高考申論題
110年
[機械工程] 熱力學
第 三 題
📖 題組：
五、一太陽熱能發電系統如圖所示，太陽輻射能量為 0.315 kW/m2。太陽能板吸收之太陽熱能提供給一溫度維持為定溫 220°C 之儲能裝置。一動力循環由儲能裝置供應熱能，排熱至溫度為 50°C 之熱源，並產生 0.5 MW 之電能。環境之溫度為 20°C。假設此動力循環為穩態操作，儲能裝置太陽熱能吸收效率為 0.75，試求： (一)所需之最小太陽能板面積（5 分） (二)儲能裝置提供之可用能（5 分） (三)動力循環之熱力學第二定律效率（second-law efficiency）（10 分）
五、一太陽熱能發電系統如圖所示，太陽輻射能量為 0.315 kW/m2。太陽能板吸收之太陽熱能提供給一溫度維持為定溫 220°C 之儲能裝置。一動力循環由儲能裝置供應熱能，排熱至溫度為 50°C 之熱源，並產生 0.5 MW 之電能。環境之溫度為 20°C。假設此動力循環為穩態操作，儲能裝置太陽熱能吸收效率為 0.75，試求： (一)所需之最小太陽能板面積（5 分） (二)儲能裝置提供之可用能（5 分） (三)動力循環之熱力學第二定律效率（second-law efficiency）（10 分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (三)
(三)動力循環之熱力學第二定律效率（second-law efficiency）（10 分）
思路引導 VIP
熱力學第二定律效率 (η_II) 有兩種常見且等價的定義方式：
- η_II = 實際輸出的有用功 / 所耗用的可用能 (Exergy recovered / Exergy expended)。也就是 W_actual / X_heat。
小題 (一)
(一)所需之最小太陽能板面積（5 分）
思路引導 VIP
題目要求「最小」太陽能板面積，意味著動力循環必須以「最高」效率運作，消耗「最少」的熱能。
- 動力循環的最高理論效率為卡諾效率 (Carnot Efficiency)。
小題 (二)
(二)儲能裝置提供之可用能（5 分）
思路引導 VIP
可用能 (Availability 或 Exergy) 的定義是指系統與「環境」達到平衡市所能作出的最大有用功。
- 儲能裝置提供的是純熱能 Q_in（溫度在 T_H = 220°C）。