天然气节能减排经济性模拟与熵分析研究

【摘要】：人类利用能源经历了从薪柴时代到煤炭时代，再到油气时代的演变，形成了目前以化石能源为主体的能源时代。化石能源对于社会经济的发展起了巨大的作用，但化石能源的大量使用，也带来副作用，一方面导致能源资源稀缺性加剧，另一方面导致对环境的严重污染，节能减排势在必行。化石能源中，天然气最为清洁，氢碳比高，二氧化碳排放量少，是环境友好型能源。天然气节能减排过程的经济性是当前重要的课题。本文主要研究内容如下： (1)以典型节能技术为基础，根据节能减排的基本原理，提出了利用城市污水为热源（汇）及与太阳能互补的天然气热泵节能减排方案。为了分析节能减排途径的合理性，在经济学理论与工程技术相结合的基础上，建立了节能减排过程经济性分析和二氧化碳减排计算的模拟分析方法。 (2)在市场价格理论的基础上，根据公共经济学的原理，结合我国城市燃气的实际情况，对天然气的价格形成基础、能源价格的职能与作用以及天然气定价的依据进行了分析。并利用开发的软件对城市天然气价格对于节能减排过程的经济性影响进行了定量分析。结果表明，适当提高天然气的价格可以促进人们节能投资的积极性，有利于推广节能和减排效果好的措施。 (3)根据建立的经济分析模型和用MATLAB语言编写的软件，在不同条件下，对城市污水源(汇)燃气热泵、太阳能-天然气热泵互补供热、太阳能热水-污水双水源燃气热泵供热和天然气减排二氧化碳等过程进行了模拟分析与研究，得出了相关参数的影响规律，为天然气利用过程方案的制定提供基础数据。 (4)为了借鉴热力学熵成熟的理论成果与实践经验，对非热力学熵和热力学熵的互洽性和差异性进行了分析比较。用熵的理论对节能减排过程进行了分析，并以能源资源可采年限、二氧化碳相对减排量、人均能源足迹相对值和石油对外依存度等参数为因变量，分别提出了对能源资源、二氧化碳减排、能源生态影响、能源安全用熵进行表征的公式，并利用相关的数据进行了实证性分析与研究。 【关键词】：天然气 节能减排 经济性分析 能源经济 熵分析
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X24;F426.22
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 能源的作用与发展趋势10-15
• 1.1.1 能源概况10-11
• 1.1.2 能源的作用11-14
• 1.1.3 能源的发展趋势14-15
• 1.2 化石能源发展存在的问题15-23
• 1.2.1 化石能源资源面临枯竭的危险15-17
• 1.2.2 化石能源开采和利用对环境的污染17-19
• 1.2.3 化石能源开发利用对生态的影响19-22
• 1.2.4 化石能源利用导致温室效应的加剧[19]22-23
• 1.3 节能减排的实施23-25
• 1.3.1 节能减排问题的提出23-24
• 1.3.2 天然气对节能减排的作用24
• 1.3.3 天然气节能減排的措施24-25
• 1.4 研究目的、方法和路线25-26
• 1.5 本文研究的主要内容26-27
• 1.6 主要创新点27-28
• 第二章 城市天然气利用经济性评估方法研究28-44
• 2.1 天然气节能减排的原理28-34
• 2.1.1 能量的梯级利用28-30
• 2.1.2 能源资源的互补利用30-34
• 2.2 天然气热能转化过程的经济性评估34-39
• 2.2.1 能源利用经济性模型的内容34-35
• 2.2.2 天然气热泵制冷与制热过程的经济模型35-39
• 2.3 天然气利用过程二氧化碳减排成本的计算39-42
• 2.3.1 温室气体的减排目标39-41
• 2.3.2 供热过程二氧化碳减排量的计算41-42
• 2.3.3 供热过程二氧化碳减排成本的计算42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 天然气定价及其对节能投资的影响研究44-66
• 3.1 能源价格的形成基础与作用44-46
• 3.1.1 能源价格形成的基础44-45
• 3.1.2 能源价格的职能与作用[59]45
• 3.1.3 天然气定价的依据45-46
• 3.2 公共经济学原理46-49
• 3.2.1 能源产品的特点46
• 3.2.2 公共资源的优化配置原理46-48
• 3.2.3 资源配置机制48-49
• 3.3 能源价格分析与确定49-54
• 3.3.1 能源价格的因素分析49-50
• 3.3.2 能源需求价格弹性分析50-51
• 3.3.3 能源价格确定的原则51
• 3.3.4 能源理论价格确定的方法51-54
• 3.4 我国城市天然气价格的现状分析54-57
• 3.4.1 城市天然气价格机制54-55
• 3.4.2 城市天然气价格的形成基础55-56
• 3.4.3 我国城市天然气定价的现状56-57
• 3.5 城市天然气价格的探讨57-62
• 3.5.1 天然气耗竭性资源价格57-60
• 3.5.2 管道天然气价格的探讨60-61
• 3.5.3 液化天然气价格探讨61-62
• 3.6 天然气价格对节能影响的研究62-65
• 3.6.1 比较方案62
• 3.6.2 基础参数62-63
• 3.6.3 供热成本计算63-64
• 3.6.4 供热成本结果分析64-65
• 3.7 本章小结65-66
• 第四章 天然气节能减排经济性模拟实证性研究66-87
• 4.1 天然气热泵经济性模拟基本参数66
• 4.2 城市污水源(汇)燃气热泵的经济分析66-70
• 4.2.1 城市污水源(汇)燃气热泵的定性分析66-67
• 4.2.2 城市污水源(汇)燃气热泵的模拟分析67-68
• 4.2.3 计算结果分析与比较68-70
• 4.3 太阳能-天然气热泵互补供热与经济性分析70-73
• 4.3.1 模拟方法70-71
• 4.3.2 太阳能-天然气热泵互补供热费用计算71-72
• 4.3.3 太阳能-天然气热泵互补供热与相关供热技术的比较72-73
• 4.4 天然气热泵供热过程的经济性分析73-76
• 4.4.1 模拟计算目的73
• 4.4.2 天然气热泵供热费用的模拟计算73-75
• 4.4.3 天然气热泵与天然气锅炉供热的比较75
• 4.4.4 小结75-76
• 4.5 太阳能热水-污水双水源燃气热泵供热经济性分析76-79
• 4.5.1 设备和基本参数76
• 4.5.2 模拟计算结果76-79
• 4.5.3 小结79
• 4.6 天然气利用减排二氧化碳的经济性分析79-83
• 4.6.1 低碳化过程经济性问题的提出79-81
• 4.6.2 供热过程二氧化碳减排量的计算81-82
• 4.6.3 供热过程二氧化碳减排成本的计算82-83
• 4.7 天然气供热与碳减排的综合经济分析83-85
• 4.8 本章小结85-87
• 第五章 基于熵理论的节能减排分析与研究87-111
• 5.1 熵理论及其发展87-92
• 5.1.1 系统的概念与基本定律87-88
• 5.1.2 热力学熵88-89
• 5.1.3 非热力学熵89-90
• 5.1.4 熵理论的升华90
• 5.1.5 经济领域熵理论的应用研究90-92
• 5.2 热力学熵和非热力学熵的特性分析92-95
• 5.2.1 热力学熵与非热力学熵的互洽性分析93-94
• 5.2.2 热力学熵和非热力学熵的差异性分析94-95
• 5.3 非热力学熵的应用95-99
• 5.3.1 在节约能源方面的应用95-97
• 5.3.2 在环境保护方面的应用97
• 5.3.3 在生态平衡方面的应用97-99
• 5.4 熵理论用于节能减排的实证性分析99-109
• 5.4.1 节能减排系统的耗散结构模型99-102
• 5.4.2 节能减排系统熵的计算102-106
• 5.4.3 节能减排系统熵耗散结构自组织系统106-107
• 5.4.4 典型节能减排系统熵理论的实证性分析107-109
• 5.5 经济学熵理论用于能源技术经济的建议109-110
• 5.6 本章小結110-111
• 第六章 结论与展望111-114
• 6.1 全文总结111-112
• 6.2 研究局限112-113
• 6.3 今后研究展望113-114
• 参考文献114-121
• 发表论文121-122
• 致谢122

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