii nie jest podany dla jednostki, populacji lub instalacji technicznej, ale dla rozproszonego źródła energii (np. w produkcji pierwotnej pola kukurydzy, w technologii w konwersji energii kolektora słonecznego), wówczas podaje się obszarowy Włącz, np. B.

J / (m ² × d) (= dżule na metr kwadratowy i dzień) lub
W / m ² (= waty na metr kwadratowy).

W technologii przepływ energii można opisać w tych samych jednostkach, co w ekologii (patrz schemat przepływu energii ), np. B. przepływ energii siły wody ( energia pierwotna jako energia potencjalna nagromadzonej wody) nad uzyskaną z niej energią elektryczną ( energia wtórna lub energia ) oraz zasilanie sieci trakcyjnej w celu przetworzenia energii kinetycznej pociągów ( energia końcowa i użyteczne ). Przy takim transferze energii duża część energii jest często uwalniana jako ciepło odpadowe , na przykład z powodu strat sieciowych .

Oba systemy przepływu energii, zarówno ekologiczny, jak i techniczny, opierają się na zasadzie wielokrotnej konwersji energii , która działa z pewnym stopniem wydajności przy każdej konwersji . Z każdym przejściem od jednej formy energii do drugiej uwalniana jest energia cieplna. W przejściu z jednego poziomu troficznego do następnego (np. w przejściu od roślinożerców do drapieżników) w trakcie łańcucha pokarmowego, systemy ekologiczne często wykazują wydajność tylko około 10% lub mniej. Wydajność przy zmianie wzdłuż technicznych przepływów energii może być bardzo różna.

W świecie rzeczywistym przepływy energii ekologicznej i technicznej są częściowo połączone w sieć, m.in. B. wykorzystując energię wodną lub biomasę jako energię pierwotną lub - w przeciwnym kierunku - wykorzystując siłę ciągnącą osła do napędzania systemu pompowania wody.

Znaczenie ekologicznego przepływu energii

Cykl materiałów i przepływ energii w ekosystemie

Ekologiczne przepływy energii mogą być tworzone dla jednostek, dla populacji, dla ekosystemów lub jako cykl energetyczny dla całej ziemi i pozwalają na obliczenie pełnych bilansów energetycznych . W wyniku przepływu energii przez różne poziomy troficzne ekosystemu cała wypromieniowana energia świetlna, która może zostać przyswojona przez zieloną roślinę, jest ostatecznie uwalniana z powrotem do środowiska w postaci ciepła w postaci opóźnionej w czasie. Za pomocą złożonego wyposażenia istot żywych w przedziały i łańcuchy enzymatyczne , których aktywność może być kontrolowana przez organizm, powstają kaskady energetyczne, które umożliwiają różnorodne ziemskie procesy życiowe, a także zasadę łańcucha pokarmowego poprzez stopniowe i stopniowe przetwarzanie, magazynowanie lub uwalnianie energii .

Wielkość przepływu energii

Przepływ energii przez środkowoeuropejski ekosystem leśny wynosi ok. 1 W/m ² jako tak zwana produkcja pierwotna brutto (tj. produkcja biomasy bez uwzględnienia proporcji wdychanej przez metabolizm roślin) .

Przepływ energii osoby dorosłej jest rzędu wielkości 100–150 W. Odpowiada to około 3 kWh dziennie lub 10 MJ dziennie lub 4 GJ rocznie. Człowiek wykorzystuje tę energię na sumę wszystkich swoich czynności metabolicznych, na produkcję tkanek, ruchy i pracę fizyczną, na komunikację i produkcję ciepła. Całkowite zużycie energii na osobę w Europie Środkowej jest jednak obecnie znacznie (ok. 20-30 razy) wyższe, ponieważ energia w postaci ropy naftowej, drewna, energii elektrycznej itp. jest wykorzystywana do transportu, ogrzewania, produkcji przemysłowej i inne rzeczy.