社会经济系统能流分析概述tPres

社会经济系统能流分析概述刘伟

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序言

能量流动是生态系统以及人类社会系统得以正常运行基本要素之一。经过能流分析，能够识别能源利用过程怎样影响社会、经济和环境以及怎样降低这些影响等问题，它是产业生态学研究一个主要领域。第2页Ⅱ

能源介绍

从能源产生方式以及是否可再利用角度，可将其分为一次能源和二次能源，可再生能源和不可再生能源；依据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源；依据使用新旧类别又能够分为常规能源和新型能源等。第3页Ⅱ

能源介绍清洁能源：指消耗后不产生或极少产生污染物可再生能源（包含水能、太阳能、生物质能、风能、氢能、地热能、海洋能），以及核能、低污染天然气等。非清洁能源：指消耗后会产生污染物能源（包含煤、石油）第4页一、能流分析概念

能流分析是指对提供人类所消费商品或服务所需能源分析，包含能源输入、内部能源转换以及能源利用。通常，能量统计只考虑了驱动设备热能、光能和机械能。不过，社会能量代谢需要深入研究包含人和生物体内流动生物化学营养能。另外，进行能量输入统计时，必须包含全部跨越系统边界富含能量物质流以及非物质能量流（如电能和光能等）。第5页能流分析中通常所包含能量流动第6页二、怎样核实社会能量代谢

能源输入

这部分能源通常是来自于自然环境中，比如，富含能量物质（生物质，化石燃料），利用水能、风能等，原子能转化为热，或把太阳能转化为热或电能。在能量平衡中能源输入称为“总能源供给”。总能源供给由国内提取一次能源载体和进口能量载体组成，它们能够是原材料（如原油、煤炭等），或者是由一次能源生产产品（如汽油、轻油、蜂窝煤、电力等）。总来说，总能源输入与物质流分析中总物质输入相同。第7页二、怎样核实社会能量代谢能源转化能源转换，是能量以及物质化学形态改变，比如经过一定工艺过程，将煤炭、重油等转换为电力和热力，将热能转换为机械能，将机械能转换为电能，将电能转换为热能等。在当代工业社会中，最主要转化过程通常是电力和热能，以及原油提炼和与煤相关各种转化过程。第8页二、怎样核实社会能量代谢终端能源使用

终端能源是指用于生产有用能源和最终能源服务能源。基本上，终端能源使用通常被定义为卖给最终消费者那些能源。最终消费者是指在任一经济实体中消费者为了生产和消费而购置能源以取得能源服务。能源服务是经过使用能源而取得非物质服务。比如，能源服务包含调整房间里温度（供暖）、把人或货物由A点转移到B点（运输）等。而不包含使用能源生产其它能源载体，如用汽油发电等。第9页二、怎样核实社会能量代谢终端能源使用非能源使用指能源产品不作为能源使用(即不作燃料、动力使用)，而作为生产另外一个产品(非能源产品)原料或作为辅助材料使用，如石油化工厂生产乙烯、合成氨、合成橡胶等产品所消费石油、天然气、原煤、焦碳等。终端能源使用能够分为以下几类：驱动力、运输、生产用热，供暖/烧水，以及光和电子数据处理等。第10页二、怎样核实社会能量代谢有用能源

最终消费者能源使用能够深入加以界定。能流分析这部分称之为“有用能流分析”，但不是对全部国家都适用。

有用能源大致分为四类：动力、热能、光及数据处理。第11页直接能量流＝进口＋国内供给总一次能源输入＝直接能量输入＋隐藏流国内能源消耗＝直接能源输入－出口第12页直接能源输入

直接能源输入能够定义为实际进入社会部门能源总量，包含国内输入及进口。经过加和国内生产全部生物及能源物质，能够计算出国内输入，能源输入数据能够从能源统计中获取。生物质数据能够从农业和林业统计中获取。对于进口，应该考虑全部能源物质进口，不但仅是能源载体。二、怎样核实社会能量代谢第13页总一次能源输入

总一次能源输入等于直接能源输入加上隐藏能流。为了防止重复计算，需要减去进口能源（比如电能）。隐藏流能够是国内（比如，收割生物质时残留在地里农作物），也能够是进口。隐藏流是一个值得认真研究内容，其中隐藏生物质流极难计算。进口隐藏流计算也应该包含进口原材料和货物过程中所产生能量。总之，还需要对全部相关流，尤其是隐藏流进行深入研究。二、怎样核实社会能量代谢第14页能量统计中通常考虑能量转换过程

能量转换过程工艺流程能源载体电磁能→热能太阳热能搜集器太阳能电磁能→电能太阳能电池太阳能化学能→化学能冶炼厂、其它化学生产过程化石燃料化学能→热能燃烧（明火、炉子、熔炉等）生物质、化石燃料核能→热能核裂变（核电厂）铀或钚裂变热能→热能热泵、热交换器来自环境介质或燃烧热热能→机械能蒸气机、内燃机、搅拌机等化石燃料或生物质、核裂变或太阳能机械能→机械能经过曲轴，把水或风能转换为转动能（比如，水力涡轮机）水能、风能等；经过各种机械设备进行能量传输机械能→电能发电机来自水、风或潮汐能等机械能，或者来自蒸气机或内燃机机械能电能→机械能电动机电电能→热能电阻加热电电能→电磁能电磁放射，电致发光电电能→化学能电解电第15页三、能量转换过程

表中对13种主要能源转换过程进行了总结。对于工业社会，燃烧（以化学方式贮存在富能源物质中能量向热转换）通常是最主要能源转换过程。能量平衡参考了物质流中物质平衡。以化学方式贮存能量物质流（即是与氧发生反应，从而产生热量化学反应），能够经过计算燃烧中产生热量来计算转换能量。第16页

当前，就净能值和总能值还存在一些争议。净能值（较低热值）是经过燃烧燃料产生热量，不包含燃烧过程中产生水蒸气潜热。相反，总能值（较高热值）包含了水蒸气释放能量。在实践中，很多能量平衡采取净能值把燃料重量（吨）转换为能量。三、能量转换过程第17页四、能值分析

能值（emergy）分析理论和方法是美国著名生态学家H.T.Odum于20世纪80年代后期创建。因为地球上能量都直接或间接起源于太阳能，所以实际应用是太阳能值，即任何资源、产品或劳务在形成过程中都直接或间接利用太阳能。应用能值这一新科学概念和度量标准及其转换单位——能值转换率，可将生态经济系