能量轉換效率是指一個能量轉換設備所輸出可利用的能量，相對其輸入能量的比值。輸出可利用的能量可能是電能、機械功或是熱量。能量轉換效率沒有一致的定義，主要和輸出能量可利用的程度有關。
一般而言能量轉換效率是一個介於0到1之間的無量綱數字，有時也會用百分比表示。能量轉換效率不可能超過100%，因此永動機不存在。不過像熱泵之類的設備將熱由一處移到另一處，不是進行能量的轉換，其性能係數（英語：Coefficient of performance）往往會超過100%。
能量有許多種形式存在，各種形式能量的來源、用途不盡相同，人們為了方便利用，需要將能量在不同形式之間轉換。
能量轉換效率 是指一個能量轉換設備所輸出的可利用能量，相對其輸入能量的比值。輸出的可利用能量可能是電能、機械功或是熱量。能量轉換效率沒有一致的定義，主要與輸出能量的可利用度有關。
一般情況下，能量轉化需要一定的設備，由於設備本身的限制，能量不可能全部轉化為人們需要的能量。
類比 機械效率η = W有用/W總 × 100% ，轉化前消耗總能量是總功，轉化後是有用功，熱量損失為額外功。所謂能量轉換的效率，就是人們需要得到的能量（有用能量）與 消耗總能量 的比值。
能量轉換的效率 = 被有效利用的能量/消耗總能量 × 100%
基本介紹
- 中文名：能量轉換效率（能量轉化效率）
- 外文名：Energy Conversion Efficiency
- 名詞類別：物理學
- 單位：η（Eta，伊塔）
- 計算公式：η＝W(有效)／W(總)×100%
簡介,定義,分類,能量轉換,相關知識與數據,能量轉換效率計算的常見類型,燃料熱值與效率,不同能量轉換方式的效率,熱能怎樣轉化成其他能量？,提高能量轉化效率問題的核心,能量轉換與能耗,新熱電材料 能量轉換率實現倍增,生態系統與自然系統中的能量轉換,生物能量的傳遞與利用,能量品質,
簡介
定義
能量轉換效率是指一個能量轉換設備所輸出可利用的能量，相對其輸入能量的比值。輸出可利用的能量可能是電能、機械功或是熱量。能量轉換效率沒有一致的定義，主要和輸出能量可利用的程度有關。
能量轉換過程中，輸出能量總是小於輸入能量
能量轉換過程中，輸出能量總是小於輸入能量一般而言能量轉換效率是一個介於0到1之間的無量綱數字，有時也會用百分比表示。能量轉換效率不可能超過100%，因此永動機不存在。不過像熱泵之類的設備將熱由一處移到另一處，不是進行能量的轉換，其性能係數（Coefficient of performance）往往會超過100%。
以下的效率都屬於能量轉換效率。
電效率（Electrical efficiency），可用功率輸出及總耗電的比例。機械效率，由一種機械能（例如水的位能）轉換成另一種機械能或機械功。熱效率或燃料效率（Fuel efficiency），可用的熱或功輸出與輸入能量（或消耗燃料對應的能量）的比例。總效率，一般用在汽電共生的場合，可用的電能及熱能相對輸入能量的比例。照明效率，所產生電磁輻射在可見光範圍內的比例。
分類
以下各種效率都屬於能量轉換效率：
能量轉換
在能量轉換過程中，輸出的能量通常可分為易利用能量與難利用能量兩種。易利用能量即我們正欲求之的能量，難利用能量則是指在能量轉換過程中流失、散逸掉的能量。
在所有的能量利用過程中，能量的損耗都不可避免。
輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量
能量轉換效率η=輸出有效能量/輸入能量
（能量轉換效率常用希臘字母 “η” 來表示）
——— η 是第七位希臘字母Η 的小寫形式。該字母英文中記作Eta，音標['i:tə]，中文音譯作 “伊塔”。
任何情況下，η 的值都小於1。
提高能量利用中的轉化效率是節能問題的核心，是可持續發展的重要措施之一。
1、所有的能量在轉化和轉移的過程中都遵守能量守恆定律。
2、永動機的理論是不可能實現的。
3、能量轉化是有方向性的。
4、能量轉化的效率在任何情況下都小於1。
5、各種形式的能量，在一定條件下都可以相互轉化。
6、能量既不會被憑空創造，也不會被絕對消滅。當能量從一個物體轉移到另一個物體，或從一種形式轉化成另外一種形式時，能量的總量始終保持不變。
相關知識與數據
能量轉換效率計算的常見類型
使用能源的過程實際上就是能量轉移或轉化的過程，能源在一定條件下可以轉換成人們所需要的各種形式的能量。例如，煤燃燒後放出熱量，可以用來燒水、做飯、取暖；也可以用來生產蒸汽，推動蒸汽機轉換為機械能，或者推動汽輪發電機轉變為電能。電能又可以通過電動機、電燈或其它用電器轉換為機械能、光能或內能等。
一般情況下能源不可能全部轉化為人們需要得到的能量，所謂能量轉換效率就是人們需要得到的能量（即有用能量）與當初消耗總能量的比值，計算公式為：能量轉換效率=輸出有用能量/輸入的總能量。
——— 當今社會能源緊缺，如何提高能源利用率是我們迫切需要解決的熱點問題，有關能量轉換效率的計算在考卷上屢見不鮮，現例舉如下：（共10道題）
1、【電熱水壺燒水】：如功率為100W的電熱水壺正常工作28分鐘，可將4Kg水從20℃加熱到100℃，其效率多大？
用電熱水壺燒水時水的溫度升高需要吸收熱量，水增加的內能是我們需要的能量，屬於有用能量，而電熱水壺消耗的電能是輸入的總能量，所以此電熱水壺燒水的效率為：
η = Q吸/ W = cmΔt / Pt = 4.2 × 103× 4 ×（100－20）/（100 × 28 × 60）= 80%
用鍋爐燒水時，水增加的內能是有用能量，而燃料完全燃燒放出的能量（即燃料的化學能）是輸入的總能量，所以此鍋爐燒水的效率為：
η = Q吸/ Q放= cmΔt / qm煤= 4.2 × 103× 100 ×（100－32）/（3.4 × 107× 3.36）= 25%
太陽能熱水器工作時，水增加的內能是有用能量，輻射到集熱管的太陽能為輸入的總能量，此太陽能熱水器燒水的效率為：
η = Q吸/ Q太陽= cmΔt / Q太陽= 4.2 × 103× 100 ×（80－20）/（3.6 × 106× 1.35 × 10）= 51.85%
4、【熱機】：
熱機是把內能轉化為機械能的機器，其中獲得的機械能是屬於有用能量，而燃料完全燃燒放出的熱量是輸入的總能量，此柴油機的效率為：
η = W有/ Q放= 1Kwh / qm = 3.6 × 106/（3.3 × 107× 0.27）= 40.4%
（2）. 某新款汽車發動機輸出功率為69Kw，1h耗油20Kg（汽油熱值為 q = 4.6 × 107J / Kg），其效率多大？
此過程中，輸出的有用能量用 W有=P出·t 計算，此汽車發動機的效率為：
η = W有/ Q放= P出·t / qm = 69 × 103× 3600 /（4.6 × 107× 20）= 27%
5、【電動機】：標有 “6v3w” 的電動機線圈內阻為3Ω，在不計摩擦的情況下正常工作其效率多大？
電動機工作時電能轉化為機械能和內能，如不計摩擦，此內能就是電動機線圈本身通電時產生的電熱，這樣獲得的機械能就等於消耗的電能減去產生的電熱。
此電動機正常工作時 電流 I = P / U = 3w / 6v = 0.5A，此電動機的效率為：
η = W機/ W總=（W總－Q）/ W總=（Pt－I2Rt）/ Pt =（P－I2R）/ P =（3－0.52× 3）/ 3 = 75%
太陽能電池是利用太陽能獲得電能的裝置，產生的電能屬於有用能量，而消耗的太陽能是 輸入總能量。此太陽能電池的效率為：
η = W電/ Q太= UIt / P太t = UI / P太= 160 × 10 /（8 × 103）= 20%
7、【白熾燈】：一隻40W的白熾燈正常工作1秒鐘產生光能約8J，其效率多大？
白熾燈正常工作時電能轉化為光能和內能，其中獲得的光能是有用能量，而它消耗的電能是輸入總能量。此白熾燈發光的效率為：
η = W光/ W電= W光/ Pt = 8 /（40 × 1）= 20%，
8、【火力發電】：某電廠燃燒1t無煙煤可發電92Kwh，其發電效率多大？
火力發電是將燃料的化學能轉化為電能，所獲得的電能即為有用能量，消耗的燃料的化學能就是輸入總能量。其發電效率為：
η = W電/ Q放= 92 Kwh / qm = 92 × 3.6 × 106/（3.4 × 107× 103）= 10%
高壓輸電時，輸出端（給用戶提供）的電能就是有用能量，而輸入端輸入的電能就是輸入總能量，兩者的差距就是輸電線本身消耗 的電能（即電熱）。
高壓輸電過程中 電流 I = P / U = 22w × 106/（110v × 103）= 200A，其輸電效率為：
η = W有/ W總=（Pt－I2R線t）/ Pt =（P－I2R線）/ P =（22 × 106－2002× 50）/（22 × 106）= 90.9%
10、【電動車】：160V 10A 的電動車，在平直路面上勻速行駛，所受地面阻力為288N，1h行駛15Km，其效率多大？
電動車行駛時將電能轉化為機械能，獲得的機械能克服摩擦做功使車前進，所以它克服摩擦做的功就是有用能量，而消耗的電能為輸入總能量。此電動車的效率為：
η = W有/ W總= f.S / UIt = 288 × 15 × 103/（160 × 10 × 3600）= 75%
【 ——— 以上只是計算能量轉換效率的常見類型，實際生活中有關能量轉換效率的問題還有很多。】
燃料熱值與效率
燃料的燃燒熱可以以其HHV（高熱值）或LHV（低熱值）來表示，高熱值的燃燒熱是在燃燒後，生成物的水蒸氣已凝結成液態時的燃燒熱，因此加上水凝結時的潛熱。低熱值的燃燒熱則是在燃燒後，生成物的水蒸氣仍維持氣態時的燃燒熱，不考慮水凝結時的潛熱。
燃料熱值的選用會影響其能量轉換效率的計算。在歐洲，一燃料可產生的能量是其低熱值表示，不考慮水凝結時的潛熱，以此為方式計算冷凝式鍋爐的 “熱效率”，其數值可能會超過100%，其原因是其工作原理會利用到部份水凝結時的潛熱，但計算輸入能量時未考慮此部份所造成，不違反熱力學第一定律。在歐洲以外的國家，一燃料可產生的能量是其高熱值表示，已考慮水凝結時的潛熱，以此為基礎 計算能量轉換效率，其數字就不可能超過100%。
煤炭轉化二次能源效率圖不同能量轉換方式的效率
| 能量轉換方式 | 能量效率 |
|---|---|
10%～50% | |
最大可到40% | |
最大可到60% | |
水力發動機 | 最大可到90% |
風力發動機 | 最大可到59%（理論上限） |
6%～40% （和使用技術有關，一般的效率約15%，理論上限為85%～90%） | |
～30%（.300英寸的子彈）[0.3英寸≈7.62毫米] | |
最大可到85% | |
水的電解 | 50%～70%（理論上限為80%～94%） |
可達6% | |
14%～27% | |
功率小於10瓦的小電動機：30%～60%； 功率在10瓦到200瓦之間的電動機：50%～90% ； 功率超過200瓦的電動機：99%以上。 | |
家用冰櫃 | 低階系統約為20%，高階系統約為40～50% |
5%～10% | |
最大可到35% | |
28% | |
40.5% | |
24% | |
實務套用可以到95% | |
90%～95% | |
約95% |
熱能怎樣轉化成其他能量？
答：主要以介質轉換的方式為主。比如通過水這種介質，首先使水變成高溫高壓的水蒸氣，然後將之用來驅動汽輪機或蒸汽機而變成機械能，最後汽輪機帶動發電機轉化為電能。還可以通過燃氣這種介質，用各種熱機（汽油機、柴油機、燃氣輪機）將熱能轉化成機械能，如進一步用該機械能來帶動發電機自然還可以轉化為電能。
還有不通過介質而用類似熱電偶直接轉化成電能的溫差熱發電，但效率低，無法大規模套用。
“比較方便使用的”首推電能，通過電動機很容易就可將電能轉化成機械能，通過電熱器件則很容易轉化成熱能、光能等。
而“方便存儲的能量形式”主要應是以電池形式存在的化學能。
提高能量轉化效率問題的核心
提高能量轉化效率，也就是 使能量儘可能少地轉化為別的能量形式，而更單純地轉換為所需要的能量形式。要知道，能量的轉化過程 越是直接，則轉化效率就越高（路徑簡潔、過程簡單的轉化效率更高）。比如電動車就比汽油車效率高，因為電可以直接通過導線與馬達相連，能量也不會過多地因電阻而流失，大多數都轉換成了機械能，而汽油機則需要通過燃燒氣體後氣體膨脹來推動活塞，另外還有一大堆的軸承連線著齒輪。連線的部件越多、需要的步驟越多 就越容易流失能量，效率自然也就降低了。
能量轉換與能耗
能耗是非常熱門的話題，能量轉換也因此具有更加重要的意義。電子設備已經成為我們日常生活中必不可少的一部分，減少這些設備的能耗將具有非常重要的意義。新型的IC（Integrated Circuit，積體電路）技術既可以達到節能的目的，還可以以低成本保持所需的功能與性能。
假設現有一台發電機，該發電機由電力驅動，並生產出電能。現請插上電，開動發電機，然後將所生產出的電能全部儲存起來。當這台發電機運行了一段時間之後，電錶顯示共耗費了10度電，但檢查了儲存起來的電量卻只有9度，那么，該電力驅動型發電機的能量轉化效率就是9/10，即90%。當然，現實世界中是不可能用電力來驅動發電機的，這裡只是為了便於闡述而打個比方。
新熱電材料 能量轉換率實現倍增
美國《科學》雜誌電子版於 (2008年7月)25日登載了相關論文。
據日本共同社(2008年7月)25日報導，熱電材料是一種能將熱能轉化為電能的半導體，在汽車引擎等數百度高溫工作環境中的能量轉換率最高。 由於引擎會向外散發大量熱，用這種材料覆蓋包裹引擎可將熱能轉化為電能而加以有效利用。
大阪大學助教黑崎健表示：“這項技術以前的效率低下，甚至無法達到實用水平。…… 而今，隨著該技術的成熟，已經可以將其套用到環保汽車等領域。” 研究小組在一種叫做鉛碲的物質里添加了鉈後 成功開發出了新材料。以前添加的都是鈉，而在使用鉈後 使電子結構發生了變化，能量轉換率提高了一倍。今後需要解決的是鉈的高成本問題和確保鉛的安全性。據黑崎介紹，研究人員還考慮將新熱電材料用作太空探測器的動力源。
生態系統與自然系統中的能量轉換
在自然系統中，能量存在的形式主要為：熱能、電能、內能、光能、聲能、化學能、機械能、電磁能、原子能、生物能等集中形式，它們主要是通過一些機器設備來進行從 “此種能” 到 “彼種能” 的轉變。
五大類能量 轉換互化圖（非完全圖）
五大類能量 轉換互化圖（非完全圖）生物能量的傳遞與利用
能量傳遞效率計算：
能量傳遞效率=下一營養級的同化量/本級的同化量；
對於簡單的生態系統，能量傳遞效率一般在10%～20%之間；
能量利用效率：通常是流入人類中的能量占生產者能量的比值，或最高營養級能量占生產者能量的比值。或考慮分解者的參與以實現能量的多級利用。在一個生態系統中，食物鏈越短，能量的利用率就越高。同時，生態系統中的生物種類越多、營養結構越複雜，能量的利用率也就越高。
從研究對象上分析：能量傳遞效率是以營養級為研究對象的，而能量利用效率則是以最高營養級或人類為研究對象的。
生物同化量的概念：
同化量圖解2、對於消費者（一般為動物）來說，同化量表示消化道吸收到的能量（吃進的食物不一定都能吸收，故並非進食能量），糞便不算在同化量里，但呼吸消耗的能量算。
3、對於分解者（一般為腐生生物）來說是指細胞外的吸收能量。
生物同化量的基本計算：
同化量 = 攝入上一營養級的能量 - 糞便中的能量
同化量 = 自身生長、發育和繁殖量 + 呼吸消化量
能量品質
能量不但有數量多少的問題，而且還有品質高低的問題。也正是由於能量的品質有高有低，才有了過程的方向性和熱力學第二定律。電能和機械能可以完全轉換為機械功，屬於較高品質能量；熱能只有部分可以轉換為機械功，能量品質較低。隨著能量傳導，能量的數目可能不變，但能量品質只能下降，在極限條件下，品質不變，這稱之為能量貶值原理，是熱二律更為一般、更為概括的說法。
