ऊर्जा की गुणवत्ता

ऊर्जा की गुणवत्ता उस सहजता का माप है जिसके साथ एक ऊर्जा रूपों को उपयोगी कार्य_(थर्मोडायनामिक्स) या ऊर्जा के दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है: यानी थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा की इसकी सामग्री। ऊर्जा के एक उच्च गुणवत्ता वाले रूप में थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा की उच्च सामग्री होती है, और इसलिए इसके उच्च अनुपात को कार्य में परिवर्तित किया जा सकता है; जबकि ऊर्जा के कम गुणवत्ता वाले रूपों के साथ, केवल एक छोटा सा हिस्सा ही काम में परिवर्तित किया जा सकता है, और शेष गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है। ऊर्जा की गुणवत्ता की अवधारणा का उपयोग पारिस्थितिकी में भी किया जाता है, जहां इसका उपयोग खाद्य श्रृंखला और थर्मोइकोनॉमिक्स में विभिन्न ट्रॉफिक स्तरों के बीच ऊर्जा के प्रवाह को ट्रैक करने के लिए किया जाता है, जहां इसका उपयोग प्रति यूनिट ऊर्जा के आर्थिक उत्पादन के माप के रूप में किया जाता है। ऊर्जा गुणवत्ता के मूल्यांकन के तरीकों में अक्सर पदानुक्रम क्रम में ऊर्जा गुणों की रैंकिंग विकसित करना शामिल होता है।

उदाहरण: औद्योगीकरण, जीव विज्ञान
18वीं से 20वीं शताब्दी तक ऊर्जा की गुणवत्ता का विचार औद्योगीकरण का एक मूलभूत चालक था। उदाहरण के लिए 18वीं शताब्दी में न्यू इंग्लैंड के इतिहास के औद्योगीकरण पर विचार करें। यह कपड़े की बुनाई के लिए बिजली करघे वाली कपड़ा चक्की चलाने के लिए बनाया गया तालाब के निर्माण को संदर्भित करता है। ऊर्जा का सबसे सरल, सबसे किफायती और सीधा स्रोत पानी के पहियों द्वारा प्रदान किया गया था, जो स्थानीय क्रीक पर एक बांध के पीछे एक चक्की से ऊर्जा निकालते थे। यदि पास के किसी अन्य जमींदार ने भी उसी क्रीक पर एक मिल बनाने का फैसला किया है, तो उनके बांध के निर्माण से मौजूदा जलचक्र को चलाने के लिए समग्र हाइड्रोलिक हेड कम हो जाएगा, जिससे बिजली उत्पादन और दक्षता को नुकसान होगा। यह अंततः पूरे क्षेत्र के लिए एक स्थानिक मुद्दा बन गया, जिससे पुरानी मिलों की समग्र लाभप्रदता कम हो गई क्योंकि नए बनाए गए थे। 19वीं और 20वीं सदी के दौरान उच्च गुणवत्ता वाली ऊर्जा की खोज एक प्रमुख प्रेरणा थी। उदाहरण के लिए, यांत्रिक ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए भाप बनाने के लिए कोयले को जलाने की कल्पना 18वीं शताब्दी में नहीं की जा सकती थी; 19वीं शताब्दी के अंत तक, पानी के पहियों का उपयोग काफी पुराना हो गया था। इसी तरह, बिजली से ऊर्जा की गुणवत्ता भाप पर अत्यधिक लाभ प्रदान करती है, लेकिन 20वीं शताब्दी तक आर्थिक या व्यावहारिक नहीं बन पाई।

उपरोक्त उदाहरण ऊर्जा के दोहन के आर्थिक प्रभावों पर केंद्रित है। प्रकृति और जीव विज्ञान में एक समान परिदृश्य सामने आता है, जहां जीवित जीव प्रकृति से अलग-अलग गुणवत्ता के जैविक ऊष्मप्रवैगिकी कर सकते हैं, अंततः सौर ऊर्जा द्वारा पृथ्वी पर गैर-संतुलन ऊष्मप्रवैगिकी के प्राथमिक चालक के रूप में संचालित होते हैं। पारिस्थितिक तंत्र का पारिस्थितिक संतुलन प्रणाली के माध्यम से ऊर्जा प्रवाह (पारिस्थितिकी) पर आधारित है। उदाहरण के लिए, वर्षा जल चट्टान (भूविज्ञान) के क्षरण को चलाता है, जो रसायनों को मुक्त करता है जिन्हें पोषक तत्वों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है; इन्हें विकसित करने और पनपने के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग करते हुए प्लैंकटन द्वारा ग्रहण किया जाता है; व्हेल प्लवक खाकर ऊर्जा प्राप्त करती है, इस प्रकार अप्रत्यक्ष रूप से सौर ऊर्जा का भी उपयोग करती है, लेकिन इस बार बहुत अधिक केंद्रित और उच्च गुणवत्ता वाले रूप में।

सौर वाष्पीकरण-संक्षेपण जल चक्र के माध्यम से जल चक्र भी वर्षा जल द्वारा संचालित होते हैं; इस प्रकार अंततः, औद्योगिक कपड़ा निर्माण सौर विकिरण के दिन-रात चक्र द्वारा संचालित होता था। यह एक विशाल प्रणाली के रूप में ऊर्जा स्रोतों का समग्र दृष्टिकोण है। इस प्रकार, ऊर्जा गुणवत्ता की चर्चा कभी-कभी मानविकी में पाई जा सकती है, जैसे कि द्वंद्वात्मकता, मार्क्सवाद और उत्तर-आधुनिकतावाद। यह प्रभावी रूप से है क्योंकि अर्थशास्त्र जैसे विषय अर्थव्यवस्था में थर्मोडायनामिक इनपुट (अब थर्मोइकॉनॉमिक्स के रूप में मान्यता प्राप्त) को पहचानने में विफल रहे, जबकि भौतिकी और अभियांत्रिकी  जैसे विषय मानव गतिविधि के आर्थिक प्रभावों या थर्मोडायनामिक प्रवाह के प्रभावों को संबोधित करने में असमर्थ थे। जैविक पारिस्थितिक तंत्र। इस प्रकार, व्यापक-स्ट्रोक, वैश्विक प्रणाली-में-बड़ी चर्चा उन लोगों द्वारा की गई जो अस्पष्ट, गैर-विशिष्ट तर्क के लिए सर्वश्रेष्ठ प्रशिक्षित थे, जिनके लिए इस तरह की जटिल प्रणालियों की आवश्यकता होती है। विभिन्न विषयों में शब्दावली और दृष्टिकोण के परिणामी बेमेल से काफी विवाद पैदा हो सकता है।

इतिहास
ओह्टा (1994, पीपी. 90–91) के अनुसार, उपलब्धता की अवधारणा के तहत पहली बार 1851 में विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन द्वारा ऊर्जा गुणवत्ता की रैंकिंग और वैज्ञानिक विश्लेषण प्रस्तावित किया गया था। इस अवधारणा को जर्मनी में जेड रैंट ने जारी रखा, जिन्होंने इसे डाई exergy  (द एक्सर्जी) शीर्षक के तहत विकसित किया। इसे बाद में जारी रखा गया और जापान में मानकीकृत किया गया। ऊर्जा विश्लेषण अब कई औद्योगिक और पारिस्थितिक ऊर्जा विश्लेषणों का एक सामान्य हिस्सा है। उदाहरण के लिए, I.Dincer और Y.A. सेंगेल (2001, पृ. 132) कहते हैं कि विभिन्न गुणों के ऊर्जा रूपों को अब आमतौर पर भाप ऊर्जा इंजीनियरिंग उद्योग में निपटाया जाता है। यहाँ गुणवत्ता सूचकांक ऊर्जा सामग्री (Ibid.) के लिए ऊर्जा का संबंध है। हालांकि ऊर्जा इंजीनियरों को पता था कि गर्मी की गुणवत्ता की धारणा में मूल्य सिद्धांत की धारणा शामिल है - उदाहरण के लिए ए. थुमन ने लिखा, गर्मी की आवश्यक गुणवत्ता मात्रा नहीं है, बल्कि इसका 'मूल्य' है (1984, पृष्ठ 113) - जो लाता है टेलिअलोजी और व्यापक, या पारिस्थितिक-पैमाने के लक्ष्य कार्यों के प्रश्न को खेलने में। एक पारिस्थितिक संदर्भ में एस.ई. जोर्गेनसेन और जी.बेंडोरिचियो का कहना है कि पारिस्थितिक मॉडल में ऊर्जा का उपयोग एक लक्ष्य कार्य के रूप में किया जाता है, और ऊर्जा जैसी गुणवत्ता के अंतर्निहित माप के साथ ऊर्जा को व्यक्त करता है (2001, पृष्ठ 392)।

ऊर्जा गुणवत्ता मूल्यांकन के तरीके
ऊर्जा गुणवत्ता की गणना के लिए उपयोग की जाने वाली दो मुख्य प्रकार की पद्धति प्रतीत होती है। इन्हें रिसीवर या डोनर विधियों के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। इन वर्गों को अलग करने वाले मुख्य अंतरों में से एक यह धारणा है कि ऊर्जा परिवर्तन प्रक्रिया में ऊर्जा की गुणवत्ता को उन्नत किया जा सकता है या नहीं।

रिसीवर के तरीके: ऊर्जा की गुणवत्ता को एक उपाय के रूप में देखें और उस सापेक्ष सहजता के संकेतक के साथ जिसके साथ ऊर्जा एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित होती है। अर्थात परिवर्तन या स्थानान्तरण की प्रक्रिया से कितनी ऊर्जा प्राप्त होती है। उदाहरण के लिए, ए. ग्रबलर ने ऊर्जावान गुणवत्ता के दो प्रकार के संकेतकों का उपयोग किया pars pro toto : हाइड्रोजन/कार्बन (H/C) अनुपात, और इसका व्युत्क्रम, ऊर्जा की कार्बन तीव्रता। ग्रबलर ने बाद वाले को सापेक्ष पर्यावरणीय गुणवत्ता के संकेतक के रूप में इस्तेमाल किया। हालांकि ओह्टा का कहना है कि मल्टीस्टेज औद्योगिक रूपांतरण प्रणालियों में, जैसे कि सौर ऊर्जा का उपयोग करने वाली हाइड्रोजन उत्पादन प्रणाली, ऊर्जा की गुणवत्ता को उन्नत नहीं किया जाता है (1994, पृष्ठ 125)।

दाता के तरीके: ऊर्जा की गुणवत्ता को ऊर्जा परिवर्तन में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा के माप के रूप में देखें, और जो किसी उत्पाद या सेवा को बनाए रखने में जाता है (हावर्ड टी. ओडुम|H.T.Odum 1975, पृ. 3)। ऊर्जा परिवर्तन प्रक्रिया के लिए कितनी ऊर्जा दान की जाती है। इन विधियों का उपयोग पारिस्थितिक भौतिक रसायन विज्ञान और पारिस्थितिक तंत्र मूल्यांकन में किया जाता है। इस दृष्टिकोण से, ओह्टा द्वारा उल्लिखित के विपरीत, ऊर्जा गुणवत्ता  पारिस्थितिक प्रणालियों के बहुस्तरीय ट्राफिक रूपांतरणों में उन्नत है। यहां, उन्नत ऊर्जा गुणवत्ता में ऊर्जा गुणवत्ता के निचले ग्रेड को प्रतिक्रिया देने और नियंत्रित करने की अधिक क्षमता है। दाता विधियाँ एक ऊर्जावान प्रक्रिया की उपयोगिता को समझने का प्रयास करती हैं, जिसमें उच्च गुणवत्ता वाली ऊर्जा कम गुणवत्ता वाली ऊर्जा को नियंत्रित करती है।

निरंतर ऊर्जा रूप लेकिन परिवर्तनशील ऊर्जा प्रवाह
टी. ओह्टा ने सुझाव दिया कि ऊर्जा की गुणवत्ता की अवधारणा अधिक सहज हो सकती है यदि कोई उदाहरणों पर विचार करता है जहां ऊर्जा के ऊर्जा के रूप स्थिर रहते हैं लेकिन प्रवाहित या हस्तांतरित ऊर्जा की मात्रा भिन्न होती है। उदाहरण के लिए यदि हम केवल ऊर्जा के जड़त्वीय रूप पर विचार करते हैं, तो गतिमान पिंड की ऊर्जा की गुणवत्ता तब अधिक होती है जब वह अधिक वेग से गति करता है। यदि हम केवल ऊर्जा के ऊष्मा रूप पर विचार करें, तो एक उच्च तापमान की उच्च गुणवत्ता होती है। और अगर हम केवल ऊर्जा के प्रकाश रूप पर विचार करें तो उच्च आवृत्ति वाले प्रकाश की गुणवत्ता अधिक होती है (ओह्टा 1994, पृष्ठ 90)। इसलिए ऊर्जा की गुणवत्ता में इन सभी अंतरों को उचित वैज्ञानिक उपकरण से आसानी से मापा जाता है।

चर ऊर्जा रूप, लेकिन निरंतर ऊर्जा प्रवाह
स्थिति तब और जटिल हो जाती है जब ऊर्जा का रूप स्थिर नहीं रहता। इस संदर्भ में ओह्टा ने ऊर्जा की गुणवत्ता के प्रश्न को एक रूप से दूसरे रूप में ऊर्जा के रूपांतरण के संदर्भ में तैयार किया, जो कि ऊर्जा का परिवर्तन है। यहां, ऊर्जा की गुणवत्ता को उस सापेक्ष सहजता से परिभाषित किया जाता है जिसके साथ ऊर्जा एक रूप से दूसरे रूप में रूपांतरित होती है।

 यदि ऊर्जा A को ऊर्जा B में परिवर्तित करना अपेक्षाकृत आसान है, लेकिन ऊर्जा B को ऊर्जा A में परिवर्तित करना अपेक्षाकृत कठिन है, तो ऊर्जा A की गुणवत्ता को B की तुलना में उच्च के रूप में परिभाषित किया जाता है। ऊर्जा गुणवत्ता की रैंकिंग भी इसी तरह परिभाषित की जाती है। रास्ता। (ओह्टा 1994, पृष्ठ 90)। 

नामकरण: उपरोक्त ओह्टा की परिभाषा से पहले, ए.डब्ल्यू. कल्प ने एक ऊर्जा रूपांतरण तालिका का निर्माण किया जिसमें एक ऊर्जा से दूसरी ऊर्जा में विभिन्न रूपांतरणों का वर्णन किया गया था। कल्प के उपचार ने यह इंगित करने के लिए एक सबस्क्रिप्ट का उपयोग किया कि किस ऊर्जा रूप के बारे में बात की जा रही है। इसलिए, ऊर्जा A लिखने के बजाय, ऊपर ओह्टा की तरह, Culp ने J को संदर्भित कियाe, ऊर्जा के विद्युत रूप को निर्दिष्ट करने के लिए, जहां J ऊर्जा को संदर्भित करता है, और e सबस्क्रिप्ट ऊर्जा के विद्युत रूप को संदर्भित करता है। कल्प के अंकन ने साइंसमैन (1997) के बाद के सिद्धांत का अनुमान लगाया कि सभी ऊर्जा को उपयुक्त सबस्क्रिप्ट के साथ ऊर्जा के रूप में निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।

बायोफिजिकल इकोनॉमिक्स में ऊर्जा की गुणवत्ता (अप्रत्यक्ष ऊर्जा परिवर्तन)
आर्थिक विज्ञानों में भी ऊर्जा गुणवत्ता की धारणा को मान्यता दी गई थी। बायोफिजिकल अर्थशास्त्र के संदर्भ में ऊर्जा गुणवत्ता को प्रति यूनिट ऊर्जा इनपुट (सीजे क्लीवलैंड एट अल। 2000) से उत्पन्न आर्थिक उत्पादन की मात्रा द्वारा मापा गया था। आर्थिक संदर्भ में ऊर्जा की गुणवत्ता का अनुमान सन्निहित ऊर्जा पद्धतियों से भी जुड़ा है। ऊर्जा गुणवत्ता अवधारणा की आर्थिक प्रासंगिकता का एक और उदाहरण ब्रायन फ्ले द्वारा दिया गया है। फ्ली का कहना है कि ऊर्जा लाभ अनुपात (ईपीआर) ऊर्जा की गुणवत्ता का एक उपाय है और ईंधन के आर्थिक प्रदर्शन का आकलन करने के लिए एक महत्वपूर्ण सूचकांक है। वस्तुओं और सेवाओं में सन्निहित प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष दोनों प्रकार के ऊर्जा निवेशों को विभाजक में शामिल किया जाना चाहिए। (2006; पृ. 10) फ्ले ईपीआर की गणना ऊर्जा उत्पादन/ऊर्जा इनपुट के रूप में करता है।

ऊर्जा प्रचुरता और सापेक्ष परिवर्तन पदानुक्रमित रैंक और/या पदानुक्रमित स्थिति के माप के रूप में आसान
ओह्टा ने अपनी गुणवत्ता के अनुसार ऊर्जा रूप रूपांतरणों का आदेश देने की मांग की और ऊर्जा रूपांतरण की सापेक्ष आसानी के आधार पर रैंकिंग ऊर्जा गुणवत्ता के लिए एक श्रेणीबद्ध पैमाने की शुरुआत की (ओटा के ठीक बाद की तालिका देखें, पृ. 90)। यह स्पष्ट है कि ओह्टा ने ऊर्जा के सभी रूपों का विश्लेषण नहीं किया। उदाहरण के लिए, पानी उसके मूल्यांकन से बाहर रह गया है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ऊर्जा गुणवत्ता की रैंकिंग केवल ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता के संदर्भ में निर्धारित नहीं की जाती है। कहने का तात्पर्य यह है कि ऊर्जा रूपांतरण की सापेक्ष आसानी का मूल्यांकन केवल आंशिक रूप से परिवर्तन दक्षता पर निर्भर करता है। जैसा कि ओह्टा ने लिखा है, टर्बाइन जनरेटर और इलेक्ट्रिक मोटर की दक्षता लगभग समान होती है, इसलिए हम यह नहीं कह सकते कि किसकी गुणवत्ता अधिक है (1994, पृ. 90)। ओह्टा इसलिए भी शामिल है, 'प्रकृति में बहुतायत' निर्धारण ऊर्जा गुणवत्ता रैंक के लिए एक अन्य मानदंड के रूप में। उदाहरण के लिए, ओह्टा ने कहा कि प्राकृतिक परिस्थितियों में मौजूद एकमात्र विद्युत ऊर्जा तड़ित है, जबकि कई यांत्रिक ऊर्जाएं मौजूद हैं। (इबिड।)। (ऊर्जा गुणवत्ता की रैंकिंग के एक अन्य उदाहरण के लिए दीवार के लेख में तालिका 1 भी देखें)।

पदानुक्रमित रैंक
के ऊर्जा माप के रूप में परिवर्तन

ओह्टा की तरह, H.T.Odum ने भी अपनी गुणवत्ता के अनुसार ऊर्जा रूप रूपांतरणों का आदेश देने की मांग की, हालांकि रैंकिंग के लिए उनका पदानुक्रमित पैमाना पारिस्थितिक प्रणाली खाद्य श्रृंखला अवधारणाओं को ऊष्मप्रवैगिकी तक विस्तारित करने पर आधारित था, न कि परिवर्तन की सापेक्ष आसानी से। H.T.Odum के लिए ऊर्जा गुणवत्ता रैंक किसी अन्य ऊर्जा रूप की एक इकाई उत्पन्न करने के लिए आवश्यक एक रूप की ऊर्जा की मात्रा पर आधारित है। एक ऊर्जा फॉर्म इनपुट का एक अलग एनर्जी फॉर्म आउटपुट के अनुपात को H.T.Odum और उनके सहयोगियों ने ट्रांसफॉर्मिटी कहा था: आपात  प्रति यूनिट एनर्जी एमजॉल्स प्रति जूल (H.T.Odum 1988, पृष्ठ 1135) की इकाइयों में।

यह भी देखें

 * ऊर्जा के लिए एकोएनर्जी इकोलेबल
 * हरित ऊर्जा
 * यूजीन ग्रीन एनर्जी स्टैंडर्ड
 * आईएसओ 14001
 * अद्वैतवाद
 * एमर्जी
 * नवीकरणीय ऊर्जा
 * अक्षय ऊर्जा विकास
 * परिवर्तनकारी
 * ऊष्मप्रवैगिकी
 * ऊर्जा लेखा
 * ऊर्जा अर्थशास्त्र
 * पिर्सिग की गुणवत्ता की तत्वमीमांसा

संदर्भ

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 * A.W. Culp Jr. (1979) Principles of Energy Conversion, McGraw-Hill Book Company
 * I.Dincer and Y.A. Cengel (2001) 'Energy, Entropy and Exergy Concepts and Their Roles in Thermal Engineering', Entropy, Vol. 3, pp. 116–149.
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