能源投入回報(bào)(EROI)研究進(jìn)展探析

徐　博，馮連勇，胡　燕，William Wei

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)工商管理學(xué)院，北京 102249；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 100083；3.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；4.加拿大麥科文大學(xué)，加拿大 埃德蒙頓 ABT5J2P2)

經(jīng)濟(jì)研究

能源投入回報(bào)(EROI)研究進(jìn)展探析

徐博1，2，馮連勇1，胡燕3，William Wei4

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)工商管理學(xué)院，北京 102249；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 100083；3.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；4.加拿大麥科文大學(xué)，加拿大 埃德蒙頓 ABT5J2P2)

摘要：能源投入回報(bào)(Energy Return on Investment，EROI)在1984年正式提出后，受全球能源生產(chǎn)放緩、油價(jià)劇烈波動(dòng)等因素影響，受到越來(lái)越多的關(guān)注。國(guó)外學(xué)者進(jìn)行了深入研究包括測(cè)算常規(guī)化石能源、非常規(guī)化石能源以及可再生能源等的EROI值，但國(guó)內(nèi)相關(guān)研究甚少，因此，本文主要目的是通過(guò)系統(tǒng)分析EROI研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)為國(guó)內(nèi)學(xué)者研究提供參考。本文總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外已測(cè)算出的常規(guī)油氣、頁(yè)巖氣、生物能等的EROI值，發(fā)現(xiàn)化石能源EROI呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，新能源的EROI值較常規(guī)化石能源明顯偏低。未來(lái)需要進(jìn)一步研究的領(lǐng)域主要包括：非常規(guī)能源和新能源EROI值的測(cè)算；EROI與傳統(tǒng)能源評(píng)價(jià)方法的結(jié)合；考慮環(huán)境破壞所產(chǎn)生能源成本下EROI的計(jì)算；考慮技術(shù)進(jìn)步等因素下能源消耗的預(yù)測(cè)；研究EROI與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活水平等方面關(guān)系。

關(guān)鍵詞：能源回報(bào)；化石能源；新能源

1能源回報(bào)(EROI)的研究歷程及其內(nèi)涵

1.1EROI起源

從熱力學(xué)角度來(lái)看，任何生產(chǎn)過(guò)程在釋放能量時(shí)也要消耗能量，因此能源的可持續(xù)供應(yīng)能力應(yīng)是用能源制造能源后剩余的凈能源(net energy)，而不是以往所認(rèn)為的能源產(chǎn)量而已。EROI方法在凈能源分析方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。1973年，Odum[1]提出對(duì)于整個(gè)物種來(lái)講具有真正價(jià)值的是凈能源。1981年，Hall[2]在Science雜志上發(fā)表文章，進(jìn)一步闡述了凈能源思想，還提出了單位“努力”的石油產(chǎn)量這一指標(biāo)，隱含地表達(dá)出EROI的涵義。1984年，Cleveland C.J.等人正式提出EROI的概念，并于同年在Science雜志對(duì)EROI提出了更為系統(tǒng)的探討[3]，即EROI是指為了經(jīng)濟(jì)直接或間接需要的能源而進(jìn)行開(kāi)采的燃料總量與以可用形式傳遞到社會(huì)的燃料總量的比值。繼Cleveland C.J.等人將EROI應(yīng)用到美國(guó)石油領(lǐng)域的研究中之后，目前EROI研究對(duì)象多集中于對(duì)美國(guó)和歐洲，范圍涉及常規(guī)化石能源、非常規(guī)能源和可再生能源等等，形成了龐大的研究體系，而國(guó)內(nèi)對(duì)于EROI的研究卻寥寥無(wú)幾[4-5]。

1.2EROI方法的現(xiàn)實(shí)意義

EROI作為一種新的能源生產(chǎn)評(píng)價(jià)方法，是在能源資源限制性作用凸顯的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。在能源資源充裕時(shí)代，經(jīng)濟(jì)發(fā)展理論以貨幣為衡量單位，追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化。但是進(jìn)入能源資源短缺時(shí)代，經(jīng)濟(jì)發(fā)展應(yīng)當(dāng)首先考慮能源資源這一基礎(chǔ)要素，即自然界到底能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供多少能源。幾乎所有產(chǎn)品的生產(chǎn)均與能源有關(guān)，其中就包括能源本身的生產(chǎn)(如能源勘探、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)?同樣需要能源投入，即能源是產(chǎn)出，也是投入。隨著能源資源的減少和能源開(kāi)采難度的增加，能源生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗也逐漸增加。然而，以往的單純從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，追求利潤(rùn)最大化、正現(xiàn)金流量等評(píng)價(jià)方法忽略了資源約束。而這種忽略能源消耗而單純追求能源產(chǎn)量升高的評(píng)價(jià)方法是片面的，應(yīng)該考察能源生產(chǎn)對(duì)能源的利用情況。在現(xiàn)在能源資源短缺的背景下，需要建立合理的能源生產(chǎn)評(píng)價(jià)新方法，重點(diǎn)分析能源資源的基礎(chǔ)性約束作用，進(jìn)而合理考慮經(jīng)濟(jì)效益。

1.3EROI計(jì)算框架

最初，EROI方法采用熱當(dāng)量法，即將能源生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)出與投入轉(zhuǎn)化為熱當(dāng)量值(式(1))。

(1)

另外，EROI方法需要確定兩個(gè)重要的維度：一是生產(chǎn)的邊界是什么，這就確定了的產(chǎn)出項(xiàng)包括什么，這里稱其“產(chǎn)出邊界”；二是投入包括什么，這里稱其“投入層級(jí)”。一般地，EROI研究者遵循Murphy等[6]建立的EROI兩維計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)出邊界包含整個(gè)能源的生產(chǎn)階段(化石能源的開(kāi)采階段，新能源的產(chǎn)生階段)，而不包含能源的運(yùn)輸與終端使用階段。投入邊界包含生產(chǎn)階段的直接和間接的能源與原材料投入數(shù)據(jù)。此邊界下計(jì)算的EROI稱為“標(biāo)準(zhǔn)EROI”，其值具有可比性，較高的EROI意味著相同的投入可以獲得更多能源產(chǎn)量或者在產(chǎn)量相同的情況下消耗更少的能源。

2能源回報(bào)(EROI)的研究進(jìn)展分析

2.1化石能源EROI值

化石能源是目前利用最為廣泛的能源，外國(guó)學(xué)者對(duì)于其EROI的研究由來(lái)已久，研究的時(shí)間跨度長(zhǎng)、樣本選取多、地區(qū)跨度廣，本文根據(jù)目前搜集的資料，將化石能源的EROI的主要研究成果匯總?cè)绫?、圖1、圖2所示。

通過(guò)以表1、圖2、圖2，首先從時(shí)間上來(lái)看，可以發(fā)現(xiàn)石油、天然氣、煤炭的EROI都呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)。美國(guó)石油天然氣生產(chǎn)EROI值在20世紀(jì)30年代時(shí)在100左右，在20世紀(jì)70年代時(shí)為30，到21世紀(jì)只有大約11～18之間，世界油氣生產(chǎn)EROI平均值由20世紀(jì)90年代的35降到如今的18左右。加拿大西部和大慶油田油氣EROI近十幾年維持在5～10之間，且有緩慢下降的趨勢(shì)。美國(guó)煤炭EROI在20世紀(jì)70年代降至30，如今只有5～11。從地區(qū)的角度來(lái)看，美國(guó)、加拿大以及全球大型油田EROI都接近于18的世界平均水平，中國(guó)的大慶油田EROI較低，說(shuō)明其已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)的瓶頸期，產(chǎn)量的維持伴隨著巨大的能源投入。而俄羅斯、挪威油氣EROI相對(duì)較高，說(shuō)明其仍處于產(chǎn)量上升期，資源前景良好。

圖1　全球化石能源EROI統(tǒng)計(jì)結(jié)果分布圖

圖2　世界主要地區(qū)油氣EROI統(tǒng)計(jì)結(jié)果分布圖

化石能源類(lèi)型研究取資料時(shí)間研究地區(qū)EROI石油天然氣1970年[7]美國(guó)302004年[7]美國(guó)202000年[8]美國(guó)11～181992年;1999年;2006年[9]全球大型油田26;35;1820世紀(jì)90年代;21世紀(jì)前5年全球大型油田35;2020世紀(jì)初到70年代平均[10]全球大型油田2520世紀(jì)90年代;2006[11]世界平均35;182001～2009年[12]中國(guó)大慶油田10;9.6;9.1;8.8;7.8;6.9;6.5;6.8;6.4;1993～2009年[13]加拿大西部8.7;9.3;9.7;10.1;10.2;10.3;10.3;10.4;10.3;10.1;9.8;9.9;9.8;9.9;9.7;9.4;8.82010～2012年[14]俄羅斯32;33;301930年;1970年;2009年[15]美國(guó)100;40;14石油20世紀(jì)90年代初;2005年前[16]挪威44～59;402010～2012年[14]俄羅斯21.6～38.51993～2009年加拿大西部38;29;35;37;33;30;32;26;22;25;20;18;15;14;17;17;20天然氣1970年;1981年[3]美國(guó)100;122010～2012年[17]俄羅斯60～12920世紀(jì)60年代;1977年美國(guó)80;30煤炭2008年[16]世界平均5～111995～2010年[18]中國(guó)34.3;35.2;35.4;29.3;32.4;33.2;34.2;34.5;34.8;28.5;28.4;29.6;28.0;27.1;26.8;26.9

通過(guò)對(duì)化石能源EROI趨勢(shì)的進(jìn)一步研究，揭示了技術(shù)進(jìn)步與化石能源耗竭之間的抗衡作用。Dale等[19]發(fā)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步存在“頂板”，在化石能源產(chǎn)量達(dá)到峰值之前，技術(shù)進(jìn)步能夠使產(chǎn)量增加，EROI也隨之上升，但是當(dāng)技術(shù)進(jìn)步逼近“頂板”，資源耗竭程度愈加明顯時(shí)，產(chǎn)量將不能再上升，EROI也會(huì)下降。EROI在時(shí)間序列上也出現(xiàn)峰值，例如，Bryan等[20]發(fā)現(xiàn)美國(guó)天然氣生產(chǎn)的EROI出現(xiàn)了兩次峰值，其中一次與Hubbert預(yù)測(cè)的天然氣峰值發(fā)生在同一時(shí)間；Leena等[21]發(fā)現(xiàn)挪威石油生產(chǎn)的EROI峰值出現(xiàn)在1996年。關(guān)于化石能源峰值和EROI的具體關(guān)系，研究者有以下發(fā)現(xiàn)：EROI峰值及其產(chǎn)量峰值具有依賴性；EROI的下降能夠解釋石油產(chǎn)量的下降[22]；EROI與化石能源價(jià)格成反比例關(guān)系，與化石能源資源的耗竭程度成反比例關(guān)系[23]；EROI將直接影響能源部門(mén)和工業(yè)部門(mén)的資本存量，EROI將隨能源產(chǎn)量的提高呈“倒U型”，其中技術(shù)對(duì)能源回報(bào)有提升作用、資源耗竭量對(duì)能源回報(bào)有下拉作用[24]。

2.2可再生能源與非常規(guī)能源EROI值

目前，關(guān)于可再生能源和非常規(guī)能源的EROI值還無(wú)系統(tǒng)全面的統(tǒng)計(jì)，大部分只是在石油天然氣研究文獻(xiàn)中涉及了這些能源的數(shù)值大小。但是，針對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物燃料各自均有一定的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了對(duì)比，本文也將其列出。

2.2.1太陽(yáng)能

太陽(yáng)能利用主要分為兩類(lèi)，即太陽(yáng)能熱利用和太陽(yáng)能光伏發(fā)電(PV)，其中以太陽(yáng)能光伏發(fā)電為主要研究(表2、圖3)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板、控制器和逆變器組成基本原件組成，不同組件的PV有些處于基礎(chǔ)研究階段，有些已經(jīng)應(yīng)用到商業(yè)化階段，通過(guò)表2可以看出，太陽(yáng)能EROI值的大小主要取決于這些關(guān)鍵組件的成本。對(duì)主要的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)下EROI取平均值進(jìn)行歸納，如圖3所示。目前看來(lái)，聚光太陽(yáng)能發(fā)電(CSP)EROI處于30左右，應(yīng)用潛力較大，其他材料電池的PV總體看來(lái)EROI值相近，都顯著低于化石能源。日后能提高EROI的新組件仍有待開(kāi)發(fā)，以獲得更多的凈能源，才能替代化石能源維持經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)功能必須的能源量。

表2太陽(yáng)能EROI匯總表[25]

圖3　不同技術(shù)、材料下的太陽(yáng)能EROI統(tǒng)計(jì)結(jié)果分布圖

2.2.2風(fēng)能

風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)增速機(jī)的速度提升來(lái)促進(jìn)發(fā)電機(jī)發(fā)電。外國(guó)學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在不同國(guó)家、不同電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)風(fēng)能的EROI進(jìn)行采樣式的計(jì)算，得出樣本的EROI值或范圍，由表3、圖4可以看出，加拿大、美國(guó)、丹麥的風(fēng)能EROI值比其他國(guó)家高，這和他們的自然環(huán)境、技術(shù)有密切關(guān)系。近兩年，我國(guó)風(fēng)電建設(shè)突飛猛進(jìn)，表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)，已經(jīng)出現(xiàn)了一批大規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)，但遺憾的是對(duì)于我國(guó)風(fēng)能的EROI研究仍是空白。未來(lái)需要計(jì)算得出我國(guó)風(fēng)能EROI在世界上處于的水平，為發(fā)展風(fēng)能提供EROI參考，同時(shí)吸取加拿大、美國(guó)、丹麥風(fēng)能的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。

表3　風(fēng)能EROI匯總表

表4匯總了生物能源植物的種植到生物燃料制造的整個(gè)過(guò)程EROI研究結(jié)果，由于采取的生產(chǎn)技術(shù)不同，同種生物燃料EROI值有一定差別，圖5反映了不同生物燃料平均值的對(duì)比情況。由圖可知，甘蔗制生物乙醇的EROI高于玉米、大米等其他材料制乙醇，大約為8～10，但是中國(guó)四省的甘蔗制生物乙醇EROI卻較低。大米秸稈轉(zhuǎn)化的生物燃料和藻類(lèi)生物燃料EROI大約是6，高于其它生物柴油。但是從整體上看，生物燃料的EROI值普遍較低，離替代化石能源還有很長(zhǎng)的路。

2.2.3生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是通過(guò)物理、化學(xué)、生物轉(zhuǎn)換對(duì)生物質(zhì)加以利用的能源，其中轉(zhuǎn)換方法包括物理轉(zhuǎn)換方法、化學(xué)轉(zhuǎn)換方法兩種。EROI的研究思想最早體現(xiàn)在生物質(zhì)能源的研究上面，用以衡量不同的生物質(zhì)能帶來(lái)的凈能源的多少。

2.2.4非常規(guī)能源和其他可再生能源

非常規(guī)油氣資源一般包括致密和超致密砂巖油氣、頁(yè)巖油氣、超重(稠)油、瀝青砂巖、煤層氣、水溶氣、天然氣水合物等。由于非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，已掌握的地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)理論和常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)不能完全適用于非常規(guī)油氣資源，目前雖然非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)量非常巨大，但它的開(kāi)發(fā)仍處于起始階段。2005年以后，對(duì)于非常規(guī)資源以及核能、潮汐能的EROI研究才有所開(kāi)展，本文列出了最新的研究成果，如表5和圖6所示。由圖表看以看出，水電和致密氣EROI較高，如今在有些國(guó)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)的油頁(yè)巖、油砂的EROI相對(duì)較低。但是就目前研究來(lái)看，研究時(shí)間短、數(shù)據(jù)量偏少、邊界不統(tǒng)一，還需要長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)一步的研究。

圖4　風(fēng)能EROI統(tǒng)計(jì)結(jié)果分布圖

生物燃料種類(lèi)研究取資料時(shí)間研究地區(qū)EROI油菜籽制生物柴油2000[43]英國(guó)1.82002法國(guó)中北部4.7;3.0;3.3;2.82006世界平均2.52008新西蘭1.852009[44]中國(guó)河北、安徽、江蘇、湖南、四川1.26;1.32;1.30;1.65;1.39玉米制生物乙醇2008[45]世界平均0.822009中國(guó)吉林、山東、河南、遼寧、黑龍江、河北、內(nèi)蒙古、山西、四川4.8;3.2;3.2;3.7;3.7;2.3;2.7;2.3;2.3甘蔗制生物乙醇2009中國(guó)廣西、廣東、云南、海南3.1;3.1;3.5;2.92014[46]巴西9.7大米秸稈轉(zhuǎn)化為生物燃料2011[47]臺(tái)灣4.1-8.9甜菜制生物乙醇2009中國(guó)新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江3.6;3.8;2.6大豆制生物柴油2009中國(guó)黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、安徽1.0;1.8;1.6;1.3麻瘋果制生物柴油2013[48]中國(guó)四川南充12014[49]印度南部1.2～10.7木薯制生物乙醇2009世界平均0.8糖漿制乙醇2009世界平均1.1;0.9柳枝稷轉(zhuǎn)化為乙醇2011[50]美國(guó)2.62藻類(lèi)生物燃料2012[51]美國(guó)1.5～102014[52]加拿大1.72014[53]美國(guó)0.15～0.4,2014[54]美國(guó)14～20.5

圖5　生物質(zhì)能EROI統(tǒng)計(jì)結(jié)果分布圖

能源種類(lèi)研究取資料時(shí)間研究地區(qū)EROI油頁(yè)巖2005[7]美國(guó)12005[55]美國(guó)6～72007[56]美國(guó)3煤液化2005[7]美國(guó)1左右2014[57]中國(guó)神華煤制油0.7～4.4油砂2006[58]美國(guó)42008[59]加拿大52009[60]加拿大平均9,不同地區(qū)3.3～56不等核能2009[61]美國(guó)5～152010美國(guó)47～59(離心濃縮技術(shù)核能);10～20(擴(kuò)散富集技術(shù)核能)2013[62]美國(guó)75潮汐能2008[63]英國(guó)15水電2008全球11.2～2672013[62]新西蘭35～502014[64]冰島110可燃冰2011[65]可發(fā)電30kw的可燃冰(100米深的儲(chǔ)集層)3.7-5.4致密氣20世紀(jì)60到80代[66]美國(guó)賓夕法尼亞州平均87,最高120頁(yè)巖氣2013[67]64～1122013[68]美國(guó)馬塞勒斯8～122014[69]4～13

2.3EROI在其他研究領(lǐng)域的應(yīng)用

近些年，EROI方法已經(jīng)不止應(yīng)用于研究能源的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程，而已擴(kuò)展到人類(lèi)生產(chǎn)生活的許多領(lǐng)域[70]，表6列出了幾例EROI在其他領(lǐng)域的典型應(yīng)用。這表明EROI作為一種新的能源評(píng)價(jià)方法為更多研究者所認(rèn)同。這種用能量將自然生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相聯(lián)系，剖析生產(chǎn)生活中能量產(chǎn)出與消耗的方法，具有非常廣闊的研究與應(yīng)用前景。

圖6　非常規(guī)能源和其它可再生能源EROI統(tǒng)計(jì)結(jié)果分布圖

研究取資料時(shí)間國(guó)家研究時(shí)間/對(duì)象/類(lèi)型EROI2008[71]瑞典污水處理系統(tǒng)0.4柳樹(shù)種植業(yè)系統(tǒng)13.1熱電廠發(fā)電供熱9.415.02006[72]意大利循環(huán)農(nóng)業(yè)5.32012[73]巴西熱尾窯制木炭15密封箱窯制木炭18～382013[74]意大利制木材51.9制木材芯片28.12013[75]西班牙3種魚(yú)干生產(chǎn)6/5.9/3.91999～2009[76]巴基斯坦小麥生產(chǎn)3左右大米生產(chǎn)呈倒U型,1999年和2009年較高為5左右2014[77]智利沼氣系統(tǒng)0.4～2.95

3能源回報(bào)(EROI)的未來(lái)研究方向

有關(guān)能源回報(bào)(EROI)的研究在我國(guó)尚屬新領(lǐng)域，作為國(guó)內(nèi)研究的起步階段，本文只是對(duì)其中的部分問(wèn)題進(jìn)行了探討，其深度和廣度還有待進(jìn)一步拓展。未來(lái)值得進(jìn)一步研究的領(lǐng)域主要包括以下幾方面。

1)關(guān)注非常規(guī)油氣資源和新能源EROI值的測(cè)算，將EROI評(píng)價(jià)方法作為判斷這些能源生產(chǎn)價(jià)值大小的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。通過(guò)回顧現(xiàn)有研究，可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源和頁(yè)巖氣等非常規(guī)資源相對(duì)于常規(guī)能源來(lái)說(shuō)EROI值較低。為保障能源供應(yīng)安全，非常規(guī)油氣資源和新能源未來(lái)將是常規(guī)油氣的重要替代，尤其是非常規(guī)油氣資源將作為未來(lái)數(shù)十年內(nèi)影響世界格局的重要戰(zhàn)略資源。由于其資源賦存與常規(guī)油氣有著較大差異，導(dǎo)致其勘探、開(kāi)發(fā)、加工等環(huán)節(jié)對(duì)相關(guān)技術(shù)、設(shè)備及投入的要求和產(chǎn)出與常規(guī)油氣不盡相同，在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)境約束下如何有效合理開(kāi)發(fā)是關(guān)鍵。我國(guó)目前正大力研究或已經(jīng)開(kāi)發(fā)非常規(guī)資源(如頁(yè)巖氣)和新能源，計(jì)算出我國(guó)的非常規(guī)資源和新能源的EROI可以為評(píng)價(jià)其開(kāi)發(fā)潛力大小提供新標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)能源生產(chǎn)的EROI測(cè)算剛剛起步，且主要集中于常規(guī)能源生產(chǎn)領(lǐng)域，非常規(guī)能源和新能源研究甚少。在新能源方面，目前僅研究了一些省份生物乙醇的EROI值，例如胡燕計(jì)算了四川南充生物柴油項(xiàng)目的EROI，而關(guān)于中國(guó)的非常規(guī)資源EROI的研究尚未出現(xiàn)，這都應(yīng)成為國(guó)內(nèi)EROI研究者的研究方向。

2)EROI與傳統(tǒng)能源評(píng)價(jià)方法的結(jié)合。EROI評(píng)價(jià)方法將重心集中于能源資源的物理意義，但不可否認(rèn)，能源生產(chǎn)評(píng)價(jià)不僅涉及其物理意義，也與經(jīng)濟(jì)效益、投資政策、技術(shù)進(jìn)步等要素緊密相連。因此，需要將EROI方法與傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，全面分析其生產(chǎn)的價(jià)值性，建立綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)則(如表7所示)。

表7　能源生產(chǎn)價(jià)值評(píng)價(jià)準(zhǔn)則表

使用EROI評(píng)價(jià)方法需要確定EROI基準(zhǔn)值。由于能源開(kāi)采以后還要經(jīng)過(guò)加工、運(yùn)輸、終端使用等一系列過(guò)程，所以能源生產(chǎn)EROI基準(zhǔn)值必須大于1才能有凈能源供社會(huì)使用。而以凈能源供應(yīng)為零(終端消費(fèi)EROI=1)計(jì)算出的能源開(kāi)采EROI值，就是能源開(kāi)采最小需要達(dá)到的水平，這就是“最小EROI準(zhǔn)則”。據(jù)此，Hall[78]以終端使用EROI值1為目標(biāo)，簡(jiǎn)單計(jì)算了不同產(chǎn)出邊界的EROI基準(zhǔn)值，認(rèn)為能源開(kāi)采的EROI值至少要達(dá)到3。未來(lái)的研究者應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的研究目標(biāo)計(jì)算出特定的EROI基準(zhǔn)值。針對(duì)EROI評(píng)價(jià)方法與傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法出現(xiàn)相悖的情況，即出現(xiàn)“能源盈余”與“經(jīng)濟(jì)盈余”矛盾的情況，則需要進(jìn)一步的深入研究。

3)考慮環(huán)境破壞所帶來(lái)的能源成本下EROI的計(jì)算。隨著環(huán)境問(wèn)題的加劇和環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，能源開(kāi)發(fā)過(guò)程中帶來(lái)的環(huán)境污染日益受到關(guān)注，在實(shí)踐操作中，如在油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了防止或減少碳排放、水污染、土地污染等問(wèn)題，需要額外采取相關(guān)技術(shù)或措施，然而這所伴隨的能源投入的額外增加會(huì)影響EROI計(jì)算結(jié)果[79]。當(dāng)前，越來(lái)越多的國(guó)家積極采取措施解決能源生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題，如加拿大出臺(tái)政策，要求開(kāi)采油砂的企業(yè)采用碳捕捉技術(shù)、投資碳減排或購(gòu)買(mǎi)碳積分。美國(guó)也為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的甲烷減排制定了強(qiáng)制或半強(qiáng)制的法規(guī)。這些都將對(duì)油氣開(kāi)采中的能源消耗產(chǎn)生巨大的影響。目前世界范圍的研究成果尚集中于“標(biāo)準(zhǔn)EROI”計(jì)算，未加入應(yīng)對(duì)環(huán)境破壞所產(chǎn)生的能源成本，如此計(jì)算的EROI可能高估了實(shí)際值。由此可見(jiàn)，考慮環(huán)境問(wèn)題后能源回報(bào)問(wèn)題更能反映生產(chǎn)實(shí)踐，這方面亟需引起重視，有待進(jìn)一步完善研究。

4)考慮能源生產(chǎn)過(guò)程中技術(shù)進(jìn)步等因素下能源消耗的預(yù)測(cè)。EROI值與能源生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗量成反比，技術(shù)進(jìn)步將減少能源生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗量，對(duì)能源回報(bào)有提升作用[80]。影響技術(shù)因素的變量有兩個(gè)：一是用于提取能量的設(shè)備本身蘊(yùn)含著多少能量，在能源開(kāi)采的起始階段必須要投入一定的能量，例如一個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的建立必定需要投入能量。二是設(shè)備從自然環(huán)境中提取能量的效率。這兩個(gè)變量都嚴(yán)格服從物理限制。目前EROI預(yù)測(cè)主要采用趨勢(shì)外推等方法簡(jiǎn)單進(jìn)行預(yù)測(cè)，較少考慮技術(shù)進(jìn)步對(duì)于能源利用效率提高的影響。未來(lái)進(jìn)行EROI趨勢(shì)預(yù)測(cè)，既要考慮技術(shù)帶來(lái)的生產(chǎn)效率的提高，又要看到技術(shù)進(jìn)步存在的極限，需要計(jì)算生產(chǎn)的不同階段中技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的能量節(jié)約量，從而對(duì)能源生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗進(jìn)行更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)進(jìn)而更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)EROI的變化趨勢(shì)。

5)研究EROI與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活水平等方面關(guān)系。目前絕大部分EROI研究集中于EROI值的計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，近年來(lái)已有學(xué)者開(kāi)始擴(kuò)展EROI的研究范圍，探索EROI與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人的生活質(zhì)量等方面的關(guān)系，進(jìn)一步挖掘其隱含在經(jīng)濟(jì)生活的重要作用。例如，Heun和 Wit (2012)研究了EROI與油價(jià)變動(dòng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)EROI低于10時(shí)，油價(jià)出現(xiàn)高位非線性波動(dòng)[80]。馮連勇等(2014)研究了中國(guó)化石能源回報(bào)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)影響，發(fā)現(xiàn)兩者具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的均衡關(guān)系，能源要素的投入能夠增加經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)出，GDP增長(zhǎng)帶動(dòng)能源消費(fèi)的趨勢(shì)不明顯[81]。Lambert等(2014)分析了EROI與人的生活質(zhì)量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)人的生活水平與EROI的高低有顯著相關(guān)性，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)一個(gè)飽和點(diǎn)(EROI=20)，EROI在此點(diǎn)上繼續(xù)提高，生活水平不會(huì)出現(xiàn)顯著的改善[70]。然而以上研究只是做出了初步探索，在計(jì)算方法、邊界界定等方面還需要進(jìn)一步完善。未來(lái)需要加大對(duì)于EROI與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活水平等方面關(guān)系的研究，充分發(fā)揮EROI應(yīng)有的指導(dǎo)價(jià)值。

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Analysis of the development of energy return on investment (EROI) research

XU Bo1，2，F(xiàn)ENG Lian-yong1，HU Yan3，William Wei4

(1.School of Business Administration，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.China National Oil and Gas Exploration and Development Corporation，Beijing 100034，China；3.Sinopec Group Exploration and Production Research Institute，Beijing 100083，China；4.Mac Ewan School of Business，Grant MacEwan University，Edmonton，AB T5J 2P2，Canada)

Abstract:Energy Return on Investment (EROI)，formally proposed in 1984，has got more attention due to the slowdown of global energy production，the impact of oil price volatility and other factors.Foreign scholars have conducted in-depth research，including the estimates of EROI values of conventional fossil fuels，unconventional fossil fuels and renewable energy，while there has been little research on this topic in China.Therefore，the purpose of this paper is toprovide the reference for domestic scholars through the systematic analysis ofEROI status and trends.This paper summarizes the EROI values of conventional oil and gas，shale gas，bio-energy that estimated at home and abroad，which indicates thatthe EROI of fossil energy have downward trend and the EROI of new energy are significantly lower than that of conventional fossil energy.In the future，more efforts should be put into the EROI calculation of unconventional energy and new energy，combination of traditional energy evaluation methods and EROImethod，EROIcalculation considering environmental cost，energy consumption forecastconsidering the factors such as technological advances，andresearch on the relationship of EROI and economic development，living standards，etc.

Key words：EROI；fossil energy；new energy

收稿日期：2014-05-13

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)的能源回報(bào)評(píng)價(jià)方法與應(yīng)用研究”資助(編號(hào)：71373285)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中隱含石油的測(cè)算、路徑分解與出口結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究”資助(編號(hào)：71303258);國(guó)家社科基金重大項(xiàng)目“非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)利用對(duì)國(guó)家能源安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響” 資助(編號(hào)：13&ZD159)；國(guó)家社科基金重大項(xiàng)目 “中國(guó)石油安全視角的海外油氣資源接替戰(zhàn)略研究” 資助(編號(hào)：11&ZD164)

作者簡(jiǎn)介：徐博(1982-)，山東東營(yíng)人，博士研究生，中國(guó)石油大學(xué)工商管理學(xué)院，從事能源經(jīng)濟(jì)、EROI等方面的研究。

中圖分類(lèi)號(hào)：F205

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)02-0042-11