Войти
Тепло, форма энергии, частично представляет собой потенциальную энергию, а частично кинетическую энергию Качество энергии - это контраст между различными формами энергия, различные трофические уровни в экологических системах и склонность энергии к преобразованию из одной формы в другую. Эта концепция относится к эмпирическому опыту характеристик, или qualia, различных форм энергии, когда они текут и трансформируются. Это апеллирует к нашему общепринятому восприятию ценности тепла, универсальности и экологических характеристик различных форм энергии, а также к тому, как небольшое увеличение потока энергии иногда может оказывать большое влияние на преобразование обоих энергия физическое состояние и энергия. Например, переход от твердого состояния к жидкому может включать только очень небольшое добавление энергии. Методы оценки качества энергии иногда связаны с разработкой системы ранжирования энергетических качеств в иерархическом порядке.
Еще до древности существовало глубокое философский, эстетический и научный интерес в контрасте качества с количеством. В некоторых отношениях история современной и постмодернистской мысли может быть охарактеризована феноменологическим подходом к этим двум концепциям. Центральный вопрос заключался в том, можно ли понять множество различных качественных аспектов мира в терминах рациональных величин, или же качественное и количественное несовместимы: то есть не существует «рационального качества» или quale соотношение. Многие ученые и философы-аналитики говорят, что это не так, и поэтому считают некоторые качественные явления, такие как, например, духовность и астрология, не поддающимися количественной оценке, не поддающимися анализу научными методами, а значит, не основанный на физической реальности. Таким образом, понятие качества энергии имеет тенденцию быть связано с явлениями, которые многие ученые считают не поддающимися количественной оценке или, по крайней мере, несовместимыми, и поэтому сразу же отвергаются.
В то же время многие люди также признали качественные различия в способах выполнения вещей разными сущностями (как физическими, так и биологическими). Люди, например, обладают качественно другими способностями, чем многие другие млекопитающие, отчасти из-за их противоположного большого пальца. В попытке формализовать некоторые качественные различия сущности были сгруппированы в соответствии с отличительными особенностями или возможностями. Различные школы мысли использовали разные методы для проведения различий. Некоторые люди выбрали таксономическую и геномную структуру, в то время как другие выбрали энергетическую функцию в качестве основы классификации. Первые часто связаны с биологией, а вторые - с экологическим анализом трофической пищевой цепи. Это можно рассматривать как попытки формализовать количественные научные исследования качественных различий между сущностями. Эти усилия не были изолированы от биологии и экологии, поскольку инженеры также интересовались количественной оценкой объема работы, которую могут обеспечить качественно различные источники энергии.
Согласно Ohta (1994, стр. 90–91) ранжирование и научный анализ качества энергии были впервые предложены в 1851 году Уильямом Томсоном в рамках концепции «доступности». Эту концепцию продолжил в Германии З. Рант, который разработал ее под названием «die Exergie» (эксергия ). Позже он был продолжен и стандартизирован в Японии. Анализ Exergy теперь является общей частью многих промышленных и экологических анализов энергии. Например, И.Динсер и Ю.А. Cengel (2001, стр. 132) утверждает, что в настоящее время в паровой энергетике машиностроении обычно используются формы энергии разного качества. Здесь «показатель качества» - это отношение эксергии к содержанию энергии (Там же). Однако инженеры-энергетики знали, что понятие качества тепла включает понятие значения - например, А. Туманн писал: «Существенным качеством тепла является не количество, а, скорее, его« ценность »» (1984, с. стр. 113), что ставит вопрос о телеологии и более широких, или целевых функциях экологического масштаба. В экологическом контексте С.Е. Йоргенсен и Дж. Бендориккио говорят, что эксергия используется как целевая функция в экологических моделях и выражает энергию «со встроенной мерой качества, такой как энергия» (2001, с. 392).
Есть два основных вида методологии, используемых для расчета качества энергии. Их можно разделить на методы-получатели или доноры. Одно из основных различий, которое отличает эти классы, - это предположение о том, можно ли улучшить качество энергии в процессе преобразования энергии.
Методы приемника: рассматривают качество энергии как меру и показатель относительной легкости, с которой энергия преобразуется из одной формы в другую. То есть, сколько энергии получено в процессе преобразования или передачи. Например, А. Грублер [1] использовал два типа показателей энергетического качества, составляющие pro toto: соотношение водород / углерод (H / C) и его обратное значение, углеродная интенсивность энергии. Грублер использовал последний как показатель относительного качества окружающей среды. Однако Охта говорит, что в многоступенчатых промышленных системах преобразования, таких как система производства водорода с использованием солнечной энергии, качество энергии не улучшается (1994, стр. 125).
Донорские методы: рассматривают качество энергии как меру количества энергии, используемой в преобразовании энергии, которое идет на поддержание продукта или услуги (H.T.Odum 1975, p. 3). Именно столько энергии жертвуется на процесс преобразования энергии. Эти методы используются в экологической физической химии и оценке экосистем. С этой точки зрения, в отличие от точки зрения Охты, качество энергии повышается в результате многоступенчатых трофических преобразований экологических систем. Здесь повышенное качество энергии имеет большую способность обратной связи и контроля более низких уровней качества энергии. Донорские методы пытаются понять полезность энергетического процесса путем количественной оценки степени, в которой энергия более высокого качества контролирует энергию более низкого качества.
Т.Охта предположил, что концепция качества энергии может быть больше интуитивно понятным, если рассматривать примеры, в которых форма энергии остается постоянной, но количество текущей или передаваемой энергии варьируется. Например, если мы рассматриваем только инерционную форму энергии, то качество энергии движущегося тела выше, когда оно движется с большей скоростью. Если рассматривать только тепловую форму энергии, то более высокая температура имеет более высокое качество. А если рассматривать только световую форму энергии, то свет с более высокой частотой имеет более высокое качество (Ohta 1994, стр. 90). Поэтому все эти различия в качестве энергии легко измерить с помощью соответствующего научного прибора.
Ситуация усложняется, когда форма энергии не остается постоянной. В этом контексте Охта сформулировал вопрос о качестве энергии в терминах преобразования энергии одной формы в другую, то есть преобразования энергии. Здесь качество энергии определяется относительной легкостью, с которой энергия преобразуется из формы в форму.
Если энергию A относительно легче преобразовать в энергию B, но энергию B относительно труднее преобразовать в энергию A, то качество энергии A определяется как более высокое, чем качество энергии B. Аналогичным образом. (Т.Охта 1994, с. 90).
Номенклатура: До приведенного выше определения Охты А.В. Калп создал таблицу преобразования энергии, описывающую различные преобразования одной энергии в другую. В лечении Калпа использовался индекс, чтобы указать, о какой форме энергии идет речь. Следовательно, вместо того, чтобы писать «энергия A», как и Ohta выше, Калп ссылался на «J e », чтобы указать электрическую форму энергии, где «J» относится к «энергии», а «e» нижний индекс относится к электрической форме энергии. Обозначение Калпса предвосхитило более позднюю максиму Scienceman (1997) о том, что вся энергия должна быть определена как энергия формы с соответствующим нижним индексом.
Понятие качества энергии было признано также в экономических науках. В контексте биофизической экономики качество энергии измерялось количеством экономической продукции, произведенной на единицу входящей энергии (C.J. Cleveland et al. 2000). Оценка качества энергии в экономическом контексте также связана с методологиями воплощенной энергии. Другой пример экономической значимости концепции качества энергии привел Брайан Фли. Фли говорит, что «коэффициент энергетической прибыли (EPR) является одним из показателей качества энергии и ключевым показателем для оценки экономических показателей топлива. В знаменатель должны быть включены как прямые, так и косвенные затраты энергии, воплощенные в товарах и услугах». (2006; стр. 10) Флей вычисляет EPR как выход энергии / вход энергии.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
Ohta стремился упорядочить преобразования формы энергии в соответствии с их качеством и ввел иерархическую шкалу для ранжирования качества энергии на основе относительной простоты преобразования энергии (см. таблицу сразу после Охты, стр. 90). Очевидно, что Охта не анализировал все формы энергии. Например, вода не учитывается. Важно отметить, что рейтинг качества энергии определяется не только исходя из эффективности преобразования энергии. Это означает, что оценка «относительной легкости» преобразования энергии лишь частично зависит от эффективности преобразования. Как писал Охта, «турбогенератор и электродвигатель имеют почти одинаковый КПД, поэтому мы не можем сказать, какой из них имеет более высокое качество» (1994, стр. 90). Поэтому Охта также включил «изобилие в природе» в качестве еще одного критерия для определения ранга качества энергии. Например, Охта сказал, что «единственная электрическая энергия, которая существует в естественных условиях, - это молния, в то время как существует множество механических энергий». (Там же.). (См. Также таблицу 1 в статье Уолла, где приведен еще один пример рейтинга качества энергии).
Подобно Охта, HTOdum также стремился упорядочить преобразования формы энергии в соответствии с их качеством, однако его иерархическая шкала для ранжирования была основана на расширении экологической системы питания. цепные концепции к термодинамике, а не просто относительная легкость преобразования. Для Х.Т. Одума оценка качества энергии основана на количестве энергии одной формы, необходимой для генерации единицы энергии другой формы. Отношение одной входной формы энергии к другой выходной форме энергии было тем, что HTOdum и его коллеги назвали трансформацией : «EMERGY на единицу энергии в единицах эмджоулей на джоуль» (HTOdum 1988, с. 1135).
энергетический портал 