2.2　能值理論綜述

2.2.1　國內(nèi)外能值理論研究

2.2.1.1　能值分析方法的引入

根據(jù)能量系統(tǒng)理論的觀點(diǎn)，各種生態(tài)系統(tǒng)和人類經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)均可視為能量系統(tǒng)，能量可以用于表達(dá)和了解生命與環(huán)境、人類社會經(jīng)濟(jì)與自然的關(guān)系^[58]。無論在科研還是生活中，人們往往運(yùn)用能量為共同尺度，對各種系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行研究分析。然而由于不同種類不同性質(zhì)的能量存在不同質(zhì)與價值的根本區(qū)別，不可做比較和簡單地加減^[59]；自然環(huán)境資源與社會的本質(zhì)關(guān)系，用一般能量單位更無從衡量和表達(dá)，能量分析碰到難題，這就是所謂的“能量壁壘問題^[60]”，對此中外學(xué)者提出了不少方法試圖解決這個難題。

美國著名系統(tǒng)生態(tài)學(xué)家H.T.Odum從20世紀(jì)50年代以來，對生態(tài)系統(tǒng)的能量學(xué)有系統(tǒng)而深入的研究，提出了一系列新概念和開拓性的重要理論觀點(diǎn)。其中包括20世紀(jì)70～80年代提出的能量系統(tǒng)（Energy System）、能質(zhì)（Energy Quality）、能質(zhì)鏈、體現(xiàn)能（Embodied Energy）、能量轉(zhuǎn)換率及信息等觀點(diǎn)。將生態(tài)系統(tǒng)中能流、信息流與經(jīng)濟(jì)流等相互孤立的這幾個功能過程首次聯(lián)系在一起。20世紀(jì)80年代后期和90年代Odum創(chuàng)立能值（Emergy）概念理論，以及太陽能值轉(zhuǎn)換率（Solar Transformity）等一系列概念。在Odum不同時期的論著中，體現(xiàn)了這些理論觀點(diǎn)和方法的發(fā)展進(jìn)程，尤其是《人與自然的能量基礎(chǔ)》^[58]、《系統(tǒng)生態(tài)學(xué)》^[61]等著作。1987年Odum接受瑞典皇家科學(xué)院克萊福獎（Crafood Prize）時發(fā)表的演講論著和在Sciences刊物的論文中，首次闡述了能值概念理論，論述了能值與能質(zhì)、能量等級、信息、資源財(cái)富等的關(guān)系^[63]。經(jīng)進(jìn)一步研究和總結(jié)國際能值分析研究的成果，Odum于1996年出版了世界第一部能值專著Environmental Accounting：Emergy And Environmental Decision Making。我國于20世紀(jì)90年代初由留美學(xué)者藍(lán)盛芳引入能值理論^[64]。目前，在廣州、北京、南京、上海等地大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)均有學(xué)者進(jìn)行有關(guān)研究，在國內(nèi)外發(fā)表了不少論文著作。藍(lán)盛芳等于2002年出版了我國第一部能值論著^[65]。

盡管能值理論和分析方法起步時間不長，因?yàn)槠溆兄谡_分析區(qū)域或系統(tǒng)內(nèi)資源與社會經(jīng)濟(jì)、人類與自然環(huán)境的價值聯(lián)系，有助于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，受到國內(nèi)外生態(tài)學(xué)界、經(jīng)濟(jì)學(xué)界、系統(tǒng)學(xué)界及各級政府決策者的關(guān)注。自創(chuàng)立以來，已在國家^[66，67]、區(qū)域^[68，69]、城市^[70，71]、自然保護(hù)^[72]、工農(nóng)業(yè)^[73～75]等各種生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2.1.2　能值和能值轉(zhuǎn)換率的定義和內(nèi)涵

（1）能值

能值（Emergy）是指某種流動或儲存的能量所包含另一種類別能量的數(shù)量，即產(chǎn)品或勞務(wù)形成過程中直接或間接投入應(yīng)用的一種能量的總和^[76]。能值不等于實(shí)際的能量，而是一定類別和一定數(shù)量的能量在一定時間和空間的聚集，其實(shí)質(zhì)上是體現(xiàn)能（Embodied Energy）或能量記憶（Energy Memory），由于各種資源、產(chǎn)品或勞務(wù)的能量均直接或間接地起源于太陽能，實(shí)踐中以太陽能值（Solar Emergy）衡量某一能量的能值^[62]。任何流動或儲存的能量所包含的太陽能的數(shù)量，稱為該能量的太陽能值，太陽能值的單位為太陽能焦耳（Solar Emjouers，Sej）。

根據(jù)Odum的能值公式計(jì)算出生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)總能值使用量。

U=N₀+N₁+R+IMP　　 （2.4）

式中　U——總能值使用量；

N₀——較粗放使用的自然資源；

N₁——集約使用的自然資源；

R——可更新資源；

IMP——總進(jìn)口（包括旅游業(yè)、進(jìn)口勞務(wù)和利用的外資）。

（2）能值轉(zhuǎn)化率

能值轉(zhuǎn)換率（Emergy Transformity）即形成每單位物質(zhì)或能量所含有的另一種能量之量；而能值分析中常用太陽能值轉(zhuǎn)換率（Solar Transformity）^[62]。太陽能值轉(zhuǎn)換率被定義為：生產(chǎn)1J產(chǎn)品或服務(wù)所需要投入的太陽能值，單位為Sej/J或Sej/g。能值轉(zhuǎn)化率是衡量物質(zhì)或能量的能質(zhì)等級的指標(biāo)，它隨著能量等級的提高而增加；系統(tǒng)中較高等級者具有較大的能值轉(zhuǎn)換率，需要較大量低能質(zhì)能量來維持，具有較高能質(zhì)和較大控制力，在系統(tǒng)中扮演中心功能作用^[77]。能量轉(zhuǎn)化過程可以由圖2.4表示。

圖2.4　能量轉(zhuǎn)化過程圖解

假如能量轉(zhuǎn)化過程伴隨著不同的物質(zhì)循環(huán)、不同的轉(zhuǎn)化速度，就會產(chǎn)生不同的結(jié)果。許多系統(tǒng)，尤其是那些新形成的系統(tǒng)，其產(chǎn)出與別的系統(tǒng)可能相同，但需要輸入更多的能值，因?yàn)檫@些系統(tǒng)并不是按最大效率、最大功率進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。以最佳效率進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化以獲得最大轉(zhuǎn)換功率，理論上其能值轉(zhuǎn)化率局限性最小。一般而言，處于自然生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)較高層次上的產(chǎn)品或生產(chǎn)過程具有較大的能值轉(zhuǎn)換率，例如復(fù)雜的生命、人類勞動、高科技等均屬高能質(zhì)、高轉(zhuǎn)換率的能量^[78]。

太陽能值與太陽能值轉(zhuǎn)換率之間的關(guān)系如下。

M=τ×B　　 （2.5）

式中　M——太陽能值；

τ——太陽能值轉(zhuǎn)換率；

B——可用能。

H.T.Odum通過對地球作用的研究，推算出自然生態(tài)環(huán)境和人類生產(chǎn)消費(fèi)活動中幾種主要能量類型的太陽能值轉(zhuǎn)換率見表2.4^[65]。

表2.4　幾種主要能量類型的太陽能值轉(zhuǎn)換率　　

2.2.1.3　能值分析的步驟

（1）收集資料

收集原始資料、數(shù)據(jù)加工處理。收集所研究區(qū)域內(nèi)的自然環(huán)境、社會資源以及經(jīng)濟(jì)活動的資料。

（2）繪制能量系統(tǒng)圖

繪制研究區(qū)域詳細(xì)的能量圖，概括研究區(qū)域各對象與環(huán)境之間的關(guān)系。繪制包括系統(tǒng)主要分析對象的相互關(guān)系及能量流、物質(zhì)流、貨幣流等流向的系統(tǒng)能量圖解，確定所研究系統(tǒng)的外邊界和系統(tǒng)內(nèi)結(jié)構(gòu)組成，運(yùn)用能量系統(tǒng)符號語言將系統(tǒng)中的能流標(biāo)注，繪制出整個系統(tǒng)圖解。

（3）編制能值分析表

首先計(jì)算出所研究地區(qū)以及整個國家年的能值/貨幣比率；根據(jù)能量計(jì)算公式，求出各能源的流量數(shù)，如能量流（J）、物質(zhì)流（g）、貨幣流（$）；根據(jù)各資源相對應(yīng)的能值轉(zhuǎn)換率，將不同單位的能量值轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的度量單位。將能值除以能值/貨幣比率得到宏觀經(jīng)濟(jì)價值指標(biāo)，進(jìn)一步了解各能源流在整個系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)率。

除上述一般能值分析表的建立和計(jì)算以外，還可建立其他能值分析表，如系統(tǒng)總體能值分類表、亞系統(tǒng)能值分析表、系統(tǒng)儲存資源能值分析表等。

（4）建立能值綜合指標(biāo)體系

在能值分析表基礎(chǔ)上，建立能值指標(biāo)體系。分析經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對自然環(huán)境的影響，制定可持續(xù)的發(fā)展策略，進(jìn)一步建立并計(jì)算出一系列反映經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效率的能值指標(biāo)，分析研究區(qū)域的生態(tài)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀。

（5）系統(tǒng)動態(tài)模擬分析

將對研究區(qū)域發(fā)展起決定性作用的主要因子進(jìn)行動態(tài)模擬，估算預(yù)測研究對象的動態(tài)變化路徑，通過能值指標(biāo)分析和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的定量能值分析，為系統(tǒng)管理措施和策略的制定提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。

2.2.1.4　能值分析的指標(biāo)體系

（1）能值分析的主要指標(biāo)概念及含義

能值分析是以能值為基準(zhǔn)，通過能值轉(zhuǎn)化率把生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不同種類、不可比較的物質(zhì)流、能量流、價值流以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值來衡量和分析，有效地將自然資本的價值納入社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，并將自然、社會和經(jīng)濟(jì)等亞系統(tǒng)有機(jī)地統(tǒng)一起來^[78]。通過能值分析可以把生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不同種類、不同等級、不可比較的能量轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值來衡量和分析，從中評價其在系統(tǒng)中的作用和地位；綜合分析系統(tǒng)中各種生態(tài)流（能物流、貨幣流、人口流和信息流），得出一系列能值綜合指標(biāo)（Emergy Indices），定量分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征與生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。能值分析的主要指標(biāo)有：太陽能值轉(zhuǎn)換率（Solar Transformity）、凈能值產(chǎn)出率（Net Emergy Yield Ratio，NEYR）、能值投入率（Emergy Investment Ratio，EIR）、能值交換率（Exmergy Exchange Ratio，EER）、能值貨幣比率（Emergy Doxla Ratio，EDR）、能值擴(kuò)大率（Exmergy Amplify Ratio，EAR）、能值效益率（Exmergy Benefit Ratio，EBR）、能值密度（Emergy Density，ED）、人均能值使用量（Emergy Per Capita，EPC）、能值承受人口（Carrying Capacity，CC）、能值產(chǎn)出率（the Emergy Yield Ratio，EYR）、環(huán)境負(fù)載率（the Environmental Loading Ratio，ELR）、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（Emergy Sustainability Index，ESI）等。各指標(biāo)的含義和表達(dá)式如表2.5所示。

表2.5　能值分析的主要指標(biāo)　　

（2）部分能值指標(biāo)相關(guān)性分析

出于將能值指標(biāo)簡化的目的，陸宏芳、藍(lán)盛芳等對能值產(chǎn)出率（EYR）與能值投資率（EIR）、環(huán)境負(fù)載率（ELR）與可更新能源投入率（RIR）之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析^[79]。

a.能值產(chǎn)出率與能值投資率成反比關(guān)系，能值產(chǎn)出率等于能值投資率的倒數(shù)加1。

由EYR與EIR的計(jì)算表達(dá)式：

EYR=Y/（F+R_c）=（N+R+F+R_c）/（F+R_c）=1+（N+R）/（F+R_c）　 （2.6）

EIR=（F+R_c）/（N+R）　 （2.7）

得出：

EYR=1+1/EIR　 （2.8）

式中　R——自然環(huán)境投入的可更新資源能值；

N——自然環(huán)境投入的不可更新資源能值；

R_c——人類經(jīng)濟(jì)社會反饋投入的可更新資源能值；

F——人類經(jīng)濟(jì)社會反饋投入的不可更新資源能值；

Y——產(chǎn)出能值。

b.環(huán)境負(fù)載率與可更新能源投入率成反比關(guān)系，可更新能源投入率的倒數(shù)等于環(huán)境負(fù)載率加1。

由ELR與RIR的計(jì)算表達(dá)式：

ELR=（F+N）/（R+R_c）　　 （2.9）

RIR=（R+R_c）/（N+F+R+R_c）　　 （2.10）

推導(dǎo)得：

1/RIR=1+ELR　　 （2.11）

（3）多產(chǎn)品系統(tǒng)能值分析指標(biāo)

馮霄等根據(jù)能值分析的基本思想，以能量守恒和能值守恒為依據(jù)，將能量分率作為分配系數(shù)，提出了評價多產(chǎn)品工業(yè)系統(tǒng)的評價指標(biāo)^[74]：共生指數(shù)。為了獲得對比結(jié)果，還對相應(yīng)的單產(chǎn)物系統(tǒng)提出了數(shù)均指數(shù)；如果共生指數(shù)大于數(shù)均指數(shù)，那么多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)就優(yōu)于單產(chǎn)系統(tǒng)。

多種產(chǎn)品系統(tǒng)能值分析的共生置換比為

　　 （2.12）

式中　E_m——產(chǎn)品或服務(wù)的能值，E_m=Y₁=Y₂=…=Y_m=R_1-m+N_1-m+F_1-m；　

E_n——產(chǎn)品或服務(wù)的能量值；

Tr——系統(tǒng)產(chǎn)生單位產(chǎn)品或服務(wù)所消耗的能值量。

相應(yīng)的共生能值產(chǎn)率和共生環(huán)境負(fù)荷率定義如下：

EYR_1-i=E_m/F_1-I　　 （2.13）

ELR_1-i=（F_1-i+N_1-i）/R_1-I　　 （2.14）

為了對多產(chǎn)品系統(tǒng)的評價結(jié)果進(jìn)行比較，對相應(yīng)的單產(chǎn)品、獨(dú)立系統(tǒng)的評價指數(shù)進(jìn)行處理，獲得了對應(yīng)的數(shù)均評價指數(shù)——數(shù)均置換比、數(shù)均能值產(chǎn)率、數(shù)均環(huán)境負(fù)荷率：

　　 （2.15）

　　 （2.16）

　　 （2.17）

王靈梅等根據(jù)能值分析的基本思想，提出了能反映多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)的能值評價指標(biāo)，該能值評價指標(biāo)將多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的成本結(jié)構(gòu)、排放影響和節(jié)約的資源置于同樣重要位置考慮^[80]。

① 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率

PEYR==　　 （2.18）

式中　Y——對于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其主要產(chǎn)品包括電、化工產(chǎn)品；

N——投入系統(tǒng)的不可再生資源，不可再生資源包括煤、土地資源投入等；

R——投入系統(tǒng)的可再生資源，可再生資源包括水、空氣等；

F——多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)所需要的投資，包括設(shè)備、勞務(wù)、管理、運(yùn)輸成本等；

F_w——處理廢物（廢水等）需要的投資。

② 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能值投資率

PEIR=　　 （2.19）

③ 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能值環(huán)境負(fù)荷率

PELR=　　 （2.20）

式中　W_N——廢物處理后作為不可再生資源被利用的能值；

W_R——廢物處理后作為可再生資源被利用的能值。

④ 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能值可持續(xù)性指標(biāo)

PIES=PEYR/PELR=　　 （2.21）

⑤ 能值轉(zhuǎn)換率

對多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)：

T_r=Y/（E_A+E_B）　　 （2.22）

式中　E_A、E_B——產(chǎn)品A和B的能量值。

2.2.1.5　能量系統(tǒng)圖的繪制

能量系統(tǒng)符號語言及其用法見表2.6所示。

表2.6　能量系統(tǒng)符號語言及其用法　　

2.2.2　能值分析方法前沿理論

2.2.2.1　能值分析指標(biāo)體系拓展

（1）陸宏芳、藍(lán)勝芳等通過對國際能值分析理論現(xiàn)行能值評價指標(biāo)體系的研究分析，提出了評價系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的新的能值指標(biāo)（EISD）^[79]，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

EISD=EYR×EER/ELR　　 （2.23）

在系統(tǒng)的優(yōu)化分析中，用能值擴(kuò)大率（EAR）替代原系統(tǒng)分析中的EYR，對系統(tǒng)中能值投入擴(kuò)大率所引起的系統(tǒng)EISD 變化進(jìn)行分析：

ΔEISD=EAR×EER/ELR　　 （2.24）

EISD表示實(shí)現(xiàn)的社會經(jīng)濟(jì)效益所引起的單位環(huán)境壓力，是對系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的綜合評價。陸宏芳等認(rèn)為在分析中結(jié)合能值產(chǎn)出率（EYR）、能值轉(zhuǎn)化率（EER）、環(huán)境負(fù)載率（ELR）等指標(biāo)，能更明晰地揭示系統(tǒng)發(fā)展的內(nèi)因及其存在的問題。在系統(tǒng)動態(tài)分析中引入ΔEISD，能夠靈敏地反映系統(tǒng)增加新的能值投入的邊際效益，指導(dǎo)進(jìn)一步的優(yōu)化決策。

（2）陸宏芳等分別從成本分析與效果分析的整合能值分析與區(qū)域經(jīng)濟(jì)分析的整合以及能值分析表與投入-產(chǎn)出矩陣模型的整合等方面構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的能值整合研究方法^[81]。傳統(tǒng)的能值分析方法對評價指標(biāo)體系、內(nèi)部子系統(tǒng)間相互作用的評價及系統(tǒng)產(chǎn)出效果分析等問題考慮不足，沒有兼顧到系統(tǒng)從自然環(huán)境資源消耗到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和廢棄物產(chǎn)出影響的各個方面。通過對所分析的系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)間相互作用的量化評估，能夠揭示研究對象的系統(tǒng)層面現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理，為生態(tài)經(jīng)濟(jì)理論研究提供方法支撐，豐富能值評價指標(biāo)體系、完善能值分析的計(jì)算和模擬方法。

（3）龔家富運(yùn)用能值理論對原有的國際貿(mào)易統(tǒng)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了創(chuàng)新，引入了能值貿(mào)易率、能值貿(mào)易依存度、能值差額-貨幣價值等新的指標(biāo)，并重新定義了貿(mào)易差額，使能值理論在國際貿(mào)易的統(tǒng)計(jì)分析中能夠做出更準(zhǔn)確全面的評價^[82]。

（4）阮平南和沈德聰提出了綠色制造系統(tǒng)的能值評價指標(biāo)^[83]。

① 凈能值產(chǎn)出率（Net Emergy Yield Ration，NEYR）為系統(tǒng)運(yùn)行過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的能值與經(jīng)濟(jì)反饋能值之比。

NEYR=Em_Y/Em_F　　 （2.25）

式中　Em_F——可更新資源與人類經(jīng)濟(jì)社會反饋輸入；

Em_Y——綠色制造系統(tǒng)的最終有效輸出。

② 能值擴(kuò)大率（Emergy Amplify Ration，EAR）為系統(tǒng)運(yùn)行過程中增加的產(chǎn)出能值與增加投入該過程的能值之比。

EAR=ΔEm_Y/ΔEm_F　　 （2.26）

③ 環(huán)境負(fù)載率（Environmental Loading Ration，ELR）為系統(tǒng)不可更新能源投入能值總量與可更新能源投入能值總量之比。

Em_R=Em_R1+Em_R2　　 （2.27）

ELR=（Em_Y+Em_N）/Em_R1　　 （2.28）

式中　Em_N——系統(tǒng)內(nèi)部的不可更新資源；

Em_R——可更新資源與人類經(jīng)濟(jì)社會反饋輸入；

Em_R1——其中綠色制造系統(tǒng)吸收的可更新資源；

Em_R2——未被吸收的另一部分，反射到系統(tǒng)周圍的環(huán)境中。

④ 系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展綜合性能指標(biāo)（Sustainable Development Index，SDI）為系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益與系統(tǒng)對環(huán)境壓力的比值。

SDI=EB/EI　　 （2.29）

式中　EB——系統(tǒng)社會經(jīng)濟(jì)效益，EB=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出/經(jīng)濟(jì)投入；

EI——環(huán)境壓力。

　　 （2.30）

式中　X_i——第i種物質(zhì)對環(huán)境的污染等級；

X_i0——系統(tǒng)運(yùn)行前其周圍環(huán)境中i物質(zhì)污染等級；

A_i——該污染物等級總數(shù)。

2.2.2.2　相圖法在能值分析方法中的應(yīng)用

本書闡述了能值比率與各項(xiàng)指標(biāo)之間存在著較大的關(guān)聯(lián)性，單一的指標(biāo)不能全面直觀地描述不同系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，Giannetti與Almedia等^[84，85]通過對系統(tǒng)各能值輸入量之間相互關(guān)系的深入研究，提出了借鑒相圖的表達(dá)方式來分析能值指標(biāo)的方法。相圖廣泛應(yīng)用于物理化學(xué)領(lǐng)域（包括金屬和材料學(xué)、地質(zhì)學(xué)等）研究中，三相圖是指由3條直線相交構(gòu)成的三角幾何圖形，三角形的每條邊代表1個變量，通常將這3條邊的百分比的總和看作1或100，3個變量兩兩相互獨(dú)立，各變量對應(yīng)所研究對象的不同狀態(tài)。

Giannetti與Almedia等定義并闡述了能值相圖中各特征曲線所描述的系統(tǒng)生產(chǎn)過程與自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，反映在不同的資源開發(fā)與利用模式下系統(tǒng)的資源配置比例。能值相圖用一個等邊三角形表示系統(tǒng)輸入能值的3部分，等邊三角形的頂點(diǎn)分別為可更新資源（R）點(diǎn)、不可更新資源（N）點(diǎn)、社會能值投入（F）點(diǎn)，每個頂點(diǎn)到其對邊的垂直距離為1或100，三角形內(nèi)部不同位置的點(diǎn)代表了不同的輸入能值構(gòu)成結(jié)構(gòu)，三角形內(nèi)部或邊界上任一點(diǎn)到等邊三角形三個邊的垂直距離表示該底邊對應(yīng)的頂點(diǎn)所代表的資源類型占系統(tǒng)總能值輸入量的百分比。在能值三相圖中將R，N，F轉(zhuǎn)化為無量綱的百分比表達(dá)方式后，相應(yīng)能值指標(biāo)的簡化表達(dá)如表2.7所示^[86]。

表2.7　能值相圖中指標(biāo)的簡化表達(dá)　　

運(yùn)用能值的相圖分析方法，能夠進(jìn)行系統(tǒng)資源能值利用比率和指標(biāo)之間關(guān)系的分析，Giannetti與Almedia等還提出了相圖分析重要的輔助工具，主要有資源線、敏感線和可持續(xù)線3種輔助線。

表2.8為能值三元相圖分析輔助點(diǎn)線的歸納總結(jié)。這些能值相圖分析的輔助線為能值分析提供了對比參照系與簡化方法，為進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)展方向的研究與預(yù)測、生產(chǎn)模式的規(guī)劃及方案的選擇等提供了便利。因此能值相圖分析方法使能值分析更加全面、直觀，為能值理論在科學(xué)決策和選擇，提供了更加明確的方向性指示與參照。

表2.8　能值三元相圖分析輔助點(diǎn)線　　

2.2.3　能值理論的優(yōu)點(diǎn)與不足

2.2.3.1　能值分析方法的優(yōu)點(diǎn)

能值理論逐步完善，已經(jīng)發(fā)展成為用于生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性分析與評價指標(biāo)的完整理論體系，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）能值為認(rèn)識評價客觀世界選擇了新的角度

經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系是通過物質(zhì)流、能量流實(shí)現(xiàn)的。能值理論基于投入和人類及自然復(fù)合勞動的饋贈價值核算方法，用客觀的太陽能藕合自然生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各種能物流，成為衡量環(huán)境相容性的量化指標(biāo)。從系統(tǒng)生態(tài)學(xué)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)發(fā)展出來的科學(xué)概念和度量尺度——能值，提供了經(jīng)濟(jì)與生態(tài)系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)的橋梁。

（2）能值為不同質(zhì)的資源統(tǒng)一量綱，提供了平等的比較平臺

能值分析克服了傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)與能量分析方法無法在統(tǒng)一的尺度上對不同質(zhì)的資源價值進(jìn)行量化計(jì)算的局限，為生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)過程的分析提供了一個新的工具，開拓了一條新的途徑。能值價值論解決了不同物質(zhì)、不同類型的能量不可比較的難題，給出有關(guān)系統(tǒng)發(fā)展過程中的環(huán)境貢獻(xiàn)與資源利用可持續(xù)性的信息。能值理論廣泛應(yīng)用于對自然生態(tài)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)以及區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀可持續(xù)性的分析、評價與比較。能值分析原理和方法，不但使我們進(jìn)一步加深對生態(tài)系統(tǒng)能量流動、轉(zhuǎn)化和儲存的認(rèn)識，而且量綱的統(tǒng)一也提供了衡量和比較各種能量的共同尺度。

（3）能值提供了非貨幣（或與貨幣聯(lián)合使用）的評價方法

由于自然資源在未經(jīng)開發(fā)利用時是“免費(fèi)的”，在經(jīng)濟(jì)循環(huán)系統(tǒng)中使用的流通工具——貨幣不能衡量自然界的貢獻(xiàn)。并且，不同類別相同質(zhì)量的物質(zhì)存在著不同的能量，進(jìn)而存在著不同的價值。這種根本性的差異，使得不同類別的能量很難統(tǒng)一比較、分析。如在能量轉(zhuǎn)換和應(yīng)用價值方面，煤燃燒產(chǎn)生的1J能量與電所發(fā)出1J能量是不能做簡單比較的，至于環(huán)境資源與經(jīng)濟(jì)的本質(zhì)關(guān)系，用一般能量單位更無從衡量與表達(dá)。而能值提供了衡量自然資源對經(jīng)濟(jì)發(fā)展真實(shí)貢獻(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，彌補(bǔ)了貨幣無法客觀評價非市場性輸入的缺陷，以及傳統(tǒng)能量衡量中不同能量之間直接相加而導(dǎo)致的不合理，并通過能值貨幣比和等指標(biāo)能夠溝通能物流和貨幣流，評價環(huán)境系統(tǒng)循環(huán)中的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價值。

（4）能值豐富了可持續(xù)發(fā)展研究理論

通過能值分析，對比可供選擇的發(fā)展與規(guī)劃方案，評價人類生產(chǎn)活動對生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響，可以為生態(tài)管理與生態(tài)設(shè)計(jì)提供決策上的指導(dǎo)。該理論揚(yáng)棄了傳統(tǒng)能量分析對能量等級和質(zhì)量的混同，通過太陽能值轉(zhuǎn)化率指標(biāo)把不同能量轉(zhuǎn)換為同一基準(zhǔn)的太陽能值，因此，能值理論為分析評價自然環(huán)境系統(tǒng)的固有價值、污染承載能力、可選擇性管理決策等開拓了定量研究的新途徑。應(yīng)用能值可衡量分析整個自然和人類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，定量分析資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)活動的真實(shí)價值以及它們之間的關(guān)系，有助于調(diào)整生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對自然資源的科學(xué)評價與合理利用、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方針的制定、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施等均具有重要意義。

2.2.3.2　能值分析方法的不足

（1）能值轉(zhuǎn)化率的確定相對復(fù)雜

對人類社會經(jīng)濟(jì)活動中的各種資源或產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)做能值分析，需要具體準(zhǔn)確地計(jì)算出資源和產(chǎn)品的能值轉(zhuǎn)化率，通常的計(jì)算方法為產(chǎn)品生產(chǎn)過程所消耗的太陽能值總量除以產(chǎn)品的總能量。盡管計(jì)算的原理簡單，但在分析計(jì)算過程中需要對該產(chǎn)品的生產(chǎn)過程與技術(shù)參數(shù)有詳細(xì)的了解和充足的數(shù)據(jù)，而這個分析過程是相當(dāng)繁雜的，并且有一定的難度^[87]。

（2）多產(chǎn)品系統(tǒng)中的副產(chǎn)品能值易被忽略

在進(jìn)行多元產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)，或存在主副產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)的能值分析時，系統(tǒng)內(nèi)能值交叉部分和出現(xiàn)分支點(diǎn)處容易被重復(fù)計(jì)算。傳統(tǒng)的能值理論認(rèn)為系統(tǒng)運(yùn)作過程中消耗相同的能值成本，同一系統(tǒng)運(yùn)作過程中的主產(chǎn)品和副產(chǎn)品，或者多元產(chǎn)品具有相同的能值輸出，在計(jì)算系統(tǒng)能值指標(biāo)時，往往只計(jì)算主產(chǎn)品或一種產(chǎn)品的能值輸出，因?yàn)槠渌鞣N產(chǎn)品和副產(chǎn)品所消耗的為同一能值成本^[88]，這就在副產(chǎn)品生產(chǎn)過程或多元產(chǎn)品生產(chǎn)過程，與單一產(chǎn)品生產(chǎn)過程的生產(chǎn)系統(tǒng)對比研究中不可避免地產(chǎn)生了差異，即分析結(jié)果往往是多產(chǎn)品系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率低于單一產(chǎn)品的系統(tǒng)，而環(huán)境負(fù)載率卻高于單一產(chǎn)品的系統(tǒng)^[89]。

（3）不同時間、不同區(qū)域的系統(tǒng)能值平衡表差別較大

能值理論產(chǎn)生的目的是為了對生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的效益率進(jìn)行分析，其根本就是要揭示所分析的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r，為系統(tǒng)優(yōu)化提供預(yù)測、指引和相應(yīng)的策略，然而在這個分析過程中，要面對的一個難題和重點(diǎn)就是如何衡量與評價生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。在三維空間中，不同的區(qū)域尺度和不同的時間尺度的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析表差別較大，因而無法通過對不同區(qū)域的橫向比較和不同時間的縱向比較來有效地揭示所研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r，這樣就增加了能值理論對可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r系統(tǒng)間對比分析的難度^[90]。