<<
>>

Качество энергии

  Определения
Энергия характеризуется не только количественными, но и качественными параметрами. He все калории (или другие единицы количества) одинаковы, т. е. одинаковые количества разных форм энергии могут сильно различаться по своему рабочему потенциалу.
Высококонцентрированные формы, такие, как энергия нефти, обладают более высоким рабочим потенциалом и соответственно более высоким качеством, чем такие «разбавленные» формы, как солнечный свет, а солнечный свет в свою очередь обладает более высоким качеством по сравнению с еще более рассеянным низкотемпературным теплом. Качество энергии измеряется ее количеством, расходуемым при превращении, или, говоря точнее, количеством определенного типа энергии, затрачиваемым на получение другого типа в цепи превращений энергии, например в пищевой цепи или в цепи превращений энергии, ведущих к получению электричества. По мере того как в этой цепи уменьшается количество энергии, пропорционально на каждом этапе повышается качество той ее доли, которая (после соответствующего теплового рассеяния) действительно перешла в новую форму. Другими словами, при снижении количества повышается качество. Удобным показателем качества может быть количество калорий солнечного света, которое должно рассеяться, чтобы получилась одна калория более высококачественной формы (энергии пищи или древесины, например). Химическая структура источника энергии опосредованно определяет его качество как ис- гочника пищи для консументов. Сравнивая источники энергии, пригодные для непосредственного использования человечеством, надо учитывать не только доступное нам количество, но и качество энергии и, когда это возможно, сопоставлять качество источника с качеством использования.
Объяснения
Принцип качества энергии иллюстрируется на рис. 3.16 двум» схемами потока энергии. Для природной пищевой цепи характерно снижение количества энергии на каждом последующем
Рис. 3.16. Повышение качества и понижение количества энергии в двух цепях ее переноса, начинающихся с Солнца.
Рис. 3.16. Повышение качества и понижение количества энергии в двух цепях ее переноса, начинающихся с Солнца. (Н. Т. Odum, 1979.)
А — пищевая цепь. Б — цепь использования электроэнергии.


уровне примерно от IO6 ккал-м~2, поступающих от Солнца, до IOO или менее на уровне хищника (вторичного консумента), о чем уже говорилось в предыдущем разделе, но качество энергии, измеренное в количестве рассеянных солнечных килокалорий, возрастает от I до 10000 (рис. 3.16, А). Чтобы образовалась I ккал биомассы хищника, требуется 10 000 ккал энергии солнечного* света, или 100 ккал биомассы травоядного животного. Соответственно качество энергии небольшой биомассы хищников в 100 раз* выше, чем такой же биомдссы травоядных. Это более высокое качество отражается в управляющем воздействии компонентов,, лежащих «ниже по течению» энергии, на компоненты, лежащие^ выше, о чем говорилось в предыдущем разделе. В сущности, с точки зрения термодинамики качество энергии измеряется расстоянием, пройденным ею от Солнца. Произведение действительного потока энергии на каком-то уровне на показатель качества называется затраченной энергией этого компонента. Доступна ли консументу потенциальная энергия, содержащаяся в компоненте, зависит от качества ресурса, например его пищевой ценности, о чем уже говорилось в разд.
4.
На рис. 3.16, Б показана энергетическая цепь, приводящая к генерации электричества. Ho мере продвижения вдоль цепи количество энергии падает, но ее качество, т. е. способность выполнять работу, увеличивается с каждым превращением. Это показано в табл. 3.14 (первая колонка цифр). Как видно из таблицы, качество, или рабочий потенциал ископаемого топлива, в 2000 раз выше, чем рабочий потенциал солнечного света. Иными словами, чтобы солнечный свет выполнял работу, производимую сейчас углем или нефтью, его надо сконцентрировать или повысить его качество в 2000 раз. Человечество не сможет перевести свои автомобили и другие машины, требующие высококачественной энергии ископаемого топлива на солнечную энергию до тех пор, пека оно не найдет способа повышать низкое качество солнечной энергии. Для этого потребуется дорогостоящая технология, пока еще не разработанная. Ho солнечную энергию можно использовать непосредственно, без повышения качества, для таких «низкокачественных» работ, как отопление жилых домов и других зданий. Если мы хотим, чтобы цивилизация берегла и эффективно использовала доступные источники энергии, то при разработке будущей стратегии в каждой стране и в мире в целом мы должны руководствоваться важнейшим принципом, а именно подбирать источник энергии такого качества, который соответствовал бы выполнению той или иной работы. При таком подборе горючие ископаемые будут идти только на поддержание работы механизмов, требующих высококачественной энергии. Высокое
Таблица 3.14. Коэффициенты качества энергии. (По II. Oclura, Е. Odum, 1981.)

Тип энергии

Солнечный
эквивалент,
кал

Эквивалент горючих ископаемых, кал

Солнечный свет

1,0

0,0005

Валовая продукция растений Чистая продукция растений в виде

100

0,05

древесины Горючие ископаемые (подготовлен
/>1000
0,5

ные к использованию)

2000

1,0

Энергия поднятой воды

6000

3

Электричество

8000

4


качество этих ископаемых не будут тратить в котельных и печах, чтобы обогревать дома, поскольку эту работу может выполнить Солнце. Запасы нефти и угля сохранятся гораздо дольше, что позволит выиграть время для разработки других способов получения высококачественной энергии.
Так как горючие ископаемые являются сейчас главной основой энергетических цепей человечества, показатель качества следует выражать в эквивалентных килокалориях горючего ископаемого, а также солнечного света, как показано во второй колонке табл. 3.13. Связь энергии и развития цивилизации рассмотрена подробнее в разд. 10. 
<< | >>
Источник: Одум Ю.. Экология: В 2-х т. Т. I. 1986

Еще по теме Качество энергии:

  1. Статья 542. Качество энергии
  2. 2.10.2 Энергия и имя; энергия как «движение сущности»
  3. ОКБ1 – ЦКБЭМ – НПО «ЭНЕРГИЯ» (в настоящее время РКК «Энергия» им. С.П.Королева)
  4. 1.1 Ключевые понятия «качество», «оценивание качества», «система оценивания качества», «квалиметрический инструментарий»
  5. Глава 5 Повышение качества и снижение затрат, связанных с качеством
  6. Функция потерь качества по Тагути (QLF) и скрытые затраты, связанные с качеством*
  7. Повышение качества и затраты, связанные с качеством
  8. Дж. Кампанелла. Экономика качества. Основные принципы н их применение /  Пер. с англ. А. Раскина / Науч. ред. Ю.П. Адлер и С.Е. Щепетова. — М.: РИА «Стандарты и качество». — 232 с, 2005
  9. Энергия в экологических системах
  10. 4.2 Тропос существования и энергия природы
  11. Об энергии [действии или деятельности]
  12. Глава IV. Получение энергии микроорганизмами