能值--考颖超

1、能值能值考颖超考颖超20140206032014020603 各种生态系统和人类社会经济系统均可视为各种生态系统和人类社会经济系统均可视为能量能量系统系统，系统各组分及其作用无不涉及能量的流动、，系统各组分及其作用无不涉及能量的流动、转化与贮存；能量可用于表达和了解生命与环境、转化与贮存；能量可用于表达和了解生命与环境、人与自然的关系。人与自然的关系。u能量能量可用于表达和了解生命与环境、人与自然的关系长可用于表达和了解生命与环境、人与自然的关系长期以来，人们应用能量为共同尺度，对各种系统进行分析期以来，人们应用能量为共同尺度，对各种系统进行分析研究研究u然而能量分析只在然而能量分析只在同类别

2、同类别的能量分析研究上取得成效。的能量分析研究上取得成效。u不同层次上的物质或产品所含能量的质量是不同的，这样不同层次上的物质或产品所含能量的质量是不同的，这样的能量往往无法进行比较的能量往往无法进行比较u2020世纪世纪8080年代后期，以美国著名生态学家年代后期，以美国著名生态学家H HT Todumodum为首为首的科学家，在能量系统分析的基础上创立了的科学家，在能量系统分析的基础上创立了能值理论和分能值理论和分析方法析方法，解决了不同类型、不同性质能量不可加减和比较，解决了不同类型、不同性质能量不可加减和比较的问题的问题能值 H HT Todumodum将能值定义为：一种流动或贮存的能

3、量中所包将能值定义为：一种流动或贮存的能量中所包含的另一种类别能量的数量，称为该能量的能值。他又进含的另一种类别能量的数量，称为该能量的能值。他又进一步解释能值为：产品或劳务形成过程中直接和间接投入一步解释能值为：产品或劳务形成过程中直接和间接投入应用的一种应用的一种有效能量有效能量(Available energy)(Available energy)，就是其所具有，就是其所具有的能值。的能值。 能值能值实质实质就是包含能量就是包含能量(Embodied energy)(Embodied energy)太阳能值 u 任何形式的能量均源于任何形式的能量均源于太阳能太阳能故常以太阳能为基准来衡量

4、各种能量故常以太阳能为基准来衡量各种能量的能值的能值u 任何资源、产品或劳务形成所需直接和间接应用的太阳能之量，就是任何资源、产品或劳务形成所需直接和间接应用的太阳能之量，就是其所具有的太阳能值其所具有的太阳能值(Solar energy)(Solar energy)单位为太阳能焦耳单位为太阳能焦耳(Solar (Solar emjoulesemjoules，即，即sej)sej)以能值为基准可以衡量和比较生态系统中不同等以能值为基准可以衡量和比较生态系统中不同等级能量的真实价值与贡献级能量的真实价值与贡献能值分析u能值分析是以能值为基准，把生态系统或生态经济系统中能值分析是以能值为基准，把生

5、态系统或生态经济系统中不同种类、不可比较的能量不同种类、不可比较的能量转换成同一标准转换成同一标准的能值来衡量的能值来衡量和分析和分析u从中评价其在系统中的作用和地位；综合分析系统中各种从中评价其在系统中的作用和地位；综合分析系统中各种生态流生态流( (能物流、货币流、人口流和信息流能物流、货币流、人口流和信息流) )，得出一系列，得出一系列能值综合指标能值综合指标(Emergy Indices)(Emergy Indices)定量分析系统的结构功定量分析系统的结构功能特征与生态经跻效益。能特征与生态经跻效益。能值转换率 能值分析中常用能值转换率能值分析中常用能值转换率(Transformit

6、y)(Transformity)，即单位能量，即单位能量(J)(J)或物质或物质(g)(g)所具有的能值所具有的能值. . 实际应用的是实际应用的是太阳能值转换率太阳能值转换率，即单位能量或物质相当于，即单位能量或物质相当于多少太阳能焦耳的能值转化而来。多少太阳能焦耳的能值转化而来。 如形成如形成lJlJ木材的能量需要木材的能量需要3490034900太阳能焦耳转化而来，那太阳能焦耳转化而来，那么木材的能值转换率就是么木材的能值转换率就是34900sejj34900sejj-1-1能值转换率是从生态系统食物链和热力学原理引申出来的重要概能值转换率是从生态系统食物链和热力学原理引申出来的重要概念

7、它是衡量念它是衡量不同类别能量不同类别能量的能质的能质(Energy quality)(Energy quality)的尺度，与系统的尺度，与系统的能量等级密切相关的能量等级密切相关生态系统是一种自组织生态系统是一种自组织(Self-organization)(Self-organization)的能量等级的能量等级(Energy (Energy hierarchy)hierarchy)系统。能量在食物链中传递、转化的每一过程中根据热系统。能量在食物链中传递、转化的每一过程中根据热力学力学第二定律第二定律均有许多能量耗散流失因此，随着能量从低等级的太均有许多能量耗散流失因此，随着能量从低等级的

8、太阳能转化为较高质量的绿色植物的潜能，再传递、转化为更高质量、阳能转化为较高质量的绿色植物的潜能，再传递、转化为更高质量、更为密集的各级捎费者的能量；能量数量的递减伴随着能质和能级的更为密集的各级捎费者的能量；能量数量的递减伴随着能质和能级的增加增加u自然界和人类社会的系统均具自然界和人类社会的系统均具能量等级能量等级关系能量传递与关系能量传递与转换类似转换类似食物链的特性食物链的特性。u例如，在太阳能一木材一煤炭一电的能量转换链中例如，在太阳能一木材一煤炭一电的能量转换链中1J1J木木材能相当于材能相当于34900sej34900sej；lJlJ煤炭能相当于煤炭能相当于39800sej;1J

9、39800sej;1J电能电能相当于相当于159000sej159000sej。u生态系统或生态经济系统的能流，从量多而能质低的等级生态系统或生态经济系统的能流，从量多而能质低的等级( (如太阳能如太阳能) )向量少而能质高的等级向量少而能质高的等级( (如电能如电能) )流动和转化；流动和转化；u能值转换率随着能量等级的能值转换率随着能量等级的提高而增加提高而增加。大量低能质的能量大量低能质的能量( (如太阳能、风能、如太阳能、风能、雨能雨能) )少量高能质、少量高能质、高等级的能量高等级的能量传递、转化传递、转化u系统中较高等级者具有较大的能值转化率系统中较高等级者具有较大的能值转化率。需

10、要较大量低。需要较大量低能质能量来维持，具有较高能质和较大控制能力，在系统能质能量来维持，具有较高能质和较大控制能力，在系统中扮演中心功能作。中扮演中心功能作。u复杂的生命、人类劳动、高科技等均属高能质、高转换率复杂的生命、人类劳动、高科技等均属高能质、高转换率的能量。某种能量的能值转换率越高，表明该能量的能质的能量。某种能量的能值转换率越高，表明该能量的能质和能级愈高；能值转换率是衡量能质和能级的和能级愈高；能值转换率是衡量能质和能级的尺度尺度。以分析对象而言以分析对象而言国家或地区生态经济系统的能值分析国家或地区生态经济系统的能值分析资源与经济的能值分析资源与经济的能值分析城市或农业生态经

11、济系统能值分析城市或农业生态经济系统能值分析具体生产系统具体生产系统(如农作物、工业品生产如农作物、工业品生产)能值分析等能值分析等能值分析方法以分析手段以分析手段与步骤而言与步骤而言能量系统模型图和能值综合图的绘制能量系统模型图和能值综合图的绘制各种能值分析表的制定各种能值分析表的制定能物流量计算与能值计算评价能物流量计算与能值计算评价能值转换率和各种能值指标的计算分析能值转换率和各种能值指标的计算分析系统模拟系统模拟能值分析方法资料收集资料收集能量系统图的绘制能量系统图的绘制构建系绕的能值综合结构图构建系绕的能值综合结构图建立能值指标体系建立能值指标体系系统的发展评价和策略分析系统的发展评

12、价和策略分析编制各种能值分析表编制各种能值分析表系统模拟系统模拟步骤步骤能量分析VS能值分析u生态系统的基本功能过程体现在能量的不断流动、转化和物生态系统的基本功能过程体现在能量的不断流动、转化和物质的不断循，生态系统的质的不断循，生态系统的能量分析能量分析即是研究系统的即是研究系统的能量流能量流，并对其加以分析。并对其加以分析。u生态系统的生态系统的能值分析能值分析则是以同一标准的能值为量纲，综合分则是以同一标准的能值为量纲，综合分析系统的析系统的能物流及其他生态流能物流及其他生态流。u从能量分析发展到能值分析，在理论和方法上都是一个重大从能量分析发展到能值分析，在理论和方法上都是一个重大的

13、飞跃。的飞跃。u 能量分析把各种性质和来源根本不同的能量均以能量单位表示后进行能量分析把各种性质和来源根本不同的能量均以能量单位表示后进行比较和数量研究。然而，比较和数量研究。然而，不同类型能量并不可比较和加减不同类型能量并不可比较和加减。 例如农业生态系统输入的石化能和生物能存在根本差异；同是例如农业生态系统输入的石化能和生物能存在根本差异；同是石化能石化能煤炭燃烧煤炭燃烧产生的产生的1J1J能与能与1J1J电能电能也存在极大差异，不可作简单相也存在极大差异，不可作简单相加和比较。加和比较。u 以能值为共同的度量标准，则可将各种原本不可相加和相比的能量。以能值为共同的度量标准，则可将各种原本

14、不可相加和相比的能量。通过其能值相加和相比，使系统分析建立在太阳能值为标准的基础上通过其能值相加和相比，使系统分析建立在太阳能值为标准的基础上 能量分析主要计算系统能量的能量分析主要计算系统能量的产投比产投比，无非是为了显示投，无非是为了显示投入能对产出能形成的效率。然而，生态经济系统能量分析入能对产出能形成的效率。然而，生态经济系统能量分析通常却不计算太阳光能、雨水能等通常却不计算太阳光能、雨水能等自然资源自然资源能量投入。分能量投入。分析结果得出的各种产投比并析结果得出的各种产投比并不反映自然的巨大作用和贡献，不反映自然的巨大作用和贡献，不能表示生态效益。不能表示生态效益。 能值分析不但分

15、析系统内各组分之间的能值流，而能值分析不但分析系统内各组分之间的能值流，而且且分析分析系统内外的能值交流。分析结果得出的综合能值指标体系，系统内外的能值交流。分析结果得出的综合能值指标体系，既反映既反映生态效益生态效益，亦体现，亦体现经济效益经济效益，表明，表明自然与人的作用自然与人的作用和贡献和贡献。 由于能量由于能量不能不能表达和衡量人与自然、环境与经济的本质关表达和衡量人与自然、环境与经济的本质关系，故能值分析难于对生态经许系统系，故能值分析难于对生态经许系统( (包括社会一经包括社会一经济自然复合生态系统济自然复合生态系统) )进行分析。进行分析。 能值分析则可把自然生态系统与人类经济

16、系统统一起来进能值分析则可把自然生态系统与人类经济系统统一起来进行行定量分析定量分析。 能量分析能量分析无法无法对系统的能量流、货币流、人口流、信息流对系统的能量流、货币流、人口流、信息流进行综合分析。进行综合分析。能量单位能量单位也不能用于表达生态与经济效率也不能用于表达生态与经济效率的关联。的关联。 能值分析以能值为能值分析以能值为共同量纲共同量纲，对系统各种生态流进行综合，对系统各种生态流进行综合分析，分析，定量分析定量分析系统的结构功能特征与动态变化。系统的结构功能特征与动态变化。 人类与自然界创造的所有财富均包古着能值，都具有价值。人类与自然界创造的所有财富均包古着能值，都具有价值。

17、所以，能值是所以，能值是财富实质性财富实质性的一种反映，是客观价值的一种的一种反映，是客观价值的一种表达；自然资源、商品、劳务和科技信息均可以舱值衡量表达；自然资源、商品、劳务和科技信息均可以舱值衡量其同有的真实价值，评价其贡献。其同有的真实价值，评价其贡献。 能量则不能用于衡量自然和经济的价值。能量则不能用于衡量自然和经济的价值。能量分析能量分析能值分析能值分析仅能分析系统的能量流仅能分析系统的能量流综合分析系统的能物流及其综合分析系统的能物流及其他生态流他生态流仅可比较相同类型的能量仅可比较相同类型的能量以能值为共同的度量标准，以能值为共同的度量标准，则可将各种原本不可相加和则可将各种原本

18、不可相加和相比的能量。通过其能值相相比的能量。通过其能值相加和相比加和相比不计算太阳光能、雨水能等不计算太阳光能、雨水能等自然资源能量投入自然资源能量投入不但分析系统内各组分之间不但分析系统内各组分之间的能值流，而且分析系统内的能值流，而且分析系统内外的能值交流外的能值交流分析结果不能反映自然的巨分析结果不能反映自然的巨大作用和贡献，不能表示生大作用和贡献，不能表示生态效益。态效益。既反映生态效益，亦体现经既反映生态效益，亦体现经济效益，表明自然与人的作济效益，表明自然与人的作用和贡献。用和贡献。 能值分析的能值分析的重点和难点重点和难点就是对系统的能物流、货就是对系统的能物流、货币流、信息流

19、进行能值综合分析，建立可比较的币流、信息流进行能值综合分析，建立可比较的能值指标体系。能值指标体系。秸秆发电系统能值分析 目前我国秸秆发电的两种主要技术为目前我国秸秆发电的两种主要技术为气化发电气化发电和和直燃发电直燃发电。 秸秆发电系统能值分析 秸秆资源由于秸秆资源由于空间分布分散、能量密度小空间分布分散、能量密度小等特性，收集、等特性，收集、运输、装卸和储存成为制约其大规模能源化利用的重要因运输、装卸和储存成为制约其大规模能源化利用的重要因素。我国大部分地区素。我国大部分地区以户为单位的耕作模式以户为单位的耕作模式使得该问题更使得该问题更加突出。加突出。 运输前对秸秆进行运输前对秸秆进行致密化处理致密化处理，可以克服其容积密度小、，可以克服其容积密度小、储运不方便的缺点；储运不方便的缺点； 建立建立中间收储站点中间收储站点可以解决其空间分布分散、收集困难的可以解决其空间分布分散、收集困难的问题，保证秸秆供应的稳定性，问题，保证秸秆供应的稳定性