摘要 物質(zhì)和能量流動是環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)得以正常運行的必要條件，該系統(tǒng)是一個將原料、能源轉(zhuǎn) 化為產(chǎn)品和廢棄物的代謝過程。相對物質(zhì)流動，能量流動呈單向流動，并且在流動過程中利 用效率較低，從而導(dǎo)致這一過程對自然環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。參考物質(zhì)流分析方法，提出區(qū)域 環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)能流分析的研究框架，對分析的主要能源類型、系統(tǒng)邊界、數(shù)據(jù)的獲取途徑 與處理（如以能值分析中的太陽能值作為統(tǒng)一的分析單位）進行了說明；在以往能流分析、 物質(zhì)流分析和能值分析研究的基礎(chǔ)上，提出區(qū)域環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)能流分析的分析指標(biāo)。通 過 對區(qū)域（城市）環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)的能量流進行分析，其結(jié)果可以為區(qū)域能流的優(yōu)化管理、 優(yōu)化能源使用結(jié)構(gòu)、污染物總量控制、節(jié)能減排等能源政策的制定提供導(dǎo)向。

關(guān)鍵詞 能流分析；物質(zhì)流分析；能值分析；能流密度；能源消耗強度

中圖分類號 X21；F224.12 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1002-2104（2008）05-0059-05

早期的資源代謝研究主要集中于社會經(jīng)濟系統(tǒng)的物質(zhì)流分析。作為用于分析社會經(jīng) 濟的 物質(zhì)流代謝方法，物質(zhì)流核算的框架和指標(biāo)也越來越完善，如Eurostat的國家層面物質(zhì)流核 算指南［1］。2001年，Haberl提出，必須全面考慮社會代謝的能源和物質(zhì)，以擴大 代謝方法的研究范圍，并且充分開發(fā)這一方法的潛力，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展［2］。Hab erl還進一步指出，能流分析是實現(xiàn)全面了解社會經(jīng)濟代謝必不可少的部分，因為維持物質(zhì) 不斷流動的前提是獲得不斷的能量輸入，以推動系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換［3］。

諾貝爾獎獲得者Ostwald最先從能量的觀點來研究社會經(jīng)濟系統(tǒng)。1992年，Giampiet ro 等評估了在社會經(jīng)濟代謝過程中，用于改變生態(tài)系統(tǒng)能量大小。考慮社會經(jīng)濟系統(tǒng)中的能量 流，可以像生態(tài)學(xué)家描述生態(tài)系統(tǒng)中的能量流一樣來加以考慮。社會經(jīng)濟代謝的核算系統(tǒng)也 應(yīng)該考慮驅(qū)動物質(zhì)流動的能量流［4］。2001年，Haberl提出與物質(zhì)流分析相一致 的能流核算方法，用于分析進入和離開國家經(jīng)濟系統(tǒng)的能量流動［2］。2004年，Hab erl等 提出物質(zhì)和能量流分析（MEFA）框架，通過跟蹤社會經(jīng)濟中的物質(zhì)和能量流，以及評估與 這些流動相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)變化（例如土地利用），從而分析社會與自然系統(tǒng)之間的相互作用 ［5］。2006年，黃書禮等對臺灣1981-2001年間社會經(jīng)濟代謝進行了分析，將物質(zhì) 流分析和能值分析結(jié)果進行對比研究。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，單獨的物質(zhì)流分析不足以識別 臺灣不斷增長的能源使用［6］。2006年，Haberl基于社會代謝方法，探討了社會經(jīng) 濟能量流的可持續(xù)性問題；與傳統(tǒng)的能量統(tǒng)計（只考慮技術(shù)設(shè)備上使用的能源）相比，該方 法考慮了與人類社會相關(guān)的各種能量流，包括了人和家禽的營養(yǎng)能量流［7］。目前 ，大多數(shù)有關(guān)社會經(jīng)濟代謝的研究都忽視了能量流，因為用相同的單位來比較物質(zhì)和能量是 很困難的。

能流分析是用來評估能源使用效率的方法，它對環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)中能量的投入和產(chǎn)出進行量 化分析，同時通過能量統(tǒng)計，對能源的初級輸入、能源轉(zhuǎn)換、最終能源使用、能源輸出等過 程進行結(jié)算。在能流分析中，分析的對象主要包括生物質(zhì)（燃料）、化石燃料、能源產(chǎn)品、 電力等。

以往能流分析將各種性質(zhì)和來源根本不同的能源以能量單位表示后進行比較和數(shù)量研究，然 而不同類型的能源并不可比較和加減。以能值作為共同的度量標(biāo)準(zhǔn)，則可以將各種原本不可 相加和比較的能量，通過其能值相加和比較，使系統(tǒng)分析建立在太陽能值為標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上 ［8］。文章參考物質(zhì)流分析方法，提出環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)中的能流分析框架和分析指標(biāo) ， 并以能值分析中的太陽能值作為統(tǒng)一單位。通過對區(qū)域（城市）環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)進行能流分 析，可以為區(qū)域能流的優(yōu)化管理、優(yōu)化能源使用結(jié)構(gòu)、污染物總量控制、節(jié)能減排等能源政 策的制定提供導(dǎo)向。

1 區(qū)域環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)能流分析研究框架

區(qū)域（城市）能流分析研究框架（見圖1）建立的基本原理是能量守恒定律，即系統(tǒng)的總輸 入=總輸出+凈累積量。區(qū)域能流分析能夠進行時間序列分析和跨區(qū)域/國家的比較。

1.1 分析的主要能源類型

在能流分析中，分析的主要能源類型包括能源輸入、能源轉(zhuǎn)換、終端能源和有用能源、能源 輸出等。

劉?偉等：區(qū)域（城市）環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)能流分析研究中國人口#8226;資源與環(huán)境 2008年 第5期 （1）能源輸入。輸入經(jīng)濟系統(tǒng)的能源中最主要的一部分來自區(qū)域自然環(huán)境中的各種富含能 量的物質(zhì)（生物質(zhì)、化石燃料等），利用的水能、風(fēng)能等，原子能轉(zhuǎn)化為熱，或把太陽能轉(zhuǎn) 化為熱及電能。此外輸入經(jīng)濟系統(tǒng)的能流還包括從其他國家和地區(qū)進口的化石燃料（原料或 產(chǎn)品）、生物質(zhì)（燃料）、電力等。

能源輸入可以描述為直接能源輸入或者總一次能源輸入。雖然直接能源輸入只包括實際進入 經(jīng)濟系統(tǒng)的能源量，但是總一次能源輸入考慮了隱藏流（隱藏流是指獲得直接輸入但未通過 社會經(jīng)濟系統(tǒng)的能量流［9］）。

（2）能源轉(zhuǎn)換。能源轉(zhuǎn)換是指通過計算一次能源轉(zhuǎn)變?yōu)榻K端能源過程中的轉(zhuǎn)化平衡。一般 指化石燃料、水能等一次能源直接或間接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋崮堋⑵?、煤油、柴油、煤氣等?次能源。例如，煤通過燃燒轉(zhuǎn)換為熱能，熱能產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機轉(zhuǎn)換為機械能，再帶動發(fā) 電機轉(zhuǎn)換為電能。在現(xiàn)代工業(yè)社會中，最重要的轉(zhuǎn)化過程通常是電力和熱能，以及原油提煉 和與煤相關(guān)的各種轉(zhuǎn)化過程。轉(zhuǎn)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。在能源轉(zhuǎn)換過程中，不可避免地會伴有轉(zhuǎn)換損失，例如廢熱、摩擦損失 等。

進入社會系統(tǒng)中的能源通常以不同的方式轉(zhuǎn)換為其他能源，最終作為終端能源，即直接用于 提供能源服務(wù)。能源輸入的一部分沒有用于能量供給，而是作為能源儲備或富能物質(zhì)存儲下 來。

（3）終端能源和有用能源。終端能源是指用于生產(chǎn)有用能源和最終能源服務(wù)的能源。終端 能源也包括人類為了生存和活動，以及耕作動物所消耗的營養(yǎng)能源——生物質(zhì)。能源服務(wù)是 通過使用能源而獲得的非物質(zhì)服務(wù)。例如，能源服務(wù)包括供暖、把人或物品由A點轉(zhuǎn)移到B點 等，而不包括使用能源生產(chǎn)其它的能源載體，如用汽油發(fā)電等。有用能源是指在提供能源服 務(wù)中實際做功的能源，主要包括動力、熱能、光、數(shù)據(jù)處理等。

終端能源和有用能源僅指系統(tǒng)中的能源轉(zhuǎn)換，終端能源使用也直接與經(jīng)濟核算系統(tǒng)和不同部 門的活動相關(guān)。然而，與能源輸入相比，終端能源和有用能源很少與社會和自然環(huán)境系統(tǒng)相 關(guān)，因為，從一次能源到終端能源，一次能源中的相當(dāng)部分在轉(zhuǎn)換過程中損失掉了，或者用 于其他非能量目的。此外，社會的能量代謝效用主要取決于能源服務(wù)。目前，對于能源服務(wù) 的數(shù)量，可以用有用能源的使用量來衡量［9］。

（4）能源輸出。能源輸出主要包括能源在轉(zhuǎn)換、使用過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染物（主要指大 氣污染物、固體廢棄物等）、熱耗散、輸出/出口到區(qū)域外部的能源，以及本地獲取所產(chǎn)生 的隱藏流和出口能源相關(guān)的隱藏流。

1.2 分析方法

1.2.1 系統(tǒng)邊界的確定

在區(qū)域能流分析中，首先需要確定分析系統(tǒng)的邊界，即研究的范圍。系統(tǒng)邊界主要包括研究 的時間邊界和空間邊界等。在系統(tǒng)邊界的確定中，需要注意以下幾點：

（1）選取的時間范圍較寬，能使得出的分析結(jié)果表征出變化趨勢；

（2）選取的時間段具有連續(xù)性。除特殊原因（缺少相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)或者分析區(qū)域的空間邊 界發(fā)生較大改變等），選取的分析時間段最好是連續(xù)的，以便于分析和做出預(yù)測；

（3）分析時間段內(nèi)空間范圍的一致性。在分析的時間范圍內(nèi)，分析區(qū)域的空間邊界最好保 持一致，以便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析；

（4）在分析時間段內(nèi)，研究區(qū)域的經(jīng)濟增長速度較快，或者對能源的消耗較大。對這樣的 時間段進行分析會更具意義。

1.2.2 數(shù)據(jù)的獲取與處理

（1）數(shù)據(jù)的獲取途徑。按照分析的能源類型，進行數(shù)據(jù)的分類統(tǒng)計。數(shù)據(jù)獲取途徑 包括： ① 通過規(guī)范的統(tǒng)計年鑒（農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)、能源、氣象、水利等）、環(huán)境質(zhì)量報告書或 網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫等，可以獲取直接能源輸入和直接能源輸出等數(shù)據(jù)；② 已被學(xué)術(shù)界認(rèn)可的 研究成果。如我國對太陽能值轉(zhuǎn)化率的研究很少，還不足以支持能流分析。因此在能流分析 中，可以參考國外最新的太陽能值轉(zhuǎn)化率；③ 國家權(quán)威機構(gòu)公布的研究報告，如國家能源 報告等。

（2）數(shù)據(jù)的處理。在數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析中，需要對其進行部分篩選和處理：① 直接能源輸入 和隱藏流又分為區(qū)域內(nèi)和進口兩部分，總一次能源輸入實際上包括區(qū)域范圍內(nèi)的能源輸入量 與進口的能源輸入量，其中進口能源產(chǎn)生的隱藏流雖然對出口區(qū)域產(chǎn)生環(huán)境壓力，但仍計入 進口區(qū)域的總一次能源輸入中。② 通常統(tǒng)計機構(gòu)收集和發(fā)布的數(shù)據(jù)都是以質(zhì)量、體積（如 天然氣、木材等），或熱量單位來計算和統(tǒng)計的。因此，需要采用能值轉(zhuǎn)化率將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng) 一單位，以便于比較分析。最后，根據(jù)收集到的分類能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用指標(biāo)計算公式（見 表1），得出分析結(jié)果。

2 區(qū)域環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)能流分析指標(biāo)

進行區(qū)域環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)的能流分析，需要構(gòu)建一系列的指標(biāo)。這些指標(biāo)可以綜合反映系統(tǒng) 中的能源使用結(jié)構(gòu)、功能與效率等，同時也可以為系統(tǒng)綜合分析及社會經(jīng)濟發(fā)展決策提供參 考。表1從經(jīng)濟、環(huán)境和強度效率角度構(gòu)建了區(qū)域環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)能流分析的指標(biāo)。

2.1 經(jīng)濟指標(biāo)

（1）直接能源輸入 指一定時期內(nèi)區(qū)域一次能源生產(chǎn)量的總和，是觀察區(qū)域能源生產(chǎn)水平 、規(guī)模、構(gòu)成和發(fā)展速度的總量指標(biāo)。一次能源生產(chǎn)量包括原煤、原油、天然氣、水電、核 能、生物質(zhì)能、太陽能、其他動力能（如風(fēng)能、地?zé)崮艿龋?。通常我們會忽略一些?yīng)該包括 的內(nèi)容，例如家禽放牧等。對于進口，應(yīng)該考慮所有能源物質(zhì)的進口，不僅僅是能源載體；

（2）總一次能源輸入 等于直接能源輸入加上隱藏能流。隱藏流可以是國內(nèi)/區(qū)域內(nèi)的（例 如，開采一噸煤所消耗的能源等），也可以是進口的（例如，進口物質(zhì)在運輸過程中所消耗 的能量等）；

（3）能源消費量 指一定時期內(nèi)區(qū)域物質(zhì)生產(chǎn)部門、非物質(zhì)生產(chǎn)部門和生活消費的各種能 源的總和，是觀察能源消費水平、構(gòu)成和增長速度的總量指標(biāo)。能源消費總量包括原煤和原 油及其制品、天然氣、電力，以及生物質(zhì)能和太陽能等的利用。能源消費總量分為終端能源 消費量、能源加工轉(zhuǎn)換損失量和能源損失量三部分［10］。①終端能源消費量 指一 定時期 內(nèi)區(qū)域生產(chǎn)和生活消費的各種能源在扣除了用于加工轉(zhuǎn)換二次能源消費量和損失量以后的數(shù) 量。②能源加工轉(zhuǎn)換損失量 指一定時期內(nèi)區(qū)域投入加工轉(zhuǎn)換的各種能源數(shù)量之和與產(chǎn)出各 種能源產(chǎn)品之和的差額，是觀察能源在加工轉(zhuǎn)換過程中損失量變化的指標(biāo)。③能源損失量指一定時期內(nèi)能源在輸送、分配、儲存過程中發(fā)生的損失，以及由客觀原因造成的各種損失 量，但是不包括各種氣體能源放空、放散量；

（4）能源自給率 指某一區(qū)域的本地能源輸入與能源消耗總量之比。能量自給率可以用來 描 述一個國家或地區(qū)的對外交流程度和經(jīng)濟發(fā)展程度。能源自給率越高，說明經(jīng)濟發(fā)展對區(qū)域 外部能源的依賴越??；

（5）能流密度 指某一區(qū)域能流總消費量與該區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)面積之比。能流密度這一指 標(biāo) 反映了被評價對象的兩個特性——經(jīng)濟發(fā)展強度和經(jīng)濟發(fā)展的等級。能流密度越大，說明經(jīng) 濟越發(fā)達，在等級中的地位越高；

（6）凈能量產(chǎn)出率 指系統(tǒng)產(chǎn)出能量與經(jīng)濟反饋（輸入）能量之比。反饋能量來自人類社 會 經(jīng)濟，包括燃料、各種生產(chǎn)資料與人類勞務(wù)。凈能量產(chǎn)出率是衡量系統(tǒng)產(chǎn)出對經(jīng)濟貢獻大小 的指標(biāo)。凈能量產(chǎn)出率值越高，表明系統(tǒng)獲得一定的經(jīng)濟能量投入，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品能量值 （產(chǎn)出能量值）越高，即系統(tǒng)的生產(chǎn)效率越高。凈能量產(chǎn)出率對能源和進出口價值評估特別 重要，可用以說明能源生產(chǎn)與利用的效率，顯示經(jīng)濟活動的競爭力［8］；

（7）單位產(chǎn)值能耗 是指某一地區(qū)一定時間內(nèi)單位產(chǎn)值消耗的能源量。一個國家或地區(qū)的 單 位產(chǎn)值能耗，通常以單位國內(nèi)生產(chǎn)總值耗能量來表示。它反映經(jīng)濟對能源的依賴程度，受一 系列因素的影響，包括經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟體制、技術(shù)水平、能源結(jié)構(gòu)、人口等；

（8）能源生產(chǎn)彈性系數(shù) 是研究能源生產(chǎn)增長速度與國民經(jīng)濟增長速度之間關(guān)系的指標(biāo) ［10］；

（9）能源消費彈性系數(shù) 是反映能源消費增長速度與國民經(jīng)濟增長速度之間關(guān)系的指標(biāo) ［10］。

2.2 環(huán)境指標(biāo)

（1）環(huán)境負(fù)載率 是指系統(tǒng)中不可更新能源投入總量與可更新能源投入總量之比。環(huán)境負(fù) 載率越高，說明經(jīng)濟活動對環(huán)境的擾動相對也越大。

（2）環(huán)境納污飽和度 是衡量區(qū)域環(huán)境狀況的指標(biāo)，它能反映區(qū)域環(huán)境容量的占有 情況。 主要受區(qū)域內(nèi)向大氣中排放的污染物影響。基于我國很多城市進行了環(huán)境容量核定，因此提 出該指標(biāo)以衡量環(huán)境容量的占用情況［11］。

2.3 強度效率指標(biāo)

（1）能源轉(zhuǎn)換效率 指一定時期內(nèi)能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)出的各種能源產(chǎn)品的數(shù)量與 同期內(nèi)投入加工轉(zhuǎn)換的各種能源數(shù)量的比率。它是觀察能源加工轉(zhuǎn)換裝置和生產(chǎn)工藝先進與 落后、管理水平高低等的重要指標(biāo)［10］；

（2）能源利用效率 是指一個體系（國家、地區(qū)等）有效利用的能量與實際消耗能量的比 率。它是反映能源消耗水平和利用效果，即能源有效利用程度的綜合指標(biāo)；

（3）能源消耗強度 是指某一地區(qū)的人均能源使用量，是評價人民生活水平的指標(biāo)。

3 區(qū)域能流分析的實踐意義

現(xiàn)代工業(yè)社會的發(fā)展越來越依賴能源，能源在國民經(jīng)濟中的地位也越來越突出，因此進行區(qū) 域（城市）能流分析具有十分重要的現(xiàn)實意義，具體表現(xiàn)在：

（1）彌補物質(zhì)流分析在環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)中的研究不足。物質(zhì)和能量以不同的方式交織在一 起 ，單獨的物質(zhì)流分析不足以識別環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)的能源使用。綜合應(yīng)用能流分析和物質(zhì)流分 析，可以對區(qū)域的資源流動進行全面分析，從而能夠更好地理解社會代謝模式。

（2）進行能流的優(yōu)化管理。能流分析的核心是對社會經(jīng)濟活動中的能量流動進 行量化分析 ，了解和掌握整個社會經(jīng)濟系統(tǒng)中能量的流向和流量。建立在能流分析基礎(chǔ)上的能流管理， 可以通過對能量流動方向和流量的調(diào)控，發(fā)現(xiàn)各種資源和不同行業(yè)的能量流動的方式和效率 。在此基礎(chǔ)上，依靠觀念創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，推廣清潔生產(chǎn)，推進循環(huán)經(jīng)濟，制定 產(chǎn)業(yè)發(fā)展等一系列的方針和政策，優(yōu)化區(qū)域內(nèi)的能源配置，提高能源的利用效率，從而指導(dǎo) 區(qū)域環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。

（3）優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)。根據(jù)能流分析，可以明晰各產(chǎn)業(yè)能源的消耗和利用、可更新能源 與不可更新能源比率等情況，從而進行能源消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整。例如，用各種可更新能源（如 風(fēng)能、太陽能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等）替代現(xiàn)有的化石能源，不斷提高可更 新能源的使用比例，減少環(huán)境污染［12］。

（4）為區(qū)域污染物總量控制提供基礎(chǔ)。能源，特別是化石能源的使用會產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的污 染物。通過能流分析，可以獲得污染物貢獻率和區(qū)域污染物排放總量。然后根據(jù)區(qū)域整體環(huán) 境的使用功能要求及自凈能力，提出污染物總量控制的管理方法。

（5）為節(jié)能減排等政策的制定提供依據(jù)。通過能流分析，可以獲得當(dāng)前經(jīng)濟系 統(tǒng)基準(zhǔn)年的 能源消耗和利用效率，以及一段時間內(nèi)的變化趨勢等分析結(jié)果，然后據(jù)此可規(guī)劃出能源污染 物削減計劃，以及逐步提高能源利用效率的中期（20年后）目標(biāo)和遠期（50年后）目標(biāo)等。

4 結(jié) 語

對環(huán)境—經(jīng)濟系統(tǒng)進行能流分析，其目標(biāo)就是弄清經(jīng)濟社會與自然環(huán)境之間的關(guān)系，在更好 利用能源的同時保護環(huán)境。能流分析在過去20年間的發(fā)展比較緩慢，其研究框架和分析指標(biāo) 有待進一步完善。論文借鑒物質(zhì)流分析和能值分析，提出了區(qū)域能流分析的研究框架和分析 指標(biāo)，并對以往能流分析在單位統(tǒng)一上存在的爭議進行了處理。作為社會代謝研究不可缺少 的一部分，能流分析必將會獲得快速發(fā)展。如何將能流分析與物質(zhì)流分析進行整合，從而更 好地研究社會代謝，這將是一個值得深入研究的內(nèi)容。

(編輯：于 杰)

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