Energy quality
ऊर्जा की गुणवत्ता उस आसानी का एक उपाय है जिसके साथ ऊर्जा के एक रूप को उपयोगी कार्य या ऊर्जा के दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता हैः इसकी ऊष्मागतिकी मुक्त ऊर्जा की सामग्री। ऊर्जा के एक उच्च गुणवत्ता वाले रूप में ऊष्मागतिकी मुक्त ऊर्जा की उच्च मात्रा होती है, और इसलिए इसका एक उच्च अनुपात कार्य में परिवर्तित किया जा सकता है; जबकि ऊर्जा के निम्न गुणवत्ता वाले रूपों के साथ, केवल एक छोटे अनुपात को कार्य में परिवर्तित किया जा सकता है, और शेष गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है। ऊर्जा गुणवत्ता की अवधारणा का उपयोग पारिस्थितिकी में भी किया जाता है, जहां इसका उपयोग खाद्य श्रृंखला और ऊष्मीय अर्थशास्त्र में विभिन्न पोषण स्तरों के बीच ऊर्जा के प्रवाह को ट्रैक करने के लिए किया जाता है, जहां इसका उपयोग ऊर्जा की प्रति इकाई आर्थिक उत्पादन के माप के रूप में किया जाता है। ऊर्जा गुणवत्ता के मूल्यांकन के तरीकों में अक्सर पदानुक्रमित क्रम में ऊर्जा गुणों की श्रेणी विकसित करना शामिल होता है। उदाहरण-औद्योगीकरण, जीवविज्ञान ऊर्जा की गुणवत्ता पर विचार 18वीं से 20वीं शताब्दी तक औद्योगीकरण का एक मौलिक चालक था। उदाहरण के लिए 18वीं शताब्दी में न्यू इंग्लैंड के औद्योगीकरण पर विचार करें। यह कपड़ा बुनाई के लिए बिजली करघों वाली कपड़ा मिलों के निर्माण को संदर्भित करता है। ऊर्जा का सबसे सरल, सबसे किफायती और सीधा स्रोत पानी के पहियों द्वारा प्रदान किया गया था, जो एक स्थानीय खाड़ी पर एक बांध के पीछे एक मिलपोंड से ऊर्जा निकालते थे। यदि पास के किसी अन्य जमींदार ने भी उसी खाड़ी पर एक मिल बनाने का फैसला किया, तो उनके बांध के निर्माण से मौजूदा जलचक्र को बिजली देने 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 नई मिलों का निर्माण किया गया था। 19वीं और 20वीं शताब्दी में उच्च गुणवत्ता वाली ऊर्जा की खोज एक प्रमुख प्रेरणा थी। उदाहरण के लिए, 18वीं शताब्दी में यांत्रिक ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए भाप बनाने के लिए कोयले को जलाने की कल्पना नहीं की जा सकती थी; 19वीं शताब्दी के अंत तक, पानी के पहियों का उपयोग लंबे समय से पुराना हो गया था। इसी तरह, बिजली से ऊर्जा की गुणवत्ता भाप की तुलना में बहुत अधिक 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। इसी तरह का परिदृश्य प्रकृति और जीव विज्ञान में सामने आता है, जहां जीवित जीव प्रकृति से अलग-अलग गुणवत्ता की ऊर्जा निकाल सकते हैं, जो अंततः पृथ्वी पर ऊष्मागतिकीय असंतुलन के प्राथमिक चालक के रूप में सौर ऊर्जा द्वारा संचालित होती है। पारिस्थितिकी तंत्र का पारिस्थितिक संतुलन प्रणाली के माध्यम से ऊर्जा प्रवाह पर आधारित है। उदाहरण के लिए, वर्षा जल चट्टानों के क्षरण को चलाता है, जो रसायनों को मुक्त करता है जिन्हें पोषक तत्वों के रूप में उपयोग किया जा सकता है; इन्हें प्लैंकटन द्वारा लिया जाता है, सौर ऊर्जा का उपयोग करके बढ़ने और पनपने के लिए; व्हेल प्लैंकटन खाकर ऊर्जा प्राप्त करते हैं, इस प्रकार अप्रत्यक्ष रूप से सौर ऊर्जा का भी उपयोग करते हैं, लेकिन इस बार बहुत अधिक केंद्रित और उच्च गुणवत्ता वाले रूप में। सौर वाष्पीकरण-संघनन जल चक्र के माध्यम से पानी के पहिये भी वर्षा जल द्वारा संचालित होते हैं; इस प्रकार अंततः, औद्योगिक कपड़ा निर्माण सौर विकिरण के दिन-रात के चक्र द्वारा संचालित था। यह एक व्यापक प्रणाली के रूप में ऊर्जा स्रोतों का एक समग्र दृष्टिकोण है। इस प्रकार, ऊर्जा की गुणवत्ता की चर्चा कभी-कभी मानविकी में पाई जा सकती है, जैसे कि द्वंद्ववाद, मार्क्सवाद और उत्तरआधुनिकतावाद। ऐसा प्रभावी रूप से इसलिए है क्योंकि अर्थशास्त्र जैसे विषय अर्थव्यवस्था में ऊष्मागतिकीय निवेश (अब ऊष्मागतिकी के रूप में मान्यता प्राप्त) को पहचानने में विफल रहे, जबकि भौतिकी और इंजीनियरिंग जैसे विषय मानव गतिविधि के आर्थिक प्रभावों या जैविक पारिस्थितिकी प्रणालियों में ऊष्मागतिकीय प्रवाह के प्रभावों को संबोधित करने में असमर्थ थे। इस प्रकार, इस तरह की जटिल प्रणालियों के लिए आवश्यक अस्पष्ट, गैर-विशिष्ट तर्क के लिए सबसे अच्छी तरह से प्रशिक्षित लोगों द्वारा व्यापक, वैश्विक प्रणाली-इन-द-लार्ज चर्चा की गई। विभिन्न विषयों में शब्दावली और दृष्टिकोण के परिणामी बेमेल होने से काफी विवाद हो सकता है। ओहता के अनुसार इतिहास (1994, पीपी। ऊर्जा गुणवत्ता की श्रेणी और वैज्ञानिक विश्लेषण पहली बार 1851 में विलियम थॉमसन द्वारा "उपलब्धता" की अवधारणा के तहत प्रस्तावित किया गया था। इस अवधारणा को जर्मनी में जेड रेंट द्वारा जारी रखा गया था, जिन्होंने इसे "डाई एक्सर्जी" (एक्सर्जी) शीर्षक के तहत विकसित किया था। इसे बाद में जापान में जारी रखा गया और 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. सेंगल (2001, पृष्ठ 132) का कहना है कि विभिन्न गुणों के ऊर्जा रूपों को अब आमतौर पर भाप शक्ति इंजीनियरिंग उद्योग में देखा जाता है। यहाँ "गुणवत्ता सूचकांक" ऊर्जा सामग्री (आई. बी. आई. डी.) के लिए एक्सेरजी का संबंध है। हालांकि ऊर्जा इंजीनियरों को पता था कि गर्मी की गुणवत्ता की धारणा में मूल्य की धारणा शामिल है-उदाहरण के लिए ए. थुमैन ने लिखा, "गर्मी की आवश्यक गुणवत्ता मात्रा नहीं है, बल्कि इसका 'मूल्य' है (1984, पृष्ठ 113)-जो टेलियोलॉजी और व्यापक, या पारिस्थितिक-पैमाने के लक्ष्य कार्यों के सवाल को खेल में लाता है। पारिस्थितिकीय संदर्भ में एस. ई. जोर्गेंसन और G.Bendoricchio का कहना है कि पारिस्थितिक मॉडल में एक लक्ष्य कार्य के रूप में एक्सर्जी का उपयोग किया जाता है, और ऊर्जा को "ऊर्जा जैसी गुणवत्ता के अंतर्निहित माप के साथ" व्यक्त करता है (2001, पृष्ठ 392)। ऊर्जा गुणवत्ता मूल्यांकन विधियाँ ऊर्जा गुणवत्ता की गणना के लिए दो मुख्य प्रकार की कार्यप्रणाली का उपयोग किया जाता है। इन्हें प्राप्तकर्ता या दाता विधियों के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। इन वर्गों को अलग करने वाले मुख्य अंतरों में से एक यह धारणा है कि क्या ऊर्जा परिवर्तन प्रक्रिया में ऊर्जा की गुणवत्ता को उन्नत किया जा सकता है। प्राप्तकर्ता विधियाँः ऊर्जा की गुणवत्ता को एक माप और सापेक्ष सहजता के संकेतक के रूप में देखें जिसके साथ ऊर्जा एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित होती है। अर्थात्, परिवर्तन या स्थानांतरण प्रक्रिया से कितनी ऊर्जा प्राप्त होती है। उदाहरण के लिए, ए. ग्रबलर ने ऊर्जावान गुणवत्ता के दो प्रकार के संकेतकों का उपयोग कियाः हाइड्रोजन/कार्बन (एच/सी) अनुपात, और इसका व्युत्क्रम, ऊर्जा की कार्बन तीव्रता। ग्रबलर ने बाद वाले का उपयोग सापेक्ष पर्यावरणीय गुणवत्ता के संकेतक के रूप में किया। हालांकि ओहता का कहना है कि सौर ऊर्जा का उपयोग करने वाली हाइड्रोजन उत्पादन प्रणाली जैसी बहु-स्तरीय औद्योगिक रूपांतरण प्रणालियों में ऊर्जा की गुणवत्ता में सुधार नहीं किया गया है (1994, पृष्ठ 125)। दाता विधियाँः 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 उपयोग की जाती है (H.T.Odum 1975, पृष्ठ 3)। ऊर्जा परिवर्तन प्रक्रिया में इतनी ऊर्जा दान की जाती है। इन विधियों का उपयोग पारिस्थितिक भौतिक रसायन विज्ञान और पारिस्थितिकी तंत्र मूल्यांकन में किया जाता है। इस दृष्टिकोण से, ओहता द्वारा उल्लिखित के विपरीत, पारिस्थितिक प्रणालियों के बहु-स्तरीय पोषण संबंधी रूपांतरणों में ऊर्जा की गुणवत्ता में सुधार किया जाता है। यहाँ, उन्नत ऊर्जा गुणवत्ता में प्रतिक्रिया करने और ऊर्जा गुणवत्ता के निचले स्तरों को नियंत्रित करने की अधिक क्षमता होती है। दाता विधियाँ उच्च गुणवत्ता वाली ऊर्जा निम्न गुणवत्ता वाली ऊर्जा को किस हद तक नियंत्रित करती है, इसकी मात्रा निर्धारित करके एक ऊर्जावान प्रक्रिया की उपयोगिता को समझने का प्रयास करती हैं। भौतिक-रासायनिक विज्ञान में ऊर्जा की गुणवत्ता (प्रत्यक्ष ऊर्जा परिवर्तन) निरंतर ऊर्जा रूप लेकिन परिवर्तनीय ऊर्जा प्रवाह टी. ओहता ने सुझाव दिया कि ऊर्जा की गुणवत्ता की अवधारणा अधिक सहज हो सकती है यदि कोई ऐसे उदाहरणों पर विचार करता है जहां ऊर्जा का रूप स्थिर रहता है लेकिन प्रवाहित या स्थानांतरित ऊर्जा की मात्रा भिन्न होती है। उदाहरण के लिए यदि हम केवल ऊर्जा के जड़त्वीय रूप पर विचार करते हैं, तो एक गतिशील वस्तु की ऊर्जा की गुणवत्ता अधिक होती है जब वह अधिक वेग के साथ चलती है। यदि हम केवल ऊर्जा के ऊष्मा रूप पर विचार करते हैं, तो उच्च तापमान में उच्च गुणवत्ता होती है। और अगर हम केवल ऊर्जा के प्रकाश रूप पर विचार करते हैं तो उच्च आवृत्ति वाले प्रकाश की गुणवत्ता अधिक होती है (ओहता 1994, पृष्ठ 90)। इसलिए ऊर्जा की गुणवत्ता में इन सभी अंतरों को उपयुक्त वैज्ञानिक उपकरण से आसानी से मापा जाता है। परिवर्तनीय ऊर्जा का रूप, लेकिन निरंतर ऊर्जा प्रवाह स्थिति अधिक जटिल हो जाती है जब ऊर्जा का रूप स्थिर नहीं रहता है। इस संदर्भ में ओहता ने ऊर्जा की गुणवत्ता के प्रश्न को एक रूप की ऊर्जा के दूसरे रूप में परिवर्तन के संदर्भ में तैयार किया, जो कि ऊर्जा का परिवर्तन है। यहाँ, ऊर्जा की गुणवत्ता को उस सापेक्ष आसानी से परिभाषित किया जाता है जिसके साथ ऊर्जा एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित होती है। यदि ऊर्जा ए को ऊर्जा बी में परिवर्तित करना अपेक्षाकृत आसान है लेकिन ऊर्जा बी को ऊर्जा ए में परिवर्तित करना अपेक्षाकृत कठिन है, तो ऊर्जा ए की गुणवत्ता को बी की तुलना में अधिक होने के रूप में परिभाषित किया जाता है। ऊर्जा गुणवत्ता की श्रेणी को भी इसी तरह परिभाषित किया गया है। (ओहता 1994, पृष्ठ 90)। नामकरणः ऊपर ओहता की परिभाषा से पहले, ए. डब्ल्यू. कल्प ने एक ऊर्जा रूपांतरण तालिका तैयार की जिसमें एक ऊर्जा से दूसरी ऊर्जा में विभिन्न परिवर्तनों का वर्णन किया गया था। कल्प के उपचार में एक उपलेख का उपयोग यह इंगित करने के लिए किया गया कि किस ऊर्जा रूप के बारे में बात की जा रही है। इसलिए, ऊपर ओहता की तरह "ऊर्जा ए" लिखने के बजाय, कल्प ने ऊर्जा के विद्युत रूप को निर्दिष्ट करने के लिए "जे" को संदर्भित किया, जहां "जे" "ऊर्जा" को संदर्भित करता है, और "ई" उपलेख ऊर्जा के विद्युत रूप को संदर्भित करता है। कल्प के संकेतन ने साइंसमैन (1997) के बाद के सिद्धांत का अनुमान लगाया कि सभी ऊर्जा को उपयुक्त अभिलिख के साथ रूप ऊर्जा के रूप में निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। जैवभौतिकीय अर्थशास्त्र में ऊर्जा की गुणवत्ता (अप्रत्यक्ष ऊर्जा परिवर्तन) आर्थिक विज्ञानों में भी ऊर्जा की गुणवत्ता की धारणा को मान्यता दी गई थी। जैवभौतिकीय अर्थशास्त्र के संदर्भ में ऊर्जा की गुणवत्ता को ऊर्जा निवेश की प्रति इकाई उत्पन्न आर्थिक उत्पादन की मात्रा (सी. जे. क्लीवलैंड एट अल। 2000)। आर्थिक संदर्भ में ऊर्जा की गुणवत्ता का आकलन भी सन्निहित ऊर्जा पद्धतियों से जुड़ा हुआ है। ऊर्जा गुणवत्ता अवधारणा की आर्थिक प्रासंगिकता का एक और उदाहरण ब्रायन फ्ली द्वारा दिया गया है। फ्ली का कहना है कि "ऊर्जा लाभ अनुपात (ई. पी. आर.) ऊर्जा की गुणवत्ता का एक माप है और ईंधन के आर्थिक प्रदर्शन का आकलन करने के लिए एक महत्वपूर्ण सूचकांक है। वस्तुओं और सेवाओं में सन्निहित प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष ऊर्जा निवेश दोनों को भाजक में शामिल किया जाना चाहिए। (2006; पृ. 10) फ्ले ई. पी. आर. की गणना ऊर्जा उत्पादन/ऊर्जा निवेश के रूप में करता है। ऊर्जा की गुणवत्ता को श्रेणीबद्ध करना ऊर्जा की प्रचुरता और सापेक्ष परिवर्तन आसानी पदानुक्रमित श्रेणी और/या पदानुक्रमित स्थिति के माप के रूप में ओहता ने ऊर्जा रूप रूपांतरणों को उनकी गुणवत्ता के अनुसार क्रमबद्ध करने की मांग की और ऊर्जा रूपांतरण की सापेक्ष आसानी के आधार पर ऊर्जा गुणवत्ता को श्रेणीबद्ध करने के लिए एक पदानुक्रमित पैमाने की शुरुआत की (ओहता के ठीक बाद की तालिका देखें, पृष्ठ 90)। यह स्पष्ट है कि ओहता ने ऊर्जा के सभी रूपों का विश्लेषण नहीं किया। उदाहरण के लिए, पानी को उसके मूल्यांकन से बाहर रखा जाता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ऊर्जा की गुणवत्ता की श्रेणी केवल ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता के संदर्भ में निर्धारित नहीं की जाती है। इसका मतलब यह है कि ऊर्जा रूपांतरण की "सापेक्ष सहजता" का मूल्यांकन केवल आंशिक रूप से परिवर्तन दक्षता पर निर्भर करता है। जैसा कि ओहता ने लिखा है, "टरबाइन जनरेटर और विद्युत मोटर की दक्षता लगभग समान है, इसलिए हम यह नहीं कह सकते कि किसकी गुणवत्ता अधिक है" (1994, पृष्ठ 90)। ओहता ने इसलिए ऊर्जा गुणवत्ता श्रेणी के निर्धारण के लिए एक अन्य मानदंड के रूप में 'प्रकृति में प्रचुरता' को भी शामिल किया। उदाहरण के लिए, ओहता ने कहा कि, "प्राकृतिक परिस्थितियों में मौजूद एकमात्र विद्युत ऊर्जा बिजली है, जबकि कई यांत्रिक ऊर्जाएँ मौजूद हैं।" (इबिद.)। (ऊर्जा गुणवत्ता की रैंकिंग के एक अन्य उदाहरण के लिए वॉल के लेख में तालिका 1 भी देखें)। ओहता की तरह पदानुक्रमित श्रेणी के एक ऊर्जा उपाय के रूप में परिवर्तन, H.T.Odum ने भी उनकी गुणवत्ता के अनुसार ऊर्जा रूप रूपांतरणों का आदेश देने की मांग की, हालांकि रैंकिंग के लिए उनका पदानुक्रमित पैमाना परिवर्तन की सापेक्ष आसानी के बजाय पारिस्थितिक प्रणाली खाद्य श्रृंखला अवधारणाओं को ऊष्मागतिकी तक विस्तारित करने पर आधारित था। H.T.Odum ऊर्जा गुणवत्ता श्रेणी के लिए दूसरे ऊर्जा रूप की एक इकाई उत्पन्न करने के लिए आवश्यक एक रूप की ऊर्जा की मात्रा पर आधारित है। एक ऊर्जा रूप के निवेश और एक अलग ऊर्जा रूप के उत्पादन का अनुपात वह था जिसे H.T.Odum और उनके सहयोगियों ने परिवर्तनशीलता कहाः "इमजूल प्रति जूल की इकाइयों में प्रति इकाई ऊर्जा" (H.T.Odum 1988, पृष्ठ 1135)। ऊर्जा के लिए इकोएनर्जी इकोलेबल ग्रीन एनर्जी यूजीन ग्रीन एनर्जी स्टैंडर्ड आईएसओ 14001 मोनिज्म इमर्जी रिन्यूएबल एनर्जी रिन्यूएबल एनर्जी डेवलपमेंट ट्रांसफॉर्मिटी थर्मोडायनामिक्स एनर्जी अकाउंटिंग एनर्जी इकोनॉमिक्स पिरसिग के मेटाफिजिक्स ऑफ क्वालिटी रेफरेंस एम. टी. ब्राउन एंड एस. उल्गियाटी (2004) 'ऊर्जा गुणवत्ता, ऊर्जा और परिवर्तनताः एच. टी. परिमाणीकरण और प्रणालियों को समझने में ओडम का योगदान, पारिस्थितिक मॉडलिंग, वॉल्यूम। 178, पृ. 201-213. सी. जे. क्लीवलैंड, आर. के. कौफमैन, और डी. आई. स्टर्न (2000) 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