电力能源系统的绿色发展关系经济活动的可持续发展，因此，电力能源系统的定量可持续性评价是“碳中和”目标下能源结构转型评价的关键工作。但能源系统的可持续性评价与能源资源禀赋、能源转化效率、能源设备投资及劳动力投入高度耦合。为定量统一分析不同电力技术的能量、经济及环境效益，本文采用能值分析理论，并基于灰色关联分析法，构建了计及能值的中国电力能源系统可持续性综合评价体系，初步量化分析了2020—2050年中国电力结构由以煤炭为主转向以清洁能源风光为主的可持续性。所提的能值可持续性评价方法，能够为区域能源转型的量化研判提供参考。

能值理论认为，能量或物质具有的太阳能能值就是其在形成过程中通过各种形式使用到的太阳能总量，其单位是“太阳能焦耳”（solar emjoules，sej）。进而可以能值为单位，衡量其他不同等级、种类的能量或物质投入，即可以统一发电系统全生命周期过程中本址内外能源燃料的输入、能源设备资产投入、建设及运维劳力的投入等。而能值可持续指数（emergy sustainability index, ESI）常被用来反映国家、地区或研究对象的生产效率和环境压力，是研究对象完整运行周期内能值产出率与环境负荷率的比值。

能值可持续指数可评价研究对象的环境可持续发展程度，为更全面、系统地考虑不同发电技术的综合性能，在考虑不同发电技术的发电效率、全生命周期成本2个维度指标的基础上，本文采用灰色关联分析法，构建了计及能值可持续指数的能源系统能源环境、技术效率以及经济成本的综合评价体系，用于融合不同类型发电系统的中国电力能源系统可持续发展程度综合评价，如图2所示。

如图3所示，5种发电模式中，光伏、风电、水电等可再生能源的能值可持续指数远高于燃气、燃煤等化石能源发电的能值可持续指数，其均值约为化石能源发电模式均值的56倍。风电的能值可持续指数最高，达到47.93；煤电的能值可持续指数最低，仅为0.53。相比于燃气、燃煤等传统化石能源发电，风电不需要消耗不可再生能源；相较于水电，风电前期投资成本低；相较于光伏发电，风电的转化效率高，因而风电的可持续指数最高。

本文的参数是基于个案以及现有技术发展水平的，为更好辨识未来风电和光伏在能值可持续性方面的优劣。图4给出了风电与光伏在环境负载率方面的敏感性分析，f/F为改变后光伏发电的经济投入f与当前光伏发电的经济投入F的比值。在其他条件不变时当光伏发电的社会经济投入降低为当前的77.2%，即9.09×10¹⁷ sej，光伏发电的环境负载率与风电相当，即0.16。

图5给出了不同权重分配下的发电技术灰色关联分析结果。可以看出，当发电效率、经济成本、能值可持续指数的权重分配为（0.33, 0.33, 0.33）时，得益于水电在能值可持续指数方面的优势，水力发电的综合评估结果最大，为1.0，综合性能最好，燃煤的综合评估结果最差，仅为0.52；当发电效率、经济成本、能值可持续指数的权重分配为（0.10, 0.30, 0.60）时，得益于风电在能值可持续指数方面的优势，风电的综合评估结果最大，为1.0，综合性能最好，燃煤的最差，仅为0.25；当发电效率、经济成本、能值可持续指数的权重分配为（0.20, 0.60, 0.20）时，得益于燃气在经济成本方面的优势，燃气发电的综合评估结果最大，为1.0，综合性能最好，燃煤的最差，仅为0.55。

图6和图7给出了计及能值可持续指数的2020—2050年中国能源电力系统的综合评价。由图6电力能源系统的可持续性评价可以看出，2020—2050年，中国电力能源系统的可持续指数将从0.178 2增长为1.00。图7取能值可持续指数、发电效率、经济成本的权重分配为（0.33, 0.33, 0.33），结果表明中国电力能源系统的综合发展指数从0.378 1增加到1.00。可见，电力结构从以煤炭为主向以清洁能源为主的多元化转变，将带来电力能源系统的健康可持续发展。

本文基于能值理论，建立发电效率、全生命周期发电成本及能值可持续指数3个维度的综合评价体系，是对宏观电力能源系统可持续性量化分析的一种尝试。主要结论有：现有技术经济水平下，风电的能值可持续指数最优。2020—2050年，中国电力能源的综合评估结果从0.3781增加到1.00，表明可再生能源的发展将促使中国电力能源系统表现出较高的可持续发展活力。本文所提出的基于能值分析的电力能源系统可持续性评估方法，可用于不同尺度能源系统规划的前评估和后评估。

本文对不同发电模式的评价均是在特定技术经济背景下进行的，能值基准选取具有一定的不确定性，但同一时空下横向对比的总体结论不会变化，必要时应进行适当的敏感性分析。同时，本文电力能源系统的能值可持续性评价是一个简化模型，后期还应基于特定的时空边界，对不同电力能源系统的耦合及互补关系，即对多输入和多输出能源系统下的能值分摊关系进行细化研究。

朱轶林

康利改

高峰

张靖