1、2022/10/41第四章 能流分析2022/10/42導讀：物質和能量流動是環境經濟系統得以正常運行的必要條件，該系統是一個將原料、能源轉化為產品和廢物的代謝過程，基于能流分析的環境經濟系統研究既具有理論意義又具有實踐意義。2022/10/432022/10/442022/10/452022/10/462022/10/472022/10/482022/10/492022/10/4102022/10/4112022/10/412能流分析的產生和發展 物質流分析的框架和指標越來越完善，促使人們考慮到能量流動對自然生態系統和社會經濟系統的影響； 諾貝爾獎獲得者Ostwald最先從能量的角度來研究社

2、會經濟系統； 1992年，Giampiietro等評估了在社會經濟代謝過程中能量對生態系統的作用和影響； 1998年，Adams也認為能量是推動人類文明發展的要素； 2001年，Haberl提出，能流分析對全面了解社會經濟代謝必不可少，因為維持物質不斷流動的前提是不斷獲得能量，能量是推動系統內物質轉移和轉換的驅動力。提出了與物質流分析相一致的能流核算方法，用于分析進出國家經濟系統的能量流。2022/10/413能流分析的產生和發展 2004年，Haberl等提出了物質和能量核算（MEFA）框架，通過跟蹤社會經濟中的物質和能量流，并評估與之相關的生態系統變化，從而分析社會與自然系統之間的相互作用

3、。 2006年，黃書禮等對中國臺灣1981-2001年間的社會經濟代謝進行了分析，將物質流分析和能值分析的結果進行了對比研究。通過對比分析發現，單獨的物質流分析不足以識別中國臺灣社會經濟代謝的主要問題（如不斷增長的能源使用導致的問題）。 2006年，Haberl基于社會代謝方法，探討了社會經濟能量流的可持續性問題；與傳統的能量統計（只考慮技術設備上使用的能源）相比，該方法考慮了與人類社會相關的各種能量流，其中包括了人和家禽的營養能量流。2022/10/414幾個重要的概念 能值：是一個新的科學概念和度量標準，由美國著名生態學家H.T.Odum創立。是指流動或貯存的能量中所包含的另一類別能量的數

4、量。 能值大小其單位為太陽能焦耳，因為各種資源、產品或勞務的能量均直接或間接來源于太陽能，故多以太陽能值來衡量某一能量的能值大小，單位是太陽能焦耳。 任何流動或貯存狀態的能量所包含的太陽能的量，即為該能量的太陽能值 。某種資源、產品或勞務的能值，就是其形成過程直接或間接利用的太陽能焦耳總量。能值理論和分析方法使得原本難以統一度量的各種生態系統或生態經濟系統的能流、物流和其他生態流能夠進行比較和分析。能值分析以能值為基準，把不同種類、不能能質、不可比較的能量轉換成同一標準的能值來衡量和比較研究。2022/10/4152022/10/416能流分析的含義能流分析是用來評估能源使用效率的方法，它對經

5、濟-環境系統中能量的投入和產出進行量化分析，同時通過能量統計，對能源的初級輸入、能源轉換、最終能源使用、能源輸出等過程進行結算。分析對象主要包括生物質（燃料）、化石燃料、能源產品、電力等。2022/10/417以往能流分析把各種性質和來源根本不同的能源均以能量單位表示后進行比較和分析研究。然而，并不是所有類型的能源都具可比性。以能值為共同的度量標準，使系統分析建立在太陽能值為標準基礎上，就可將各種原本不具可比性的能量，進行加減和比較。通過對區域（城市）經濟-環境系統進行能流分析，可以為區域（城市）污染物總量控制、能源結構優化及能源政策制定提供科學依據。18Industrial Ecology通

6、常不把空氣看成是資源；但在質量平衡中，必須列入此項，否則輸入與輸出不相等。社會經濟系統與自然生態系統之間的物質與能量交換2022/10/419Industrial Ecology社會經濟系統劃分為穩態和非穩態兩類系統內的物質量不隨時間變化的，是穩態系統；否則是非穩態系統穩態社會經濟系統 要想降低廢物排放量，就得減少資源消耗量。穩態社會經濟系統的資源環境關系式2022/10/420Industrial Ecology穩態社會經濟系統在環境方面的基本關系式 ： 環境質量生物資源量 非生物資源量 水量 空氣量 （I） 廢氣量 廢水量 固體廢物量 （II） 大氣質量指標地表水體質量指標地下水質量指標

7、土地污染狀況 其他指標 （III） 2022/10/421Industrial Ecology 非穩態社會經濟系統 一項，主要是指新增的建筑物、基礎設施以及各種耐用品（如機器、車輛等）的總和。 若用符號代表“ 非穩態社會經濟系統的資源環境關系式2022/10/422Industrial Ecology非穩態社會經濟系統在環境方面的基本關系式 ： 環境質量系統內物質的凈增量是由資源轉變而成的，提高這個轉變效率，延長使用壽命，是降低資源消耗量，從而降低廢物排放量，改善環境的一個重要途徑。 （I） （II） （III） 2022/10/423環境保護的基本思路 控制資源消耗量：就是要降低資源消耗量。

8、 完善末端治理：末端治理是指在生產過程的末端，針對產生的污染物開發并實施有效的治理技術。 提高環境自凈（及自修復）能力：這是借助自然界的力量改善環境的重要措施。 環保思路傳統環保思路控制資源消耗量完善末端治理提高環境自凈能力2022/10/424專欄4-2 2008年單位國內生產總值能耗下降4.59%經過各方面努力，節能減排已取得積極進展，2008年單位國內生產總值能耗比上年下降4.59，化學需氧量、二氧化硫排放總量分別減少4.42和5.95。20062008三年累計，單位國內生產總值能耗下降10.08%，化學需氧量、二氧化硫排放量分別減少6.61%和8.95%。摘自2009年政府工作報告 經

9、濟日報，2009年3月15日第1版專欄4-1 節能減排我國“十一五”規劃綱要提出，“十一五”期間（20062010年）單位國內生產總值能耗降低20左右、主要污染物排放總量減少10。這是貫徹落實科學發展觀、構建社會主義和諧社會的重大舉措；是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇；是推進經濟結構調整，轉變增長方式的必由之路；是維護中華民族長遠利益的必然要求。摘自十一五規劃綱要2022/10/425專欄4-3 淘汰落后生產能力“十一五”期間，關停5000萬千瓦小火電機組，今年（即2007年）要關停1000萬千瓦；五年淘汰落后煉鐵產能1億噸、落后煉鋼產能5500萬噸，今年力爭分別淘汰3000萬噸和3

10、500萬噸。加大淘汰水泥、電解鋁、鐵合金、焦炭、電石等行業落后產能的力度。摘自2007年政府工作報告，光明日報，2007年3月18日近兩年（即20062007年）依法淘汰一大批落后生產能力，關停小火電2157萬千瓦、小煤礦1.12萬處，淘汰落后煉鐵產能4659萬噸、煉鋼產能3747萬噸、水泥產量8700萬噸。摘自2008年政府工作報告，光明日報，2008年3月20日2022/10/426問題分析1.鋼需求量的分析與預測2022/10/4272022/10/428問題分析鋼需求量的分析與預測2022/10/429鋼產量增長過快的原因:在經濟運行方面的下列16種現象，對鋼產量增速的影響較為顯著：拆

11、遷房屋豆腐渣工程爛尾工程廢置的違規建設項目事故損毀的固定資產天災損毀的固定資產淘汰落后產能形象工程政績工程過剩產能空置房超標建筑部分鋼制品壽命偏短重化工業出口鋼民生工程、生態環境保護工程、科教文衛事業以及軍隊現代化建設等2022/10/430（2）調整產業結構：發展第三產業、發展環保產業、發展“靜脈”產業、淘汰落后產業。 （3）調整產品結構：發展高附加值產品、開發環境友好材料、開發環境友好產品；（4）發展循環經濟、推進清潔生產 （5）調整能源結構：加強核電建設、加大天然氣比重、發展可再生能源的利用：如水能、風能、太陽能、生物質能、地熱能、潮汐能等；（6）完善末端治理：增設和完善廢氣、廢水、固廢

12、的治理裝置等；（7）生態環境的保護、修復、改善：治理河道、植樹造林、退耕還林、還草、限牧禁漁等；（8）加強宣傳教育：媒體宣傳、科普教育、大、中、小學教育；（1） 控制高耗能高污染行業過快增長：電力、鋼鐵、有色、建材、石油加工、化工等行業，是能源消耗和污染排放的大頭。環保工作新思路2022/10/42022/10/431十二五規劃綱要（2011-2015年 ）2022/10/432十二五規劃綱要2022/10/433十二五規劃綱要2022/10/434十二五規劃指標實現情況2022/10/435十三五規劃綱要（2016-2020）36十三五規劃綱要（2016-2020）2022/10/437十三

13、五規劃綱要38十三五規劃綱要2022/10/42022/10/439十三五規劃綱要2017年政府工作報告（六）加強生態文明建設，綠色發展取得新進展。制定實施生態文明建設目標評價考核辦法，建設國家生態文明試驗區。強化大氣污染治理，二氧化硫、氮氧化物排放量分別下降5.6%和4%，74個重點城市細顆粒物（PM2.5）年均濃度下降9.1%。優化能源結構，清潔能源消費比重提高1.7個百分點，煤炭消費比重下降2個百分點。推進水污染防治，出臺土壤污染防治行動計劃。開展中央環境保護督察，嚴肅查處一批環境違法案件，推動了環保工作深入開展。2022/10/4402019年政府工作報告2018年工作回顧：經濟結構不

14、斷優化。消費拉動經濟增長作用進一步增強。服務業對經濟增長貢獻率接近60%，高技術產業、裝備制造業增速明顯快于一般工業，農業再獲豐收。單位國內生產總值能耗下降3.1%。質量和效益繼續提升。三大攻堅戰開局良好。防范化解重大風險，宏觀杠桿率趨于穩定，金融運行總體平穩。精準脫貧有力推進，農村貧困人口減少1386萬，易地扶貧搬遷280萬人。污染防治得到加強，細顆粒物（PM2.5）濃度繼續下降，生態文明建設成效顯著。2022/10/4412019年政府工作報告二是扎實打好三大攻堅戰，重點任務取得積極進展。制定并有序實施三大攻堅戰三年行動方案。穩步推進結構性去杠桿，穩妥處置金融領域風險，防控地方政府債務風險

15、，改革完善房地產市場調控機制。深入推進精準脫貧，加強扶貧力量，加大資金投入，強化社會幫扶，貧困地區自我發展能力穩步提高。全面開展藍天、碧水、凈土保衛戰。優化能源和運輸結構。穩妥推進北方地區“煤改氣”“煤改電”。全面建立河長制、湖長制?；兽r藥使用量實現雙下降。加強生態環保督察執法。積極應對氣候變化。2022/10/4422022/10/443能流分析的基本框架 分析的主要能源類型； 系統邊界的確定； 數據的獲取和處理。2022/10/444能流分析 基本定律：能量守恒定律 系統的能量總輸入 = 能量總輸出 + 凈累積量 主要的分析過程：能源輸入、能源轉換、終端能源、有用能源及能源輸出。2022

16、/10/445國家/區域能流分析框架輸入經濟系統輸出本地獲?。?化石燃料 生物質 水能 風能 太陽能進口： 生物質 化石燃料 電力本地獲取所產生的隱藏流進口能源相關的隱藏流環境輸出本地獲取所產生的隱藏流熱耗散出口能源相關的隱藏流存量（貯存及人造產品）出口一次/終端能源轉換終端/有用能源轉換終端能源使用有用能源總一次能源輸入直接能源輸入2022/10/446(1)能源輸入：輸入經濟系統的能源中，最主要的一部分來自本國/本區域自然環境中的各種富含能量的物質（生物質、化石燃料等），如把水能、風能、原子能轉化為熱能和電能，或把太陽能轉化為熱能和電能等。此外，輸入經濟系統的能流還包括從其他國家和地區進口

17、的化石燃料（原料或產品）、生物質（燃料）、電力等。2022/10/447(2)經濟系統能源轉換：能源轉換一般指改變能源物理形態的能源生產，通常指化石燃料、水能等一次能源直接或間接轉變為電能、熱能、汽油、煤油、柴油、煤氣等第二次能源。轉換后的二次能源比一次能源具有更高的終端利用效率，使用時更方便、更清潔。社會系統中的能源通常以不同方式轉換為其他能源，最終作為終端能源，直接用于提供能源服務。2022/10/448能量轉換過程工藝流程能源載體電磁能熱能太陽熱能收集器太陽能電磁能電能太陽能電池太陽能化學能化學能冶煉廠、其他化學生產過程化石燃料化學能熱能燃燒（明火、爐子、熔爐等）生物質、化石燃料核能熱能

18、核裂變（核電廠）鈾或钚裂變熱能熱能熱泵、熱交換器來自環境介質或燃燒的熱熱能機械能蒸汽機、內燃機、攪拌機化石燃料或生物質、核裂變或太陽能機械能機械能通過曲軸，把水和風能轉換為轉動能水能、風能等；通過各種機械設備進行能量傳輸機械能電能發電機來自水、風或潮汐能等的機械能電能機械能電動機電電能熱能電阻加熱電電能電磁能電磁放射，電致發光電電能化學能電解電能流分析中通?？紤]的能量轉換過程2022/10/449(3)終端能源和有用能源：終端能源是指用于生產活動和最終能源服務的能源。能源服務：通過使用能源而獲得的非物質服務，不包括使用能源生產其他的能源載體。也包括人類為了生存和活動，以及耕作動物所消耗的營養能

19、源-生物質。有用能源：是指在提供能源服務中實際作功的能源，主要包括動力、熱能、光等。2022/10/450(4)能源輸出：能源輸出主要包括能源在轉換、使用過程中產生的熱耗散、輸出/出口到區域外部的能源，以及本地開采所產生的隱藏流和出口能源相關的隱藏流。2022/10/451系統的邊界主要包括研究的時間邊界、空間邊界等。在系統邊界的確定中，需要注意以下幾點： 選取的時間范圍較寬，能使得出的分析結果表征出變化趨勢。 選取的時間具有連續性，以便于分析和做出預測。 分析時間段內空間范圍的一致性，以便于數據的統計和分析。 在選取的分析時間段內，研究對象的經濟增長速度較快，或者對資源的消耗較大，對這樣的時

20、間段進行分析將更具有意義。系統邊界的確定2022/10/452 通過規范的統計年鑒(農業、林業、工業、能源、氣象、水利等)、環境質量報告書或網絡統計數據庫等，可以獲取所需數據。 已被學術界認可的研究成果。在能流分析中，可以參考國外最新的太陽能值轉化率。 國家權威機構公布的研究報告，如國家能源報告等。數據的獲取和處理2022/10/453三、能流分析指標作用： 能流分析指標可以綜合反映系統的能源使用結構、功能與效率； 反映自然環境資源的價值和人類社會經濟發展，以及環境與經濟、人與自然之間的關系； 系統綜合分析及社會經濟發展決策參考的重要指標。2022/10/454 直接能源輸入：指一定時期內國家

21、或區域一次能源生產量的總和，是觀察國家或區域能源生產水平、規模、構成和發展速度的總量指標。 直接能源輸入= 進口+國內或區域內開采 總一次能源輸入：等于直接能源輸入加上隱藏流。 總一次能源輸入= 直接能源輸入 + 隱藏流 能源消費量：指一定時期內區域物質生產部門、非物質生產部門和生活消費的各種能源總和，是觀察能源消費水平、構成和增長速度的總量指標。能源消費總量分為終端能源消費量、能源加工轉換損失量和能源損失量。 能源消費量 = 直接能源輸入 出口能源2022/10/455 終端能源消費量：指一定時期內全國或區域投入加工轉換的各種能源在扣除了用于加工轉換二次能源消費量和損失量以后的數量。 能源加

22、工轉換損失量：指一定時期內全國或區域投入加工轉換的各種能源數量之和與產出各種能源產品之和的差額，是觀察能源在加工轉換過程中的損失量變化的指標。 能源損失量：指一定時期內能源在輸送、分配、貯存過程中發生的損失，以及由客觀原因造成的各種損失量。2022/10/456 能源自給率：指某一個國家或區域的本地能源生產量與能源消耗量之比。 能源自給率可以用來描述一個國家或區域的對外交流程度和經濟發展程度。能源自給率越高，說明經濟發展對區域外部能源的依賴越小。 能源自給率 = (本地能源生產量/能源消耗總量) 100% 能流密度：指某一國家或區域能流總消費量與該國家或區域的土地面積之比。 能流密度反映了被評

23、價對象的兩個特性-經濟發展強度和經濟發展的等級。能流密度越大，說明經濟越發達，經濟發展等級越高。 能流密度 = 能源消費量/國家或區域土地面積2022/10/457 凈能量產出率：指系統產出能量與經濟反饋（輸入）能量之比。凈能量產出率是衡量系統產出對經濟貢獻大小的指標。 凈能量產出率值越高，表明系統獲得一定的經濟能量投入，生產出來的產品能值（產出能值）越高，即系統的生產效率越高。 凈能量產出率 = 產出能量/反饋能量 單位產值能耗：是指一個國家或區域一定時間內單位產值消耗的能源量。 一個國家或地區的單位產值能耗，通常以單位GDP耗能量來表示。反映經濟對能源的依賴程度，受一系列因素的影響，包括經濟結構、經濟體制、技術水平、能源結構、人口等。單位產值能耗 = 能源消費量/GDP2022/10/458 能源生產彈性系數：是研究能源生產增長速度與國民經濟增長速度之間比例關系的指標。