第二章 能源回报与净能源

第一节 净能源

一 什么是净能源

最初，净能源应用于生态经济学领域，用来分析整个生命周期中能源的取得与使用。一个多世纪以来净能源分析在不断演变。19世纪末期，乌克兰的社会学家Podolinsky Sergei Andreyevich，将净能源分析主要应用于农产品产出方面。1925年，生物数学家、统计学家Alfred James Lotka出版著作Elements of Physical Biology，提出自然界中的生物凭借获取可利用的资源来产生能量，获得的净能源的多少决定竞争优势的大小，而后Alfred将其又应用到人类社会的研究中来。20世纪20年代，英国化学家Frederick Soddy主张，用能源替代货币，因为能源几乎是任何产品的来源。20世纪70年代，生态学家Howard Thomas Odum创立了能量流分析方法，认为“能源的真正价值在于净能源，也就是说扣除获取成本、炼化成本后的那部分能源”，这一理论对研究界产生了巨大影响，开始兴盛起来。当时，已经广泛应用于化石燃料、核能、可再生能源等，对传统的经济分析方法造成了不小的冲击。

近年来，随着化石能源产量的缓慢增长以及石油峰值理论的发展，净能源分析再次引起众人注意。经济学家普遍认为，能源价格涵盖了生产过程中的所有成本，但是，能源研究者认为价格只反映了能源的“表面价值”，却不能像净能源分析那样得出能源生产的“潜在价值”。同时，净能源分析单纯地从能源量的角度出发，由此忽略了对经济价值的衡量而备受争议。目前，净能源（Net Energy或Net Energy Gain）被清晰地定义为：扣除能源勘探、生产、炼化、输送成本和其他成本后剩下的可供社会使用的能源，其分析（Net Energy Analysis，NEA）工具也多种多样，如能源投资回报、能量产额比、净能源比率和生命周期分析等。

图2-1 20世纪初能源生产现场

净能源的不断增长，才能保障社会进行基础设施建设、粮食等必需品的生产以及文化建设。但是，随着人类对大量高质量能源的消耗，能源成本在不断增加。例如，20世纪早期，世界利用木质材料的生产设备进行石油开采活动（见图2-1），而今，墨西哥湾的石油开采已经利用非常先进的设备（见图2-2），这些生产设施的建设又进而消耗了更多的能源。

图2-2 现今海上墨西哥湾能源生产现场

二 净能源的主要思想

从生物进化的角度看，整个地球的发展史就是一部能源使用的历史，那些能够获取高质量能源并以此创造出更多自身所用能源的生物均具有很强的生存优势，也就是说，净能源才是衡量生物进化的重要指标。依据此理论，Odum认为对于所有有机物以及整个社会来讲，具有真正价值的是净能源[1]。从赫尔曼·冯·赫姆霍兹提出的热力学第一定律来看，能量既不能被创造也不能被毁灭，装置本身不能创造自己所需的能量，为了保持永不停歇的运动状态，它必须从其他源头获得能量，即使是拥有初始动力的装置也会由于运转过程中的摩擦力而耗尽能量。这两种公认的理论的共同性是任何生产过程在释放能量时也要消耗能量。借助于这两种理论，认为能源的可持续供应能力应是用能源制造能源后剩余的能源（Net Energy）或者是能源投入带来了多少能源产出（EROI），而不是以往所认为的能源产量而已。净能源揭示了能源生产和经济运行的本质，其主要思想包括以下三个方面。

（一）揭示了经济运行的本质——得“产品”必耗“产品”

对于任何一个经济系统，小至企业大至国家不仅要考虑总产出，更要从净产出的角度进行决策，例如，宏观经济学中有国民生产总值和国民生产净值，公司的财务统计中有总收入和利润。这里，以一个抽象的生产消费系统为例来说明净能源分析的重要性（见图2-3）。

图2-3 抽象的生产消费系统

图2-3中，消费者向生产者提供现金购买物品和服务F2，生产者支付现金从而获得劳动力和资本F1以满足生产要求，整个系统周而复始地运行。在这个简单的经济系统中，NEG＝F2-F1。

（二）说明了能源生产的本质——得“能源”必耗“能源”

能源生产的真正价值在于为社会提供的净能源量，也就是说，能源的采出量减去为获得这些能源而付出的成本。这里，以石油天然气开采为例说明净能源分析（见图2-4）。

图2-4 净能源与总能源曲线

资料来源：The Oil Drum：Net Energy，http：//campfire.theoildrum.com/node/5436。

在图2-4中，纵轴表示能源量，横轴表示时间，总能源产量用X表示，X＝A＋B＋C＋D，D为直接能源消耗，C为间接能源消耗，B为环境外部性，A为净能源。净能源较总能源产量提前达到峰值，峰值产量也较低。从图2-4中，应当认识到，不能单纯地以总产量作为衡量某一能源生产是否可行甚至是否具有价值的依据，净能源分析才是重点。只有净能源的不断增长，才能保障社会进行基础设施建设以及文化建设等。

（三）在传统的经济分析中加入了自然系统

在传统的经济学分析中，仅仅从纯经济的角度考虑问题，体现的一般是经济规律和数学规律。但是，净能源的分析方法将自然系统和经济系统联系起来，在经济分析中充分体现了资源的重要作用。这里，以简单的自然系统和经济系统为例说明净能源分析方法（见图2-5）。

图2-5 简单的自然系统和经济系统

资料来源：Robert A Herendeen，2006。

图2-5中，E为在生产系统下产出的产品；在消费系统下产生F2供生产系统运行，如原材料、服务、劳动、资本等；除了F2的供应外，生产系统还需要自然系统提供的F1，如木材、土地、太阳能、能源等。净能源分析将这一简单的自然系统和经济系统结合的公式为：NEG ＝E-（F1＋F2）。