最大功率原则.ppt

第六章 生态经济能值分析 第一节 能值理论和分析方法的发展 生态能量学 能值分析方法 能值与资源和经济 一、生态能量学 1、热力学定律 热力学第一定律 热力学第二定律（熵增定律） 热力学第三定律 热力学第三定律认为，当系统趋近于绝对温度零度时，系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。第三定律只能应用于稳定平衡状态，因此也不能将物质看做是理想气体。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。 在统计物理学上，热力学第三定律反映了微观运动的量子化。在实际意义上，第三定律并不像第一、二定律那样明白地告诫人们放弃制造第一种永动机和第二种永动机的个图。而是鼓励人们想方高法尽可能接近绝对零度。目前使用绝热去磁的方法已达到10^-6K，但永远达不到0K。 2、生态能量学 生态能量学（ecology energy)又称能量生态学（ energy ecology），是能值分析方法的前身。生态能量学被认为是研究生命系统与环境系统之间能量关系及其能量运动规律的科学，是生物能量学和生态学相互参透而形成的一门交叉学科，是生态学中的一个分支学科。 生态能量学是研究生态系统和复合生态系统的能量流动、传递与转化规律的科学。生态能量学研究生态系统的能流与其他生态流，如物质流、生物流、信息流等的数量变化和相互关系，是研究生态系统的结构功能变化规律的科学。 二、能值分析理论 1、奥多姆对生态系统能量定律的贡献 原有定律： 第一定律：能量守恒定律（Conservation of Energy） 第二定律：熵的定律（Law of Entropy） 第三定律：绝对零度时的熵为零（Definition of Entropy in 0°K） 以下为H. T. Odum提出： 第四定律： Maximum EmPower Principle （最大功率原则） 系统的自组织过程或结构的自我设计通常会朝向引入更多能量和更有效地使用能量的方向发展。 第五定律： Emergy Hierarchy 通常最大功率的结果是形成一个能量转换的层级结构。 第六定律： Biogeochemical Hierarchy 物质演变的层次性总是与能量转换的层次性紧密相关，这充分体现在生物地球化学过程中。 2、能值理论的创立 奥多姆经过长期研究，综合生态、能量生态和生态经济原理于20世纪80年代后期和90年代创立了“能值”、太阳能值转化率等概念，并创立了能量理论和分析方法 太阳能值转化率 在生态经济系统中，能流从量多而能质低的等级（如太阳能）向量少而能质高的等级（如经济产品）流动和转化。具有低能质的能量，如太阳能、风能、雨能等，经传递与转换而成为高能质和能量，维持人类的生存活动 3、能值分析方法 能值分析以同一客观标准──太阳能值(Solar Emjoul, sej)衡量不同类别不同能质的能量的真实价值和数量关系。应用能值的分析方法，把生态环境系统和人类社会经济系统结合起来，定量地分析系统中自然资源和人类投入对系统的贡献，通过对系统中的能量流、物质流、货币流、信息流的能值转换，为资源的合理利用、经济发展方针的制定提供了一个重要的度量标准。 三、能值与自然资源和经济 在现实社会生产和消费中，人们只注意一个系统中的货币流，即系统中的货币流出大于其流入，则该系统（或生产过程）就是有活力的，但是，人们常常忽略了其物质流或能量流。在一个生产或生态系统中，人们追求的是其最大的货币流，实际上，这种最大货币流是建立在最大的自然资源的流入基础之上的，因为，要追求最大的货币流出和最小的货币流入，就必需以最大的自然资源流入为代价，这种出发点常常又会导致自然资源的过度开发，从而造成资源的可持续性下降。而能值分析则是对货币流、物质流、能量流和信息流的综合衡量，从而通过最有效的设计，使得系统达到最大的生态效益、经济效益和社会效益。 第二节 能值原理及其符号语言 能值原理 能值符号及语言 一、 能值原理 1、生态系统能量来源 由太阳能驱动的生态系统（2 000Kcal/m2） 由太阳能和潮汐、潮流能驱动的生态系统（20 000Kcal/m2） 由太阳能驱动和人工植被组成的生态系统（20 000Kcal/m2） 以燃料驱动为主的城市生态系統（2 000 000Kcal/m2） 2、最大功率原则 具有活力的系统，其设计组织方式必须能从外界获取可利用的能量加以有效的转化利用，并能反馈能量以获取更多的能量，以应存活之需 一个系统为了能与其他系统竞争而存活和永续发展，必需从外界输入更多低能质的能量，同时，也必需自系统反馈所贮存的高能质能量，强化系统 外界环境，使系统内部与外界互利共存，不断获得能量，以产生最大功率。系统的最大功率原则被称为“