全 文 ：
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. chenjw@ 163. 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,2011,31(24):7591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,2011,31(24):
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 Index(ESI) decreased. Therefore,traditional emergy indices system has not been
suitable for sustainable evaluation 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 Ratio( EEYR), Emergy Environment Influencing Ratio( EEIR) 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 108 kW, 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
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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 Aggregated emergy flow diagram of the typical
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
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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 evaluation 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 transformity
太阳能值
Solar emergy / Sej
输入 Input 不可再生资源 N1
煤 N11 5. 52伊1016 J / a[a] 4. 00伊104 sej / J[h] 2. 208伊1021
可再生资源 R1
化学补充水 R11 6. 31伊1011 g / a[b] 6. 64伊108 sej / g[h] 4. 190伊1017
空气 R12 2. 25伊1013 g / a[c] 5. 16伊107 sej / g[h] 1. 161伊1021
冷却水 R13 7. 37伊1013 g / a[d] 6. 64伊108 sej / 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1012 sej /＄[i] 1. 297伊1020
购买煤资源投资 F12 3. 01伊108＄[e] 5. 78伊1012 sej /＄[i] 1. 766伊1021
购买水资源投资 F13 2. 83伊107＄[e] 5. 78伊1012 sej /＄[i] 1. 663伊1020
化学补充水处理费 F14 4. 33伊108＄[f] 5. 78伊1012 sej /＄[i] 2. 541伊1018
运行维护投资 F15 3. 05伊106＄[e] 5. 78伊1012 sej /＄[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
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摇 摇 续表
项目 Item 基础数据Basic data
能值转换率淤
Solar transformity
太阳能值
Solar emergy / Sej
输出 Y1Yeild 电 Y11 2. 37伊1016 J / a[g] 2. 20伊108 sej / J[j] 5. 208伊1021
废物 WT1Waste 废弃煤粉灰 WT11 3. 42伊1011 J / a[y] 8. 30 伊108 sej / J[h] 2. 835伊1020
排放二氧化硫 WT12 2. 07伊1010 J / a[z] 4. 27 伊108 sej / 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 evaluation 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1011 g / a[k] 8. 30伊108 sej / g[h] 2. 839伊1020
经济投入 F2
电力投入 F21 3. 25伊1012 J / a[l] 2. 20伊108 sej / J[j] 7. 142伊1017
建设投资 F22 5. 08伊104＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 2. 982伊1017
运行维护投资 F23 2. 31伊104＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 1. 357伊1017
输出 灰 Y2 3. 42伊1011 g / a[k] 2. 850伊1020
表 3摇 脱硫子系统能值数据表
Table 3摇 Emergy evaluation 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1010 g / a[m] 1. 00伊109 sej / g[h] 3. 602伊1019
二氧化硫 N32 2. 08伊1010 g / a[n] 4. 27伊108 sej / g[u] 8. 865伊1018
可再生资源 R3
脱硫耗水 R31 8. 25伊1011 g / a[o] 6. 64伊108 sej / g[h] 5. 478伊1017
脱硫耗空气量 R32 2. 24伊1010 g / a[p] 5. 16伊107 sej / g[h] 1. 153伊1018
经济投入 F3
电力投入 F31 1. 85E+14 J / a[q] 2. 20伊108 sej / J[j] 4. 066伊1019
运行与维护 F32 8. 32伊108＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 4. 886伊1018
建设投资 F33 1. 33伊106＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 7. 807伊1018
购买水资源投资 F34 3. 14伊108＄[r] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 1. 846伊1018
购买石灰石投资 F35 8. 24伊108＄[s] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 4. 834伊1018
输出 石膏 Y3 5. 58伊1010 g / 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 evaluation 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1016 J / a[a] 4. 00伊104 sej / J[h] 2. 208伊1021
可再生资源 R4
化学补充水 R11 6. 31伊1011 g / a[b] 6. 64伊108 sej / g[h] 4. 190伊1017
空气 R12 2. 25伊1013 g / a. [c] 5. 16伊107 sej / g[h] 1. 161伊1021
冷却水 R13 7. 37伊1013 g / a[d] 6. 64伊108 sej / 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1012 sej /＄[i] 1. 297伊1020
除尘系统建设投资 F22 5. 08伊104＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 2. 982伊1017
4957 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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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1012 sej /＄[i] 1. 766伊1021
购买水资源投资 F13 2. 83伊107＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 1. 663伊1020
化学补充水处理费 F14 4. 33伊107＄[f] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 2. 541伊1018
运行维护(F15 +F23) 3. 07伊106＄ 5. 87伊1012 sej /＄[i] 1. 804伊1019
输出 Y4 电 Y41 2. 37伊1016 J / a[v] 5. 207伊1021
灰 Y2 3. 42伊1011 g / a 2. 850伊1020
废物 WT2 废弃煤粉灰 WT21 5. 12伊108 g / a[y] 8. 30 伊108 sej / J[h] 4. 252伊1017
排放二氧化硫 WT12 2. 07伊1010 g / a[z] 4. 27 伊108 sej / 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 evaluation 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1016 J / a[a] 4. 00伊104 sej / J[h] 2. 208伊1021
石灰石 N31 3. 60伊1010 g / a[m] 1. 00伊109 sej / g[h] 3. 602伊1019
可再生资源 R5
化学补充水 R11 6. 31伊1011 g / a[b] 6. 64伊108 sej / g[h] 4. 190伊1017
空气 R12 2. 25伊1013 g / a[c] 5. 16伊107 sej / g[h] 1. 161伊1021
冷却水 R13 7. 37伊1013 g / a[d] 6. 64伊108 sej / g[h] 4. 894伊1019
脱硫耗水 R31 8. 25伊1011 g / a[o] 6. 64伊108 sej / g[h] 5. 478伊1017
脱硫耗空气量 R32 2. 24伊1010 g / a[p] 5. 16 伊107 sej / 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1012 sej /＄[i] 1. 297伊1020
除尘系统建设投资 F23 5. 08伊104＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 2. 982伊1017
脱硫系统建设投资 F33 1. 33伊106＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 7. 807伊1018
购买煤资源投资 F12 3. 01伊108＄[e] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 1. 766伊1021
购买水资源投资(F13 +F34) 2. 86伊107＄ 5. 87伊1012 sej /＄[i] 1. 681伊1020
化学补充水处理费 F14 4. 33伊108＄[f] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 2. 541伊1018
购买石灰石投资 F35 8. 24伊108＄[s] 5. 87伊1012 sej /＄[i] 4. 834伊1018
运行维护(F15 +F23 +F32) 3. 91伊106＄ 5. 87伊1012 sej /＄[i] 2. 292伊1019
输出 Y5 电 Y51 2. 35伊1016 J / a[w] 5. 165伊1021
灰 Y2 3. 42伊1011 g / a 2. 850伊1020
石膏 Y3 5. 58伊1010 g / a 1. 066伊1020
废物 WT3 废弃煤粉灰 WT21 5. 12伊108 g / a[y] 8. 30 伊108 sej / J[h] 4. 252伊1017
排放二氧化硫 WT32 2. 07伊109 g / a[z] 4. 27 伊108 sej / J[u] 8. 864伊1017
摇 摇 (a—z)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 EYR=Y / F=(R+N+F) / F;环境负荷率 ELR=(N+F) / R;能值投资
率 EIR =F / (N+R) ;能值可持续指数 ESI =EYR / 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
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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 evaluation 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 / a) 2. 082伊1021 2. 083伊1021 2. 102伊1021
R / (sej / a) 1. 210伊1021 1. 210伊1021 1. 212伊1021
N / (sej / a) 2. 208伊1021 2. 208伊1021 2. 244伊1021
Y / (sej / a) 5. 501伊1021 5. 501伊1021 5. 558伊1021
EYR 2. 642 2. 641 2. 644
ELR 3. 545 3. 545 3. 586
ESI 0. 745 0. 745 0. 737
EIR 0. 609 0. 609 0. 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(EEYR:Effective 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(EEIR:Emergy 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
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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:(1)ELR 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=
N+R+F+WT
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(EESI:Effective 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。
EESI =EEYREEIR
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 evaluation 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 / a) 2. 082伊1021 2. 083伊1021 2. 102伊1021
R / (sej / a) 1. 210伊1021 1. 210伊1021 1. 212伊1021
N / (sej / a) 2. 208伊1021 2. 208伊1021 2. 244伊1021
Y / (sej / a) 5. 501伊1021 5. 501伊1021 5. 558伊1021
WT / ( sej / a) 2. 924伊1020 9. 289伊1018 1. 312伊1018
EEYR 2. 501 2. 637 2. 643
EELR 1. 112 1. 003 1. 000
EESI 2. 249 2. 628 2. 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。 带有除尘和脱硫环保装置的发
电系统,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。
附录:
计算过程(注释:美元对人民币汇率取为 1 ＄=6. 56 元)
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(a) 由某发电厂提供数据,2伊600MW超临界机组年耗煤量 2530000 t(以年运行 5500h 计),煤的发热量
为 21805 kJ / kg,故 1a需热量 5. 52伊1016 J / a。
(b) 该厂每台锅炉产生蒸汽量是 1913 t / h,每小时补充化学除盐水的比例为 3% ,1a运行时间为 5500h,2
台锅炉 1a需要的化学除盐水量是 63. 1 万 t,即 6. 31伊1011 g / a。
(c) 该厂所用煤质资料:Aar =15% ,Mar =13% ,Car = 57. 33% ,Har = 3. 62% ,Oar = 9. 94% ,Nar = 0. 70% ,Sar =
0. 41% ,Qar. net = 21805kJ / kg。 1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量 V0 =
1
0. 21(1. 866
Car
100 + 5. 55
Har
100 +
0. 7
Sar
100 -0. 7
Oar
100) 和实际空气量公式 Vk = 琢 伊 V
0( 琢过剩空气系数取 1. 2),计算得出燃烧实际需要的空气量
是 225 万 t,即 2. 250伊1013 g / a。
(d) 该厂每台锅炉产生蒸汽量是 1913 t / h,1a运行时间为 5500h,循环冷却水采用闭式循环系统,补充比
例为锅炉蒸汽量 5% ,假设循环冷却倍率为 70,2 台锅炉 1a需要的冷却水量为 7. 37伊1013 g / a。
(e) 厂家提供数据。
(f) 由(b)得每年电厂需要化学除盐水 63. 1 万 t,而每吨处理成本约为 4. 5 元,因此一年化学补充水耗费
资金 284 万元,按汇率换算成美元即 4. 33伊108＄ / a。
(g) 某电厂 1a运行时间为 5500h,因此 2伊600MW超临界机组每年的发电量 Y1 =2伊(600MW)伊(5500h)= 2伊
(6伊108)伊5500伊3600 J=2. 37伊1016 J。
(h) 参考文献[24]。
(i)随着社会经济的变化,能值 /货币取值也会相应变化,根据参考文献[20],查得最近公布 2005 年中国能
值 /货币取值为 5. 87伊1012sej /＄。
(j) 电的能值转换率=(N1+R1+F1-WT1) / Y1 =(5. 208伊1021sej)衣(2. 37伊1016J)= 2. 20伊108 sej / J
(k) 燃煤的灰分质量分数 Aar =15% ,灰分的质量= (2530000t) 伊15% = 379500 t,假设燃烧后飞灰占总灰
量 90% ,则飞灰含量=90% 伊379500t / a =3. 42伊1011 g / a。
(l) 由厂家数据,除尘系统年耗电量为 90. 3 万度,即 1a 的电力投入量 = (90. 3伊104 kW·h / a) 伊(3600伊
103 J·kw-1·h-1)= 3. 25伊1012 J / a。
(m) 由脱硫反应:2SO2+2CaCO3+4H2O+O2 =2CaSO4·2H2O+2CO2,每年 CaCO3 的消耗量为 2. 075伊1010伊
100 / 64 =3. 242伊1010 g,按石灰石里面含有 90%的 CaCO3 来算,需要石灰石的质量为 3. 242 伊1010 / 0. 9g =
3. 602伊1010g。
(n) 硫的质量分数 Sar =0. 41% ,每年燃料煤中 S的质量=(2530000t伊0. 0041)= 1. 037伊1010g,由化学反应
S+O2 =SO2 知 32g S与 32g O2 可以生成 64g的 SO2,得到二氧化硫质量 mSO2 =64 / 32伊(1. 037伊10
10g)= 2郾 08 伊
1010 g。
(o) 根据厂家提供数据,脱硫系统一年耗水量为 82. 5 万 t,即 8. 25伊1011g / a。
(p) 由脱硫反应方程式可得反应需要的 O2量的体积为(2. 08伊1010 伊16 / 64) 伊22. 4 / 32000 m3 = 3. 63伊106
m3,氧气在空气里约占 21% ,因此空气的质量为 3. 63伊106伊1. 293伊1000 / 0. 21 =2. 24伊1010 g。
(q) 脱硫系统年耗电量为 5133 万度电,合计(5. 13E+7 kW·h / a) 伊(3600伊103 J·kw-1·h-1)= 1. 85伊1014
J / a。
(r) 购买水资源的价格是每吨 2. 5 元,再按汇率兑换成美元,购买脱硫耗水的投资为 8. 25伊1011 伊2. 5 / 1伊
106 / 6. 56 =3. 14伊108＄。
(s) 购买石灰石的价格是每吨 150 元,再按汇率兑换成美元,购买石灰石的投资为(3. 602伊104 t) 伊(150
元 / t) / (6. 56 元 /＄)= 8. 24伊108＄。
(t) 由脱硫反应方程式,脱硫后得石膏总量为 172伊253伊1010伊0. 41% / 32 g =5. 58伊1010 g。
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(u) 由参考文献[25]可知,硫的能值转换率是 8. 60伊108sej / g,空气的能值转换率为 5. 16伊107 sej / g,由于 S
+O2 =SO2 反应中 1g硫充分燃烧后会放出 9. 36kJ热量,由参考文献[25]可得热能的太阳能值转化率为 6. 1伊103
sej / J,可以算出生成 2gSO2的太阳能值 = (8. 60伊108 sej) +(5. 16伊107 sej) -(9. 36伊103 J) 伊(6. 1 伊103 sej / J) =
8郾 545伊108sej,也就可以得到 SO2 的转换率为 4. 273伊108sej / g。
(v) 带除尘的煤电生产系统的年发电量 =简单煤电生产系统的年发电量-除尘子系统的年耗电量 =
(2郾 37 伊1016 J / a)-(3. 25伊1012 J / a)= 2. 37伊1016 J / a
(w) 带除尘与脱硫煤电生产系统的年发电量=简单煤电生产系统的年发电量-除尘子系统的年耗电量-
脱硫子系统的年耗电量=(2. 37 伊1016 J / a)-(3. 25伊1012 J / a)- (1. 85伊1014 J / a)= 2. 35伊1016 J / a
(x) Vy =
22. 4
100 (
Car
12 +
Har
2 +
Nar
28 +
Sar
32 +
Mar
18 ) + 0. 79V
0 + (琢 - 1)V0 =7. 33m3 / kg,计算可得每年总烟气量为
1郾 85伊1010 m3。
(y) 未处理每年排放煤粉灰 Am1 =煤量伊Aar伊飞灰比例=(2530000伊106)伊15% 伊90% =3. 42伊1011g / a;处理
后每年排放煤粉灰 Am2 =3. 42伊1011g / a伊(1-0. 9985)= 5. 12伊108 g / a(假设除尘效率 99. 85% );根据(x)中每年
总烟气量。 计算出未处理煤粉灰浓度=5500Am1 / (2530000Vy)= 1. 842伊104mg / m3;处理后煤粉灰浓度 = 1. 842
伊104伊(1-0. 9985)= 27. 62 mg / m3,满足当地的排放标准[26]。
(z) 未处理二氧化硫每年排放量 SO2m1 =mSO2 =2. 08 伊10
10 g;处理后每年二氧化硫排放量 SO2m2 = 2. 08 伊
1010 g伊(1-0. 9)= 2. 08 伊109 g(假设脱硫效率 90% );根据(x)中每年总烟气量。 计算出未处理二氧化硫浓度
= SO2m1 / (2530000Vy)= 1. 119伊103 mg / m3;处理后二氧化硫浓度 = 1. 119伊103 伊(1-0. 9)= 1. 119伊102 mg / m3,
满足当地的排放标准[26]。
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局, 2009.
0067 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 24 December,2011(Semimonthly)
CONTENTS
The community structure of endophytic bacteria in different parts of huanglongbing鄄affected citrus plants
LIU Bo, ZHENG Xuefang,SUN Daguang,et al (7325)
………………………………
……………………………………………………………………………
A research on the response of the radial growth of Pinus koraiensis to future climate change in the XiaoXing忆AnLing
YIN Hong, WANG Jing, LIU Hongbin, et al (7343)
…………………
………………………………………………………………………………
Efficiency and kinetic process of nitrogen removal in a subsurface wastewater infiltration system (SWIS)
LI Haibo, LI Yinghua, SUN Tieheng, et al (7351)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Designing nature reserve systems based on ecosystem services in Hainan Island
XIAO Yi, CHEN Shengbin, ZHANG Lu, et al (7357)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Assessing ecological services value of herbivorous wild animals in Changtang grassland: a case study of Tibetan antelope
LU Chunxia, LIU Ming, FENG Yue, et al (7370)
……………
…………………………………………………………………………………
Spatial characteristics analysis of ecological system service value in QianJiang City of Hubei Province
XU Beishen,ZHOU Yong, XU Li,et al (7379)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Landscape pattern change and its influence on soil carbon pool in Napahai wetland of Northwestern Yunnan
LI Ningyun, YUAN Hua, TIAN Kun, et al (7388)
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Multi鄄scenarios analysis for wetlands ecosystem conservation based on connectivity: a case study on HuangHuaiHai Region, China
SONG Xiaolong, LI Xiaowen, ZHANG Mingxiang, et al (7397)
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The potential of carbon sink in alpine meadow ecosystem on the Qinghai鄄Tibetan Plateau
HAN Daorui, CAO Guangmin,GUO Xiaowei, et al (7408)
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The relations of spectrum reflectance with inhomogeneous factors and albedo parameterization ZHANG Jie, ZHANG Qiang (7418)…
Groundwater ecological sensitivity assessment in the lower Liaohe River Plain based on GIS technique
SUN Caizhi,YANG Lei,HU Dongling (7428)
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Ecological sensitivity of Xiamen City to land use changes HUANG Jing, CUI Shenghui, LI Fangyi, et al (7441)……………………
Investigation and analysis on situation of ecotourism development in protected areas of China
ZHONG Linsheng,WANG Jing (7450)
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Handicapping male鄄cheaters by stable mate relationship in yellow鄄bellied prinia, Prinia flaviventris
CHU Fuyin,TANG Sixian, PAN Hujun,et al (7458)
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Effects of dietary protein content and food restriction on the physiological characteristics of female Microtus fortis
ZHU Junxia, WANG Yong,ZHANG Meiwen,et al (7464)
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Predator鄄prey system with positive effect for prey QI Jun,SU Zhiyong (7471)…………………………………………………………
Volatile constituents of four moraceous host plants of Apriona germari ZHANG Lin, WANG Baode, XU Zhichun (7479)……………
Relationship between adult emergence of Massicus raddei (Coleoptera: Cerambycidae) and temperature and relative humidity
YANG Zhongqi, WANG Xiaoyi,WANG Bao, et al (7486)
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Nest site selection and reproductive success of Parus varius in man鄄made nest boxes
LI Le, WAN Dongmei, LIU He, et al (7492)
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A study on bio鄄ecology of the stopover site of waders within China忆s Yalu River estuary wetlands
SONG Lun,YANG Guojun, LI Ai, et al (7500)
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The spatial鄄temporal change variations of temperature in Xilinguole steppe zone
WANG Haimei, LI Zhenghai,WU Lan, et al (7511)
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The growth and photosynthetic responses of Cleyera japonica Thunb. seedlings to UV鄄B radiation stress
LAN Chunjian, JIANG Hong, HUANG Meiling,et al (7516)
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Photosynthesis鄄transpiration coupling mechanism of wheat and maize during daily variation
ZHAO Fenghua, WANG Qiufeng, WANG Jianlin, et al (7526)
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Comparison of the methods using stable hydrogen and oxygen isotope to distinguish the water source of Nitraria Tangutorum
GONG Guoli,CHEN Hui,DUAN Deyu (7533)
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Effects of cold weather on seedlings of three mangrove species planted in the Min River estuary during the 2010 winter
YONG Shiquan, TONG Chuan, ZHUANG Chenhui, et al (7542)
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Correlation between ecological factors and ginsenosides XIE Caixiang,SUO Fengmei,JIA Guanglin,et al (7551)……………………
Effects of pyrene on low molecule weight organic compounds in the root exudates of ryegrass (Lolium perenne L. )
XIE Xiaomei, LIAO Min, YANG Jing (7564)
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Isolation of phosphate solubilizing fungus (Aspergillus niger) from Caragana rhizosphere and its potential for phosphate solubili鄄
zation ZHANG Lizhen, FAN Jingjing, NIU Wei, et al (7571)……………………………………………………………………
Effect of raindrop impact on nutrient losses under different near 鄄surface soil hydraulic conditions on black soil slope
AN Juan, ZHENG Fenli, LI Guifang,et al (7579)
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Emergy analysis of coal鄄fired power generation system and construction of new emergy indices
LOU Bo,XU Yi,LIN Zhenguan (7591)
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Review and Monograph
The impact of forest vegetation change on water yield in the subalpine region of southwestern China
ZHANG Yuandong, LIU Shirong, et al (7601)
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Reviews on spatial pattern and sand鄄binding effect of patch vegetation in arid desert area
HU Guanglu, ZHAO Wenzhi,WANG Gang (7609)
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Sustainable management on pests by agro鄄biodiversity GAO Dong, HE Xiahong, ZHU Shusheng (7617)……………………………
Scientific Note
Characteristics of organic carbon and nutrient content in five soil types in Honghu wetland ecosystems
LIU Gang,SHEN Shouyun,YAN Wende,et al (7625)
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Effects of cypermethrin and deltamethrin on reproduction of Brachionus calyciflorus
HUANG Lin, LIU Changli, WEI Chuanbao, et al (7632)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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第 31 卷摇 第 24 期摇 (2011 年 12 月)
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