1、能值分析基础,能值研究现状及发展趋势 能值分析的基本概念及方法 能值的主要应用,1. 能值研究现状及发展趋势,由美国著名生态学家H.T.Odum从20世纪50年代至今对生态系统的能量流动进行了系统而深入的研究，陆续提出了能量系统、能量语言、能量质量、能量等级、体现能和能量转换率等一系列开拓性的概念，并于80年代末创立了能值理论和方法。能值(Emergy)是一个新的科学概念和度量标准，H.工odum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有效能量(Availableenergy)，就是其
2、所具有的能值。,意义,。 能值被认为是联结生态学和经济学的桥梁，具有重大科学意义和实践意义。在理论上， 能值分析为生态经济系统开辟了定量分析研究的新方法，提供了衡量和比较研究方法。,能值研究现状,国内研究现状：中国开展能值分析研究开始于1989年留美学者在美国罗里达大学直接H.T.Odum的合作研究，参与了美国 NSF 有关项目和能值专著工作。近 10 多年来，能值分析方法和应用研究，尤其对国家或地区、自然资源、工农业系统的能值分析十分活跃。在国际上，20 世纪 80 年代美国科学基金率先开展能值研究，意大利、瑞典、澳大利亚等国于 90 年代迅速开展。,任何形式的能量均源于太阳能，故常以太阳能
3、为基准来衡量各种能量的能值，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(Solarenergy)，单位为太阳能焦耳(Solaremjoules，即sej)，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。在实际应用中以“太阳能值”(Solaremergy)衡量某一能量的能值。在任何流动或储存的能量所饮食的太阳能(501盯energy)之量，即为该能量的太阳能值。任何能量均始于太阳能，都可以太阳能值为标准，衡量任何类别的能量。太阳能值为单位为太阳能焦耳。,2.能值分析的基本概念及方法,2.1能值转换率,能值转换率(EmergyTransfo
4、rmity)即形成每单位物质或能量所含有的另一种能量之量;而能值分析中常用太阳能值转换率(solartransformity)。太阳能值转换率被定义为:生产一焦耳产品或服务所需要投入的太阳能值，单位为sej/J或sej/g。例如形成lJ木材的能量需要34900太阳能焦耳转化而来，那么木材的能值转换率就是34900sej/J。 太阳能值与太阳能值转换率之间的关系如下: M=TxB 式中，M为太阳能值，T为太阳能值转换率，B为可用能。,通过太阳能值转换率可以计算得出某种物质、能量或劳务的太阳能值。H.T.Odum和合作者从地球系统和生态经济角度换算出自然界和人类社会主要能量类型的太阳能值转换率，可
5、用于大系统如国家、区域、城市系统的能值分析。根据各种资源(物质、能量)相应的太阳能值转换率，可将不同类别能量(J)或物质(g)转换为统一度量的能值单位(sej)。,2.2能值分析,能值分析是以能值为基准，把生态系统或生态经济系统中不同种类、不可比较的能 量转换成同一标准的能值来衡量和分析，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(能物流、货币流、人口流和信息流) ，得出一系列能值综合指标 ( Emergy Indices) ，定量分析系统的结构功能特征与生态经济效益,根据Odum的能值公式计算出生态经济系统总能值使用量。U=No+N1+R+IMP式中，U： 总能值使用量；N0
6、： 较粗放使用的自然资源；N1：集约使用的自然资源；R： 可更新资源；IMP：总进口(包括旅游业、进口劳务和利用的外资)。,2.3 能值的指标体系,（1）能值/货币比率 一个国家单位货币（通常转换成美元）相当的能值量，即能值与货币的比率。它等于该国全年能值投入总量除以当年货币循环量（国民生产总值 GNP）。发展中国家具较高的能值/货币比率。在这些国家用较少钱可购买到较多的能值财富。反之，发达国家的能值/货币比率远低于发展中国家，它们的 GNP 高，用货币购进的资源产品较多。,（2）能值货币价值,能值货币价值（Emergy dollars，缩写 Em$）是指将生态经济系统的能值折算成货币，相当于
7、多少币值，也称宏观经济价值，其折算方法是资源或产品的能值除以当年的能值/货币比率。能值货币价值反映某一产品的实际价值，包括凝结在产品中的人类劳动和环境资源的价值，而市场价格只能反映产品的稀缺性。,（3）能值投资率,生态经济系统（环境经济系统）的能值投资率（emergy investment ratio），等于来自经济的反馈能值除以来自环境的无偿能值输入。前者如燃袖、电力、物资、劳务等，均需花钱购买，称为“购买能（purchasedemergy）”；后者来自包括土地、矿藏等不可更新资源和太阳能、风、雨等可更新资源在内的自然界无偿能值（free emergy）。能值投资率也可称为“经济能值/环境能
8、值比率”。,能值投资率是衡量经济发展程度和环境负载程度的指标。其值越大则表明系统经济发展程度越高；其值越小则说明发展水平越低而对环境的依赖越强。能值投资率可用于确定经济活动在一定条件下的效益，并可测知环境资源条件对经济活动的负载率。,（4）净能值产出率,净能值产出率（net emergy yield ratio，EYR）为系统产出能值与经济反馈（输入）能值之比。反馈能值来自人类社会经济，包括燃料和各种生产资料及人类劳务。 净能值产出率是衡量系统产出对经济贡献大小的指标。与经济分析中的“产投比”（产出/投入比）相似，净能值产出率是衡量系统生产效率的一种标准。EYR 值越高，表明系统获得一定的经济
9、能值投入，生产出来的产品能值（产出能值）越高，即系统的生产效率越高。净能值产出率对能源和进出口价值评估特别重要，可用以说明能源生产与利用的效率，显示经济活动的竞争力。,（5）其他常用的能值评价指标,1）能值扩大率 一个系统过程中增加的产出能值与增加的投入该过程的能值之比，称为能值扩大 率。能值扩大率是衡量能值应用效率的指标；由于能值投入增加，导致产出能值增加。经济过程的能值扩大率越高，说明该过程的效率越高，边际效应越高。,2）能值自给率 能值自给率是一个国家、地区或城市的本地资源能值投入与国外或外地输入能值之 比。能值自给率可以用来描述一个国家或地区的对外交流程度和经济发展程度。,3）能值密度
10、 能值密度即一个国家或地区能值总利用量与该国家和地区面积之比，单位是 sej/(m2.a)。能值密度这一指标反映了被评价对象的两个特性经济发展强度和经济发展的等级。整个世界系统从不发达国家到欠发达国家到发达国家，也存在这个一个类似情况。能值密度越大，说明经济越发达，在等级中的地位越高。,4）人均能值用量 人均能值用量指一个国家或地区的人均能值使用量，是评价人民生活水平的指标。 在农业国家或欠发达地区，人们可以从环境资源系统直接获得某些生活必需品，没有必 要为此付出任何金钱。因此，如果只是用货币来衡量他们的生活水平，并不完全说明问 题。而利用能值可以对这些无偿的环境资源投入进行恰当的评价，从而可
11、以衡量人们的 物质生活水平。,一些能值指标的相关性分析,H.T.Odum 创立的能值指标体系虽因所分析系统的具体差异而不同，但整体而言其中几个主要的能值指标是目前各系统能值分析中通用的。即能值产出率(EYR)、能值投 资率(EIR)、能值交换率(EER)、能值扩大率(EAR)、能值自给率(ESR)、环境负载率(ELR)、可更新资源投入率(RIR)等。,（1）能值产出率(EYR)、能值投资率(EIR)与能值自给率(ESR)根据Odum的定义，能值投资率为社会经济反馈投入能值与自然环境投入能值之比； 能值产出率为系统总产出能值与社会经济反馈投入能值之比； 能值自给率为系统自然环境投入能值与系统能值
12、投入总量的比。,（2）环境负载率(ELR)与可更新能源投入率(RIR) 环境负载率为系统不可更新能源投入能值总量与可更新能源投入能值总量之比； 可更新能源投入率为系统可更新能源投入能值总量与系统能值投入总量之比。,系统可持续发展性能的新能值指标,美国生态学家Brown.M.T 和意大利生态学家 Ulgiati.S 提出了能值可持续指标 ESI，定义为系统能值产出率与环境负载率之比；即 EYR/ELR。,通过部分能值指标的相关性分析表明，能值产出率与环境负载率及系统能值交换率之间并无相关关系。可将三者合并，得到一个可同时兼顾系统社会经济效益与生态环境压力的系统可持续发展能力的复合评价指标。命名为
13、评价系统可持续发展能力的能值指标(EISD)， EISD 值越高， 意味着单位环境压力下的社会经济效益越高，系统的可持续发展能力越好。其数学表达式为：EISD=EYR X EER / ELR,在系统的优化分析中可引入经济学中成熟的边际效益分析法，用能值扩大率(EAR) 取代原系统分析中的 EYR，进行单位新增能值投入所引起的系统 EISD 变化分析： EISD=EAR X EER / ELR EISD 定义为评价系统可持续发展能力的能值指标边际效益，单位新增能值投入 所引起的系统 EISD 正向变化越大则表明引入其的正效益越显著。,能值分析的基本步骤：,1）资料收集：收集研究对象相关的自然环境
14、、地理和社会经济各种资料数据，整理分类并存机处理。 2）能量系统图的绘制:应用 H.T.Odum 的“能量系统语言”图例，绘制能量系统图，以组织收集的资料，形成包括系统主要组分及相互关系的系统图解。 3）编制各种能值分析表:计算系统的主要能量流、物质流和经济流；根据各种资源的相应能值转换率，将不同度量单位(J、G 或$) 的生态流或经济流转换为能值单位(sej)；编制能值分析评价表，评价它们在系统中的地位和贡献。,4）构建系统的能值综合结构图:构建体现系统资源能值基础的能值综合结构图，对总系统和各子系统生态流进行集结和综合。 5）建立能值指标体系:由能值分析表及系统能值综合结构图，进一步建立和计算出一系列反映生态与经济效率的能值指标体系，诸如人均能值量、能值/ 货币比率、能值投入率、净能值产出率、能值交换率、环境承载率、能值密度等。 6）系统模拟：可采用能量系统动态模拟进行模拟。 7）系统的发展评价和策略分析:通过能值指标比较分析，系统结构与功能的能值评价和模拟，为制定正确可行的系统管理措施和经济发展策略提供科学依据，指导生态经济系统良性循环和可持续发展。,3.能值的主要应用,能值分析的方法，以分析对象而言，有大范围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，城市或农业生态经济系统能值分析，以及小范围的具体生产系统（如农作物、工业品生产）能值分析等。,
