徐　博，馮連勇，胡　燕，William Wei

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

經(jīng)濟研究

能源投入回報(EROI)研究進展探析

徐博1，2，馮連勇1，胡燕3，William Wei4

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

摘要：能源投入回報(Energy Return on Investment，EROI)在1984年正式提出后，受全球能源生產(chǎn)放緩、油價劇烈波動等因素影響，受到越來越多的關(guān)注。國外學者進行了深入研究包括測算常規(guī)化石能源、非常規(guī)化石能源以及可再生能源等的EROI值，但國內(nèi)相關(guān)研究甚少，因此，本文主要目的是通過系統(tǒng)分析EROI研究現(xiàn)狀和趨勢為國內(nèi)學者研究提供參考。本文總結(jié)了目前國內(nèi)外已測算出的常規(guī)油氣、頁巖氣、生物能等的EROI值，發(fā)現(xiàn)化石能源EROI呈現(xiàn)下降趨勢，新能源的EROI值較常規(guī)化石能源明顯偏低。未來需要進一步研究的領(lǐng)域主要包括：非常規(guī)能源和新能源EROI值的測算；EROI與傳統(tǒng)能源評價方法的結(jié)合；考慮環(huán)境破壞所產(chǎn)生能源成本下EROI的計算；考慮技術(shù)進步等因素下能源消耗的預測；研究EROI與經(jīng)濟發(fā)展、生活水平等方面關(guān)系。

關(guān)鍵詞：能源回報；化石能源；新能源

1能源回報(EROI)的研究歷程及其內(nèi)涵

1.1EROI起源

從熱力學角度來看，任何生產(chǎn)過程在釋放能量時也要消耗能量，因此能源的可持續(xù)供應能力應是用能源制造能源后剩余的凈能源(net energy)，而不是以往所認為的能源產(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。1973年，Odum[1]提出對于整個物種來講具有真正價值的是凈能源。1981年，Hall[2]在Science雜志上發(fā)表文章，進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，隱含地表達出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EROI提出了更為系統(tǒng)的探討[3]，即EROI是指為了經(jīng)濟直接或間接需要的能源而進行開采的燃料總量與以可用形式傳遞到社會的燃料總量的比值。繼Cleveland C.J.等人將EROI應用到美國石油領(lǐng)域的研究中之后，目前EROI研究對象多集中于對美國和歐洲，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，而國內(nèi)對于EROI的研究卻寥寥無幾[4-5]。

1.2EROI方法的現(xiàn)實意義

EROI作為一種新的能源生產(chǎn)評價方法，是在能源資源限制性作用凸顯的背景下應運而生的。在能源資源充裕時代，經(jīng)濟發(fā)展理論以貨幣為衡量單位，追求經(jīng)濟效益的最大化。但是進入能源資源短缺時代，經(jīng)濟發(fā)展應當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經(jīng)濟發(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、開發(fā)、生產(chǎn)、運輸?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采難度的增加，能源生產(chǎn)過程中的能源消耗也逐漸增加。然而，以往的單純從經(jīng)濟角度出發(fā)，追求利潤最大化、正現(xiàn)金流量等評價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)量升高的評價方法是片面的，應該考察能源生產(chǎn)對能源的利用情況。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)評價新方法，重點分析能源資源的基礎(chǔ)性約束作用，進而合理考慮經(jīng)濟效益。

1.3EROI計算框架

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

(1)

另外，EROI方法需要確定兩個重要的維度：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”。一般地，EROI研究者遵循Murphy等[6]建立的EROI兩維計算標準，產(chǎn)出邊界包含整個能源的生產(chǎn)階段(化石能源的開采階段，新能源的產(chǎn)生階段)，而不包含能源的運輸與終端使用階段。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)。此邊界下計算的EROI稱為“標準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(EROI)的研究進展分析

2.1化石能源EROI值

化石能源是目前利用最為廣泛的能源，外國學者對于其EROI的研究由來已久，研究的時間跨度長、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。

通過以表1、圖2、圖2，首先從時間上來看，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。美國石油天然氣生產(chǎn)EROI值在20世紀30年代時在100左右，在20世紀70年代時為30，到21世紀只有大約11～18之間，世界油氣生產(chǎn)EROI平均值由20世紀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。美國煤炭EROI在20世紀70年代降至30，如今只有5～11。從地區(qū)的角度來看，美國、加拿大以及全球大型油田EROI都接近于18的世界平均水平，中國的大慶油田EROI較低，說明其已經(jīng)進入生產(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相對較高，說明其仍處于產(chǎn)量上升期，資源前景良好。

圖1　全球化石能源EROI統(tǒng)計結(jié)果分布圖

圖2　世界主要地區(qū)油氣EROI統(tǒng)計結(jié)果分布圖

化石能源類型研究取資料時間研究地區(qū)EROI石油天然氣1970年[7]美國302004年[7]美國202000年[8]美國11～181992年;1999年;2006年[9]全球大型油田26;35;1820世紀90年代;21世紀前5年全球大型油田35;2020世紀初到70年代平均[10]全球大型油田2520世紀90年代;2006[11]世界平均35;182001～2009年[12]中國大慶油田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100;40;14石油20世紀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100;122010～2012年[17]俄羅斯60～12920世紀60年代;1977年美國80;30煤炭2008年[16]世界平均5～111995～2010年[18]中國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

通過對化石能源EROI趨勢的進一步研究，揭示了技術(shù)進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)進步存在“頂板”，在化石能源產(chǎn)量達到峰值之前，技術(shù)進步能夠使產(chǎn)量增加，EROI也隨之上升，但是當技術(shù)進步逼近“頂板”，資源耗竭程度愈加明顯時，產(chǎn)量將不能再上升，EROI也會下降。EROI在時間序列上也出現(xiàn)峰值，例如，Bryan等[20]發(fā)現(xiàn)美國天然氣生產(chǎn)的EROI出現(xiàn)了兩次峰值，其中一次與Hubbert預測的天然氣峰值發(fā)生在同一時間；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和工業(yè)部門的資本存量，EROI將隨能源產(chǎn)量的提高呈“倒U型”，其中技術(shù)對能源回報有提升作用、資源耗竭量對能源回報有下拉作用[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值還無系統(tǒng)全面的統(tǒng)計，大部分只是在石油天然氣研究文獻中涉及了這些能源的數(shù)值大小。但是，針對太陽能、風能、生物燃料各自均有一定的統(tǒng)計，并對其進行了對比，本文也將其列出。

2.2.1太陽能

太陽能利用主要分為兩類，即太陽能熱利用和太陽能光伏發(fā)電(PV)，其中以太陽能光伏發(fā)電為主要研究(表2、圖3)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、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)應用到商業(yè)化階段，通過表2可以看出，太陽能EROI值的大小主要取決于這些關(guān)鍵組件的成本。對主要的太陽能發(fā)電技術(shù)下EROI取平均值進行歸納，如圖3所示。目前看來，聚光太陽能發(fā)電(CSP)EROI處于30左右，應用潛力較大，其他材料電池的PV總體看來EROI值相近，都顯著低于化石能源。日后能提高EROI的新組件仍有待開發(fā)，以獲得更多的凈能源，才能替代化石能源維持經(jīng)濟活動和社會功能必須的能源量。

表2太陽能EROI匯總表[25]

圖3　不同技術(shù)、材料下的太陽能EROI統(tǒng)計結(jié)果分布圖

2.2.2風能

風力發(fā)電是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機的速度提升來促進發(fā)電機發(fā)電。外國學者通過實驗，在不同國家、不同電站進行現(xiàn)場實驗，對風能的EROI進行采樣式的計算，得出樣本的EROI值或范圍，由表3、圖4可以看出，加拿大、美國、丹麥的風能EROI值比其他國家高，這和他們的自然環(huán)境、技術(shù)有密切關(guān)系。近兩年，我國風電建設突飛猛進，表現(xiàn)出強勁的發(fā)展態(tài)勢，已經(jīng)出現(xiàn)了一批大規(guī)模的風電場，但遺憾的是對于我國風能的EROI研究仍是空白。未來需要計算得出我國風能EROI在世界上處于的水平，為發(fā)展風能提供EROI參考，同時吸取加拿大、美國、丹麥風能的發(fā)展經(jīng)驗。

表3　風能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過程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的路。

2.2.3生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是通過物理、化學、生物轉(zhuǎn)換對生物質(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)油氣資源儲層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，已掌握的地質(zhì)勘探開發(fā)理論和常規(guī)油氣開發(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)油氣資源儲量非常巨大，但它的開發(fā)仍處于起始階段。2005年以后，對于非常規(guī)資源以及核能、潮汐能的EROI研究才有所開展，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，如今在有些國家已經(jīng)開發(fā)的油頁巖、油砂的EROI相對較低。但是就目前研究來看，研究時間短、數(shù)據(jù)量偏少、邊界不統(tǒng)一，還需要長時間進一步的研究。

圖4　風能EROI統(tǒng)計結(jié)果分布圖

生物燃料種類研究取資料時間研究地區(qū)EROI油菜籽制生物柴油2000[43]英國1.82002法國中北部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]臺灣4.1-8.9甜菜制生物乙醇2009中國新疆、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2.62藻類生物燃料2012[51]美國1.5～102014[52]加拿大1.72014[53]美國0.15～0.4,2014[54]美國14～20.5

圖5　生物質(zhì)能EROI統(tǒng)計結(jié)果分布圖

能源種類研究取資料時間研究地區(qū)EROI油頁巖2005[7]美國12005[55]美國6～72007[56]美國3煤液化2005[7]美國1左右2014[57]中國神華煤制油0.7～4.4油砂2006[58]美國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5～152010美國47～59(離心濃縮技術(shù)核能);10～20(擴散富集技術(shù)核能)2013[62]美國75潮汐能2008[63]英國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米深的儲集層)3.7-5.4致密氣20世紀60到80代[66]美國賓夕法尼亞州平均87,最高120頁巖氣2013[67]64～1122013[68]美國馬塞勒斯8～122014[69]4～13

2.3EROI在其他研究領(lǐng)域的應用

近些年，EROI方法已經(jīng)不止應用于研究能源的開發(fā)利用過程，而已擴展到人類生產(chǎn)生活的許多領(lǐng)域[70]，表6列出了幾例EROI在其他領(lǐng)域的典型應用。這表明EROI作為一種新的能源評價方法為更多研究者所認同。這種用能量將自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟系統(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用前景。

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

研究取資料時間國家研究時間/對象/類型EROI2008[71]瑞典污水處理系統(tǒng)0.4柳樹種植業(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(EROI)的未來研究方向

有關(guān)能源回報(EROI)的研究在我國尚屬新領(lǐng)域，作為國內(nèi)研究的起步階段，本文只是對其中的部分問題進行了探討，其深度和廣度還有待進一步拓展。未來值得進一步研究的領(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值的測算，將EROI評價方法作為判斷這些能源生產(chǎn)價值大小的衡量標準之一。通過回顧現(xiàn)有研究，可以發(fā)現(xiàn)風能、太陽能等新能源和頁巖氣等非常規(guī)資源相對于常規(guī)能源來說EROI值較低。為保障能源供應安全，非常規(guī)油氣資源和新能源未來將是常規(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，導致其勘探、開發(fā)、加工等環(huán)節(jié)對相關(guān)技術(shù)、設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、技術(shù)和環(huán)境約束下如何有效合理開發(fā)是關(guān)鍵。我國目前正大力研究或已經(jīng)開發(fā)非常規(guī)資源(如頁巖氣)和新能源，計算出我國的非常規(guī)資源和新能源的EROI可以為評價其開發(fā)潛力大小提供新標準。我國能源生產(chǎn)的EROI測算剛剛起步，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，例如胡燕計算了四川南充生物柴油項目的EROI，而關(guān)于中國的非常規(guī)資源EROI的研究尚未出現(xiàn)，這都應成為國內(nèi)EROI研究者的研究方向。

2)EROI與傳統(tǒng)能源評價方法的結(jié)合。EROI評價方法將重心集中于能源資源的物理意義，但不可否認，能源生產(chǎn)評價不僅涉及其物理意義，也與經(jīng)濟效益、投資政策、技術(shù)進步等要素緊密相連。因此，需要將EROI方法與傳統(tǒng)經(jīng)濟評價方法相結(jié)合，全面分析其生產(chǎn)的價值性，建立綜合評價準則(如表7所示)。

表7　能源生產(chǎn)價值評價準則表

使用EROI評價方法需要確定EROI基準值。由于能源開采以后還要經(jīng)過加工、運輸、終端使用等一系列過程，所以能源生產(chǎn)EROI基準值必須大于1才能有凈能源供社會使用。而以凈能源供應為零(終端消費EROI=1)計算出的能源開采EROI值，就是能源開采最小需要達到的水平，這就是“最小EROI準則”。據(jù)此，Hall[78]以終端使用EROI值1為目標，簡單計算了不同產(chǎn)出邊界的EROI基準值，認為能源開采的EROI值至少要達到3。未來的研究者應當根據(jù)具體的研究目標計算出特定的EROI基準值。針對EROI評價方法與傳統(tǒng)經(jīng)濟評價方法出現(xiàn)相悖的情況，即出現(xiàn)“能源盈余”與“經(jīng)濟盈余”矛盾的情況，則需要進一步的深入研究。

3)考慮環(huán)境破壞所帶來的能源成本下EROI的計算。隨著環(huán)境問題的加劇和環(huán)境意識的增強，能源開發(fā)過程中帶來的環(huán)境污染日益受到關(guān)注，在實踐操作中，如在油氣開發(fā)過程中，為了防止或減少碳排放、水污染、土地污染等問題，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影響EROI計算結(jié)果[79]。當前，越來越多的國家積極采取措施解決能源生產(chǎn)過程中的環(huán)境問題，如加拿大出臺政策，要求開采油砂的企業(yè)采用碳捕捉技術(shù)、投資碳減排或購買碳積分。美國也為頁巖氣開發(fā)中的甲烷減排制定了強制或半強制的法規(guī)。這些都將對油氣開采中的能源消耗產(chǎn)生巨大的影響。目前世界范圍的研究成果尚集中于“標準EROI”計算，未加入應對環(huán)境破壞所產(chǎn)生的能源成本，如此計算的EROI可能高估了實際值。由此可見，考慮環(huán)境問題后能源回報問題更能反映生產(chǎn)實踐，這方面亟需引起重視，有待進一步完善研究。

4)考慮能源生產(chǎn)過程中技術(shù)進步等因素下能源消耗的預測。EROI值與能源生產(chǎn)過程中的能源消耗量成反比，技術(shù)進步將減少能源生產(chǎn)過程中的能源消耗量，對能源回報有提升作用[80]。影響技術(shù)因素的變量有兩個：一是用于提取能量的設備本身蘊含著多少能量，在能源開采的起始階段必須要投入一定的能量，例如一個風力渦輪發(fā)電機的建立必定需要投入能量。二是設備從自然環(huán)境中提取能量的效率。這兩個變量都嚴格服從物理限制。目前EROI預測主要采用趨勢外推等方法簡單進行預測，較少考慮技術(shù)進步對于能源利用效率提高的影響。未來進行EROI趨勢預測，既要考慮技術(shù)帶來的生產(chǎn)效率的提高，又要看到技術(shù)進步存在的極限，需要計算生產(chǎn)的不同階段中技術(shù)進步帶來的能量節(jié)約量，從而對能源生產(chǎn)過程中的能源消耗進行更加準確的預測進而更加準確地預測EROI的變化趨勢。

5)研究EROI與經(jīng)濟發(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值的計算，在此基礎(chǔ)上，近年來已有學者開始擴展EROI的研究范圍，探索EROI與經(jīng)濟發(fā)展、人的生活質(zhì)量等方面的關(guān)系，進一步挖掘其隱含在經(jīng)濟生活的重要作用。例如，Heun和 Wit (2012)研究了EROI與油價變動的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)EROI低于10時，油價出現(xiàn)高位非線性波動[80]。馮連勇等(2014)研究了中國化石能源回報對經(jīng)濟增長影響，發(fā)現(xiàn)兩者具有長期穩(wěn)定的均衡關(guān)系，能源要素的投入能夠增加經(jīng)濟的產(chǎn)出，GDP增長帶動能源消費的趨勢不明顯[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，同時還發(fā)現(xiàn)一個飽和點(EROI=20)，EROI在此點上繼續(xù)提高，生活水平不會出現(xiàn)顯著的改善[70]。然而以上研究只是做出了初步探索，在計算方法、邊界界定等方面還需要進一步完善。未來需要加大對于EROI與經(jīng)濟發(fā)展、生活水平等方面關(guān)系的研究，充分發(fā)揮EROI應有的指導價值。

參考文獻

[1]Odum H T.Energy，Ecology，and Economics[J].Ambio，1973(2)：220-227.

[2]Hall C A.S，Cleveland C J.Petroleum Drilling and Production in the United State：Yield per Effort and Net Energy Analysis[J].Science，1981，211：576-579.

[3]Cleveland C J，Costanza R，Hall C A.S.Energy and the United States Economy：A Biophysical Perspective[J].Science，1984，225：890-897.

[4]張煒，錢瑜，王冉，等.能源投資收益率的研究進展及其應用前景[J].環(huán)境科學與管理，2007(32)：1-7.

[5]胡燕，馮連勇，田冬.能源生產(chǎn)評價新方法——能源投入回報值[J].中國能源，2011，33(1)：22-28.

[6]Murphy D J，Hall CA.S，Dale M，et al.Order from Chaos：A Preliminary Protocol for Determining the EROI of Fuels[J].Sustainability，2011，3：1888-1907.

[7]Cleveland C.Net energy from the extraction of oil and gas in the United States[J].Energy，2005(30)：769-782.

[8]Hall，CAS，Cleveland C，Kaufmann R K.Energy and Resource Quality：The Ecology of the Economic Process[M].New York：Wiley，1986.

[9]Grandell L，Hall C A.S，H??kM.Energy Return on Investment for Norwegian Oil and Gas from 1991 to 2008[J].Sustainability，2011，3：2050-2070.

[10]CostanzaR，Cleveland C.Net Energy/Full Cost Accounting：A Framework for Evaluating Energy Options and Climate Change Strategies[EB/OL](2006)[2011-06-1].http://www.summits.ncat.org/docs/EROI.pdf.

[11]Gagnon N，Hall C A.S，Brinker L.A preliminary investigation of energy return on energy investment for global oil and gas production[J].Energies，2009(2)：490-503.

[12]胡燕，馮連勇，齊超，等.能源投入回報值(EROI)評價方法及其在我國大慶油田的應用[J].中國礦業(yè)，2014，23(9)：30-34.

[13]Freise J.The EROI of Conventional Canadian Natural Gas Production[J].Sustainability，2011，3：2413- 2432.

[14]SafronovA，SokolovA.Preliminary Calculation of the EROI for the Production of Crude Oil and Light Oil Products in Russia[J].Sustainability，2014，6：5801-5819.

[15]Hall C A.S，John W.Revisiting the Limits to Growth After Peak Oil[J].American Scientist，2009，97：230-237.

[16]Hansen E，Collins A.The long-term economic benefits of wind versus mountaintop removal coal on coal river mountain，west Virginia[R].2008.

[17]NogovitsynR，Sokolov.Preliminary Calculation of the EROI for the Production of Gas in Russia[J].Sustainability，2014，6：6751-6765.

[18]Hu Y，Hall C A.S，Wang J L，F(xiàn)eng L Y.Poisson，A.Energy Return on Investment (EROI) of China’s conventional fossil fuels：Historical and future trends[J].Energy，2013(54)：352-364.

[19]Dale M，Krumdieck S，Bodger P.Global energy modeling — A biophysical approach (GEMBA) Part 2：Methodology[J].Ecological Economics，2012，73：158-167.

[20]Bryan S，David M，Charles A.S.Energy Return on Energy Invested for Tight Gas Wells in the Appalachian Basin，United States of America[J].Sustainability，2011，3：1986-2008

[21]Leena G，Hall C.A.S，H??k M.Energy Return on Investment for Norwegian Oil and Gas from 1991 to 2008[J].Sustainability，2011，3：2050-2070.

[22]Bardi U，Lavacchi A，Yaxley L.Modeling EROEI and net energy in the exploitation of non-renewable resources[J].Ecological Modeling，2011，223：54- 58.

[23]King C W，Hall C A S.Relating Financial and Energy Return on Investment[J].Sustainability，2011，3：1810-1832.

[24]Dale M，Krumdieck S，Bodger P.Global energy modeling-A biophysical approach (GEMBA) part 1：An overview of biophysical economics[J].Ecological Economics，2012，73：152-157.

[25]Schoenberg，B.The Energy Return of (Industrial) Solar—Passive Solar，PV，Wind and Hydro (5 of 6)：Appendix G.The Oil Drum[EB/OL].(2008)[2011-06-1].http://www.theoildrum.com/node/3910.

[26]Cucchiellan F，D’Adamo I.Estimation of the energetic and environmental impacts of a roof-mounted building-integrated photovoltaic systems[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2012(16)：5245-5259.

[27]Larraín T，Escobar R.Net energy analysis for concentrated solar power plants in northern Chile[J].Renewable Energy，2012(41)：123-133.

[28]RaugeiM，F(xiàn)ullana-i-Palmer P，F(xiàn)thenakisV.The energy return on energy investment (EROI) of photovoltaics：Methodology and comparisons with fossil fuel life cycles[J].Energy Policy，2012(45)：576-582.

[29]Yue D J，YouF Q，DarlingS B.Domestic and overseas manufacturing scenarios of silicon-based photovoltaics：Life cycle energy and environmental comparative analysis[J].Solar Energy，2014，105：669-678.

[30]Harmsen J.H.M，Roes A L，Patel M K.The impact of copper scarcity on the efficiency of 2050 global renewable energy scenarios[J].Energy，2010(35)：62-63.

[31]Lenzen M，Munksgaard J.Energy and CO2life-cycle analyses of wind turbines-review and applications[J].Renewable Energy，2002，26：339-62.

[32]Lenzen M，Wachsmann U.Wind turbines in Brazil and Germany：an example of geographical variability in life-cycle assessment[J].Applied Energy，2004，77：119-30.

[33]Tryfonidou R，Wagner HJ.Multi-megawatt wind turbines for offshore use:aspects of life cycle assessment[J].International Journal of Global Energy Issues，2004，21：255-62.

[34]Wagner H-J，Pick E.Energy yield ratio and cumulative energy demand for wind energy converters[J].Energy，2004，29：2289-2295.

[35]Pehnt M.Dynamic life cycle assessment (LCA) of renewable energy technologies[J].Renewable Energy，2006，31：55-71.

[36]White S W，Kulcinski GL.Net energy payback and CO2emissions from wind-generated electricity in the Midwest[J].Madison，WI：Fusion Technology Institute，1998.

[37]Gagnon L，langer C，Uchiyama Y.Life-cycle assessment of electricity generation options：the status of research in year 2001[J].Energy Policy，2002，30：1267-1278.

[38]Brown M T，Ulgiati S.Emergy evaluations and environmental loading of electricity production systems[J].Journal of Cleaner Production，2002，10：321-334.

[39]Ardente F，Beccali M，Cellura M，Lo Brano V.Energy performances and life cycle assessment of an Italian wind farm[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2008，12：200-217.

[40]Kunz H，HagensNJ，Balogh SB.The Influence of Output Variability from Renewable Electricity Generation on Net Energy Calculations[J].Energies，2014，7：150-172.

[41]Khan F I，Hawboldt K，Iqbal MT.Life cycle analysis of wind-fuel cell integrated system[J].Renewable Energy，2005，30：157-77.

[42]Raadal H L，VoldBI，Myhr A.Tor Anders Nygaard，GHG emissions and energy performance of offshore wind power[J].Renewable Energy，2014，66：314-324.

[43]Milazzo M F，Spina F，Vinci A，et al.Brassica biodiesels：Past，present and future[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2013(18)：350-389.

[44]Yang H，Zhou Y，Liu J G.Land and water requirements of biofuel and implications for food supply and the environment in China[J].Energy Policy，2009(37)：1876-1885.

[45]Pimentel D，Patzek T.Ethanol production using corn，switch grass and wood；biodiesel production using soybean.In Biofuels，Solar and Wind as Renewable Energy Systems：Benefits and Risks；Pimentel，D.，Ed.；Springer Science+Business Media B.V.：Dordrecht，the Netherlands[R].2008：357-394.

[46]Rocha M H，CapazRS，Lora E S，et al.Life cycle assessment (LCA) for biofuels in Brazilian conditions-A meta-analysis.RenewableandSustainableEnergyReviews，2014，37：435-459.

[47]Shie J L，Chang C Y，Chen C S，et al.Energy life cycle assessment of rice straw bio-energy derived from potential gasification technologies[J].Bioresource Technology，2011(102)：6735-6741.

[48]Hu Y，F(xiàn)eng L Y，Qi C.Thinking of Energy before Money：EROI of a biodiesel project in China[C]//2012 IEEE 5th International Conference on Management Engineering &Technology of Statistics，Publisher：Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.2012：512-515.

[49]Baka J，Bailis R，Wasteland energy-scapes：A comparative energy flow analysis of India’s biofuel and biomass economies[J].Ecological Economics，2014，108：8-17.

[50]Agostinho F，Ortega E.Energetic-environmental assessment of a scenario for Brazilian cellulosic ethanol[J].Journal of Cleaner Production，2012：1-16.

[51]Beal C M，Hebner R E，Webber M E.Thermo dynamic analysis of algal biocrude production[J].Energy，2012(44)：925-943.

[52]Philippsen A，Wild P，RoweA.Energy input，carbon intensity and cost for ethanol produced from farmed seaweed[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2014，38：609-623.

[53]Zaimes G G，Khanna V，The role of allocation and coproducts in environmental evaluation of microalgal biofuels：How important?[J].Sustainable Energy Technologies and Assessments，2014，7：247-256.

[54]Levitan O，Dinamarca J，Hochman G，et al。Diatoms：a fossil fuel of the future[J].Trends in Biotechnology，2014，32：117-124.

[55]Bartis J T，La Tourrette T，Dixon L，et al.Oil Shale Development in the United States：Prospects and Policy Issues；RAND Corporation： Santa Monica，CA，USA[R].2005.

[56]Backer T，Duff B.Peak Oil Production and the Implications to the State of Connecticut：Report of Legislative Peak Oil and Natural Gas Caucus；Connecticut General Assembly：Hartford，CT，USA[R].2007.

[57]Kong Z Y，Dong X C，XuB，et al.EROI Analysis for Direct Coal Liquefaction without and with CCS：The Case of the Shenhua DCL Project in China[J].Energies，2015，8：786-807.

[58]Homer-Dixon T.The End of Engenuity[N].New York Times，2006-11-29.

[59]Herweyer M C，Gupta A K.Appendix D：Tar Sands/Oil Sands.The Oil Drum[EB/OL](2008)[2011-06-1].http://www.theoildrum.com/node/3839.

[60]Murphy D J.EROI Update：Preliminary Results using Toe-to-Heel Air Injection.The Oil Drum[EB/OL](2009)[2011-06-1].http://www.theoildrum.com/node/3910.

[61]Murphy D J.The Meaning of Energy Return on Investment(EROI) and some Recent Applications[Z].The 2th International Conference on Biophysical Economics College of Environmental Science and Forestry，Syracuse NY.2009.10.

[62]Weiβbach D，RuprechtG，HukeaA，et al.Hussein.Energy intensities，EROIs (energy returned on invested)，and energy payback times of electricity generating power plants[J].Energy，2013(52)：210-221.

[63]Halloran D.Appendix I：Wave Energy：Potential，EROI，and Social and Environmental Impacts.The Oil Drum[EB/OL](2008)[2011-06-1].http://www.theoildrum.com/node/3949.

[64]Atlason RS，UnnthorssonR.Energy return on investment of hydroelectric power generation calculated using a standardised methodology[J].Renewable Energy，2014 (66)：364-370.

[65]CallarottiR C.Energy Return on Energy Invested (EROI) for the Electrical Heating of Methane Hydrate Reservoirs[J].Sustainability，2011，3： 2105-2114.

[66]Sell B，Murphy D，Hall C A.S.Energy Return on Energy Invested for Tight Gas Wells in the Appalachian Basin，United States of America[J].Sustainability，2011，3：1986-2008.

[67]Aucott M L，Meillo J M.A Preliminary Energy return on investment analysis of natural gas from the Marcellus Shale[J].J.Ind.Ecol.2013，17：668-679.

[68]Alexander T D，Khanna V，Radisav D，et al.Bilec.Process Based Life-Cycle Assessment of Natural Gas from the Marcellus Shale.Environ[J].Sci.Technol 2013，47：5459?5466.

[69]Yaritani H，Matsushima J.Analysis of the Energy Balance of Shale Gas Development[J].Energies，2014，7：2207-2227.

[70]LambertJ G，Hall C A S，Balogh S，et al，Energy，EROI and quality of life[J].Energy Policy，2014，64：153-167.

[71]Buonocore E，F(xiàn)ranzese P P，Ulgiati S.Assessing the environmental performance and sustainability of bioenergy production in Sweden：A life cycle assessment perspective[J].Energy，2012(37)：69-78.

[72]Ulgiati S，Zucaro A，F(xiàn)ranzese P P.Matter，Energy and Emergy Assessment in the agricultural sectors of the Campania region.Constrains，bottlenecks and perspectives[C]//Proceedings of the 6th Biennial International Workshop Advances in Energy Studies.Towards a holistic approach based on science and humanity，2008：978-983.

[73]BailisR，RujanavechC，DwivediP，et al.Innovation in charcoal production：A comparative life-cycle assessment of two kiln technologies in Brazilde Miranda[J].Energy for Sustainable Development，2013(17)：189-200.

[74]Buonocore E，H?yh? T，PalettoA，et al.Assessing environmental costs and impacts of forestry activities：A multi-method approach to environmental accounting[J].Ecological Modelling，2014，271：10-20.

[75]Vázquez-Rowe I，Villanueva-Rey P，MalloJ，et al.Carbon footprint of a multi-ingredient seafood product from a business-to-business perspective[J].Journal of Cleaner Production，2013(44)：200-210.

[76]Pracha A S，Volk T A.An Edible Energy Return on Investment (EEROI) Analysis of Wheat and Rice in Pakistan[J].Sustainability，2011，3：2358-2391.

[77]AitkenD，BulboaC，F(xiàn)aundezA，et al，Life cycle assessment of macroalgae cultivation and processing for biofuel production[J].Journal of Cleaner Production，2014，75：5-56.

[78]Hall C.A.S，Balogh S，Murphy D.J.R.What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have?[J].Energies，2009(2)：25-34.

[79]Walmsley M R，Walmsley T G，Atkins M J，et al，Minimising carbon emissions and energy expended for electricity generation in New Zealand through to 2050[J].Applied Energy，2014，135：656-665.

[80]Heun M K，Wit M D.Energy return on (energy) invested (EROI)，oil prices，and energy transitions[J].Energy Policy，2012，40：147-158.

[81]Feng L，Chen Y，Hu Y，et al.The Implication of Limited Conventional Fossil Fuels and Declining EROI on Economic Growth in China[R].IAEE.New York，US，2014.

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

基金項目：國家自然科學基金項目“非常規(guī)油氣開發(fā)的能源回報評價方法與應用研究”資助(編號：71373285)；國家自然科學基金項目“我國國民經(jīng)濟中隱含石油的測算、路徑分解與出口結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究”資助(編號：71303258);國家社科基金重大項目“非常規(guī)油氣開發(fā)利用對國家能源安全和社會經(jīng)濟的影響” 資助(編號：13&ZD159)；國家社科基金重大項目 “中國石油安全視角的海外油氣資源接替戰(zhàn)略研究” 資助(編號：11&ZD164)

作者簡介：徐博(1982-)，山東東營人，博士研究生，中國石油大學工商管理學院，從事能源經(jīng)濟、EROI等方面的研究。

中圖分類號：F205

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)02-0042-11