При равенстве параметров рабочего тела системы и окружающей среды – преобразование энергии невозможно.

1.2.3 Определение эксергии

Эксергия – является мерой, позволяющей оценить энергию (ее превращаемость) с учетом ее качественных характеристик.

Эксергия – это количество работы, которое может быть получено внешним приемником энергии при обратимом взаимодействии термодинамической системы или потока энергии с окружающей средой до установления полного равновесия.

Эксергия системы определяется не только действием системы, но и одновременным действием окружающей среды (сосуд с газом, давление которого меньше атмосферного).

При полном равновесии системы и среды – эксергия равна нулю. Такое состояние системы наз. нулевым – в англояз. литературе мертвым состоянием.

Работа, которая согласно определению эксергии служит ее мерой, не обязательно является необходимым конечным результатом, т.е. целью действия анализируемой системы или потока энергии. Конечным результатом такого действия кроме работы могут быть преобразование и получение какого-либо вещества, теплоты, холода, излучения нужных параметров и т.д.

Поэтому в определении эксергии слово «работа» используется только как мера такой энергии, но не как обязательная конечная цель энергетических превращений.

Согласно ПЕРВОМУ и ВТОРОМУ НАЧАЛАМ ТЕРМОДИНАМИКИ в каждом данном сосотоянии эксергия  системы, так же как и ее энергия, имеет определенное фиксированное значение, поскольку обратимый процесс выравнивания ее интенсивных параметров с параметрами окружающей среды однозначно характеризуется работой.

Взаимодействие системы с окружающей средой может проходить как обратимо (идеальный процесс), так и необратимо (реальный процесс).

В результате идеального процесса (по определению эксергии) получается работа, равная эксергии.

В реальном процессе работа меньше убыли эксергии (в пределе работа может быть равна нулю), т.к. часть ее не превращается в работу, а исчезает.

В этом сосотоит существенное отличие эксергии  от энергии:

 В любом процессе энергия подчинается закону сохранения.

Эксергия  подчиняется закону сохранения только в обратимых процессах, в реальных процессах она может частично или полностью исчезать, теряться в результате диссипации энергии в необратимых процессах.

При прочих равных условиях чем меньше эта потеря эксергии, тем процесс более термодинамически совершенен, т.е. тем больше его термодинамическая эффективность.

Эксергетический баланс

Уравнение эксергетического баланса универсально и пригодно для любых термодинамических систем, независимо от видов энергии, участвующих в процессе:

                                                   (1.1)

Или

                                   (1.1а) 

Здесь  - приращение эксергии системы между начальной и конечной точками процесса;

 и  - суммарная эксергия в начальной и конечной точке процесса, соответственно;

 - суммарная потеря эксергии от необратимости процесса.

Для стационарного во времени процесса  и .

Соответствующее уравнение энергетического баланса:

                                    (1.2)

Здесь  - приращение энергии системы между начальной и конечной точками процесса;

 и  - суммарная энергия в начальной и конечной точке процесса, соответственно;

Принципиальная разница между уравнениями (1.1) и (1.2) состоит в том, что в (1.2) при любых условиях равенство правой и левой частей соблюдается, а в (1.1) левая часть в реальных процессах всегда больше правой.

Таким образом, энергетический балансне может отразить потери от необратимости процессов в рассматриваемой системе, т.к. независимо от степени ее совершенства уравнение (1.2) будет всегда справедливо.

Эксеретический баланс во всех случаях показывает потери от необратимости в системе. Степень ее термодинамического совершенства (эксергетический КПД) также определяется однозначно отношением:

                                                        (1.3)

Термины «потери энергии» и «потери эксергии» имеют принципиально разное содержание.

«Потери энергии» - означает не потерю энергии вообще (Энергия не исчезает), а потерю ее для данной системы или данной цели, если часть энергии непригодна для нее по своей форме или параметрам.

«Потери эксергии» - означает полное исчезновение эксергии, т.е. ее уничтожение, связанное с диссипацией энергии.

В соответствии с методикой эксергетического анализа величины  и  – включают эксергию тех видов вещества и энергии, которые входят в энергетический баланс рассматриваемой системы.

Как правило, это эксергия потока рабочего тела , эксергия теплового потока  и работа L (равная энергии W для механической и электрической энергии).