蔣愛(ài)華，梅熾，時(shí)章明

(1. 中南大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083；2. 湖南節(jié)能評(píng)價(jià)技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙，410083)

蔣愛(ài)華1,2，梅熾1，時(shí)章明1,2

(1. 中南大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083；2. 湖南節(jié)能評(píng)價(jià)技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙，410083)

為分析和評(píng)價(jià)原材料、能源、資金、勞動(dòng)力等不同類別的要素資源在生產(chǎn)過(guò)程中的綜合利用情況，提出泛火用概念和泛火用分析方法，建立系統(tǒng)的泛火用分析和評(píng)價(jià)模型，定義泛火用利用系數(shù)和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等量化指標(biāo)。利用泛火用分析方法和模型對(duì)SKS煉鉛系統(tǒng)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：SKS煉鉛系統(tǒng)等冶金生產(chǎn)系統(tǒng)的泛火用利用系數(shù)很低，可持續(xù)發(fā)展性較差，節(jié)能措施應(yīng)以降低這類生產(chǎn)系統(tǒng)的不可再生資源特別是不可再生能源的消耗為主；太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能優(yōu)越，其節(jié)能工作應(yīng)以降低太陽(yáng)能電池的制造成本和設(shè)備安裝成本為主。

泛火用；泛火用利用系數(shù)；可持續(xù)發(fā)展指數(shù)

由于不同類別的資源不能進(jìn)行加總和比較，目前的資源綜合利用分析與評(píng)價(jià)主要是基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的指標(biāo)評(píng)價(jià)。較早出現(xiàn)并具有影響力的評(píng)價(jià)指標(biāo)有聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)建立的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)[1]，蔡邦成等[2]基于生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展理念建立了區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)。但是，指標(biāo)評(píng)價(jià)存在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作繁多、指標(biāo)計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、不能給出量化的評(píng)價(jià)結(jié)果等問(wèn)題。在能源利用效率研究中，一直困擾人們的也是如何將非同質(zhì)的能源投入要素、不同產(chǎn)出進(jìn)行加總和成本分?jǐn)偟葐?wèn)題[3]，火用概念的提出解決了這個(gè)問(wèn)題?；鹩弥改芰?、物質(zhì)系統(tǒng)在只有環(huán)境作用的條件下，經(jīng)歷可逆過(guò)程達(dá)到與周圍環(huán)境狀態(tài)平衡時(shí)能產(chǎn)生的最大可用功?；?用為正確評(píng)價(jià)不同形態(tài)的能量、不同狀態(tài)的物質(zhì)的價(jià)值提供了統(tǒng)一的標(biāo)尺?；?用分析是根據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)火 用的不平衡發(fā)現(xiàn)不可逆火 用損失，對(duì)系統(tǒng)的物質(zhì)、能量利用狀況給出全面評(píng)價(jià)的分析方法。火 用分析不僅已被廣泛應(yīng)用于冶金、電力、水泥等高耗能生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備的能量系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)[4?7]，火用理論也成為了評(píng)價(jià)地球和國(guó)家資源環(huán)境狀況的重要工具[8?9]。建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好兩型社會(huì)要求的是節(jié)約原材料、能源、資金、勞動(dòng)力以及環(huán)境資源等的廣義節(jié)能。廣義節(jié)能必須要有新的科學(xué)有效的分析和評(píng)價(jià)方法對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和監(jiān)督。將火用理論與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)合，形成了交叉學(xué)科—火用(熱)經(jīng)濟(jì)學(xué)?；鹩?熱)經(jīng)濟(jì)學(xué)在生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)性分析方面得到了應(yīng)用。張超等[10]在單位火用成本基礎(chǔ)上，分析了電廠熱力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況以及變工況下 火用成本的分布規(guī)律，并且定量研究了各種運(yùn)行參數(shù)對(duì)設(shè)備火用成本的影響。而運(yùn)用火用(熱)經(jīng)濟(jì)學(xué)對(duì)運(yùn)行機(jī)組各設(shè)備的火用成本變化進(jìn)行在線監(jiān)督，已經(jīng)是熱力系統(tǒng)故障診斷的主要方法之一[11]。Ozgener等[12]采用火用經(jīng)濟(jì)方法研究了地?zé)釁^(qū)域供熱系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題。但是，火用經(jīng)濟(jì)學(xué)分析中總是存在熱力學(xué)參數(shù)火用與經(jīng)濟(jì)學(xué)量貨幣資金的分別衡算問(wèn)題，衡算方程多，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜。目前，火用經(jīng)濟(jì)學(xué)分析的應(yīng)用研究主要集中在只有單一火用流輸入的火電廠或者供熱系統(tǒng)的火用成本分析、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化和故障診斷等方面。生產(chǎn)資料(土地、原材料和能源等)、資金和勞動(dòng)力是生產(chǎn)系統(tǒng)的3個(gè)要素資源，隨著環(huán)境惡化，生產(chǎn)的環(huán)境成本越來(lái)越高，環(huán)境資源也成為了生產(chǎn)要素資源之一[13]。若能將這些類別截然不同的資源用統(tǒng)一的測(cè)度參數(shù)進(jìn)行度量，就解決了不同類型資源的加總和比較問(wèn)題，從而可對(duì)資源綜合利用狀況進(jìn)行量化分析。這方面的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展，Sciubba[14?15]提出了擴(kuò)展火用概念和能源系統(tǒng)的擴(kuò)展火用統(tǒng)計(jì)方法，將勞動(dòng)力、資金等社會(huì)資源和自然資源統(tǒng)一在同一個(gè)參數(shù)下進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比較分析。擴(kuò)展火用概念和擴(kuò)展火用統(tǒng)計(jì)方法的提出為復(fù)雜系統(tǒng)的火用與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的綜合分析提供了更加快捷的途徑，它們很快在國(guó)家和地區(qū)的擴(kuò)展火用耗統(tǒng)計(jì)和分析中得到了推廣應(yīng)用[16?17]。但是，由于 Sciubba[14?15]認(rèn)為全部資金和全部勞動(dòng)力的擴(kuò)展火用都等于國(guó)家或者地區(qū)總火用消耗量，這樣，在進(jìn)行社會(huì)資金、勞動(dòng)力火用消耗統(tǒng)計(jì)時(shí)，將出現(xiàn)火用耗的重復(fù)統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。在此，本文作者提出泛火用概念和泛火用分析方法，是一種用于資源綜合量化分析的新方法。

1 泛火用概念與泛火用計(jì)算模型

自然資源火用是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所必需的，火用反映了資源類商品的使用價(jià)值的客觀屬性。資金、勞動(dòng)力屬于社會(huì)資源，衡量這類社會(huì)資源類商品價(jià)值的尺度是它們的價(jià)格。價(jià)值是這類社會(huì)資源商品的共同屬性，是凝結(jié)在商品中的無(wú)差別的人類勞動(dòng)。根據(jù)火用的性質(zhì)，給出泛火用(Universal exergy)的定義為：泛火用是凝結(jié)在商品中的無(wú)差別的人類勞動(dòng)相當(dāng)?shù)墓Α７夯鹩镁哂心芰康膶傩院蛦挝弧Ｉa(chǎn)系統(tǒng)的要素資源如資金、勞動(dòng)力和需要付出代價(jià)的環(huán)境成本都是商品，因此，它們都具有對(duì)應(yīng)的泛火 用。

1.1 自然資源的泛火用計(jì)算

泛火用反應(yīng)的是物品的價(jià)值，只有當(dāng)物質(zhì)和能量等自然資源是商品時(shí)才有泛火用，當(dāng)屬于生產(chǎn)資料的自然資源不是商品時(shí)，它們雖然含有火用，但它們的泛火用為0。自然資源可分為不可再生資源和可再生資源，許多可再生資源如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等都不是商品資源，它們的泛火用為 0。物質(zhì)、能量等自然資源的泛火用可用下式表示：

式中：UME為投入到系統(tǒng)的物質(zhì)和能量的泛火用，MJ；UNR為不可再生資源的泛火用，MJ；ENR為不可再生資源的火用，MJ。式(1)表明：投入到系統(tǒng)的物質(zhì)和能量等自然資源的泛火用等于其中不可再生的自然資源的泛火用，可再生資源的泛火用為0 MJ，而不可再生資源的泛火用等于其火用值。

1.2 資金的泛火用計(jì)算

貨幣是一般商品的特殊等價(jià)物，可以與任何商品進(jìn)行交換。當(dāng)作為特殊商品的資金貨幣與一般商品進(jìn)行交換時(shí)，認(rèn)為它們具有等量的泛火用。例如，用一定量的資金購(gòu)買到一定量的某種商品時(shí)，可以認(rèn)為這些資金的泛火用與購(gòu)買到的商品的泛火用相同。

一定量的資金的泛火用量為：

式中：UC為一定量的資金的泛火用量，MJ；uC為單位貨幣資金的泛火用，MJ/$;；C為資金總量，$。

單位貨幣資金泛火用uC是單位資金能夠購(gòu)買到的物質(zhì)資源的火用。不同類別的系統(tǒng)有不同的計(jì)算方法。

1.2.1 工業(yè)系統(tǒng)資金泛火用量的計(jì)算

對(duì)于一般工業(yè)系統(tǒng)的分析，資金泛火用計(jì)算遵循火用經(jīng)濟(jì)學(xué)的思想，資金泛火用或以購(gòu)買系統(tǒng)所有物質(zhì)和能量資源泛火用的資金成本為依據(jù)計(jì)算，或以系統(tǒng)所有輸出產(chǎn)品的泛火用的資金量為依據(jù)計(jì)算，工業(yè)系統(tǒng)的單位資金泛火用為：

式中：Ui為第i種輸入系統(tǒng)的自然資源或產(chǎn)品的泛火用量，MJ；Ci為購(gòu)買第i種資源付出或賣出第i種產(chǎn)品獲得的資金量，$。

1.2.2 國(guó)家或地區(qū)宏觀系統(tǒng)的資金泛火用量的計(jì)算

對(duì)于國(guó)家和地區(qū)等宏觀系統(tǒng)，單位資金泛火用uC可用下式表示：

式中：Uin,society為在一定時(shí)期內(nèi)進(jìn)入國(guó)家或地區(qū)整個(gè)社會(huì)的自然資源的泛火用總量，MJ；MGDP為同一時(shí)期內(nèi)國(guó)家和地區(qū)的全部最終產(chǎn)品和勞務(wù)的價(jià)值，$。

1.3 勞動(dòng)的泛火用計(jì)算

勞動(dòng)的泛火用計(jì)算以勞動(dòng)力的工資為基礎(chǔ)，工資以貨幣和資金形式表現(xiàn)，勞動(dòng)的泛火用為：

式中：UL為投入工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的勞動(dòng)的泛火用，MJ；CL為勞動(dòng)力的工資總量，$。

1.4 環(huán)境成本的泛火用及其計(jì)算

環(huán)境成本的泛火用是指使用環(huán)境導(dǎo)致了環(huán)境污染和破壞，將環(huán)境恢復(fù)到正常狀態(tài)所必須消耗的最小的物質(zhì)和能量火用。環(huán)境狀態(tài)的恢復(fù)不是1個(gè)人、1個(gè)企業(yè)甚至1個(gè)國(guó)家能夠做到的，它需要全人類的努力。而分?jǐn)偟矫總€(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)和消費(fèi)系統(tǒng)的環(huán)境成本就是必須付出的排污稅(費(fèi))、治污費(fèi)、碳排放費(fèi)等，這些費(fèi)用都以資金量體現(xiàn)。環(huán)境成本的泛火用可用下式計(jì)算：

式中：UE為生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境成本泛火用，MJ；CE為系統(tǒng)的環(huán)境成本費(fèi)用， $。

2 泛火用分析方法和模型及評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 泛火用分析方法的定義

泛火用概念的提出解決了不同類型資源的加總和比較問(wèn)題。泛火用分析方法(UEA，即 Universal exergy analysis)就是以泛火用作為衡量物質(zhì)、能量、資金、勞動(dòng)及環(huán)境成本等一切商品要素資源價(jià)值的統(tǒng)一尺度，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行泛火用衡算，揭示系統(tǒng)中所有資源被消耗和利用的機(jī)理，以獲得資源綜合利用狀況的分析方法，它是一種綜合性的定量分析方法。

2.2 生產(chǎn)系統(tǒng)的要素資源流與泛火用流

如圖1所示為任意系統(tǒng)的物質(zhì)、能量、資金和勞動(dòng)等要素資源投入和產(chǎn)出的資源流動(dòng)示意圖。系統(tǒng)的投入項(xiàng)包括原材料與能源等自然資源輸入和設(shè)備投資、勞動(dòng)投入等資本輸入；產(chǎn)出項(xiàng)包括主產(chǎn)品、副產(chǎn)品和排放物。投入的物質(zhì)和能源資源可劃分為再生的和不可再生資源，不可再生資源可繼續(xù)劃分為取自自然環(huán)境的資源和回收利用的資源2種類別。

系統(tǒng)的泛火用流模型示意圖如圖2所示。由圖2可知：系統(tǒng)的泛火用輸入為4項(xiàng)，即物質(zhì)、能量的泛火用UME、設(shè)備投資的泛火用UC、勞動(dòng)成本的泛火用UL和廢物排放引起的環(huán)境成本的泛火用UE。系統(tǒng)總泛火用輸入量為：

與物質(zhì)、能量流方向不同，在圖1中，系統(tǒng)的排放物是離開(kāi)系統(tǒng)的，但因廢物排放導(dǎo)致的環(huán)境費(fèi)用的泛火用在圖2中卻變成了輸入項(xiàng)。投入系統(tǒng)的自然資源的泛火用UME等于其中不可再生的自然資源的泛火用UNR。

2.3 生產(chǎn)系統(tǒng)的泛火用流衡算方程

由圖1和圖2可知：將投入系統(tǒng)的物質(zhì)、能量和資金等各種資源要素都換算為泛火用后，系統(tǒng)的泛火用衡算分析顯得直觀且易于理解。圖2中系統(tǒng)的泛火用平衡

圖1 生產(chǎn)系統(tǒng)的要素資源投入和產(chǎn)出Fig.1 Factor inputs and outputs of resources of production system

圖2 生產(chǎn)系統(tǒng)的泛火用流模型Fig.2 Model of universal exergy flow of production system

計(jì)算方程為：

2.4 基于泛火用分析的節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)

與傳統(tǒng)火用分析對(duì)應(yīng)，根據(jù)泛火用損失的概念和意義的不同，系統(tǒng)的泛火用評(píng)價(jià)目標(biāo)不同，提出以下節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)模型。

2.4.1 泛火用利用系數(shù)

泛火用利用系數(shù)是指系統(tǒng)有效利用的泛火用量與輸入系統(tǒng)的總泛火用量之比。在生產(chǎn)系統(tǒng)中，有效利用的泛火用是輸出的所有產(chǎn)品(主產(chǎn)品和副產(chǎn)品)的泛火用量。根據(jù)圖2和式(7)，總系統(tǒng)的泛火用利用系數(shù)為：

式中：ρ為系統(tǒng)的泛火用利用系數(shù)；Uef為輸出的有效泛火用，指所有產(chǎn)品(產(chǎn)品和副產(chǎn)品)的泛火用，MJ；Emp和Ebp為主產(chǎn)品和副產(chǎn)品的火用，MJ。

泛火用利用系數(shù)是生產(chǎn)系統(tǒng)資源利用狀況的綜合反映。式(9)表明：在同等技術(shù)條件下，降低不可再生資源消耗，增加可再生資源消耗的比例，則在投入總火用不變的情況下，投入不可再生資源的火用ENR降低，系統(tǒng)的泛火用利用系數(shù)提高。

2.4.2 主產(chǎn)品泛火用利用系數(shù)

主產(chǎn)品泛火用利用系數(shù)ρmp為輸出的主產(chǎn)品的泛火用與總輸入泛火用之比。

主產(chǎn)品泛火用利用系數(shù)反映了輸入總泛火用被利用于生產(chǎn)主要產(chǎn)品的份額，是反映單位產(chǎn)品泛火用消耗情況的重要指標(biāo)，要降低單位產(chǎn)品的資源消耗，必須提高主產(chǎn)品泛火用利用系數(shù)。

2.5 基于泛火用的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)

生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響越小，則系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性越好。社會(huì)生產(chǎn)系統(tǒng)從2個(gè)方面對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成影響：一方面，是從自然環(huán)境系統(tǒng)索取不可再生資源造成資源短缺；另一方面，是向環(huán)境排放廢棄物而造成環(huán)境污染。由于系統(tǒng)排放的各廢棄物對(duì)環(huán)境造成危害的程度不同，因此，排放物對(duì)環(huán)境的影響程度不能以排放物的總量或者總火用來(lái)衡量，而應(yīng)該以系統(tǒng)付出的環(huán)境成本的泛火用來(lái)衡量。

輸入生產(chǎn)系統(tǒng)的不可再生資源火用包括從自然界直接索取的和回收利用的資源，即：

式中：σSDI為系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)，它是反映社會(huì)生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境資源消耗和利用速度的指標(biāo)，是評(píng)判系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性的重要依據(jù)?？沙掷m(xù)發(fā)展指數(shù)σSDI越大，系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性就越好，生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)地球生態(tài)環(huán)境的影響就越小。

3 泛火用分析方法的應(yīng)用

3.1 泛火用分析方法在冶金生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

以某年產(chǎn)10萬(wàn)t粗鉛的SKS煉鉛系統(tǒng)(水口山煉鉛系統(tǒng))為案例進(jìn)行泛火用分析。該系統(tǒng)設(shè)備總初投資(不含土地等費(fèi)用)為63 769 800 $，維修費(fèi)平均每年為

1 483 000 $，勞動(dòng)力工資及管理費(fèi)用每年約為3 258 000 $，排污費(fèi)平均每年為519 000 $。

選取系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率為90%的某一生產(chǎn)月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為物質(zhì)、能量投入量及其泛火用的計(jì)算依據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算得到：該SKS煉鉛系統(tǒng)每生產(chǎn) 1 t 粗鉛產(chǎn)品時(shí)需要投入的物質(zhì)和能量的總火用量EME為 21.066 19 GJ，輸出系統(tǒng)的產(chǎn)品火用即收益火用Ep為4.392 52 GJ，主產(chǎn)品粗鉛的火用Emp為2.036 45 GJ。以當(dāng)前價(jià)格計(jì)算，獲得購(gòu)買物質(zhì)和能量的總資金為2 101.10 $。由式(3)可求得系統(tǒng)的單位資金泛火用為10.03 MJ/$。

取生產(chǎn)系統(tǒng)裝置折舊年限為 10 a，銀行利息為10%，資金周轉(zhuǎn)期為90 d。以系統(tǒng)建設(shè)的初投資的年折舊費(fèi)、維修費(fèi)用和流動(dòng)資金的財(cái)務(wù)成本為系統(tǒng)資金成本、勞動(dòng)力工資及管理費(fèi)用為勞動(dòng)力成本、污染排放費(fèi)為環(huán)境成本對(duì)系統(tǒng)的各泛火用量進(jìn)行計(jì)算和分析，獲得系統(tǒng)的單位產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的各泛火用投入和產(chǎn)出量并進(jìn)行泛火用分析，得到結(jié)果如表1所示。

由表1可知：SKS煉鉛系統(tǒng)的泛火用利用系數(shù)和主產(chǎn)品泛火用利用系數(shù)都較低，分別為0.189 6和0.087 9；可持續(xù)發(fā)展指數(shù)很小，僅為0.208?？梢?jiàn)：輸入系統(tǒng)的自然資源特別是不可再生資源的泛火用量占比很大，說(shuō)明SKS煉鉛系統(tǒng)主要以消耗不可再生自然資源為主，屬于資源消耗型企業(yè)，可持續(xù)發(fā)展性很差，因此，這類系統(tǒng)的綜合節(jié)能主要應(yīng)該從技術(shù)上、管理上采取措施，減少不可再生資源火用特別是不可再生能源火用的消耗。應(yīng)該盡量采用可再生能源和利用回收的資源，提高系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能。

3.2 泛火用分析在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

以北京地區(qū)的光伏發(fā)電系統(tǒng)作為研究實(shí)例，分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和綜合環(huán)境效益。研究表明：太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的壽命為20～25 a，根據(jù)北京地區(qū)年日照量的歷史平均數(shù)據(jù)，取電池組件的年衰減為 1%，大氣塵埃造成阻擋的年衰減為l%，計(jì)算可得到平均每1 W 裝機(jī)容量的光伏電池的20 a總發(fā)電量為22.696 kW·h[18]。

光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)只利用太陽(yáng)能，太陽(yáng)能是非商品的可再生能源，因此，輸入系統(tǒng)的自然資源的泛火用量為0 MJ；光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行人員很少，取勞動(dòng)力成本為0 $；光伏系統(tǒng)無(wú)污染排放，環(huán)境成本也為0 $。因此，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的投入泛火用僅是光伏裝置購(gòu)置和安裝的資金成本的泛火用。

以輸出產(chǎn)品能夠賣出的資金量計(jì)算單位資金泛火用，以目前中國(guó)居民平均電價(jià)為計(jì)算依據(jù)，目前居民電價(jià)約為0.09 $/(kW·h)，由式(3)計(jì)算得光伏系統(tǒng)的單位資金的泛火用為40 MJ/$。

根據(jù)預(yù)測(cè)，2008—2011年的光伏系統(tǒng)的裝機(jī)成本分別為7.0，6.6，6.2和5.9 $/W[19]。以各年度不同的裝機(jī)成本數(shù)據(jù)為系統(tǒng)初投資，分別以年利息為10%，5%和無(wú)息計(jì)算系統(tǒng)的總投資，對(duì)北京地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)生命周期內(nèi)(20 a)的運(yùn)行進(jìn)行了泛火用分析，獲得2008—2011年的各泛火用流、泛火用利用系數(shù)和可持續(xù)發(fā)展指數(shù)如表2所示。

從表2可以看出：銀行年利息不同時(shí)，光伏發(fā)電泛火用利用系數(shù)是不同的，光伏系統(tǒng)的泛火用利用系數(shù)隨著其成本降低而提高；光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響非常小，它的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為無(wú)窮大，屬于環(huán)境友好、永久可持續(xù)發(fā)展的發(fā)電系統(tǒng)。

表1 SKS煉鉛系統(tǒng)的泛火用流及泛火用分析結(jié)果(對(duì)應(yīng)1 000 kg粗鉛產(chǎn)品)Table 1 Universal exergy flows and results of universal exergy analysis of SKS lead smelting system(per 1 000 kg product of lead)

表2 北京地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)的泛火用分析結(jié)果(對(duì)應(yīng)1 W的裝機(jī)容量)Table 2 Results of universal exergy analysis of photovoltaic systems in Beijing region (per 1 W installed capacity)

4 結(jié)論

(1) 泛火用概念的提出解決了生產(chǎn)過(guò)程中原材料、能源等生產(chǎn)資料要素、資金要素、勞動(dòng)要素以及環(huán)境資源要素的統(tǒng)一測(cè)度問(wèn)題，為進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)的各要素資源的綜合利用情況以及可持續(xù)發(fā)展性的量化分析和評(píng)價(jià)打下了基礎(chǔ)。

(2) 泛火用分析方法是資源綜合利用或廣義節(jié)能的分析和評(píng)價(jià)方法，其分析的內(nèi)容不僅包括物質(zhì)、能量等自然資源，而且包括資金、勞動(dòng)力、環(huán)境等社會(huì)資源和環(huán)境資源；泛火用分析能夠?qū)ιa(chǎn)系統(tǒng)的資源綜合利用狀況和可持續(xù)性發(fā)展特性給出量化的評(píng)價(jià)結(jié)果，揭示它們的節(jié)能潛力和改進(jìn)方向。

(3) SKS煉鉛系統(tǒng)等冶金生產(chǎn)系統(tǒng)的自然資源的泛火用占總輸入泛火用的比例很大，屬于資源消耗型生產(chǎn)系統(tǒng)，可持續(xù)發(fā)展性差，它們的綜合節(jié)能主要應(yīng)該以減少自然資源火用消耗特別是能源火用的消耗為主。增加可再生能源消耗的比例，可提高生產(chǎn)系統(tǒng)的泛火用利用系數(shù)；增加回收利用資源的比例，可提高系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)。

(4) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要利用可再生能源進(jìn)行生產(chǎn)，屬于永久性持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)；系統(tǒng)的泛火用利用系數(shù)隨著光伏發(fā)電機(jī)組成本的降低而不斷提高，這類系統(tǒng)的廣義節(jié)能措施主要以降低設(shè)備投資為主。

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(編輯 陳燦華)

Universal exergy analysis method and its application

JIANG Ai-hua1,2, MEI Chi1, SHI Zhang-ming1,2

(1. School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. Hunan Research Center of Energy-Saving Evaluation Technology, Changsha 410083, China)

To analyze the situation of comprehensive utilization of different kinds of resources such as material, energy,funds, labor force, the concept of universal exergy was defined and the universal exergy analysis method was put forward,some models for analysis and evaluation of universal exergy of systems were established, and some quantitative indicators such as utilization coefficient of universal exergy and sustainable development index were defined. Universal exergy analysis method and the models were used to evaluate a SKS lead smelting system and one of solar photovoltaic power generation systems. The results show that both the coefficient of utilization of universal exergy and the sustainable development index of metallurgical production systems like the SKS lead smelting system are lower, the energy-saving measures for such systems should be focused on reducing the consumption of unrenewable resources, especially unrenewable energy, and that solar photovoltaic power generation systems are very well in sustainable development, and the focus of the energy saving work is on reducing cost in manufacturing solar photovoltaic cells and the installation cost of the solar photovoltaic power systems.

universal exergy; utilization coefficient of universal exergy; sustainable development index

TK12；F403.7

A

1672?7207(2011)02?0527?06

2010?08?10；

2010?10?09

湖南省科技計(jì)劃攻關(guān)重大專項(xiàng)(子項(xiàng))項(xiàng)目(2008SK1002)

蔣愛(ài)華(1965?)，女，湖南永州人，博士研究生，副教授，從事能源系統(tǒng)工程及節(jié)能評(píng)價(jià)理論研究：電話：13975165780；E-mail：jah65@163.com