В термодинамике эксергией системы называется максимальная работа, которая производится системой при переходе в равновесие с окружающей средой (резервуаром). Энергоресурсы с высокой способностью преобразования в работу имеет высокую степень эксергии. Так например, электрическая или механическая энергия полностью трансформируемы, и для этих видов эксергия просто равна энергосодержанию. Для ядерной энергии и ископаемых топлив теоретический потенциал трансформации близок к совершенному, но существенно ограничен доступными техническими процессами. Напротив, тепло при температуре, близкой к температуре окружения, имеют малую способность к трансформации, а, следовательно, эксергетическое содержание нагретых систем (или потоков) много ниже, чем их энергосодержание.
Термин эксергия введен Zoran Rant в 1956 году, хотя сама концепция максимальной работы развита Гиббсом еще в 1873 году. Зоран Рант предложил также концепцию «анергии», которая является частью энергии, которая не может быть превращена в работу. Без упоминания термина «эксергия», вывод Гиббса приведен в учебнике Ландау и Лифшица «Статистическая физика», в параграфе «Максимальная работа, производимая телом, находящимся во внешней среде». Согласно Ландау и Лифшицу, максимальная работа , где внутренняя энергия, энтропия и объем системы, температура и давление окружающей среды. Именно эта величина и определяет эксергию системы по отношению к заданному окружению.
Эксергия не является свойством системы, поскольку при ее определении используются параметры окружения. В отличие от энергии, которая всегда сохраняется для циклического процесса, необратимый цикл сокращает эксергию. Убыль эксергии пропорциональна возрастанию энтропии замкнутой системы, включающей окружение, . Поэтому эксергия является свойством, характеризующим выделенную систему плюс ее окружение. Следовательно, эксергия не является термодинамическим свойством вещества или термодинамическим потенциалом системы, наподобие энергии Гиббса.
Сфера применения эксергетического анализа, помимо теплотехники и химической технологии, включает проблемы экологии, использования ископаемых ресурсов и возобновляемых источников энергии, общих проблем устойчивого развития и т.п. Объем литературы по развитию и использованию эксергетического анализа исключительно велик.
Общие сведения можно получить, ознакомившись с циклом статей в англоязычной версии Википедии (
http://en.wikipedia.org/wiki/Exergy#Exergy_.28thermodynamics.29.) или с материалами образовательного сайта Exergy.org (www.stanford.edu/~weston/exergy.htm)
В России наиболее известны монографии и руководства, написанные проф. В.М. Бродянским и его сотрудниками:
· Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М.: «Энергия», 1968.
· Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия, 1973.
· Бродянский В.М., Верхивер Г.П., Карчев Я.Я. и др. Эксергетические расчеты технических систем: справочное пособие. Киев, «Наукова Думка», 1991.
Обсуждение последних достижений и возможностей эксергетического метода в термодинамике см. в статье В.М. Бродянского. «Классическая термодинамика на рубеже ХХI века. Состояние и перспективы». Изв. РАН. Энегетика, 2001, №5, стр. 17-43.
Библиография отечественных публикаций по использованию концепции “эксергия”
См. файл библиографии Exerg_bibil_Zarubin.doc из списков и указателей А.П.Зарубина http://prometeus.nsc.ru/partner/zarubin/index.ssi
В сети размещен учебник для высшей школы EXERGETICS.
ЭКСЕРГЕТИКА – одна из первых попыток создать учебное руководство для изучения концепции «ЭКСЕРГИЯ» и ее приложений. Объем материала соответствует примерно 200 учебным часам аспирантского курса высшей школы. Книга написана проф. Göran Wall (Solhemsgatan 46, SE-431 44 Mölndal, Sweden, gw@exergy.se). Более подробные сведения об авторе можно найти на его сайте http://exergy.se/
См. файл exergetics.pdf