1、能值能值考穎超考穎超20140206032014020603 各種生態(tài)系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)均可視為各種生態(tài)系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)均可視為能量能量系統(tǒng)系統(tǒng)，系統(tǒng)各組分及其作用無不涉及能量的流動、，系統(tǒng)各組分及其作用無不涉及能量的流動、轉(zhuǎn)化與貯存；能量可用于表達(dá)和了解生命與環(huán)境、轉(zhuǎn)化與貯存；能量可用于表達(dá)和了解生命與環(huán)境、人與自然的關(guān)系。人與自然的關(guān)系。u能量能量可用于表達(dá)和了解生命與環(huán)境、人與自然的關(guān)系長可用于表達(dá)和了解生命與環(huán)境、人與自然的關(guān)系長期以來，人們應(yīng)用能量為共同尺度，對各種系統(tǒng)進(jìn)行分析期以來，人們應(yīng)用能量為共同尺度，對各種系統(tǒng)進(jìn)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類別

2、同類別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不同層次上的物質(zhì)或產(chǎn)品所含能量的質(zhì)量是不同的，這樣不同層次上的物質(zhì)或產(chǎn)品所含能量的質(zhì)量是不同的，這樣的能量往往無法進(jìn)行比較的能量往往無法進(jìn)行比較u2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代后期，以美國著名生態(tài)學(xué)家年代后期，以美國著名生態(tài)學(xué)家H HT Todumodum為首為首的科學(xué)家，在能量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了的科學(xué)家，在能量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了能值理論和分能值理論和分析方法析方法，解決了不同類型、不同性質(zhì)能量不可加減和比較，解決了不同類型、不同性質(zhì)能量不可加減和比較的問題的問題能值 H HT Todumodum將能值定義為：一種流動或貯存的能

3、量中所包將能值定義為：一種流動或貯存的能量中所包含的另一種類別能量的數(shù)量，稱為該能量的能值。他又進(jìn)含的另一種類別能量的數(shù)量，稱為該能量的能值。他又進(jìn)一步解釋能值為：產(chǎn)品或勞務(wù)形成過程中直接和間接投入一步解釋能值為：產(chǎn)品或勞務(wù)形成過程中直接和間接投入應(yīng)用的一種應(yīng)用的一種有效能量有效能量(Available energy)(Available energy)，就是其所具有，就是其所具有的能值。的能值。 能值能值實質(zhì)實質(zhì)就是包含能量就是包含能量(Embodied energy)(Embodied energy)太陽能值 u 任何形式的能量均源于任何形式的能量均源于太陽能太陽能故常以太陽能為基準(zhǔn)來衡量

4、各種能量故常以太陽能為基準(zhǔn)來衡量各種能量的能值的能值u 任何資源、產(chǎn)品或勞務(wù)形成所需直接和間接應(yīng)用的太陽能之量，就是任何資源、產(chǎn)品或勞務(wù)形成所需直接和間接應(yīng)用的太陽能之量，就是其所具有的太陽能值其所具有的太陽能值(Solar energy)(Solar energy)單位為太陽能焦耳單位為太陽能焦耳(Solar (Solar emjoulesemjoules，即，即sej)sej)以能值為基準(zhǔn)可以衡量和比較生態(tài)系統(tǒng)中不同等以能值為基準(zhǔn)可以衡量和比較生態(tài)系統(tǒng)中不同等級能量的真實價值與貢獻(xiàn)級能量的真實價值與貢獻(xiàn)能值分析u能值分析是以能值為基準(zhǔn)，把生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中能值分析是以能值為基準(zhǔn)，把生

5、態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不同種類、不可比較的能量不同種類、不可比較的能量轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值來衡量的能值來衡量和分析和分析u從中評價其在系統(tǒng)中的作用和地位；綜合分析系統(tǒng)中各種從中評價其在系統(tǒng)中的作用和地位；綜合分析系統(tǒng)中各種生態(tài)流生態(tài)流( (能物流、貨幣流、人口流和信息流能物流、貨幣流、人口流和信息流) )，得出一系列，得出一系列能值綜合指標(biāo)能值綜合指標(biāo)(Emergy Indices)(Emergy Indices)定量分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功定量分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征與生態(tài)經(jīng)躋效益。能特征與生態(tài)經(jīng)躋效益。能值轉(zhuǎn)換率 能值分析中常用能值轉(zhuǎn)換率能值分析中常用能值轉(zhuǎn)換率(Transformit

6、y)(Transformity)，即單位能量，即單位能量(J)(J)或物質(zhì)或物質(zhì)(g)(g)所具有的能值所具有的能值. . 實際應(yīng)用的是實際應(yīng)用的是太陽能值轉(zhuǎn)換率太陽能值轉(zhuǎn)換率，即單位能量或物質(zhì)相當(dāng)于，即單位能量或物質(zhì)相當(dāng)于多少太陽能焦耳的能值轉(zhuǎn)化而來。多少太陽能焦耳的能值轉(zhuǎn)化而來。 如形成如形成lJlJ木材的能量需要木材的能量需要3490034900太陽能焦耳轉(zhuǎn)化而來，那太陽能焦耳轉(zhuǎn)化而來，那么木材的能值轉(zhuǎn)換率就是么木材的能值轉(zhuǎn)換率就是34900sejj34900sejj-1-1能值轉(zhuǎn)換率是從生態(tài)系統(tǒng)食物鏈和熱力學(xué)原理引申出來的重要概能值轉(zhuǎn)換率是從生態(tài)系統(tǒng)食物鏈和熱力學(xué)原理引申出來的重要概念

7、它是衡量念它是衡量不同類別能量不同類別能量的能質(zhì)的能質(zhì)(Energy quality)(Energy quality)的尺度，與系統(tǒng)的尺度，與系統(tǒng)的能量等級密切相關(guān)的能量等級密切相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)是一種自組織生態(tài)系統(tǒng)是一種自組織(Self-organization)(Self-organization)的能量等級的能量等級(Energy (Energy hierarchy)hierarchy)系統(tǒng)。能量在食物鏈中傳遞、轉(zhuǎn)化的每一過程中根據(jù)熱系統(tǒng)。能量在食物鏈中傳遞、轉(zhuǎn)化的每一過程中根據(jù)熱力學(xué)力學(xué)第二定律第二定律均有許多能量耗散流失因此，隨著能量從低等級的太均有許多能量耗散流失因此，隨著能量從低等級的

8、太陽能轉(zhuǎn)化為較高質(zhì)量的綠色植物的潛能，再傳遞、轉(zhuǎn)化為更高質(zhì)量、陽能轉(zhuǎn)化為較高質(zhì)量的綠色植物的潛能，再傳遞、轉(zhuǎn)化為更高質(zhì)量、更為密集的各級捎費(fèi)者的能量；能量數(shù)量的遞減伴隨著能質(zhì)和能級的更為密集的各級捎費(fèi)者的能量；能量數(shù)量的遞減伴隨著能質(zhì)和能級的增加增加u自然界和人類社會的系統(tǒng)均具自然界和人類社會的系統(tǒng)均具能量等級能量等級關(guān)系能量傳遞與關(guān)系能量傳遞與轉(zhuǎn)換類似轉(zhuǎn)換類似食物鏈的特性食物鏈的特性。u例如，在太陽能一木材一煤炭一電的能量轉(zhuǎn)換鏈中例如，在太陽能一木材一煤炭一電的能量轉(zhuǎn)換鏈中1J1J木木材能相當(dāng)于材能相當(dāng)于34900sej34900sej；lJlJ煤炭能相當(dāng)于煤炭能相當(dāng)于39800sej;1J

9、39800sej;1J電能電能相當(dāng)于相當(dāng)于159000sej159000sej。u生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能流，從量多而能質(zhì)低的等級生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能流，從量多而能質(zhì)低的等級( (如太陽能如太陽能) )向量少而能質(zhì)高的等級向量少而能質(zhì)高的等級( (如電能如電能) )流動和轉(zhuǎn)化；流動和轉(zhuǎn)化；u能值轉(zhuǎn)換率隨著能量等級的能值轉(zhuǎn)換率隨著能量等級的提高而增加提高而增加。大量低能質(zhì)的能量大量低能質(zhì)的能量( (如太陽能、風(fēng)能、如太陽能、風(fēng)能、雨能雨能) )少量高能質(zhì)、少量高能質(zhì)、高等級的能量高等級的能量傳遞、轉(zhuǎn)化傳遞、轉(zhuǎn)化u系統(tǒng)中較高等級者具有較大的能值轉(zhuǎn)化率系統(tǒng)中較高等級者具有較大的能值轉(zhuǎn)化率。需

10、要較大量低。需要較大量低能質(zhì)能量來維持，具有較高能質(zhì)和較大控制能力，在系統(tǒng)能質(zhì)能量來維持，具有較高能質(zhì)和較大控制能力，在系統(tǒng)中扮演中心功能作。中扮演中心功能作。u復(fù)雜的生命、人類勞動、高科技等均屬高能質(zhì)、高轉(zhuǎn)換率復(fù)雜的生命、人類勞動、高科技等均屬高能質(zhì)、高轉(zhuǎn)換率的能量。某種能量的能值轉(zhuǎn)換率越高，表明該能量的能質(zhì)的能量。某種能量的能值轉(zhuǎn)換率越高，表明該能量的能質(zhì)和能級愈高；能值轉(zhuǎn)換率是衡量能質(zhì)和能級的和能級愈高；能值轉(zhuǎn)換率是衡量能質(zhì)和能級的尺度尺度。以分析對象而言以分析對象而言國家或地區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值分析國家或地區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值分析資源與經(jīng)濟(jì)的能值分析資源與經(jīng)濟(jì)的能值分析城市或農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)

11、濟(jì)系統(tǒng)能值分析城市或農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析具體生產(chǎn)系統(tǒng)具體生產(chǎn)系統(tǒng)(如農(nóng)作物、工業(yè)品生產(chǎn)如農(nóng)作物、工業(yè)品生產(chǎn))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與步驟而言與步驟而言能量系統(tǒng)模型圖和能值綜合圖的繪制能量系統(tǒng)模型圖和能值綜合圖的繪制各種能值分析表的制定各種能值分析表的制定能物流量計算與能值計算評價能物流量計算與能值計算評價能值轉(zhuǎn)換率和各種能值指標(biāo)的計算分析能值轉(zhuǎn)換率和各種能值指標(biāo)的計算分析系統(tǒng)模擬系統(tǒng)模擬能值分析方法資料收集資料收集能量系統(tǒng)圖的繪制能量系統(tǒng)圖的繪制構(gòu)建系繞的能值綜合結(jié)構(gòu)圖構(gòu)建系繞的能值綜合結(jié)構(gòu)圖建立能值指標(biāo)體系建立能值指標(biāo)體系系統(tǒng)的發(fā)展評價和策略分析系統(tǒng)的發(fā)展評

12、價和策略分析編制各種能值分析表編制各種能值分析表系統(tǒng)模擬系統(tǒng)模擬步驟步驟能量分析VS能值分析u生態(tài)系統(tǒng)的基本功能過程體現(xiàn)在能量的不斷流動、轉(zhuǎn)化和物生態(tài)系統(tǒng)的基本功能過程體現(xiàn)在能量的不斷流動、轉(zhuǎn)化和物質(zhì)的不斷循，生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)的不斷循，生態(tài)系統(tǒng)的能量分析能量分析即是研究系統(tǒng)的即是研究系統(tǒng)的能量流能量流，并對其加以分析。并對其加以分析。u生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)的能值分析能值分析則是以同一標(biāo)準(zhǔn)的能值為量綱，綜合分則是以同一標(biāo)準(zhǔn)的能值為量綱，綜合分析系統(tǒng)的析系統(tǒng)的能物流及其他生態(tài)流能物流及其他生態(tài)流。u從能量分析發(fā)展到能值分析，在理論和方法上都是一個重大從能量分析發(fā)展到能值分析，在理論和方法上都是一個重大的

13、飛躍。的飛躍。u 能量分析把各種性質(zhì)和來源根本不同的能量均以能量單位表示后進(jìn)行能量分析把各種性質(zhì)和來源根本不同的能量均以能量單位表示后進(jìn)行比較和數(shù)量研究。然而，比較和數(shù)量研究。然而，不同類型能量并不可比較和加減不同類型能量并不可比較和加減。 例如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)輸入的石化能和生物能存在根本差異；同是例如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)輸入的石化能和生物能存在根本差異；同是石化能石化能煤炭燃燒煤炭燃燒產(chǎn)生的產(chǎn)生的1J1J能與能與1J1J電能電能也存在極大差異，不可作簡單相也存在極大差異，不可作簡單相加和比較。加和比較。u 以能值為共同的度量標(biāo)準(zhǔn)，則可將各種原本不可相加和相比的能量。以能值為共同的度量標(biāo)準(zhǔn)，則可將各種原本

14、不可相加和相比的能量。通過其能值相加和相比，使系統(tǒng)分析建立在太陽能值為標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上通過其能值相加和相比，使系統(tǒng)分析建立在太陽能值為標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上 能量分析主要計算系統(tǒng)能量的能量分析主要計算系統(tǒng)能量的產(chǎn)投比產(chǎn)投比，無非是為了顯示投，無非是為了顯示投入能對產(chǎn)出能形成的效率。然而，生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能量分析入能對產(chǎn)出能形成的效率。然而，生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能量分析通常卻不計算太陽光能、雨水能等通常卻不計算太陽光能、雨水能等自然資源自然資源能量投入。分能量投入。分析結(jié)果得出的各種產(chǎn)投比并析結(jié)果得出的各種產(chǎn)投比并不反映自然的巨大作用和貢獻(xiàn)，不反映自然的巨大作用和貢獻(xiàn)，不能表示生態(tài)效益。不能表示生態(tài)效益。 能值分析不但分

15、析系統(tǒng)內(nèi)各組分之間的能值流，而能值分析不但分析系統(tǒng)內(nèi)各組分之間的能值流，而且且分析分析系統(tǒng)內(nèi)外的能值交流。分析結(jié)果得出的綜合能值指標(biāo)體系，系統(tǒng)內(nèi)外的能值交流。分析結(jié)果得出的綜合能值指標(biāo)體系，既反映既反映生態(tài)效益生態(tài)效益，亦體現(xiàn)，亦體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益，表明，表明自然與人的作用自然與人的作用和貢獻(xiàn)和貢獻(xiàn)。 由于能量由于能量不能不能表達(dá)和衡量人與自然、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的本質(zhì)關(guān)表達(dá)和衡量人與自然、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的本質(zhì)關(guān)系，故能值分析難于對生態(tài)經(jīng)許系統(tǒng)系，故能值分析難于對生態(tài)經(jīng)許系統(tǒng)( (包括社會一經(jīng)包括社會一經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)) )進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。 能值分析則可把自然生態(tài)系統(tǒng)與人類經(jīng)濟(jì)

16、系統(tǒng)統(tǒng)一起來進(jìn)能值分析則可把自然生態(tài)系統(tǒng)與人類經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)統(tǒng)一起來進(jìn)行行定量分析定量分析。 能量分析能量分析無法無法對系統(tǒng)的能量流、貨幣流、人口流、信息流對系統(tǒng)的能量流、貨幣流、人口流、信息流進(jìn)行綜合分析。進(jìn)行綜合分析。能量單位能量單位也不能用于表達(dá)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效率也不能用于表達(dá)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效率的關(guān)聯(lián)。的關(guān)聯(lián)。 能值分析以能值為能值分析以能值為共同量綱共同量綱，對系統(tǒng)各種生態(tài)流進(jìn)行綜合，對系統(tǒng)各種生態(tài)流進(jìn)行綜合分析，分析，定量分析定量分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征與動態(tài)變化。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征與動態(tài)變化。 人類與自然界創(chuàng)造的所有財富均包古著能值，都具有價值。人類與自然界創(chuàng)造的所有財富均包古著能值，都具有價值。

17、所以，能值是所以，能值是財富實質(zhì)性財富實質(zhì)性的一種反映，是客觀價值的一種的一種反映，是客觀價值的一種表達(dá)；自然資源、商品、勞務(wù)和科技信息均可以艙值衡量表達(dá)；自然資源、商品、勞務(wù)和科技信息均可以艙值衡量其同有的真實價值，評價其貢獻(xiàn)。其同有的真實價值，評價其貢獻(xiàn)。 能量則不能用于衡量自然和經(jīng)濟(jì)的價值。能量則不能用于衡量自然和經(jīng)濟(jì)的價值。能量分析能量分析能值分析能值分析僅能分析系統(tǒng)的能量流僅能分析系統(tǒng)的能量流綜合分析系統(tǒng)的能物流及其綜合分析系統(tǒng)的能物流及其他生態(tài)流他生態(tài)流僅可比較相同類型的能量僅可比較相同類型的能量以能值為共同的度量標(biāo)準(zhǔn)，以能值為共同的度量標(biāo)準(zhǔn)，則可將各種原本不可相加和則可將各種原本

18、不可相加和相比的能量。通過其能值相相比的能量。通過其能值相加和相比加和相比不計算太陽光能、雨水能等不計算太陽光能、雨水能等自然資源能量投入自然資源能量投入不但分析系統(tǒng)內(nèi)各組分之間不但分析系統(tǒng)內(nèi)各組分之間的能值流，而且分析系統(tǒng)內(nèi)的能值流，而且分析系統(tǒng)內(nèi)外的能值交流外的能值交流分析結(jié)果不能反映自然的巨分析結(jié)果不能反映自然的巨大作用和貢獻(xiàn)，不能表示生大作用和貢獻(xiàn)，不能表示生態(tài)效益。態(tài)效益。既反映生態(tài)效益，亦體現(xiàn)經(jīng)既反映生態(tài)效益，亦體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，表明自然與人的作濟(jì)效益，表明自然與人的作用和貢獻(xiàn)。用和貢獻(xiàn)。 能值分析的能值分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)和難點(diǎn)就是對系統(tǒng)的能物流、貨就是對系統(tǒng)的能物流、貨幣流、信息流

19、進(jìn)行能值綜合分析，建立可比較的幣流、信息流進(jìn)行能值綜合分析，建立可比較的能值指標(biāo)體系。能值指標(biāo)體系。秸稈發(fā)電系統(tǒng)能值分析 目前我國秸稈發(fā)電的兩種主要技術(shù)為目前我國秸稈發(fā)電的兩種主要技術(shù)為氣化發(fā)電氣化發(fā)電和和直燃發(fā)電直燃發(fā)電。 秸稈發(fā)電系統(tǒng)能值分析 秸稈資源由于秸稈資源由于空間分布分散、能量密度小空間分布分散、能量密度小等特性，收集、等特性，收集、運(yùn)輸、裝卸和儲存成為制約其大規(guī)模能源化利用的重要因運(yùn)輸、裝卸和儲存成為制約其大規(guī)模能源化利用的重要因素。我國大部分地區(qū)素。我國大部分地區(qū)以戶為單位的耕作模式以戶為單位的耕作模式使得該問題更使得該問題更加突出。加突出。 運(yùn)輸前對秸稈進(jìn)行運(yùn)輸前對秸稈進(jìn)行致密化處理致密化處理，可以克服其容積密度小、，可以克服其容積密度小、儲運(yùn)不方便的缺點(diǎn)；儲運(yùn)不方便的缺點(diǎn)； 建立建立中間收儲站點(diǎn)中間收儲站點(diǎn)可以解決其空間分布分散、收集困難的可以解決其空間分布分散、收集困難的問題，保證秸稈供應(yīng)的穩(wěn)定性，問題，保證秸稈供應(yīng)的穩(wěn)定性