能源投入回报(EROI)研究进展探析.pdf

第 2 5卷第 2期 2 0 1 6年 2月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE Vo 1 2 5。 No 2 F e b 2 0 1 6 经济研究 能源投入 回报( E RoI )研 究进展探析 徐博 ，冯连勇 ，胡燕。 ，Wil l ia m We i ( 1 中国石油大学 ( 北京)工商管理学院，北京 1 0 2 2 4 9 ；2 中国石油勘探开发公司，北京 1 0 0 0 8 3 ； 3 中国石油化工股份有限公 司石油勘探开发研 究院，北京 1 0 0 0 8 3 ； 4 加拿大麦科文大学，加拿大 埃德蒙顿 AB TS J 2 P 2 ) 摘 要 ：能源投入 回报 ( E n e r g y R e t u r n o n I n v e s t me n t ， E R OI ) 在 1 9 8 4 年 正式 提出后 ， 受全球能源生产 放缓 、 油价剧烈波动等 因素影 响， 受 到越 来越 多 的关 注 。国外学者 进行 了深 入研究 包括 测算 常规化 石能 源 、 非 常规化石能源以及可再生能源等 的 E R OI 值 ， 但 国内相关研 究甚少 ， 因此 ， 本文 主要 目的是 通过系统 分析 E R O I 研究 现状和趋势为国 内学者研 究提 供参考 。本文总结 了 目前 国内外 已测算 出 的常规油 气 、 页 岩气 、 生物能等 的 E R OI 值 ， 发现化石能源 E R OI 呈现下 降趋势 ， 新能源 的 E R OI 值较常规化石 能源 明显偏 低 。未来需要进一 步研 究的领域主要包括 ： 非常 规能源 和新能 源 E R OI 值 的测算 ； E R OI 与传统 能源评价 方法的结合 ； 考虑环境破坏 所产生能源成 本下 E R O I的计 算 ； 考 虑技术 进步等 因素下 能源 消耗 的预测 ； 研 究 E R O I 与经济发展 、 生活水平 等方面关系 。 关键词 ：能源 回报 ；化石能源 ；新能源 中图分类号 ：F 2 0 5 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 4 4 0 5 1 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 4 2 一 l l An a l y s is o f t h e d e v e l o p me n t o f e n e r g y r e t u r n o n in v e s t me n t( EROI )r e s e a r ch XU B o ， F ENG Lia n - y o n g ， HU Ya n 。 ， W il l ia m W e i ( 1 S ch o o l o f Bu s i n e s s Ad mi n i s t r a t i o n，C h in a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m ，Be i j i n g 1 0 2 2 4 9，C h in a ； 2 Ch in a Na t i o n a l Oil a n d Ga s Ex p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t C o r p o r a t i o n ，Be i j i n g 1 0 0 0 3 4，Ch i n a ； 3 S i n o p e c Gr o u p Ex p l o r a t i o n a n d Pr o d u ct i o n Re s e a r ch I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a ； 4 M a c Ewa n S ch o o l o f Bu s i n e s s ，Gr a n t Ma cEwa n Un iv e r s it y ，Ed mo n t o n，AB TS J 2 P 2，C a n a d a ) Ab s t r a ct ：En e r g y Re t u r n o n I n v e s t me n t( EROI ) ， f o r ma l l y p r o p o s e d i n 1 9 8 4， h a s g o t mo r e a t t e n t i o n d u e t o t h e s l o wd o wn o f g l o b a l e n e r g y p r o d u ct io n， t h e imp a ct o f o il p r ice v o l a t il it y a n d o t h e r f a ct o r s F o r e ig n s ch o l a r s h a v e co n d u ct e d in - d e p t h r e s e a r ch， in cl u d in g t h e e s t ima t e s o f EROI v a l u e s o f co n v e n t io n a l f o s s il f u e l s 。 u n co n v e n t io n a l f o s s il f u e l s a n d r e n e wa b l e e n e r g y， wh il e t h e r e h a s b e e n l it t l e r e s e a r ch o n t h is t o p ic in Ch in a The r e f or e， t h e pur po s e o f t his p ap e r is t op r o v id e t h e r e f e r e nce f or d omes t ic s cho l a r s t h r o ug h t h e s y s t e ma t i c a n a l y s i s o f EROI s t a t u s a n d t r e n d s Th i s p a p e r s u mma r i z e s t h e EROI v a l u e s o f co n v e n t i o n a l o il a n d g a s， s h a l e g a s ， b io e n e r g y t h a t e s t ima t e d a t h o me a n d a b r o a d， wh ich in d ica t e s t h a t t h e E ROI o f f o s s il e n e r g y h a v e d o wn wa r d t r e n d a n d t h e EROI o f n e w e n e r g y a r e s ig n if ica n t l y l o we r t h a n t h a t o f co n v e n t io n a l f o s s il e n e r g y I n t h e f u t u r e ， mo r e e f f o r t s s h o u l d b e p u t in t o t h e E ROI ca l cu l a t io n o f u n co n v e n t io n a l e n e r g y a n d n e w e n e r g y ， co mb in a t io n o f t r a d it io n a l e n e r g y e v a l u a t io n me t h o d s a n d EROI me t h o d ， EROI ca l cu l a t io n co n s i d e r in g e n v i r o n me n t a l co s t ， e n e r g y co n s u mp t i o n f o r e ca s t co n s i d e r in g t h e f a ct o r s s u ch a s t e ch n o l o g i ca l a dv a nce s ， a n dr e s e a r ch on t he r e l a t ion s hip o f EROI a nd e co no mic de v e l o pme n t， 1 iv in g s t a n da r ds， e t c Ke y wo r d s ： EROI ； f o s s il e n e r g y ； n e w e n e r g y 收稿 日期：2 0 1 4 0 5 一 I 3 基金项 目：国家自然科学基金项 目“ 非常规油气开发的能源 回报评价方法与应用研究” 资助 ( 编号 ： 7 1 3 7 3 2 8 5 ) ； 国家 自然科学基金项 目“ 我 国国民 经济中隐含石油的测算 、 路径分解与出口结构优化研究” 资助( 编号： 7 1 3 0 3 2 5 8 ) ； 国家社科基金 重大项 目“ 非常规油气开发利用对国家能源安全和 社会经济的影响”资助( 编号 ： 1 3 Z D1 5 9 ) ； 国家社科基金重大项 目 “ 中国石油安全视角的海外油气资源接替战略研究”资助 ( 编号 ： 1 1 Z D1 6 4 ) 作者简介 ：徐博( 1 9 8 2 一) ， 山东东营人 ， 博士研究 生， 中国石 油大学工商管理学 院， 从事能源经济 、 E ROI 等方面 的研究 。 第 2期 徐博 ，等 ：能源投入 回报( E R OI ) 研究进展 探析 1 能 源 回报 ( E R OI ) 的研 究历 程及 其 内涵 1 1 E R OI 起源 从热力学角度来看 ， 任何生产过程在释放能量 时也要消耗能量 ， 因此能源的可持续供应能力应是 用能源制造能源后剩余 的净能源 ( n e t e n e r g y ) ， 而不 是以往所认为的能源产量而 已。E R OI 方法在净能 源分析方法 的基 础上发展起来。1 9 7 3年， Od u mE 妇 提出对于整个物种来讲具有真正价值 的是净能源。 1 9 8 1 年 ， Ha l l _ 2 在 S cie n ce 杂 志 上发 表 文 章 ， 进 一 步 阐述 了净能源思想 ， 还提出了单位“ 努力” 的石油产 量 这 一 指 标 ， 隐 含 地 表 达 出 E R OI的 涵 义 。 1 9 8 4 年， C l e v e l a n d C J 等人正式提出 E ROI 的概念 ， 并 于同年在 S cie n ce 杂志对 E R OI 提出了更为系统的 探讨 3 ， 即 E R OI 是指为 了经济直接或间接需要的 能源而进行开采 的燃料总量与 以可用形式传递 到 社会的燃料总量 的比值 。继 C l e v e l a n d C J 等人将 E ROI 应 用 到 美 国石 油 领 域 的 研 究 中 之 后 ，目前 E ROI 研究对象多集 中于对美 国和欧洲 ， 范 围涉 及 常规化石能源、 非常规 能源和可再生 能源等等 ， 形 成了庞大的研究体系， 而国内对 于 E R OI 的研究 却 寥寥无几 j 。 1 2 E ROI 方法 的现实 意义 E R OI 作为 一 种 新 的能 源 生 产 评 价 方 法 ， 是 在 能源资 源限制性 作用 凸显 的背景 下应 运而 生 的。 在能源资源充裕时代 ， 经济发展理论 以货币为衡量 单位 ， 追求经济效益 的最大化。但是进入能源资源 短缺时代， 经济发展应当首先考虑能源资源这一基 础要素 ， 即 自然界到底能为社会经济发展提供 多少 能源。几乎所有产品的生产均与能源有关 ， 其 中就 包括能源本身 的生产 ( 如能源勘探 、 开发、 生产、 运 输等) 同样需 要能 源投入 ， 即能源 是产 出， 也 是投 入。随着能源资源的减少和能源开采难度 的增加 ， 能源生产过程中的能源消耗也逐渐增加。然而 ， 以 往的单纯从经济角度 出发 ， 追 求利润最大化 、 正现 金流量等评 价方法忽 略了资源约束 。而这种忽 略 能源消耗而单 纯追求能源产量升高 的评 价方法是 片面的， 应该考察能源生产对能源的利用情况。在 现在能源资源短缺 的背景下 ， 需要建立合理的能源 生产评价新方法 ， 重点分析能源资源 的基础性约束 作用 ， 进而合理考虑经济效益。 1 3 E R OI 计 算框 架 最初 ， E R OI 方法采用热当量法 ， 即将能源生产 过程 中的产出与投入转化为热当量值( 式( 1 ) ) 。 E R O I一 ( 1 ) E 式中， 和 E 分别表示第 i 种能源产 出的热当量 值和投入的热当量值 。 另外 ， E R OI 方法需要 确定两个重要 的维度 ： 一 是生产的边界是什么 ， 这就确定了的产 出项包括什 么 ， 这 里称 其“ 产 出边 界 ” ； 二是 投 入 包 括 什 么 ， 这 里 称其 “ 投 人 层 级” 。一 般 地 ， E RO I研 究 者 遵 循 Mu r p h y等 建立 的 E R OI 两 维计算标准 ， 产 出边 界包含 整个 能源 的生产 阶段 ( 化石 能源 的开采 阶 段 ， 新 能源 的产 生 阶段 ) ， 而 不包 含 能 源 的运输 与终 端使用阶段。投入边 界包含生产 阶段的直接和 间 接的能源 与原 材 料 投 入 数据 。此 边 界 下 计算 的 E RO I 称为“ 标准 E RO I ” ， 其值具有可 比性 ， 较高 的 E RO I 意味着相同的投入可以获得更 多能源产量或 者 在产 量相 同 的情况 下消耗 更 少 的能源 。 2能 源 回报 ( E R O I ) 的研 究进展 分析 2 1 化 石能 源 E R OI 值 化石 能 源是 目前 利 用 最 为 广 泛 的 能源 ， 外 国学 者对于其 E R OI 的研究 由来 已久 ， 研究 的时 间跨度 长 、 样本选取多、 地 区跨度广 ， 本文根据 目前搜集 的 资料， 将化石能源的 E R OI的主要研究成果汇总如 表 1 、 图 1 、 图 2所 示 。 通过 以表 1 、 图 2 、 图 2 ， 首先从 时间上来看 ， 可 以发现石油、 天然气、 煤炭的 E RO I 都呈现出显著的 1 9 3 0 1 9 7 3 1 9 7 8 1 9 8 3 1 9 88 1 9 9 3 1 9 9 8 2 0 0 3 2 0 0 8 2 01 3拉 图 1 全球化石能源 E R O I 统计结果分布图 4 5 4 0 3 5 3 O 2 5 羞2 0 1 5 1 0 0 图 2 世界 主要地区油气 E R O I 统计结果分布 图 4 4 中 国 矿 业 第2 5 卷 下降趋势 。美国石油天然气生产 E ROI 值在 2 O世 纪 3 O年代时在 1 0 0左右 ， 在 2 0世 纪 7 O年代时为 3 O ， 到 2 1世纪 只有 大约 l 1 1 8 之 间 ， 世界 油气 生产 E R OI 平均值 由 2 O世 纪 9 0年代 的 3 5降到如今 的 l 8左右。加拿 大西部 和大庆油 田油气 E R OI近十 几年维持在 5 1 0之间 ， 且有缓慢下降的趋势 。美 国煤炭 E RO I 在 2 O世纪 7 0年代降至 3 0 ， 如今只有 5 1 1 。从地 区的角度来看 ， 美 国、 加拿大 以及全球 大型油 田 E R OI 都接近于 1 8的世界平均水平 ， 中国 的大庆油 田 E ROI 较低 ， 说 明其 已经进入生产 的瓶 颈期 ， 产量的维持伴随着巨大 的能源投入。而俄罗 斯 、 挪威油气 E R OI 相对较高 ， 说 明其仍处于产量上 升期 ， 资源前景 良好 。 通过 对化 石能 源 E R OI 趋 势 的进 一 步 研 究 ， 揭 示了技术进 步 与化石 能源耗 竭之 间 的抗衡 作用 。 D a l e等 发现技术进步存在“ 顶板” ， 在化石能源产 量达到峰值之前， 技术进步能够使产量增加 ， E RO I 也随之上升 ， 但是 当技术 进步逼近“ 顶板” ， 资源耗 竭程度愈加明显时， 产量将不能再上升 ， E R OI 也会 下降。E ROI在 时 间 序 列 上 也 出 现 峰 值 ， 例 如， B r y a n等_ 2 o 发现美国天然气生产的 E RO I 出现了两 次峰值 ， 其 中一次与 Hu b b e r t 预测 的天然气峰值发 生在 同一 时 间； L e e n a等 2 1 发现 挪威 石 油生 产 的 E R OI 峰值出现在 1 9 9 6年。关 于化石 能源峰值 和 E R OI 的具体关系 ， 研究者有 以下发现 ： E RO I峰值 及其产量峰值具有依赖性 ； E R OI的下降能够解 释 石油产量的下降 。 ； E RO I 与化石能源价格成反 比 例关系， 与化 石能源 资源 的耗竭 程度 成反 比例 关 系L 2 ； E RO I 将直接影响能源部 门和工业部 门的资 本存量 ， E R OI 将随能源产量的提高呈“ 倒 U型” ， 其 中技术对能源回报有提升作用 、 资源耗竭量对能源 回报有下拉作用_ 2 。 2 2 可再生能源与非常规能源 E R OI 值 目前 ， 关于可再生能源 和非 常规 能源 的 E R OI 值还无系统全面的统计 ， 大部分 只是在石油天然气 研究文献 中涉及 了这些能源的数值大小 。但是 ， 针 对太阳能、 风能、 生物燃料各 自均有一定的统计 ， 并 对其进行了对比， 本文也将其列 出。 2 2 1 太 阳能 太 阳能利用主要分为两类 ， 即太 阳能热利用和 第 2 期 徐博 ，等 ：能源投入 回报 ( E R OI ) 研究进展探析 4 5 太 阳能光伏发电( P V) ， 其中以太 阳能光伏发 电为主 要研究( 表 2 、 图 3 ) 。太 阳能光伏发电系统主要 由太 阳能电池板 、 控制器和逆变器 组成基本原件 组成 ， 不同组件 的 P V有些处 于基础研究 阶段 ， 有些 已经 应用到商 业 化 阶段 ， 通 过 表 2可 以看 出， 太 阳能 E R OI 值 的大小主要取决于这些关键组 件的成本。 对主要的太阳能发电技术下 E RO I 取平均值进行归 纳 ， 如图 3所示。 目前看来 ， 聚光太阳能发 电( C S P ) E ROI 处于 3 O左右 ， 应用潜力较大 ， 其他材料 电池 的 P V总体看来 E ROI 值相近 ， 都显著低于化 石能 源。 日后能提高 E R OI的新组件仍有待开发 ， 以获 得更多的净能源， 才能替代化石能源维持经济活动 和社会 功能 必须 的能 源量 。 表 2太阳能 E R OI 汇总表 研 究取资料 时 间 关键组件 E ROI 研究取资料时 间 关键组件 E R 0I 2 0 0 0 多晶硅薄膜太 阳能 电池 3 8 1 0 基于碲化镉 电池的光伏 8 7 1 O 多硅 串联组件 2 8 基于铜铟镓 电池 的 6 7 7 9 光伏 2 0 0 3 磷化镓铟薄膜 电池组件 2 4 4 8 2 0 1 2 t2 6 J 基于多晶体电池的 6 _ 4 7 6 多 晶硅 电池组件 4 - 3 8 6 光伏 多晶体硅网 l 0 - 4 5 5 基于单晶体电池的 6 7 7 9 2 0 0 5 一V族化合物 光伏 l 0 -4 5 5 半导体太阳 电池 2 3 2 5 8 集成 高效聚 光硅太 阳电池 23 1 3 1 7 2 0 0 6 发 电系统 聚光太阳能发电 3 3 8 2 01 2 f 2 7 1 混合 光伏热 力系 统 9 4 3 3 ( CS P) 3 6 5 砷化镓薄膜电池 6 4 3 磷化镓铟 砷 化镓 叠层 薄膜 4 8 8 20 07 6 5 电池 5 3 9 多晶硅 组件 电池 7 1 P V 单晶硅 5 9 2 0 1 2 t2 8 1 P V 多晶硅 5 9 P V 带状硅 9 -4 2 0 0 8 1 0 0 MW大型光伏发电系统 l 0 - 2 0 聚光太阳能发 电 l 7 ， 2 l 2 0 1 3 ( CS P) 8 2 9 6 P V 单晶硅 l 2 6 l 6 1 5 1种不同光伏发 电系统均 2 O O 9 6 6 2 0 1 4 12 9 1 P V 多晶硅 1 2 9 1 9 1 值 P V 带状硅 1 6 9 - 2 l 中 国 矿 业 第2 5 卷 化合物 多晶硅 单晶硅 带状硅磷化镓铟 化镓碲化镉 铜铟镓 C S P 混合光伏 集成高教 半导体 砷化镩薄膜薄膜 热力系统 聚光硅 图 3不 同技术 、 材料下的太阳能 E R O I 统计结果分布图 2 2 2风能 风力发电是利用风力带动风车叶片旋转 ， 再通 过增速机的速度提升来促 进发 电机发 电。外 国学 者通过实验 ， 在不 同国家、 不 同电站进 行现场实验 ， 对风能 的 E ROI 进 行采 样 式 的计 算 ， 得 出样 本 的 E RO I 值或范围， 由表 3 、 图 4可以看 出， 加拿大 、 美 国、 丹麦的风能 E R OI 值 比其他国家高 ， 这和他们的 自然环境、 技术 有密切关 系。近两年 ， 我 国风 电建 设突飞猛进 ， 表现 出强劲 的发展态势 ， 已经 出现 了 一 批大规模 的风电场 ， 但遗憾的是对于我 国风能的 E R OI 研究仍是空 白。未来需要计算得出我国风能 E R OI 在世界上处于的水平 ， 为发展风能提供 E R OI 参考 ， 同时吸取加拿大、 美国、 丹麦风能的发展经验。 表 3 风 能 E R O I 汇 总表 研究地区 研 究取资料 时间 E R 0I 研究地 区 研究取资料时间 E R OI 2 O1 3 1 7 7 21 5 1 9 9 7 4 3 5 世界 3 0 1 9 7 7 2 0 0 7 2 5 2 1 9 8 1 1 美 国 3 6 - 3 7 1 9 9 8 2 3； 1 7； 3 9 1 9 8 3 1 3 8 3 2 0 0 2 8 0 1 9 9 O 3 2 3 1 9 8 0 6 1； 1 2 5 英国_ 3 3 1 9 9 5 2 3 8 2 O O 1 1 4 5 巴西 3 3 1 9 9 1 U 8 3 2 3 2 0 0 4 1 5 2 4 0 2 0 0 0 7 7 德 国 2 l 意大利 。 2 00 6 1 9 2 1 9 9 2 1 1 2； 3 7 1 9 9 O 71 4； 4 7 6 1 9 9 3 21 7 1 9 9 4 4 5 5； 1 4 7 1 9 9 7 81 5 0 丹麦 3 l l 。 1 9 9 6 8 3； 2 8 6 2 0 0 0 51 3； 7 6 9 1 9 9 8 1 4 1 2 6 3 2 O O 9 5 5 1 9 2 加 拿大 。 2 0 0 3 1 2 3 5 ； 1 2 5 8 ； 1 0 9 6 2 0 0 6 3 0 3 2 7 印度 s 1 1 9 9 9 3 1 3 比利 时 3 1 2 0 0 0 3 0 3 ； 2 7 8 阿根廷 3 1 1 9 9 8 5 9 ； 8 3 ； 1 2 5 挪威 4 1 2 O 1 4 7 5 1 2 9 ， 瑞士 。 1 9 9 6 3 1 ； 5 表 4汇总了生物能源植物的种植到生物燃料制 造 的整个过程 E R 0I 研究结果 ， 由于采取的生产技 术不同， 同种生物燃料 E R OI 值有一定差别， 图 5反 映 了不 同生物 燃 料 平 均值 的对 比情 况 。 由图 可 知 ， 甘蔗制生物乙醇 的 E R OI 高于玉米 、 大米等其他材 料制乙醇 ， 大约为 8 1 0 ， 但是 中国四省 的甘蔗制生 物乙醇 E R OI 却较低 。大米秸秆转化的生物燃料和 藻类生物燃料 E R OI 大约是 6 ， 高于其它生物柴油 。 但是从整体上看 ， 生物燃料的 E R OI 值普遍较低 ， 离 替代化石能源还有很长的路 。 2 2 3 生物质能 生物质能是通 过物理、 化 学、 生物 转换对生 物 质加以利用 的能源 ， 其 中转换方法包括物理转换方 法 、 化 学转 换 方 法两 种 。E R OI的研 究 思 想 最 早 体 现在生物质能源的研究上面， 用 以衡量不 同的生物 质能带来 的净能源 的多少。 2 2 4 非常规能源和其他可再生能源 非常规油气资源一般 包括致密和超 致密砂岩 油气 、 页岩油气、 超重 ( 稠) 油 、 沥青砂岩 、 煤层气 、 水 溶气 、 天然气水合物等 。由于非常规油气资源储层 第 2期 徐博 ，等 ：能源投入 回报 ( E R O I ) 研究进展探析 地质结构复杂， 已掌握 的地质勘探开发理论和常规 油气开发技术不能完全适用于非常规油气资源， 目 前虽然非常规油气资源储量非常巨大 ， 但它 的开发 仍处于起始阶段。2 0 0 5 年 以后 ， 对于非常规资源 以 及核 能 、 潮 汐 能 的 E R OI 研 究 才有所 开展 ， 本 文列 出 了最新的研究成果， 如表 5和图 6所示 。由图表看 以看出， 水电和致密气 E RO I 较高 ， 如今在有些 国家 已经开 发 的油 页 岩 、 油 砂 的 E R OI 相 对 较 低 。但 是 就 目前研究来看 ， 研究时间短、 数据量偏少、 边界不 统 一 ， 还 需要 长 时问进 一步 的研究 。 姜国 英国 德国 巴西 蔫大利 丹喜 加窆六 印唐 阿根廷 瑞士 比利时 图 4风能 E R OI 统计 结果分布图 表 4生物燃料生产 E R O I 汇总表 4 8 中 国 矿业 第2 5 卷 1 2 1 0 8 星 6 4 2 O 油菜籽制大豆制生麻疯果制玉米制生 甘蔗制生甜菜制生木薯制生糖浆制乙柳枝稷制大米秸秆藻类制生 生物柴油 物柴油 生物柴油 物乙醇物乙醇物乙醇物乙醇 醇 乙醇制生物燃 物燃料 料 图 5 生物质 能 E R O I 统计 结果分布 图 表 5 非常规 能源和其它可再生能源 E R OI r - 总 能源种类 研究取资料时间 研究地 区 E RO I 油页岩 煤液化 油砂 核能 潮 汐能 水 电 可燃冰 致 密气 页岩气 2 0 05 E 7 3 2 0 0 5 5 5 3 2 0 0 7 5 6 2 0 05 7 3 2 01 4 s 7 2 0 0 6 s 8 2 0 0 8 5 n 2 0 0 9 6 0 2 0 0 9 6 2 0 1 0 2 01 3 6 2 2 0 0 8 6 3 2 0 0 8 2 01 3 6 2 2 01 4 6 4 2 01 1 1 6 5 2 0世纪 6 0到 8 O代 2 01 3 1 6 7 2 01 3 6 8 2 01 4 6 9 美 国 美 国 美 国 美 国 中国神华煤制油 美 国 加拿 大 加拿 大 美 国 美 国 美 国 英 国 全球 新西 兰 冰岛 可发电 3 0 k w的可燃 冰( 1 0 0米深 的储集层) 美国宾 夕法尼 亚州 美国马塞勒斯 4 1 3 1 6 7 3 2 3 E ROI 在其他研究领域的应用 近些年， E RO I 方 法 已经不止应用于研究 能源 的开发利用过程 ， 而已扩展到人类生产生活 的许多 领域 ， 表 6列出了几例 E R OI 在其他领域的典型应 用。这表明 E R O I 作为一种新的能源评价方法为更 多研究者所认 同。这种用能量将 自然生态系统和人 类社会经济系统相联系， 剖析生产生活中能量产出与 消耗的方法 ， 具有非常广阔的研究与应用前景。 一 技 一 一 一 m 一 一 一 一 一 一 m 一 。； 艇 第 2期 徐博 ，等 ：能 源投入 回报( E R 0 I ) 研究进展探析 4 9 _ I 1 l l I _ l 一 油页岩 j蕻 ； 裔 化 油砂 核能潮汐能 水申 可燃冰致密气 页岩气 图 6 非常规能源和其它可再生能源 E R OI 统计结果分布图 表 6一些 其它生产 系统 的 E R O I 值汇 总表 3 能源回报 ( E R OI ) 的未来研究方向 有 关能 源 回报 ( E Ro I ) 的研 究 在 我 国 尚属 新 领 域 ， 作为国内研究 的起步 阶段 ， 本文 只是对其 中的 部分问题进行了探讨 ， 其深度和广度还有待进一步 拓展。未来值得进一 步研究 的领域 主要包括 以下 几 方 面 。 1 ) 关注非常规油气资源和新能源 E R OI 值的测 算 ， 将 E RO I 评价方法作 为判断这些能源生产价值 大小的衡量标准之一 。通过 回顾现有研究， 可以发 现风能、 太 阳能等新能源和页岩气等非常规资源相 对于常规能源来说 E R OI 值较低 。为保障能源供应 安全 ， 非常规油气资源和新能源未来将是常规油气 的重要替代， 尤其是非常规油气资源将作为未来数 十年 内影 响世界格 局 的重要 战略资源。由于其 资 源赋存与常规油气有着较 大差 异 ， 导致其勘探 、 开 发、 加工等环节对相关 技术、 设备及 投入 的要求 和 产出与常规油气不尽相 同， 在现有经 济、 技术和环 境约束下如何有 效合理开发是关键 。我 国 目前 正 大力研究或 已经 开发非 常规资源 ( 如 页岩气 ) 和新 能源 ， 计算 出我 国的非常规资 源和新 能源 的 E R OI 可以为评 价其 开发潜力大小提供 新标准。我 国能 源生产的 E RO I 测算刚刚起步 ， 且主要集 中于常规 能源生产领域 ， 非常规能源和新能源研究甚少 。在 新能源方 面， 目前 仅研 究 了一 些省份 生物 乙醇 的 E R OI 值 ， 例如胡燕计算 了四川南 充生物柴油项 目 的 E RO I ， 而关于 中国的非常规资源 E RO I的研 究 尚未出现 ， 这 都应 成为 国 内 E RO I研究 者 的研 究 方 向 。 加 舳 加 O 5 0 中 国 矿业 第2 5 卷 2 ) E ROI 与传统能源评 价方法 的结合 。E R OI 评价方法将重心集 中于能源资源的物理 意义 ， 但不 可否认 ， 能源生产评价不仅 涉及其物 理意义 ， 也 与 经济效益 、 投 资政 策、 技 术进 步 等要 素紧 密相连 。 因此， 需要将 E R OI 方法 与传统经济评价方法相结 合 ， 全面分析其生产 的价值 性， 建立 综合评价准 则 ( 如表 7所 示 ) 。 表 7能源生产 价值 评价准则表 使用 E RO I 评价方法需要确定 E R OI 基准值。 由于能源开采 以后还要 经过加工 、 运输、 终 端使用 等一系列过程 ， 所 以能源生产 E RO I 基准值必须大 于 1才能有净能源供社会使用。而以净能源供应为 零( 终端 消费 E ROI 一1 ) 计算 出的能 源开采 E R OI 值 ， 就是能源开采最小需要达到 的水平， 这就是“ 最 小 E R OI 准则” 。据此 ， Ha l l l_ 7 。 以终端使用 E R OI 值 1为 目标 ， 简单计算 了不 同产 出边界 的 E R OI 基 准 值 ， 认为能源开采的 E R OI 值至少要达 到 3 。未来 的研究者应 当根据具体 的研究 目标计 算 出特定 的 E R OI 基准值 。针对 E RO I 评价方法与传统经济评 价方法出现相悖 的情况 ， 即出现“ 能源盈余” 与“ 经 济盈余” 矛盾 的情况 ， 则需要进一步的深入研究。 3 ) 考虑环境破坏所带来的能源成本下 E R OI 的 计算。随着环境问题的加剧和环境意识 的增强 ， 能 源开发过程 中带来 的环境 污染 日益受到关注 ， 在实 践操作 中， 如在油气开 发过程 中， 为 了防止 或减少 碳排放 、 水污染 、 土地污染等 问题 ， 需要额外采取相 关技术或措施 ， 然而这所伴随的能源投入 的额外增 加会影响 E RO I 计算结果 。当前 ， 越来越 多的国 家积极采取措施解决能源生产 过程 中的环境问题， 如加拿大出台政策 ， 要求开采油砂的企业采用碳捕 捉技术、 投资碳减排或购买碳积分 。美国也 为页岩 气开发中的甲烷减排制定 了强制或半强制 的法规。 这些都将对油气 开采 中的能源消耗产生 巨大 的影 响。目前 世 界 范 围 的 研 究 成 果 尚集 中于 “ 标 准 E R OI ” 计算 ， 未加入应对环境破坏所产生 的能源成 本 ， 如此计算 的 E R OI 可能高估 了实 际值 。由此可 见 ， 考虑环境问题后能源回报 问题更能反映生产实 践 ， 这方面亟需引起重视， 有待进一步完善研究 。 4 ) 考虑能源生产 过程 中技术进 步等 因素下 能 源消耗的预测 。E RO I 值与能源生产过程 中的能源 消耗量成反比， 技术进步将减少能源生产过程 中的 能源消耗量 ， 对能源回报有提升作用 。影响技术 因素的变量有两个 ： 一是用 于提取能量的设备本身 蕴含着多少能量 ， 在能源开采 的起始阶段必须要投 入一定的能量 ， 例如一个 风力涡轮发 电机的建立必 定需要投入能量 。二是设备从 自然 环境 中提取 能 量的效率。这两个 变量都严格 服从物 理限制 。目 前 E RO I 预测主要采用趋势外推等方法简单进行预 测 ， 较少考虑技术进步对于能源利用效率提高的影 响。未来进行 E RO I 趋势预测 ， 既要考虑技术带来 的生产 效率 的提高 ， 又要看 到技 术进 步存 在 的极 限， 需要计算生产的不 同阶段中技术进步带来的能 量节约量 ， 从而对能源生产过程 中的能源 消耗进行 更加准确的预测进而更加准确地预测 E R OI 的变化 趋 势 。 5 ) 研究 E R OI 与经济发展、 生活水平等方面关 系。目前绝大部分 E RO I 研究集 中于 E R OI 值的计 算 ， 在此基础上 ， 近年来已有学者开始扩展 E RO I的 研究范围， 探索 E RO I 与经济发展、 人的生活质量等 方面的关系 ， 进一步挖掘其隐含在经济生 活的重要 作用 。例如 ， He u n和 Wit( 2 0 1 2 ) 研究 了 E R OI 与 油价 变 动 的关 系 ， 发 现 E R OI 低 于 1 O时 ， 油 价 出现 高位 非 线性 波 动L 8 0 。冯 连 勇 等 ( 2 0 1 4 ) 研 究 了 中 国 化石能源回报对经济增长影响 ， 发现两者 具有长期 稳定的均衡关系 ， 能源要素的投入能够增加经济的 产出， GD P增长 带动 能 源消 费 的趋势 不 明显 。 L a mb e r t 等( 2 0 1 4 ) 分析 了 E R OI 与人 的生活质量的 关系 ， 发现人的生活水平与 E R OI 的高低有显著相 关 性 ， 同 时 还 发 现 一 个 饱 和 点 ( E RO I 一 2 O ) ， E RO I 在 此点 上 继 续 提 高 ， 生 活 水 平 不 会 出 现 显 著 的 改 善 7 。然而以上研究只是做 出了初步探索 ， 在计算 方法、 边界界定等方面还需要进一步完善。未来需 要加大对于 E R OI 与经济发展 、 生活水平等方面关 ，系的研究 ， 充分发挥 E RO I 应有的指导价值 。 l 参考文献 1 Od u m H T E n e r g y ， E co l o g y ， a n d E co n o mi cs J Amb i o ， 1 9 7 3 ( 2 )： 2 2 0 2 2 7 2 Ha l l c A S ， C l e v e l a n d C J Pe t r o l e u m Dr i l l i n g a n d P r o d u ct i o n i n t h e Unit e d St a t e ： Yie l d p e r Ef f o r t a nd Ne t En e r gy An a l y s is E J S cie n ce ， 1 9 8 1 ， 2 1 1 ： 5 7 6 5 7 9 3 Cl e v e l a n d C J ， C o s t a n z a R， Ha l l C A S E n e r g y a n d t h e Un i t e d S t a t e s E co n o my ：A B i o p h y s i ca l P e r s p e ct i v e J S cie n ce， 1 9 8 4， 2 2 5： 8 9 0 8 9 7 第 2 期 徐博 ，等 ：能源投入 回报 ( E R O I ) 研究进展探析 5 1 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 3 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 3 2 1 2 2 张炜 ， 钱 瑜 ， 王冉 ， 等 能源投 资收益率 的研究进 展及其 应用 前景 J 环境科学与管理 ， 2 0 0 7 ( 3 2 ) ： I - 7 胡燕 ， 冯连勇 ， 田冬 能源生产 评价新 方法 能源投入 回报 值口 中国能源 ， 2 0 1 1 ， 3 3 ( I ) ： 2 2 2 8 Mu r p hy D J， Ha l l CA S， Da l e M ， e t a 1 Or d e r f r o m Cha o s ： A P r e l imi n a r y P r o t o co l f o r De t e r min i n g t h e E ROI o f F u e l s J S u s t a in a b il it y， 2 0 1 1， 3： 1 8 8 8 - 1 9 07 Cl e v e l a n d C Ne t e n e r g y f r o m t h e e x t r a ct io n o f o il a n d ga s in t h e Un i t e d S t a t e s J E n e r g y ， 2 0 0 5 ( 3 0 ) ： 7 6 9 7 8 2 Ha l l ， CAS， Cl e v e l a n d C， Ka u f ma n n R K En e r g y a n d Re s o u r ce Qu a l i t y ： Th e E co l o g y o f t h e E co n o mi c P r o ce s s M Ne w Yo r k： W il e y， 1 9 8 6 Gr a n d e l l L，Ha l l C A S，H ? ? k M En e r g y Re t ur n o n I n v e s t me n t f o r No r we g i a n O i l a n d Ga s f r o m 1 9 9 1 t o 2 0 0 8 J S u s t a in a b 1 it y， 2 0 1 1， 3： 2 0 5 0 2 0 7 0 C o s t a n z a R， C l e v e l a n d C Ne t E n e r g y F u l l C o s t Acco u n t in g： A F r a me wo r k f o r Ev a l u a t in g En e r g y Op t io n s a n d Cl ima t e Ch a n g e S t r a t e g i e s E B OL( 2 0 0 6) 2 0 1 1 0 6 1 h t t p ： w ww s u mmit s n e a t o r g d o e s E ROI p d f Ga g n o n N ， Ha l l C A S， Br in k e r I A p r e l imin a r y inv e s t ig a t io n o f e n e r gy r e t u r n o n e ne r g y in v e s t m e n t f o r g l o b a l o 1 a n d g a s p r o d u ct i o n J E n e r g ie s ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 4 9 0 5 0 3 胡燕 ， 冯连 勇， 齐超 ， 等 能 源投入 回报 值 ( ER OI ) 评 价方法及 其在我 国大庆油 田的应用 J 中国矿业 ， 2 0 1 4 ， 2 3 ( 9 ) ： 3 0 3 4 Fr e is e J Th e EROI o f C0 n v e n t io n