北京市农村生物质能利用现状与发展预测研究

【摘要】：与化石能源相比,生物质能源作为可再生能源蕴藏量大、清洁、易获取。发展生物质能产业不仅可以有效缓解由于化石能源供应有限,产生的能源紧缺局面,且有利于保护环境,同时还能拓展第一产业功能,促进区域经济发展与农民增收。但由于我国农业生产规模化程度较差,对于农村地区生物质能利用水平、利用技术缺乏系统的调查研究,导致基础数据缺乏,故对农村生物质能蕴藏量、利用效果缺少深入的了解,从而难以制定科学合理的政策来解决农村生物质能利用问题。针对上述问题,本文通过实地调研、理论分析、数学建模等多种方法对北京市农村地区生物质能蕴藏量及实际应用效果进行了深入分析与研究。首先,通过数据收集与分析,给出了北京市生物质能资源的分布情况,建立了实物量、市场和综合经济三类指标结合构成的指标体系,对北京市生物质能资源状况进行评价,充分考虑能源特性、技术特点和市场应用之间的内在联系,使评价结论更客观、准确。结果表明,北京地区生物质能蕴藏量丰富,最大可获得量超过900×104t。在北京市,大兴区的秸秆资源理论蕴藏量和可获得量最丰富;通州区的可利用资源量最丰富;密云县的粪便资源最丰富;平谷区的果树修枝资源最为丰富。从相对量上看,秸秆资源最丰富的是通州区,资源量密度为186.58t/km2;粪便资源最丰富的是大兴区,资源量密度为903.3t/km2;果树修枝资源最丰富的为平谷区,资源量密度为60.72t/km2。通过对现有能源领域常用的数学预测方法的优缺点进行分析与比较,本文利用北京市2001-2012年北京市历史数据建立了灰色GM(1,1)模型和指数平滑模型,通过模拟预测发现,这两个模型均有较大误差。据此,建立基于以上两种模型的灰色-指数平滑组合预测模型,发现该模型具有更好的预测精度。利用上述模型对2015-2022年间北京生物质能蕴藏量变化情况进行了预测。预测结果显示:在此期间,北京市以农业剩余物为来源的生物质能蕴藏量持续上升。与2013年相比,2022年农业剩余物生物质能蕴藏量增加95%,而以林业剩余物和禽畜粪便为来源的生物质能蕴藏量则将持续下降。因此,在农村农牧业结构不发生重大改变的前提下,从中长期看来,北京应重点发展秸秆直燃发电、秸秆固化成型和秸秆气化集中供气技术等与农业剩余物相关的生物质能产业。尽管禽畜粪便在预测区间呈下降趋势,但由于它的可利用量大且在北京生物质能总量中所占的比重最大,因此,粪便发酵供气在中期内仍是北京农村地区应用潜力最大的生物质能利用技术。最后,通过文案调研、访谈调研、电话调研和问卷调研等多种方法,对北京市生物质能应用现状及影响因素进行了研究,重点研究了农户家庭经济特征和能源费用支出两个指标对生物质能技术应用的影响。研究结果表明:农户在选用生物质能源技术时,受年龄、文化程度和经济收入等因素的影响较大。使用生物质气化集中供气和沼气集中供气之后,农户家庭的燃料费用支出整体上均有所降低;而生物质炉具使用前后的家庭燃料总支出费用,各区县呈现不同的情况。就北京地区整体来看,使用生物质炉具后,各区县的月均费用支出略有增加,但可以大幅减少煤炭的消耗,具有显著的环保效益。本文的研究成果对于北京市制定生物质能产业政策、推广生物质能技术应用具有较强的借鉴价值。 【关键词】：生物质能 预测模型 发展潜力评估 利用技术
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：F323.214;TK6
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-18
• 第1章 绪论18-36
• 1.1 研究背景18-19
• 1.2 国内外关于农村可再生能源发展的研究现状19-20
• 1.3 生物质能发展与利用现状20-34
• 1.3.1 美国21-23
• 1.3.1.1 现状21
• 1.3.1.2 政策21-23
• 1.3.2 巴西23-24
• 1.3.2.1 现状23
• 1.3.2.2 政策23-24
• 1.3.3 欧洲24-28
• 1.3.3.1 现状24-26
• 1.3.3.2 政策26-28
• 1.3.4 我国农村生物质能源应用进展28-34
• 1.3.4.1 生物质固化成型29-30
• 1.3.4.2 生物质燃气利用30
• 1.3.4.3 生物质液化技术30-31
• 1.3.4.4 我国生物质能发展政策31-33
• 1.3.4.5 北京市生物质能源应用进展33-34
• 1.4 研究的必要性与研究内容34
• 1.5 研究思路与研究方法34-36
• 第2章 北京市农林生物质资源评价36-72
• 2.1 生物质资源评价与分析方法36-40
• 2.2 理论蕴藏量评价40-48
• 2.2.1 农作物秸秆40-43
• 2.2.2 农产品加工剩余物43-44
• 2.2.3 禽畜粪便44-46
• 2.2.4 林业生物质资源46-47
• 2.2.5 城市木质剩余物47-48
• 2.3 可获得资源量评价48-57
• 2.3.1 农作物秸秆48-51
• 2.3.2 农产品加工剩余物51-52
• 2.3.3 禽畜粪便52-55
• 2.3.4 林业生物质资源55-57
• 2.4 可利用量57-66
• 2.4.1 农作物秸秆57-59
• 2.4.2 农产品加工剩余物59-60
• 2.4.3 禽畜粪便60-61
• 2.4.4 林业生物质资源61
• 2.4.5 城市木质剩余物61-66
• 2.5 资源量分布密度66-67
• 2.5.1 农作物秸秆66
• 2.5.2 禽畜粪便66
• 2.5.3 林业生物质资源66-67
• 2.6 有效供能时间67-68
• 2.7 经济可供给量68-69
• 2.8 本章小结69-72
• 第3章 北京市农村生物质能开发潜力预测72-126
• 3.1 常用能源预测方法及模型72-81
• 3.1.1 指数平滑模型74-75
• 3.1.2 灰色GM（1,1）模型75-80
• 3.1.3 组合预测模型80-81
• 3.2 农村生物质能开发潜力预测81-84
• 3.2.1 生物质能源预测模型81
• 3.2.2 评估思路及方法81-84
• 3.3 主要生物质资源产量预测84-120
• 3.3.1 玉米产量预测85-92
• 3.3.2 小麦产量预测92-98
• 3.3.3 禽类粪便量预测98-104
• 3.3.4 畜类粪便量预测104-114
• 3.3.4.1 存栏猪粪便量预测104-110
• 3.3.4.2 出栏猪、存栏牛、存栏羊粪便量预测110-114
• 3.3.5 果树剪枝量预测114-120
• 3.4 主要生物质资源可利用量预测120-123
• 3.4.1 农业剩余物可利用量预测120-121
• 3.4.2 禽畜粪便可利用量预测121-122
• 3.4.3 林业剩余物可利用量预测122-123
• 3.5 主要生物质资源折标及总潜力分析123-125
• 3.5.1 农林业剩余物折标分析123-124
• 3.5.2 禽畜粪便折标分析124
• 3.5.3 主要生物质资源总潜力分析124-125
• 3.6 本章小结125-126
• 第4章 北京市农村生物质能技术现状及用户特征分析126-160
• 4.1 北京农村地区生物质能应用现状127-140
• 4.1.1 生物质气化集中供气技术127-132
• 4.1.1.1 技术特点127-130
• 4.1.1.2 北京市秸秆气化集中供气发展现状分析130-132
• 4.1.2 生物质气化炉发展现状132-134
• 4.1.2.1 技术特点132-133
• 4.1.2.2 北京市生物质气化炉发展现状分析133-134
• 4.1.3 生物质成型燃料134-137
• 4.1.3.1 技术特点134-135
• 4.1.3.2 北京市生物质成型燃料发展现状135-137
• 4.1.4 沼气发酵技术137-140
• 4.1.4.1 技术特点137-138
• 4.1.4.2 北京市沼气工程发展现状138-140
• 4.2 不同生物质能源技术用户家庭特征分析140-154
• 4.2.1 生物质气化集中供气技术140-145
• 4.2.1.1 生物质气化集中供气用户的家庭经济特征分析140-142
• 4.2.1.2 生物质气化集中供气工程使用前后农户的家庭能源支出分析142-145
• 4.2.2 生物质气化炉145-149
• 4.2.2.1 生物质气化炉使用户的家庭经济特征分析145-146
• 4.2.2.2 生物质气化炉使用前后燃料构成及支出分析146-149
• 4.2.3 沼气集中供气技术149-152
• 4.2.3.1 沼气集中供气户的家庭经济特征分析149-150
• 4.2.3.2 农户使用沼气集中供气前后家庭燃料费用支出分析150-152
• 4.2.4 生物质成型燃料152-154
• 4.3 北京市农村生物质能源技术运用存在的主要问题154-156
• 4.3.1 生物质集中气化154-155
• 4.3.2 生物质气化炉155
• 4.3.3 生物质成型燃料155-156
• 4.3.4 大中型沼气工程156
• 4.4 本章小结156-160
• 第5章 促进北京市农村生物质能源可持续健康发展160-166
• 5.1 秸秆气化集中供气工程160-161
• 5.2 大中型沼气工程161-162
• 5.3 户用生物质气化炉162-163
• 5.4 生物质固化成型技术163
• 5.5 政策措施支持163-166
• 第6章 结论与展望166-170
• 参考文献170-178
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文178-180
• 致谢180

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