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摇摇摇摇摇生 态 学 报 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇SHENGTAI XUEBAO 摇摇第 31 卷 第 24 期摇摇 2011 年 12 月摇半月刊 目摇 摇 次 柑橘黄龙病株不同部位内生细菌群落结构的多样性刘摇 波,郑雪芳,孙大光,等 7325 小兴安岭红松径向生长对未来气候变化的响应尹摇 红,王摇 靖,刘洪滨,等 7343 污水地下渗滤系统脱氮效果及动力学过程李海波,李英华,孙铁珩,等 7351 基于生态系统服务的海南岛自然保护区体系规划肖摇 燚,陈圣宾,张摇 路,等 7357 羌塘地区草食性野生动物的生态服务价值评估 以藏羚羊为例鲁春霞,刘摇 铭,冯摇 跃,等 7370 湖北省潜江市生态系统服务功能价值空间特征许倍慎,周摇 勇,徐摇 理,等 7379 滇西北纳帕海湿地景观格局变化及其对土壤碳库的影响李宁云,袁摇 华,田摇 昆,等 7388 基于连接性考虑的湿地生态系统保护多预案分析 以黄淮海地区为例 宋晓龙,李晓文,张明祥,等 7397 青藏高原高寒草甸生态系统碳增汇潜力韩道瑞,曹广民,郭小伟,等 7408 影响黄土高原地物光谱反射率的非均匀因子及反照率参数化研究张摇 杰,张摇 强 7418 基于 GIS 的下辽河平原地下水生态敏感性评价孙才志,杨摇 磊,胡冬玲 7428 厦门市土地利用变化下的生态敏感性黄摇 静,崔胜辉,李方一,等 7441 我国保护地生态旅游发展现状调查分析钟林生,王摇 婧 7450 黄腹山鹪莺稳定的配偶关系限制雄性欺骗者褚福印,唐思贤,潘虎君,等 7458 食物蛋白含量和限食对雌性东方田鼠生理特性的影响朱俊霞,王摇 勇,张美文,等 7464 具有捕食正效应的捕食鄄食饵系统祁摇 君,苏志勇 7471 桑科中 4 种桑天牛寄主植物的挥发物成分研究张摇 琳,WANG Baode,许志春 7479 栗山天牛成虫羽化与温湿度的关系杨忠岐,王小艺,王摇 宝, 等 7486 人工巢箱条件下杂色山雀的巢位选择及其对繁殖成功率的影响李摇 乐,万冬梅,刘摇 鹤,等 7492 鸭绿江口湿地鸻鹬类停歇地的生物生态研究宋摇 伦,杨国军,李摇 爱,等 7500 锡林郭勒草原区气温的时空变化特征王海梅,李政海,乌摇 兰,等 7511 UV鄄B 辐射胁迫对杨桐幼苗生长及光合生理的影响兰春剑,江摇 洪,黄梅玲,等 7516 小麦和玉米叶片光合鄄蒸腾日变化耦合机理赵风华,王秋凤,王建林,等 7526 利用稳定氢氧同位素定量区分白刺水分来源的方法比较巩国丽,陈摇 辉,段德玉 7533 2010 年冬季寒冷天气对闽江口 3 种红树植物幼苗的影响雍石泉,仝摇 川,庄晨辉,等 7542 人参皂苷与生态因子的相关性谢彩香,索风梅,贾光林,等 7551 芘对黑麦草根系几种低分子量有机分泌物的影响谢晓梅,廖摇 敏,杨摇 静 7564 盐碱地柠条根围土中黑曲霉的分离鉴定及解磷能力测定张丽珍,樊晶晶,牛摇 伟,等 7571 不同近地表土壤水文条件下雨滴打击对黑土坡面养分流失的影响安摇 娟,郑粉莉,李桂芳,等 7579 煤电生产系统的能值分析及新指标体系的构建楼摇 波,徐摇 毅,林振冠 7591 专论与综述 西南亚高山森林植被变化对流域产水量的影响张远东,刘世荣,顾峰雪 7601 干旱荒漠区斑块状植被空间格局及其防沙效应研究进展胡广录,赵文智,王摇 岗 7609 利用农业生物多样性持续控制有害生物高摇 东,何霞红,朱书生 7617 研究简报 洪湖湿地生态系统土壤有机碳及养分含量特征刘摇 刚,沈守云,闫文德,等 7625 氯氰菊酯和溴氰菊酯对萼花臂尾轮虫生殖的影响黄摇 林,刘昌利,韦传宝,等 7632 学术信息与动态 SCOPE鄄ZHONGYU 环境论坛2011暨环境科学与可持续发展国际会议成功举办7639 生态学报3 篇文章入选 2010 年中国百篇最具影响国内学术论文摇 等 玉 期刊基本参数CN 11鄄2031/ Q*1981*m*16*316*zh*P* 70郾 00*1510*36* 室室室室室室室室室室室室室室 2011鄄12 封面图说 泥炭藓大多生长在多水、寒冷和贫营养的生境,同时有少数的草本、矮小灌木也生长在其中,但优势植物仍然是泥炭藓 属植物。 泥炭藓植物植株死后逐渐堆积形成泥炭。 经过若干年的生长演变,形成了大片的泥炭藓沼泽。 这种沼泽地 有黑黑的泥炭、绿绿的草甸和亮晶晶的斑块状水面相间相衬,远远看去就像大地铺上了锦绣地毯一样美丽壮观。 彩图提供 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail cites. chenjw163. com 第 31 卷第 24 期 2011 年 12 月 生态学报 ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 24 Dec. ,2011 http/ / www. ecologica. cn 基金项目广州市应用基础研究专项7421154389972 收稿日期2011鄄07鄄30; 摇 摇 修订日期2011鄄11鄄17 *通讯作者 Corresponding author. E鄄mail loubo scut. edu. cn 楼波,徐毅,林振冠. 煤电生产系统的能值分析及新指标体系的构建. 生态学报,2011,31247591鄄7600. Lou B,Xu Y,Lin Z G. Emergy analysis of coal鄄fired power generation system and construction of new emergy indices. Acta Ecologica Sinica,2011,3124 7591鄄7600. 煤电生产系统的能值分析及新指标体系的构建 楼摇 波*,徐摇 毅,林振冠 华南理工大学电力学院,广州摇 510640 摘要煤电生产是我国废弃物粉尘和酸性气体的排放最主要来源。 以某 2伊600MW 超临界燃煤发电机组为案例,按传统能值指 标体系分别对简单发电系统、发电加除尘系统和发电加除尘脱硫系统进行能值分析。 结果表明,投入废物循环利用系统后可持 续性指标反而下降。 因此,传统的能值指标已不适合废弃物产生较大的煤电生产系统的可持续性评价。 针对这一特点,提出了 能反映煤电生产系统的相应指标体系,即有效能值产出率EEYR、能值环境影响率EEIR、有效能值可持续指数EESI,计 算得出简单发电系统、发电加除尘系统和发电加除尘脱硫系统的 EESI 分别为 2. 249、2. 628、2. 642。 随着废物处理程度的提高, 系统的可持续性更好,显示出环保系统投入的积极意义。 关键词煤电生产系统;能值分析;废弃物;能值指标;可持续性 Emergy analysis of coal鄄fired power generation system and construction of new emergy indices LOU Bo*,XU Yi,LIN Zhenguan School of Electic Power. South China University of Technology,Guangzhou 510640,China Abstract Coal鄄fired power generation is the main source of waste dust and acid gas emissions. As a case of a certain 2伊 600MW supercritical power generation units, according to traditional emergy indices system, simply power generation system, power generation system with dedusting system and power generation system with dedusting and desulfurization system were analyzed. The results have showed that although waste recycling systems were installed in coal鄄fired power generation system, Emergy Sustainability IndexESI decreased. Therefore,traditional emergy indices system has not been suitable for sustainable uation of the coal鄄fired electrical power generation system,which produces so much waste. On the basis of this character, the corresponding indices were put forward for reflecting coal鄄fired electrical power generation system, including Effective Emergy Yield RatioEEYR, Emergy Environment Influencing RatioEEIR and Effective Emergy Sustainability Index EESI.The EEIR of the three power generation system were 2. 249、2. 628、2. 642, respectively. With the increase of waste treatment level, the sustainability of system was better that showed the positive significance of the investment in environmental protection systems. Key Words coal鄄fired power generation system; emergy analysis; waste; emergy indices; sustainability 电力是国民经济发展的基础工业,截至到2010 年9 月,我国电力总装机容量突破了9. 6 伊 108kW, 其中 化石能源发电装机容量占总装机容量的 72. 2 [1]。 煤电生产是我国化石燃料消耗的最主要方式,当然其废 弃物粉尘和酸性气体的排放对环境影响也十分严重,而且煤电在未来相当长一段时期内仍将占我国电力总量 http/ / www. ecologica. cn 的相当大一部分[2]。 为此,探讨火电厂如何实现经济、生态效益的平衡,走可持续发展的道路是很有意义的。 能值分析理论是定量评价生产系统的经济效益、生态效益以及可持续性的一个强有力工具,它把不同种 类、不同质量、不可比较的能量转换成统一标准 太阳能值来进行比较[3鄄5],从而实现了不同质能量的区别 对待和统一评价,并且建立了基本能值评价指标[6鄄8]。 对于工业系统的评价,传统的能值分析方法在对废弃 物排放和生态经济效益评价等方面都尚待完善,吸引了许多国内外学者运用能值分析理论对工业系统进行分 析和研究,并取得一定的成果[9鄄17],但对污染物排放以及系统可持续性的影响方面还处于完善过程。 笔者以 煤电系统为例,分析了传统能值指标体系具有明显的局限性,并提出适用于煤电生产系统的新指标体系。 1摇 研究对象 某发电公司 2伊600MW 超临界机组项目总投资为 50 亿元,工程同步配有烟气脱硫、除尘系统,公司机组 所使用煤种为神府煤,发电机组采用电除尘器方式进行除尘,除尘得到煤粉灰。 烟气脱硫技术采用石灰石鄄石 膏湿法烟气脱硫工艺,副产物为二水硫酸钙即石膏。 除尘灰和脱水石膏都可作为建筑原料向市场销售,具 有良好的经济价值。 图 1摇 典型的工业系统能值流动总图 摇Fig. 1摇 Aggregatedemergyflowdiagramofthetypical industrial system R可再生环境资源能值;N不可再生环境资源能值;F经济投 入;Y输出能值 2摇 煤电生产系统的能值分析 2. 1摇 典型的工业系统能值分析 对于典型工业系统的能值分析如图 1。 图 2摇 简单煤电生产系统能值分析图 Fig.2摇 Emergy flow diagram of a simply power generation system R1可再生环境资源化学补充水、空气、冷却水;N1不可再生环境资源煤;F1经济投入建设投资,购买煤和水资源投资、运行维护投资;Y1 输出能值电;WT1废物煤粉灰、二氧化硫 2. 2摇 煤电生产系统生产过程 煤电生产系统分别由火电三大主机锅炉、汽轮机 和发电机组成。 煤电生产系统要从自然环境获取可再 生资源 R 和不可再生资源 N,同时从社会上通过货币 F 购买设备、原料、技术、劳务等进行建设、运行和维护投 资等,在生产过程中,部分废弃物 WT没有经过处理直接 排放到自然环境中;另一部分废物 WY经过处理后回 收,可作为另一个生产过程的原料,在社会上具有经济 价值。 2. 3摇 煤电生产系统中子系统的能值分析 简单煤电生产系统图 2不考虑废弃物处理,输入不可再生资源是煤,输出产品是电。 而目前实际煤电 生产系统中都要不同程度考虑废物处理,发电过程中产生煤粉灰和二氧化硫的废物需要通过除尘与脱硫子系 统处理,处理后得到新的可利用产品煤粉灰用做水泥和制砖的原料与工业石膏。 除尘与脱硫子系统的能 2957摇生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇31 卷摇 http/ / www. ecologica. cn 值分析见图 3、图 4。 图 3摇 除尘子系统能值分析图 Fig. 3摇 Emergy flow diagram of dedusting system 摇 F2经济投入,包括 F21电力投入,F22运行投资,F23建设投资,F24维 护投资 图 4摇 脱硫子系统能值分析图 Fig.4摇 Emergy flow diagram of desulfurization system 摇 F3经济投入,包括 F31电力投入,F32运行与维护,F33建设投资, F34、F35购买水、石灰石资源投资 2. 4摇 两个考虑废物处理的煤电生产系统的能值分析 为了分析除尘与脱硫子系统对煤电生产系统能值分析的影响,本文中分别对简单煤电生产系统、带除尘 的煤电生产系统以及带除尘和脱硫的煤电生产系统进行能值分析,其中带除尘的煤电生产系统以及带除尘和 脱硫的煤电生产系统的能值分析见图 5、图 6。 图 5摇 带除尘的煤电生产系统分析图 摇 Fig. 5摇Emergy flow diagram of power generation system with dedusting system 图 6摇 带除尘和脱硫的煤电生产系统能值分析图 摇 Fig. 6摇Emergy flow diagram of power generation system with dedusting and desulfurization system 3摇 电厂能值数据计算处理表 电厂能值数据计算处理结果见表 1表 5。 表 1摇 简单煤电生产系统能值数据表 Table 1摇 Emergy uation table for electricity production of power plant without waste treatment 项目 Item 基础数据 Basic data 能值转换率淤 Solar transity 太阳能值 Solar emergy/ Sej 输入 不可再生资源 N1 煤 N11 5.52伊1016J / a[a]4. 00伊104sej/ J[h]2. 208伊1021 可再生资源 R1 化学补充水 R11 6.31伊1011g/ a[b]6. 64伊108sej/ g[h]4. 190伊1017 空气 R12 2.25伊1013g/ a[c]5. 16伊107sej/ g[h]1. 161伊1021 冷却水 R13 7.37伊1013g/ a[d]6. 64伊108sej/ g[h]4. 894伊1019 经济投入 F1 发电系统建设投资 F11 2.21伊107＄[e]5. 78伊1012sej/ ＄[i]1. 297伊1020 购买煤资源投资 F12 3.01伊108＄[e]5. 78伊1012sej/ ＄[i]1. 766伊1021 购买水资源投资 F13 2.83伊107＄[e]5. 78伊1012sej/ ＄[i]1. 663伊1020 化学补充水处理费 F14 4.33伊108＄[f]5. 78伊1012sej/ ＄[i]2. 541伊1018 运行维护投资 F15 3.05伊106＄[e]5. 78伊1012sej/ ＄[i]1. 790伊1019 3957摇 24 期摇 摇 摇 楼波摇 等煤电生产系统的能值分析及新指标体系的构建摇 http/ / www. ecologica. cn 摇 摇 续表 项目 Item 基础数据 Basic data 能值转换率淤 Solar transity 太阳能值 Solar emergy/ Sej 输出 Y1Yeild电 Y11 2. 37伊1016J/ a[g]2.20伊108sej/ J[j]5. 208伊1021 废物 WT1Waste废弃煤粉灰 WT11 3. 42伊1011J/ a[y]8.30 伊108sej/ J[h]2. 835伊1020 排放二氧化硫 WT12 2. 07伊1010J/ a[z]4.27 伊108sej/ J[u]8. 864伊1018 摇 摇 淤由参考文献[25]可知,产品能量、物质或劳务的能值转换率等于它包含的能值除以它的质量,即单位能量所含的能值;实际使用的能值 单位是太阳能焦耳,故常用太阳能值转换率;笔者参考 G. Q. Chen, Z. M. Chen,Z. F. Yang 等人的研究[18鄄20]可以得到中国最新不同资源或经济 投入的能值转换率 表 2摇 除尘子系统能值数据表 Table 2摇 Emergy uation table for dedusting system 项目基础数据能值转换率太阳能值/ sej 输入不可再生资源 N2 原灰 N21 3.42伊1011g/ a[k]8.30伊108sej/ g[h]2. 839伊1020 经济投入 F2 电力投入 F21 3.25伊1012J/ a[l]2.20伊108sej/ J[j]7. 142伊1017 建设投资 F22 5.08伊104＄[e]5.87伊1012sej/ ＄[i]2. 982伊1017 运行维护投资 F23 2.31伊104＄[e]5.87伊1012sej/ ＄[i]1. 357伊1017 输出灰 Y23.42伊1011g/ a[k]2. 850伊1020 表 3摇 脱硫子系统能值数据表 Table 3摇 Emergy uation table for desulfurization system 项目基础数据能值转换率太阳能值/ sej 输入不可再生资源 N3 石灰石 N31 3.60伊1010g/ a[m]1.00伊109sej/ g[h]3. 602伊1019 二氧化硫 N32 2.08伊1010g/ a[n]4.27伊108sej/ g[u]8. 865伊1018 可再生资源 R3 脱硫耗水 R31 8.25伊1011g/ a[o]6.64伊108sej/ g[h]5. 478伊1017 脱硫耗空气量 R32 2.24伊1010g/ a[p]5.16伊107sej/ g[h]1. 153伊1018 经济投入 F3 电力投入 F31 1.85E14 J/ a[q]2.20伊108sej/ J[j]4. 066伊1019 运行与维护 F32 8.32伊108＄[e]5.87伊1012sej/ ＄[i]4. 886伊1018 建设投资 F33 1.33伊106＄[e]5.87伊1012sej/ ＄[i]7. 807伊1018 购买水资源投资 F34 3.14伊108＄[r]5.87伊1012sej/ ＄[i]1. 846伊1018 购买石灰石投资 F35 8.24伊108＄[s]5.87伊1012sej/ ＄[i]4. 834伊1018 输出石膏 Y35.58伊1010g/ a[t]1. 066伊1020 表 4摇 带除尘的煤电生产系统能值分析数据表 Table 4摇 Emergy uation table for power generation system with dedusting system 项目基础数据能值转换率太阳能值/ sej 输入不可再生资源 N4 煤 N11 5.52伊1016J / a[a]4. 00伊104sej/ J[h]2. 208伊1021 可再生资源 R4 化学补充水 R11 6.31伊1011g/ a[b]6. 64伊108sej/ g[h]4. 190伊1017 空气 R12 2.25伊1013g/ a. [c] 5. 16伊107sej/ g[h]1. 161伊1021 冷却水 R13 7.37伊1013g/ a[d]6. 64伊108sej/ g[h]4. 894伊1019 经济投入 F4 发电系统建设投资 F11 2.21伊107＄[e]5. 87伊1012sej/ ＄[i]1. 297伊1020 除尘系统建设投资 F22 5.08伊104＄[e]5. 87伊1012sej/ ＄[i]2. 982伊1017 4957摇生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇31 卷摇 http/ / www. ecologica. cn 摇 摇 续表 项目基础数据能值转换率太阳能值 购买煤资源投资 F12 3.01伊108＄[e]5.87伊1012sej/ ＄[i]1. 766伊1021 购买水资源投资 F13 2.83伊107＄[e]5.87伊1012sej/ ＄[i]1. 663伊1020 化学补充水处理费 F14 4.33伊107＄[f]5.87伊1012sej/ ＄[i]2. 541伊1018 运行维护F15F23 3.07伊106＄5.87伊1012sej/ ＄[i]1. 804伊1019 输出 Y4电 Y41 2.37伊1016J/ a[v]5. 207伊1021 灰 Y2 3.42伊1011g/ a2. 850伊1020 废物 WT2废弃煤粉灰 WT21 5.12伊108g/ a[y]8.30 伊108sej/ J[h]4. 252伊1017 排放二氧化硫 WT12 2.07伊1010g/ a[z]4.27 伊108sej/ J[u]8. 864伊1018 表 5摇 带灰尘和脱硫的煤电生产系统能值分析数据表 Table 5摇 Emergy uation table for power generation system with dedusting and desulfurization system 项目基础数据能值转换率太阳能值/ sej 输入不可再生资源 N5 煤 N11 5.52伊1016J / a[a]4. 00伊104sej/ J[h]2. 208伊1021 石灰石 N31 3.60伊1010g/ a[m]1. 00伊109sej/ g[h]3. 602伊1019 可再生资源 R5 化学补充水 R11 6.31伊1011g/ a[b]6. 64伊108sej/ g[h]4. 190伊1017 空气 R12 2.25伊1013g/ a[c]5. 16伊107sej/ g[h]1. 161伊1021 冷却水 R13 7.37伊1013g/ a[d]6. 64伊108sej/ g[h]4. 894伊1019 脱硫耗水 R31 8.25伊1011g/ a[o]6. 64伊108sej/ g[h]5. 478伊1017 脱硫耗空气量 R32 2.24伊1010g/ a[p]5. 16 伊107sej/ g[h]1. 153伊1018 经济投入 F5 发电系统建设投资 F11 2.21伊107＄[e]5. 87伊1012sej/ ＄[i]1. 297伊1020 除尘系统建设投资 F23 5.08伊104＄[e]5. 87伊1012sej/ ＄[i]2. 982伊1017 脱硫系统建设投资 F33 1.33伊106＄[e]5. 87伊1012sej/ ＄[i]7. 807伊1018 购买煤资源投资 F12 3.01伊108＄[e]5. 87伊1012sej/ ＄[i]1. 766伊1021 购买水资源投资F13F34 2.86伊107＄5. 87伊1012sej/ ＄[i]1. 681伊1020 化学补充水处理费 F14 4.33伊108＄[f]5. 87伊1012sej/ ＄[i]2. 541伊1018 购买石灰石投资 F35 8.24伊108＄[s]5. 87伊1012sej/ ＄[i]4. 834伊1018 运行维护F15F23F32 3.91伊106＄5. 87伊1012sej/ ＄[i]2. 292伊1019 输出 Y5电 Y51 2.35伊1016J/ a[w]5. 165伊1021 灰 Y2 3.42伊1011g/ a2. 850伊1020 石膏 Y3 5.58伊1010g/ a1. 066伊1020 废物 WT3废弃煤粉灰 WT21 5.12伊108g/ a[y]8. 30 伊108sej/ J[h]4. 252伊1017 排放二氧化硫 WT32 2.07伊109g/ a[z]4. 27 伊108sej/ J[u]8. 864伊1017 摇 摇 az意义见附录 4摇 传统的能值指标体系 4. 1摇 传统的能值指标的计算 传统的能值指标体系包括能值产出率 EYRY/ FRNF / F;环境负荷率 ELRNF / R;能值投资 率 EIR F/ NR ;能值可持续指数 ESIEYR/ ELR。 利用上述电厂能值数据,计算出传统的能值指标如表 6 所示。 4. 2摇 传统能值指标体系的局限性 由表 6 可知,传统能值指标具有很大的局限性,表现为 1根据带除尘煤电生产系统与简单煤电生产系统指标的比较,由于除尘系统能值投入量F2相对于整 个发电系统总体投入Y11的比例较小有 3 个数量级差异,EYR 与 ESI 指标几乎一样,完全掩盖了除尘环 5957摇 24 期摇 摇 摇 楼波摇 等煤电生产系统的能值分析及新指标体系的构建摇 http/ / www. ecologica. cn 保系统投用的积极作用,该能值指标体系的计算方法不能体现加装除尘子系统的优越性。 2对发电系统产生的烟气同时进行除尘脱硫时,将煤粉灰收集作为建筑原料,将 SO2脱除转化为石膏, 产出增多,能值指标中能值产出率 EYR 有所增大,但同时能值投资率 EIR 不变,环境负载率 ELR 变大,能值 可持续指数 ESI 变小,这表现为使用废物循环利用系统后反而使系统可持续性下降。 而实际生产中投入除尘 和脱硫系统后,增加产出和减少污染,增加了可持续性,因此传统能值指标体系不适合评价系统煤电生产系统 的可持续性状况。 表 6摇 传统能值指标下不同发电系统传统能值流动和能值指标的对比 Table 6摇Comparison of emergy flows and emergy based uation indices for different kinds of power generation with traditional emergy indices system 指标 Indices 系统类型 System types 简单煤电生产系统带除尘煤电生产系统带除尘与脱硫煤电生产系统 F/ sej/ a2.082伊10212.083伊10212.102伊1021 R/ sej/ a1.210伊10211.210伊10211.212伊1021 N/ sej/ a2.208伊10212.208伊10212.244伊1021 Y/ sej/ a5.501伊10215.501伊10215.558伊1021 EYR2.6422.6412.644 ELR3.5453.5453.586 ESI0.7450.7450.737 EIR0.6090.6090.608 5摇 新能值指标体系 5. 1摇 新能值指标评价体系的建立 由上文分析可得,在考虑大规模污染物排放和回收系统的煤电生产系统中,传统的指标评价体系已经不 能满足可持续性发展的要求。 其实,具有废物处理的工业系统难以很好用原有的能值指标分析已被很多国内 外学者认识,并在某些领域内进行积极有益的探讨。 刘圣等人[14]对一种生产体系进行能值分析并针对这体 系构建出新能值指标;张小洪、邓仕槐等人[15]进行基于废物交换的两个工业系统的能值分析;王玲梅等人[16] 运用能值分析理论建立能反映煤基发电系统特性的可持续性评价指标;针对污水处理、人工湿地生态系统学 者们也提出了改进能值分析方法和指标体系并用实例分析[17,21鄄23]。 笔者在本研究时发现,废弃物包含在系统的有效能值产出中,导致本案例中煤粉灰收集回收再利用、二氧 化硫处理成为石膏有益环保措施的积极意义无法体现,因此尝试改进原来的能值指标分析方法,可用于煤电 生产系统的可持续性分析。 5. 1. 1摇 有效能值产出率EEYREffective Emergy Yield Ratio 传统能值分析评价中能值产出率被定义为总输出能值 Y等于总投入能值与从社会购买能值F之比。 由于一般生态系统输出的能值都是积极的,很少废弃物产生,能值产出率适用于评价某一系统的生产效率。 而对于煤电生产系统生产过程输出有三类第一是产品,第二是排放废弃物,第三是部分废物经过环保系统处 理后的副产品。 传统的能值分析中总输出能值 Y 包括了废弃物,使得能值产出率不能准确地衡量某一系统 的经济效益和在社会中的竞争力。 因此,笔者受有效功概念启发,提出用有效产品能值Y-WT来替代原来 总输出能值Y,这样,有效能值产出率表示为 EEYR Y-WT F 式中, WT为被排放至环境的废弃物能值sej。 EEYR 值越大,表明该煤电生产系统生产效率越高,竞争力 越强。 5. 1. 2摇 能值环境影响率EEIREmergy Environment Influencing Ratio 传统能值分析评价中用环境影响率 ELR 来衡量环境的付出,定义为不可再生资源能值与从社会购买能 6957摇生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇31 卷摇 http/ / www. ecologica. cn 值之和除以可再生资源能值在工业系统的应用中有两方面不足1ELR 越大,表示不可再生资源与社会能 值投入大,就是说要付钱的投入大,而攫取不花钱的可再生资源小,这对工业系统来说明显是注重经济效益, 而忽视对可再生资源以及环境的保护;2环境负载率的分析与计算没有考虑到废弃物直接排入环境的影 响,与生态系统的资源循环利用不同,工业系统的废弃物排放破坏了环境,可导致可再生资源逆变为不可再生 资源,增加了自然环境的负载。 为此提出能值环境投入概念,定义为生产系统总能值投入包括可再生能值、 不可再生能值、社会能值以及废弃物能值,因这些能值最终都表现为我们所处的环境来承受除以有效产品 能值,即表示为 EEIR NRFWT Y-WT ELR 值越小,表明该煤电生产系统使环境承受的负荷越小,物质能量循环利用率高。 5. 1. 3摇 有效能值可持续指数EESIEffective Emergy Sustainability Index 工业系统能值可持续指数EESI定义为有效能值产出率EEYR与能值环境影响率EELR的比值。 EESIEEYR EEIR 5. 2摇 改进的能值指标的计算 同样按照上述电厂能值数据,运用改进的能值指标分析方法,如表 7 所示,计算得出改进的能值指标。 表 7摇 改进能值指标下不同发电系统能值流动和改进的能值指标体系的对比 Table 7 摇Comparison of emergy flows and emergy based uation indices for different kinds of power generation with new emergy indices system 指标 Indices 系统类型 System types 简单煤电生产系统带除尘煤电生产系统带除尘与脱硫煤电生产系统 F/ sej/ a2.082伊10212.083伊10212.102伊1021 R/ sej/ a1.210伊10211.210伊10211.212伊1021 N/ sej/ a2.208伊10212.208伊10212.244伊1021 Y/ sej/ a5.501伊10215.501伊10215.558伊1021 WT/ sej/ a 2.924伊10209.289伊10181.312伊1018 EEYR2.5012.6372.643 EELR1.1121.0031.000 EESI2.2492.6282.642 对改进的能值评价指标计算,结果见表 7。 可发现增加废物处理系统以后,增加了有效能值产出率 EEYR,能值环境影响率 EEIR 降低,有效能值可持续指数 EESI显示简单发电系统、发电加除尘系统和发电加 除尘脱硫系统为 2. 249、2. 628、2. 642,可见随着废物处理程度的提高,可持续更好,显示出环保系统投入的积 极意义。 6摇 结论 1以煤电生产系统作为案例,传统的能值分析发现,投入废物循环利用系统后指标显示反而使系统可 持续性下降。 而实际生产中投入除尘和脱硫系统后,增加了产出并减少污染,有利于系统的可持续性。 因此 传统能值指标体系已不适合评价煤电生产这一类废弃物产生较大的工业系统可持续性评价。 2引入能值环境影响率,考虑包括废弃物在内对环境影响的总能值,新的工业系统可持续指标显示