生命周期能值分析法與生物質(zhì)能源研究

王紅彥，畢于運(yùn)，王道龍，高春雨，李建政，王亞靜

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

生命周期評(píng)價(jià)法和能值分析法是生物質(zhì)能源研究的兩種重要方法，主要用于生物質(zhì)能源生產(chǎn)系統(tǒng)能量投入產(chǎn)出分析、能源經(jīng)濟(jì)效益分析、系統(tǒng)能耗構(gòu)成分析、生物質(zhì)能節(jié)能減排研究等方面，對(duì)推進(jìn)生物質(zhì)能源技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能減排效益發(fā)揮了積極作用。該文主要綜述了國(guó)內(nèi)外生命周期評(píng)價(jià)法、能值分析法以及生命周期能值分析法 (兩種方法結(jié)合)在生物質(zhì)能源研究方面的進(jìn)展，并提出相應(yīng)的研究建議。

1 能值分析法與生物質(zhì)能源研究

能值是一種流動(dòng)或貯存的能量中所包含的另一種類別能量的數(shù)量，進(jìn)一步解釋能值為產(chǎn)品或勞務(wù)形成過(guò)程中直接和間接投入應(yīng)用的一種有效能量，就是其所具有的能值，其實(shí)質(zhì)是包含能量［1］。能值理論的基本思想是:把投入系統(tǒng)的不同資源種類、不同形態(tài)和單位的物質(zhì)、能量，甚至信息、勞務(wù)等轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的衡量形式進(jìn)行處理和分析。能值分析法的核心內(nèi)容是:綜合分析系統(tǒng)中各種生態(tài)流 (能量流、貨幣流、人口流和信息流)，得出一系列能值綜合指標(biāo)，如能值自給率、環(huán)境負(fù)載率、能值投資率、凈能值產(chǎn)出率、購(gòu)買能值率等，用來(lái)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。

能值分析法廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、復(fù)合生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、土地利用等系統(tǒng)的分析研究，尤其是在能源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)方面的研究，能值分析法已經(jīng)取得豐碩的研究成果，近年來(lái)又作為很好的方法借鑒在生物質(zhì)能源研究領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1.1 國(guó)外學(xué)者對(duì)生物質(zhì)能源的能值分析

能值分析方法已廣泛應(yīng)用于天然氣、石油、煤炭等不可再生能源利用和地?zé)?、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源系統(tǒng)的能源效率和環(huán)境效率評(píng)價(jià)等方面。就生物質(zhì)能源研究而言，Richard［2］等利用能值分析方法，對(duì)臺(tái)灣小型塞流式厭氧沼氣池處理畜禽糞便的可持續(xù)性和環(huán)境影響進(jìn)行了分析，并分別對(duì)畜禽糞便沼氣生產(chǎn)、沼氣發(fā)電進(jìn)行了能值分析，得出了將沼氣轉(zhuǎn)換成電能會(huì)降低系統(tǒng)可持續(xù)性的結(jié)論。Liu［3］等基于能值方法，對(duì)日本生物乙醇和石油燃料生產(chǎn)的可持續(xù)性進(jìn)行比較，表明燃料乙醇比石油燃料具有較好減排效果。

1.2 國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)生物質(zhì)能源的能值分析

1.2.1 國(guó)內(nèi)學(xué)者能值理論方法研究

國(guó)內(nèi)能值理論與方法的研究主要包括能值轉(zhuǎn)化率的計(jì)算問(wèn)題、多產(chǎn)品或復(fù)合產(chǎn)品系統(tǒng)的能值流計(jì)算問(wèn)題、能值價(jià)值論與市場(chǎng)價(jià)值論結(jié)合問(wèn)題、能值與可持續(xù)發(fā)展研究問(wèn)題等幾個(gè)方面。例如:在多產(chǎn)品或復(fù)合產(chǎn)品系統(tǒng)的能值流計(jì)算問(wèn)題方面，馮霄［4］等提出了共生能值轉(zhuǎn)化率的概念，并對(duì)多產(chǎn)品工業(yè)系統(tǒng)和單產(chǎn)品工業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。張芳怡［5］等將能值分析進(jìn)一步與生態(tài)足跡結(jié)合，提出了新的生態(tài)足跡模型。陸宏芳［6］等對(duì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的能值評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行拓展研究，提出了新的評(píng)價(jià)可持續(xù)發(fā)展能力的能值指標(biāo) (ESID)等。李曉剛［7］對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值投入及產(chǎn)出結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，認(rèn)為環(huán)境負(fù)載率和能值投資率兩個(gè)能值指標(biāo)在計(jì)算和對(duì)比中還存在較大差別，需要進(jìn)一步深入研究。盧遠(yuǎn)、王娟［8］提出區(qū)域農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的能值評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并以吉林西部為例進(jìn)行了實(shí)證研究。劉圣［9］等在對(duì)生物柴油生產(chǎn)體系的能值分析中，構(gòu)建了能值補(bǔ)益率、可再生能值率和溫室氣體能值率3個(gè)新的能值指標(biāo)，以更加科學(xué)地評(píng)價(jià)生物柴油生產(chǎn)體系。

1.2.2 國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)生物質(zhì)能源的能值分析

在國(guó)內(nèi)，能值分析方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)發(fā)電、沼氣生態(tài)系統(tǒng)、生物質(zhì)燃料乙醇、生物柴油、生物質(zhì)致密成型等能源系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。就沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)能值分析而言，國(guó)內(nèi)研究較多地集中于規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程和垃圾處理沼氣工程。例如，林聰［10］等對(duì)北京郊區(qū)某豬場(chǎng)沼氣工程進(jìn)行能值分析，表明沼氣工程生態(tài)農(nóng)業(yè)模式具有更小的經(jīng)濟(jì)成本，較高的能值利用效率、可再生能力和可持續(xù)能力。樓波［11］采用能值分析方法對(duì)垃圾填埋沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和垃圾堆肥等幾種垃圾處理方式進(jìn)行分析，得出填埋沼氣發(fā)電、焚燒發(fā)電的能值產(chǎn)出率偏低的結(jié)論，明確指出垃圾能源化處理系統(tǒng)的運(yùn)行離不開政府的支持與新技術(shù)的應(yīng)用。在規(guī)模化沼氣工程能值分析應(yīng)用研究方面，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者開展了以沼氣為紐帶的農(nóng)業(yè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的能值分析研究。例如，鐘珍梅［12］等應(yīng)用能值分析方法對(duì)規(guī)?；?chǎng)“肉牛—沼氣—牧草”循環(huán)農(nóng)業(yè)模式進(jìn)行了能值投入、產(chǎn)出分析，李艷春［13］等應(yīng)用能值分析方法探討了“奶牛—沼氣—牧草”循環(huán)型農(nóng)業(yè)模式的結(jié)構(gòu)功能和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。兩項(xiàng)研究表明，與單一的肉牛養(yǎng)殖或奶牛養(yǎng)殖相比，以沼氣為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式都具有較強(qiáng)的自組織能力，有利于降低環(huán)境壓力，并提高系統(tǒng)的可持續(xù)性。與此同時(shí)，部分學(xué)者開展了以戶用沼氣為案例的能值分析。例如，Wei［14］等運(yùn)用能值分析方法對(duì)北京平谷“四位一體”太陽(yáng)能溫室種植桃樹的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的太陽(yáng)能溫室桃樹種植進(jìn)行比較，前者能值產(chǎn)出率是后者的2.24倍，且環(huán)境壓力較小，經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)業(yè)資源利用效率更高。另外，楊謹(jǐn)［15］等以廣西恭城縣為例，進(jìn)行了區(qū)域性的以沼氣為紐帶的農(nóng)業(yè)復(fù)合生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析。

在燃料乙醇研究方面，楊慧［16］、張軍［17］、夏訓(xùn)峰［18］等分別以木薯和甘薯為案例，進(jìn)行了燃料乙醇的多方案、多指標(biāo)能值分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化建議。在生物質(zhì)發(fā)電研究方面，劉華財(cái)［19］等利用能值分析方法對(duì)1MW氣化發(fā)電、5.5MW氣化發(fā)電和25MW直燃發(fā)電3種典型生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的可持續(xù)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。羅玉和［20-21］等應(yīng)用能值分析理論，對(duì)生物質(zhì)直燃發(fā)電CDM(清潔發(fā)展機(jī)制)項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明，引入CDM項(xiàng)目后，不僅可獲得額外的減排收益，還能增強(qiáng)系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)性和可持續(xù)性。在生物質(zhì)致密成型研究方面，梁偉、許金花［22］對(duì)年產(chǎn)萬(wàn)噸的木質(zhì)成型顆粒生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)性進(jìn)行能量和能值分析，表明該系統(tǒng)對(duì)減少化石能源消耗發(fā)揮重要作用，與作為參考的沼氣系統(tǒng)相比，具有更好的可持續(xù)性。在生物柴油研究方面，Ju和Chen［23］對(duì)麻風(fēng)樹制備生物柴油的整個(gè)生產(chǎn)鏈進(jìn)行了能量、能值和CO2排放等方面的研究，并與河南小麥燃料乙醇和意大利玉米燃料乙醇進(jìn)行比較研究。

2 生命周期評(píng)價(jià)法與生物質(zhì)能源研究

生命周期評(píng)價(jià) (Life Cycle Assessment，LCA)，又稱為“從搖籃到墳?zāi)埂狈治?、“資源和環(huán)境狀況分析”等，它始于20世紀(jì)60年代末，源于美國(guó)開展的針對(duì)包裝品的分析和評(píng)價(jià)［24］。LCA就是針對(duì)一種特定的產(chǎn)品，從其整個(gè)生命周期過(guò)程，即從其原材料的采集，到其加工、生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、消費(fèi)，再到其回收利用及最終處理等等，對(duì)其資源消耗尤其是能源消耗，及其各種消耗對(duì)環(huán)境影響的分析與評(píng)價(jià)。生命周期評(píng)價(jià)的總體框架包括目標(biāo)和范圍的定義、清單分析、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解析4個(gè)部分。

2.1 國(guó)外生物質(zhì)能源的生命周期評(píng)價(jià)

在生物質(zhì)能源研究領(lǐng)域，國(guó)外生命周期評(píng)價(jià)主要應(yīng)用于沼氣、生物燃料乙醇、生物柴油等替代燃料的生產(chǎn)系統(tǒng)，并對(duì)其生命周期內(nèi)的能量投入、產(chǎn)出以及環(huán)境排放和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行分析。

國(guó)外有學(xué)者對(duì)不同發(fā)酵原料的沼氣系統(tǒng)進(jìn)行生命周期內(nèi)能量消耗和溫室氣體排放的比較分析。Berglund和Brjesson［25］從生命周期角度對(duì)基于8種不同原料的沼氣系統(tǒng)的能量平衡進(jìn)行分析，大型沼氣廠的能量投入總計(jì)占沼氣產(chǎn)出的20%～40%，當(dāng)畜禽糞便原料運(yùn)輸距離超過(guò)200km時(shí)，或屠宰廠污水運(yùn)距超過(guò)700km時(shí)，凈能量產(chǎn)出為負(fù)值。Ishikawa［26］等采用生命周期評(píng)價(jià)方法，對(duì)北海道兩個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣發(fā)電工程進(jìn)行了比較分析，并估測(cè)了沼氣發(fā)電系統(tǒng)對(duì)溫室氣體的影響。Blengini［27］等運(yùn)用同樣的方法，對(duì)意大利皮埃蒙特地區(qū)不同能源作物和糞便為發(fā)酵原料的沼氣發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，其能量產(chǎn)出投入比約為3～5，能源環(huán)境效益顯著。在生物柴油研究方面，Kumar［28］等采用復(fù)合生命周期法對(duì)不同情景 (灌溉情景和雨養(yǎng)情景)麻風(fēng)樹制備生物柴油的能量、溫室氣體排放以及可再生性進(jìn)行評(píng)價(jià)，表明兩種情景均具有良好的能量效益和減排效果。在生物燃料乙醇研究方面，Von Blottnitz和Curran［29］用生命周期評(píng)價(jià)方法，對(duì)車用燃料乙醇的凈能量、溫室氣體排放以及環(huán)境影響進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。Nguyen［30－32］等運(yùn)用生命周期方法對(duì)泰國(guó)木薯燃料乙醇能源平衡、溫室氣體減排成本和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)泰國(guó)甘蔗糖蜜生產(chǎn)燃料乙醇進(jìn)行了類比分析。Kim和Dale［33］對(duì)玉米燃料乙醇進(jìn)行了全生命周期評(píng)價(jià)，指出與汽油相比，E10燃料可減少不可再生資源的投入量和溫室氣體排放。

2.2 國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能源的生命周期評(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)有關(guān)生命周期評(píng)價(jià)的研究主要集中在方法以及相關(guān)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)應(yīng)用方面［34］，而對(duì)生物質(zhì)能源的生命周期評(píng)價(jià)實(shí)證研究幾乎涵蓋了生物質(zhì)能源的各個(gè)方面，包括生物質(zhì)燃料乙醇、生物柴油、秸稈致密成型燃料、生物質(zhì)發(fā)電、沼氣等等。

2.2.1 國(guó)內(nèi)生命周期評(píng)價(jià)方法研究

國(guó)內(nèi)生命周期評(píng)價(jià)方法研究主要集中于兩個(gè)方面:一是生命周期清單分析，包括清單數(shù)據(jù)的獲取、清單數(shù)據(jù)不確定性分析、清單數(shù)據(jù)計(jì)算等;二是生命周期影響評(píng)價(jià)的模型分析，即應(yīng)用不同特征化模型探索適于我國(guó)國(guó)情的生命周期影響評(píng)價(jià)方法。

我國(guó)對(duì)于生命周期評(píng)價(jià)相關(guān)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)研究起步較晚。張亞平［35］等基于ISO14040生命周期評(píng)價(jià)系列標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了生命周期評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。劉洋［36］等基于多種生命周期評(píng)價(jià)模型，設(shè)計(jì)了面向網(wǎng)絡(luò)的生命周期評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的生命周期評(píng)價(jià)的需要。目前，我國(guó)的LCA系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及開發(fā)還未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化階段。

2.2.2 國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能源的生命周期評(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能源的生命周期評(píng)價(jià)幾乎涉及國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能源的各個(gè)方面，具體包括生物質(zhì)厭氧發(fā)酵(沼氣)、生物質(zhì)致密成型燃料、生物柴油、生物燃料乙醇和生物質(zhì)發(fā)電。而有關(guān)生物質(zhì)干餾即炭氣油聯(lián)產(chǎn)的生命周期評(píng)價(jià)文獻(xiàn)還較為少見。

國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能源的生命周期評(píng)價(jià)的研究主要包括如下5個(gè)方面:一是生命周期評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建。胡志遠(yuǎn)［37－39］等利用生命周期評(píng)價(jià)理論，建立了木薯燃料乙醇生命周期能源效率評(píng)價(jià)模型，計(jì)算結(jié)果表明，從平衡生命周期能源消耗、環(huán)境排放和經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，木薯乙醇具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。田宜水［40］等構(gòu)建了全生命周期分析模型，對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)甜高粱乙醇生命周期能耗、溫室氣體排放及其影響因素進(jìn)行分析，從能源角度來(lái)看甜高粱莖稈生產(chǎn)燃料乙醇可行。戴杜［41］等建立了混合生命周期評(píng)估模型，對(duì)E10燃料的生命周期進(jìn)行評(píng)估。朱金陵［42］等以年產(chǎn)5 000t秸稈成型燃料的生產(chǎn)廠為例，建立了秸稈成型燃料的生命周期能源消耗、環(huán)境排放分析模型，評(píng)價(jià)其生命周期能耗和環(huán)境排放。劉黎娜［43］初步建立了可再生能源建設(shè)項(xiàng)目生命周期評(píng)價(jià)模型，并以生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目為案例進(jìn)行實(shí)證分析，驗(yàn)證了所構(gòu)建的生命周期評(píng)價(jià)模型的可行性。林琳［44］等、崔和瑞和艾寧［45］、王偉［46］等，分別以25MW的秸稈直燃發(fā)電系統(tǒng)、2MW的秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)、1MW的流化床谷殼氣化發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)建立生命周期評(píng)價(jià)模型和背景數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)系統(tǒng)邊界、環(huán)境影響指標(biāo)、決定系統(tǒng)環(huán)境性的重要參數(shù)進(jìn)行討論，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的生命周期進(jìn)行完整地清單分析和效應(yīng)分析，以系統(tǒng)、全面地評(píng)價(jià)各發(fā)電系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境顯見的和潛在的影響。二是清單分析。董進(jìn)寧和馬曉茜［47］應(yīng)用生命周期評(píng)價(jià)方法，對(duì)大豆的種植、豆稈發(fā)電、豆油煉制、生物柴油制取、各段運(yùn)輸和生物柴油燃燒排放等6個(gè)子過(guò)程進(jìn)行了清單分析，并分別計(jì)算出其能耗和對(duì)環(huán)境的影響。馮超和馬曉茜［48］應(yīng)用生命周期評(píng)價(jià)方法，對(duì)秸稈的種植、運(yùn)輸、粉碎干燥和燃燒發(fā)電等4個(gè)過(guò)程進(jìn)行了清單分析，并分別計(jì)算出4個(gè)過(guò)程的能耗及其對(duì)環(huán)境的影響。三是各類生物質(zhì)原料及其產(chǎn)品的生命周期評(píng)價(jià)，具體包括用于沼氣生產(chǎn)的畜禽糞便，用于生物質(zhì)發(fā)電、沼氣生產(chǎn)、致密成型燃料生產(chǎn)的秸稈，用于生物柴油生產(chǎn)的大豆、油菜子、光皮樹、麻風(fēng)樹、廢棄食用油 (地溝油)，用于燃料乙醇生產(chǎn)的玉米、小麥、木薯、甜高粱，等等。例如，胡志遠(yuǎn)［49］等對(duì)大豆、油菜子、光皮樹和麻風(fēng)樹4種原料制備生物柴油進(jìn)行了生命周期能源消耗和排放評(píng)價(jià)。但現(xiàn)有研究，對(duì)林木廢棄物尤其是園藝業(yè)廢棄物，以及農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物及其產(chǎn)品的生命周期評(píng)價(jià)較少。四是各類生物質(zhì)能源生產(chǎn)工藝及其產(chǎn)品的生命周期評(píng)價(jià)比較分析。Ou［50］等對(duì)玉米乙醇、木薯乙醇、甜高粱乙醇、大豆生物柴油、麻風(fēng)樹生物柴油、廢棄食用油制備生物柴油等6種生物液體燃料，由原料種植、燃料生產(chǎn)、運(yùn)輸和分配，直到汽車燃用，進(jìn)行全生命周期內(nèi)的能耗和溫室氣體減排定量計(jì)算和比較分析。董丹丹［51］等進(jìn)行了新、舊工藝的木薯乙醇生命周期能耗評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，利用新工藝可使系統(tǒng)的能源效率提高42.8%。張艷麗［52］對(duì)4家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的全生命周期能源消耗、環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，結(jié)論是:甜高粱和木薯等非糧乙醇可行，優(yōu)于玉米乙醇。趙紅穎和劉俊偉等利用生命周期評(píng)價(jià)模型，分別對(duì)生物質(zhì) (秸稈)直燃發(fā)電與燃煤發(fā)電進(jìn)行了比較分析。趙紅穎［53］的研究表明，生物質(zhì)發(fā)電的環(huán)境負(fù)荷指數(shù)比火力發(fā)電減少了98%。劉俊偉［54］等對(duì)秸稈直燃發(fā)電與燃煤發(fā)電進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)，表明，秸稈直燃發(fā)電氮氧化物的排放量有所增加，但減少了溫室氣體及硫氧化物的排放;并明確指出，秸稈預(yù)處理是能量消耗的主要階段。五是生物質(zhì)能源生命周期評(píng)價(jià)的目標(biāo)研究，主要包括系統(tǒng)能耗和環(huán)境影響 (溫室氣體、有害氣體、固體和液體廢棄物等有害物質(zhì)排放)兩個(gè)方面。就現(xiàn)有的生物質(zhì)能源生命周期評(píng)價(jià)研究而言，大多涉及這兩個(gè)方面的內(nèi)容，也有不少文獻(xiàn)涉及復(fù)合生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益或單一經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)。例如，霍麗麗［55］等對(duì)北京地區(qū)玉米秸稈固體成型燃料進(jìn)行全生命周期分析，結(jié)果表明，生物質(zhì)固體成型燃料的凈能量平均為13 243.5MJ/t，能量產(chǎn)出投入比高達(dá)10.8，CO2當(dāng)量排放量為11.13g/MJ，節(jié)能減排效果十分明顯。

沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)一直是生命周期評(píng)價(jià)研究的重點(diǎn)，且取得不少有價(jià)值的研究成果。該方面的研究可分為農(nóng)村戶用沼氣研究和規(guī)?；託夤こ萄芯?。就農(nóng)村戶用沼氣而言，生命周期評(píng)價(jià)研究主要集中在沼氣池的建設(shè)、運(yùn)行、減排效果等方面。例如，陳豫［56］等分別采用生命周期評(píng)價(jià)法和生命周期成本法，對(duì)中國(guó)農(nóng)村8m3戶用沼氣池全生命周期的環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，明確指出，沼肥利用不充分和沼氣池建設(shè)材料選擇不當(dāng)，是影響戶用沼氣池減排效果和經(jīng)濟(jì)效益的主要因素。另外，我國(guó)現(xiàn)行的三大戶用沼氣發(fā)展模式，在其生命周期評(píng)價(jià)方面，南方“豬—沼—果”和北方“四位一體”都有較多的案例分析，而對(duì)西北“五配套”模式的研究相對(duì)較弱。在規(guī)模化沼氣工程研究方面，先期的生命周期評(píng)價(jià)主要應(yīng)用于單項(xiàng)工程的環(huán)境影響分析，而現(xiàn)階段越來(lái)越多的學(xué)者，針對(duì)規(guī)?；託夤こ蹋_展了不同原料、不同工藝和不同生態(tài)模式的生命周期評(píng)價(jià)研究。例如，張艷麗［57］等對(duì)國(guó)內(nèi)7個(gè)典型養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程進(jìn)行全生命周期過(guò)程的能源消耗、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)，經(jīng)比較得出4種效益較好、宜在全國(guó)推廣的沼氣工程模式。

3 生命周期能值分析法與生物質(zhì)能源研究

生命周期能值分析法即生命周期評(píng)價(jià)法與能值分析法相結(jié)合的方法。生命周期能值分析法有別于傳統(tǒng)能值分析方法，它是以產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程為研究對(duì)象，以能值為量綱，把任何資源、產(chǎn)品或勞務(wù)的價(jià)值用其在形成過(guò)程中所需直接和間接消耗的太陽(yáng)能之量來(lái)衡量;實(shí)現(xiàn)了以同一的度量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)宏觀評(píng)價(jià)自然環(huán)境生產(chǎn)與人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)所關(guān)注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能與效益的定量分析［58］。Sergio Ulgiati［59］等指出全生命周期評(píng)價(jià)和能值分析的結(jié)合 (簡(jiǎn)稱能值生命周期評(píng)價(jià))為輸入和輸出系統(tǒng)的各種物流以及系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)荷提供了信息，為實(shí)現(xiàn)零排放提供了決策依據(jù)。

生命周期能值分析法雖然在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)尤其是農(nóng)業(yè)復(fù)合生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)得到不少應(yīng)用，但就生物質(zhì)能源研究而言，無(wú)論是在國(guó)外還是在國(guó)內(nèi)，該方法的應(yīng)用研究尚處于起步階段，有待于多方面的深入研究。

3.1 國(guó)外生物質(zhì)能源的生命周期能值分析

在方法研究方面，Antonino［60］等設(shè)計(jì)了基于生命周期清單的SCALE軟件 (Software for CALculating Emergy based on life cycle inventories)，首次實(shí)現(xiàn)了能值評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)化的生命周期清單數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合，用軟件工具用來(lái)精確計(jì)算產(chǎn)品能值，并用兩個(gè)案例論證了該軟件的特點(diǎn)。在生物質(zhì)能源研究領(lǐng)域，國(guó)外已有報(bào)道將生命周期能值分析法應(yīng)用于燃料乙醇、生物柴油、生物質(zhì)發(fā)電等方面的研究。例如，F(xiàn)rancesco［61］等通過(guò)對(duì)生物質(zhì)能源系統(tǒng)生命周期的能源消耗和溫室氣體分析，指出相同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)結(jié)果存在較大差異，主要影響因素包括原料預(yù)處理方式、能源轉(zhuǎn)換技術(shù)、終端使用技術(shù)、系統(tǒng)邊界等。

3.2 國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能源的生命周期能值分析

國(guó)內(nèi)有關(guān)生物質(zhì)能源的生命周期能值分析，以張軍［58］等的研究較具代表性。該學(xué)者在生命周期理論框架下，引入能值分析方法，對(duì)燃料乙醇系統(tǒng)的3個(gè)階段進(jìn)行了能耗分析，并把燃料乙醇生命周期過(guò)程中的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然3個(gè)系統(tǒng)有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)，定量分析自然和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的真實(shí)價(jià)值。該研究結(jié)果表明:木薯燃料乙醇生命周期能值轉(zhuǎn)換率為1.10E+06seJ/J，能值產(chǎn)出率為1.03，環(huán)境負(fù)載率為40.9，能值投資率為32.6。

總體而言，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能源的生命周期能值分析，從理論研究、方法研究，再到應(yīng)用研究，都還十分薄弱。就案例研究所涉及的生物質(zhì)能源類別，包括原料類別和產(chǎn)品類別等，都有待豐富，且系統(tǒng)性研究更有待提高。以沼氣工程為例，林妮娜［62-63?等利用能值方法，對(duì)山東省淄博市大中型秸稈沼氣工程和養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程的能值投入和產(chǎn)出進(jìn)行了計(jì)算和分析，認(rèn)為兩種沼氣工程均具有很高的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，且在生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和可持續(xù)發(fā)展能力方面，養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程要優(yōu)于秸稈沼氣工程。但作者在秸稈沼氣工程的能值分析中，未考慮秸稈原料收集和運(yùn)輸階段的能值投入，生命周期不夠完整。

4 結(jié)論與討論

綜上所述，目前在國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生物質(zhì)能源研究方面，單一的能值分析和生命周期評(píng)價(jià)都取得大量的研究成果，包括理論研究、方法研究和應(yīng)用研究，尤其是在模型構(gòu)建方面已經(jīng)取得可喜的研究突破。在生物質(zhì)能源類別及其產(chǎn)品類別研究方面，除了個(gè)別的原料類別如園藝業(yè)廢棄物和部分農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物，以及個(gè)別產(chǎn)品類別如炭氣油聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品之外，都有所涉及。尤其是在生物質(zhì)能源目標(biāo)研究方面，已經(jīng)取得不少可喜研究成果，對(duì)生物質(zhì)能源生產(chǎn)實(shí)踐起到有益的指導(dǎo)作用。

為進(jìn)一步完善生物質(zhì)能源能值分析及其生命周期評(píng)價(jià)，建議今后應(yīng)加強(qiáng)如下方面的研究:在理論方法研究方面，一要開展能值分析與生命周期評(píng)價(jià)相結(jié)合的生物質(zhì)能源研究，即生物質(zhì)能源生命周期能值分析法研究，并將這種綜合的分析方法應(yīng)用到各個(gè)生物質(zhì)能源類別;二要構(gòu)建單一生物質(zhì)能源的能值分析通用模型和生命周期評(píng)價(jià)通用模型，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建多能源的通用模型和生命周期能值分析綜合模型，使生物質(zhì)能源的生命周期能值分析在方法研究上達(dá)到一個(gè)新水平;三要完善清單分析法，在系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，制定單一生物質(zhì)能源的清單分析規(guī)范和多種生物質(zhì)能源可類比的清單分析規(guī)范。在應(yīng)用研究方面，一要更多加強(qiáng)類比分析，包括各種生物質(zhì)能源之間和生物質(zhì)能源與化石能源之間的比較分析;二要加強(qiáng)生物質(zhì)能源新技術(shù)的生命周期能值分析和評(píng)價(jià)，從中發(fā)現(xiàn)薄弱 (高能耗、高成本)環(huán)節(jié)，為生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有益借鑒。

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