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秸秆生物质能应用对节能减排的孝敬潜力研究 万博手机网页|万博手机官网|万博手机网页版|木屑制粒机|生物质颗粒机|万博手机官网 / 20-05-17

   在分析国内外秸秆资源现状的基础上,名将本国的省份按照工业化水平分为七组,采取购并经验模态分解技术与神经网络相结合的点子,对本国秸秆生物质能应用问题展开研讨。以2015年为基线情景,拓展2020年之两种现象假设,剖析秸秆利用对节能减排的孝敬潜力。结果表现:如果秸秆转化为生物质能利用率提高到16%,这就是说可以节约6100万吨煤,调减9.65亿吨污染物的排放。但是提高到21%,在现有条件下的经济分析是不中用的。于是,中央政权应细化财政扶持政策,支持研发新技术,确立收储运体系,并鼓励相关企业参与碳排放交易市场。意思在于既能增进秸秆生物质能利用率,又能降低秸秆利用率提高带来的财力。
   一、引言
   我国粮食作物产量位居世界首位,年年岁岁大约产生6—8亿吨秸秆[1]。如果对秸秆综合利用不健全,如农民为了不影响下一年耕耘,国外焚烧秸秆,则会导致秸秆综合商品率低,也会带来严重的环境污染。据报道,东中西部地区的雾霾天气与普遍焚烧秸秆同时发生[2]。2015年11月,全国范围内卫星共监测到1507个疑似秸秆焚烧着火点,火点数量是去年同期的1.8倍[3]。
   面对如此严峻的环境污染问题,内外专家从秸秆的使用情况、艺术成果、采取可行性、国外焚烧的危害等多个高难度进行研讨。结果表明:虽然秸秆综合利用技术已相对成熟,但是,各级秸秆综合商品率存在较大的区别。增长秸秆利用率在无数地方还需改进,如技能水准、春风化雨程度、政策扶植等。根治秸秆露天焚烧,增长秸秆转化为生物质能利用率迫在眉睫。
   二、内外研究现状及政策分析
   (一)露天研究现状
   露天学者着重从秸秆利用现状、利用艺术、采取可行性和野外焚烧的危害四方面进行研讨。发展中国家的秸秆利用水平已抵达工业化生产阶段,如泰国、斯洛伐克、俄、委内瑞拉等[4-5]。发达国家的秸秆利用率普遍较低,如莫桑比克、尼加拉瓜、尼加拉瓜的秸秆利用率分别为:52%、50%、5%[6]。眼前,秸秆利用艺术已相对成熟,如下秸秆的胡萝卜素中索取酒精燃料、秸秆分解菌技术[7]、麦秸定向刨花板技术、秸秆制固体成型燃料技术等[5]。秸秆综合利用需要考虑其可行性,部分家认为政策支持和收——储——运成本显著影响秸秆利用率[8-9]。焚烧秸秆会引起严重的环境污染,Gadde等[6]总结了涉外焚烧秸秆会产生12种污染物,包括CO2、CH4、N2O、CO、NMHC、NOX、SO2、TPM、PM2.5、PM10、PAHs、PCDD/F。Weiser等[10]估计,如果伊拉克的秸秆资源化利用达到800~1300万吨,名将削减73.3%~92.3%温室气体排放量。
   (二)境内研究现状
   境内专家也做了大量之研讨,吴彤等[11]认为我国农作物秸秆的归纳商品率约为80%,但资源化利用率仅占11%,秸秆转化为生物质资源未到达工业化水平。张崇尚等[12]采取GLO—PEM模型估算了本国秸秆资源量,评估了秸秆在各省布局之适宜性。檀勤良等[13]认为,政策支持对秸秆发电供应链的影响显著。王飞等研究了秸秆“五料化”的技艺特点和处理技术模式。彭立群等采取排放因子法估算了28个自治区露天焚烧秸秆产生之10种污染物排放量。陈龙高级[16]采取GIS艺术结合大气污染清单估算方法分析了上海市的SO2和PM10客流,结果表明,耕地焚烧秸秆是PM10的关键排放源。
   (三)我国政策环境分析
   眼前,我国秸秆的资源化、商品化程度仍相对滞后。原因不仅是秸秆综合利用技术不健全,还在于相关政策和方法没有完整落实,导致秸秆市场之运行力不足。自2000年开始,中科院出台了一连串秸秆综合利用和秸秆禁烧的富民政策和方法作为行动之旗帜。2000年修订的《汪洋污染防治法》强烈规定,如觉察露天焚烧秸秆,处罚涉事者500~2000元,并探索相关责任人的刑事责任。市政扶持政策,具有激励和引导的企图。《江山先进污染治理技术示范名录》介绍了秸秆制作成型燃料、燃烧发电、无工程,以及制作建筑材料的技艺指标、公用范围和消灭之技艺问题。顶有特别需要的时光,还会以临时通知之样式,督促地方政权做好秸秆利用和禁烧的上班。中央政权也增强了对秸秆综合利用的退休金,2013年,辽宁省发布之《辽宁省秸秆机械化还田实施办法》,规定以10元/亩的正式对示范县进行资本补贴,渴求补贴对象必须为农机服务站或农机户。
   综上分析,秸秆生物质能的使用主要面临以下问题:秸秆综合利用技术已相对成熟,但发展中国家的秸秆资源化利用率普遍较低;增长秸秆综合利用水平离不开政府之支持,如发放补贴资金、激励农民和企业清洁生产等;秸秆露天焚烧造成深重的环境污染,严重影响了人人的存在和国度经济的腾飞。如何增强本国秸秆综合利用水平,首要在于提高秸秆综合利用对节能减排的孝敬。于是,本文通过对1986—2015年秸秆资源走势分析,采取EEMD和BPNN模型预测我国2016—2020年秸秆资源产量,再接再厉探索秸秆综合利用对节能减排的孝敬潜力。
   三、我国秸秆资源现状及政策环境分析
   为客观的探索秸秆综合利用对节能减排的孝敬潜力,第一分析1986—2015年我国秸秆资源状况,剖析秸秆产量资源走势,慎选可靠数据预测2016—2020客运量。
   (一)数量来源及处理
   根据国家统计年鉴,用1986—2015年全国五种重要粮食作物产量,表现重点研究对象(见表1)[1]。
   这五种粮食作物的总量占全国农作物总产量的90%上述[17],基于二八原理,利用这五种庄稼作为研究对象是合情合理的。于是,本文选用草谷比法来计算全国粮食秸秆产量。
   粮食作物秸秆产量计算见公式:
   出于本国省市众多,而不同之省市处于商业化的不同阶段,他艺术和经济等方面的腾飞程度差距较大,进而影响未来秸秆的使用能力。而处于相同工业化阶段的省市的作物生产状况具有主体性。根据我国现代化蓝皮书,本文将全国30个省市按工业化阶段划分成7个组(见表2)[19]。
   (二)我国1986—2015年秸秆资源走势分析
   根据7个现代化阶段省市的分组,暌违绘制1986—2015年7个组省市的秸秆产量。出于每组的多寡点过多,不利于清晰地展现秸秆产量的走势变化,于是绘制了各组省市每五年的秸秆产量(如图1所示)。数量统计显示,3、4、5、6组的秸秆产量占总产值的95%,其中,3组的秸秆产量保持在每年1亿吨左右,4、5、6组秸秆的总量整体呈上升势头,5组的年率高于4、6组。
   由图1能够,1986—1999年期间,1组的秸秆产量保持在2300万吨/年控制,2组的秸秆产量保持在500万吨/年控制。7组的秸秆产量近30年整体保持增长势头。1999—2003年期间,1、2、3、5、6组的秸秆产量有鲜明回落势头。究其原因,是出于从1999年开始,江山开始实行退耕还林工程,增长城市化进程的飞跃发展占用了大量之耕耘,导致的食粮供给量大幅降低,进而导致秸秆产量下降。1986—1999年期间,石家庄市的耕耘面积约825万亩,而2000—2003年期间,石家庄市退耕还林了46万亩耕地。到2015年关,石家庄市的耕耘面积降至不足300万亩。
   由上分析可知,1999—2003年期间,出于政策的调节,1、2、3、5、6组的食粮走势波动较大,粮食供给量发生流行性变化。2004—2015年期间,粮食增长走势趋于稳定。
   (三)数据分析
   为了规范分析未来秸秆资源之走势,基于最小二乘法对30年大米供给量数据进行CHOW检查[20]。CHOW检查的中坚规律公式:
   利用SPSS硬件,基于CHOW检查的中坚规律,认清粮食供给量数据是否存在结构性变化的焦点。对第5组数据进行检查,结果表现,F检查、Wald检查、对数似然比三类统计量对应的概率值(p)应远小于10%(见表3)。同理对一切组进行检查。
   结果表现:在2003年,7组数据均有冷水性变化的焦点,进而将数据分为1986—2003年和2003—2015年两段。为了避免断点对预测值可靠性的烦扰,本文利用2003—2015年之食粮供给量数据来预测2016—2020年大米供给量。
   四、我国秸秆综合利用对节能减排的孝敬潜力
   基于2015年全国秸秆总产量的估计结果(680百万吨),如果按照现行的利用率,名将秸秆转化为生物质资源,相当于38百万吨标准煤;如果将秸秆全部焚烧,名将投放约10亿吨污染物。可见,秸秆综合利用不仅减少了污染物的排放,还可以增加水源的供给。于是,展望2016—2020年全国秸秆资源走势,并着重分析2020年秸秆综合利用对节能减排的孝敬潜力。
   (一)基于EEMD和BPNN的全国秸秆资源走势预测
   为增进预测结果的准确性,本文将合并经验模态分解技术(Ensemble Empirical Mode Decomposition,以下简称EEMD)与神经网络(Back Propagation Neural Network,以下简称BPNN)相结合,拓展全国粮食供给量的预测,同时采取回归分析,找出全国秸秆资源走势。
   1.EEMD的中坚规律
   EMD是在经历模态分解的基础上进行改进的一种解释方法。EEMD是通过加入白噪声帮助提取分离不同之信号模式,来解决EMD模态混合的题材。其中,补充的白噪声序列如公式(3)所示[21]。白噪声标准差公式:
   2.BPNN的中坚规律
   神经网络的中坚结构为输入层、隐含层和进出口层;计算过程包括:正向输出结果和反向调节权重两部分。此次实验的神经网络结构设置如下:步入层节点为7,隐含层个数为15,进出口层节点为1。BPNN的权重调节机制如下[22]:
   3.结果分析
   第一,采取EEMD名将原序列分解成n个子序列;副,采取BPNN得到每一个子序列的单方面预测结果;末了,对每一个子序列的单方面预测结果进行加和,合并为尾声的预测结果。基于上述原理,利用MAT-LAB2013a硬件,最后得到3个分解分量。采取神经网络模型分别对这3个分解分量进行预测、合并,最后预测出2016—2020年间,全国和7个组的食粮供给量预测,结果见表4。
   同时,采取回归分析,找到秸秆资源与粮食供给量之间的关联。进而通过2016—2020年之食粮供给量,来预测2016—2020年之秸秆产量。利用SPSS硬件,重组近30年全国粮食定量和秸秆总产量数据,得出秸秆和粮食供给量的关联(R2=0.99,F=12435.689,P值为0.000),见公式(6)。秸秆和粮食供给量的欧式:
   名将2016—2020年之食粮供给量代入式(6),得到2016—2020年间,全国和7个组秸秆产量,见表5。其中,3、4、5、6组的秸秆产量仍占总产值的95%。
   (二)秸秆对节能减排的孝敬分析
   1.场景假设
   基于《秸秆综合利用技术目录(2014)》,本文将秸秆综合利用分为:秸秆的直接行使和转化为生物质资源。前者包括:做饲料、制建筑材料、陶铸食用菌及还田沤肥等;后者包括:液化,无、固定发电和制生物质炭等,秸秆的归纳商品率是秸秆的直接利用率和转化为生物质资源利用率之和。
   根据秸秆露天焚烧的污染物排放清单,污染物包括:CO2,PM2.5,BC,OC,CO,NH3,SO2,NOx,CH4,NMVOC,秸秆露天焚烧的排放系数分别为:1.43,0.01,0.0006,0.003,0.034,0.0007,0.0009,0.003,0.003,0.006[23]。
   西线情景,2015年,我国秸秆直接利用率是69%,秸秆转化为生物质资源的掉话率是11%,则秸秆综合商品率为80%。2015年之秸秆总产量为680百万吨,生物质资源利用率为11%,则将有75百万吨秸秆转化为生物质资源,相当于38百万吨标准煤(折标煤系数为0.5[24]),约占2015年全国煤产量的2%。
   生物质资源属于清洁能源,在采取过程中几乎不排放污染物。
   两种利用方式均避免了秸秆露天焚烧。根据秸秆露天焚烧的污染物排放清单和野外焚烧的排放系数,2015年利用秸秆数量是544百万吨。调减了811百万吨污染物的排放(其中CO2占污染物排放总量的96%)。
   场景(1)在2020年,假设我国秸秆的直接利用率保持在2015年之基础上不变,秸秆转化为生物质能利用率提高5%,增长到16%,这就是说秸秆综合商品率为85%。则2020年之我国秸秆总产量为760百万吨,名将节约61百万吨煤,约占2015年全国煤产量的3%,同时减少965百万吨污染物的排放。
   场景(2)在2020年,假设我国秸秆的直接利用率保持在2015年之基础上不变,秸秆转化为生物质能利用率提高10%,增长到21%,这就是说秸秆综合商品率为90%。则2020年之我国秸秆总产量为760百万吨,名将节约80百万吨煤,约占2015年全国煤产量的4%,同时减少1021百万吨污染物的排放。
   现实见表6。
   同理,对本国7个组的秸秆对节能减排的孝敬进行情景假设,以2015年为基线情景,秸秆的直接利用率是69%,场景1,秸秆转化为生物质能利用率提高到16%;场景2,秸秆转化为生物质能利用率提高到21%;剖析结果见表7。出于组1的秸秆产量较少,为了后期计算组1的经济趋向,组1的计量结果保留了小数点后两位。
   2.经济趋向分析
   (1)场景1与基线情景相比,场景1的秸秆转化为生物质资源的掉话率提高到16%,假设其平衡用于生物质发电。针织厂的总成本将增长442亿元[收储运成本增加160亿元(收储运成本为340元/吨)],发电成本增加282亿元(1吨秸秆可发电1MW·h,发电成本为600元/MW·h[25])。同时,针织厂发电总收入增加了453亿元[供电收入增长353亿元(上网电价为750元/MW·h[25])];碳交易收入100亿元(减排成交均价为50元/tCO2e[26])。针织厂利用秸秆发电引起的CO2减排量,调减了约200百万吨CO2的排放(CO2排放系数为1.43[24])。公款大于成本,于是,场景1具有经济趋向。
   (2)场景2与基线情景相比,场景2的秸秆转化为生物质资源利用率提高到21%,这就是说,针织厂的总成本将增长799亿元(假设提高的10%人均用于生物质发电,收储运成本增加289亿元,发电成本增加510亿元)。针织厂的收益增长753亿元(供电收入638亿元,碳交易收入115亿元(现实分析同情景1))。公款小于成本。于是,场景2美方,针织厂存在亏损风险,不具有经济趋向。只有降低单位成本,使资金小于收入时,才具有经济趋向。针织厂需要多处理85百万吨秸秆转化为生物质资源,顶收入增长753亿元时,单位成本应小于886元/吨,针织厂才会致富。
   (3)对本国7个组的秸秆产量进行经济性分析情景1组1、2、3、4、5、6、7增长的总成本分别为0.96亿元、26亿元、39亿元、55亿元、179亿元、123亿元、19亿元。同时,公款分别增长0.99亿元、27亿元、45亿元、56亿元、180亿元、124亿元、20亿元。7个组的收益年均大于成本,具有经济趋向。
   场景2公款与股本比小于1,经济上不中用。场景2组1、2、3、4、5、6、7增长的总成本分别为2亿元、47亿元、87亿元、96亿元、320亿元、218亿元、29亿元。同时,公款分别增长1.62亿元、43亿元、83亿元、88亿元、304亿元、205亿元、28亿元。7个组的收益年均小于成本,不具有经济趋向。
   3.结果分析
   以2015年为基线情景,对本国2020年之秸秆产量进行两个现象分析,结果如下:
   贯彻情景(1),秸秆转化为生物质能利用率提高到16%,经济性可行。但提高其秸秆综合商品率是根本。于是,各国政权在制定财政扶持方案时,应增进对秸秆转化为生物质资源方面的支持力度。
   同理,对本国7个组的秸秆产量进行分析,由1986—2015年秸秆实际产量及2016—2020年秸秆预测容量可知。3、4、5、6组的秸秆产量占总产值的95%,为兑现情景1,增长其秸秆综合商品率是根本。获得成熟的秸秆利用艺术并成立全面的收储运系统,是增长产粮大市秸秆利用率的关键路径。然而,5、6组的职业化水平较低,不具备开发和投资的力量。于是,联合政府仍需加强对5、6组的民政扶持力度。区、县、县级政府应细化秸秆收储运补贴分配方案,并成立收储运系统,形成省级秸秆收储运网络。
   贯彻情景(2),秸秆转化为生物质能利用率提高到21%,经济性不中用。
   可以通过加强收储运补贴、减轻过路费等艺术,降低收储运成本。出于秸秆转化为生物质能的早期投入资金较高,而中小型生物质资源企业之投资能力欠缺。于是,可以通过优惠贷款、减轻所得税等艺术来调整相关企业之能动。顶收入大于成本的时,即单位成本小于886元/吨,才具有经济趋向。
   为兑现情景2,政府要求增加收储运补贴来赞助企业降低成本。特别是5、6、7组的经济、艺术水准较落下,联合政府应增进对5、6、7组的民政和艺术援助。
   另外,1、2、3、4组省市的职业化水平高,具备一定的经济、艺术优势,这类省市可以重点研发并加大先进的秸秆综合利用技术。
   五、总结与谋略建议
   (一)总结
   1.虽然发达国家秸秆综合利用技术已相对成熟,但我国秸秆资源化利用率普遍较低,秸秆露天焚烧造成深重的环境污染,严重影响了人人的存在和国度经济的腾飞,要求政府之大力支持以增进本国秸秆综合利用,增长建设生态农业,促进农村能源和经济的可持续发展。
   2.如果将秸秆生物质资源利用率提高到16%~21%,这就是说可以取代6100~8000万吨煤燃烧,约占全国煤消耗总量的3%~4%。我国秸秆资源集中在3、4、5、6组,而5、6组的经济和艺术水准相对滞后。秸秆利用率提高到一定水平,必然伴随着资金的增长。为支持5、6组的秸秆利用艺术科研以及现有技巧之使用,应增进本国生物质能源利用率。
   3.名将本国秸秆转化为生物质能利用率提高到21%,在眼前的社会经济发展阶段是不合算的,单位成本小于886元/吨,针织厂才会致富,才具有经济趋向。
   (二)机关建议
   1.无财政扶持政策
   中央政权应细化财政扶持政策,从严控制补贴的本金流向并成立反馈机制,确保补贴发给农民和企业,进一步高级化补贴对象和专业[27]。如给予秸秆生物质炉灶厂成本补贴,农家以高价购买秸秆生物质炉灶。倡议非强制性禁烧手段,政府与农夫签订环境自愿清洁协议,倡议农民互相监督[28]。
   2.支持研发新技术,确立收储运体系为了削减秸秆利用率提高带来的财力增加,应研发适用于我国市场之新技术,并且建立快速、运作通畅的秸秆收集、储存、运输、采取的项链,确立稳定的收购和行销渠道。
   3.付出碳减排项目建议鼓励相关企业参与碳排放交易,推进秸秆商品化,倡议秸秆制生物质资源项目,勉励秸秆进入自愿减排碳交易市场中展开贸易。相关企业采取秸秆制生物质资源,调减的暖棚气体排放量,集团可以获得碳交易资金。
   六、结束语
   成本研究为我国秸秆生物质能应用提供了固定的裁决依据,为回答气候变化无常提出新的办法。研讨秸秆的适用对节能减排的孝敬潜力。前途研究可尝试采用新技术和新的管理方法,以获得相应的节约资源和削减排放的现实数据,同时开展相关的经济性分析,所以增强研究结论的可靠性。
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