中国生物质燃气产能及碳减排潜力.doc

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1、中国生物质燃气产能及碳减排潜力摘要：基于回归分析预测模型和来源分类预测模型对20202050年生物质燃气产量和能源结构占比进行预测，并对碳减排潜力进行了情景分析。结果表明，回归分析预测偏差较小，其中逐步回归预测偏差值为9.34%，略小于多元线性回归的13.99%。来源分类模型的准确度高于回归模型。到2050年，沼气增幅约为176%。在低碳情景中提高生物质燃气应用比例最高可降低未来情景中10%的碳排放量，表明大力发展生物质燃气对于碳减排和碳循环有较为明显的正面效应。结合现状对经济，技术，市场等方面提出政策建议。为下一步发掘生物质燃气产品市场潜力提供理论指导。生物质能作为一种绿色，清洁，可再生的新

2、能源是未来发展的主要能源之一，在解决未来能源需求，全球变暖，生态环境保护方面有着重要地位。尤其在清洁能源短缺和大气污染形势严峻的今天，生物质燃气开发具有越来越重要的意义1-2。根据国家能源局颁布的生物质能发展“十三五”规划2，生物质能按照利用方式分类可分为以下4类能源：生物质发电电能，生物质成型燃料，生物质燃气及生物质液体燃料。据统计3，到2015年底，我国各大类生物质能产量折合标准煤约3540万t，其中商品化利用比例达51.4%。生物质燃气从工程规模角度来分可分为2类：一是分布散乱，单个规模较小的农村户用沼气；二是品质优良，单个规模较大的规模化沼气工程生产的生物质气化燃气3。从原料来源可以分

3、为4类：分别是工业废物生物质燃气，农业废物生物质燃气，生活垃圾生物质燃气以及市政污泥生物质燃气。回归模型在包括环境领域在内的诸多领域都有广泛应用，可以将多个变量之间的线性或非线性关系进行数量分析。回归模型可用于预测空气污染物浓度4，预测污水厂剩余污泥厌氧消化产气量5，对气象进行了同期回归和多元回归等统计预报模型6。相比国内，国外对于多元回归的应用更早。回归模型可用于7研究本地气象因素和大气化学过程对小尺度时空变化影响，对细颗粒物浓度进行预测及评价8等。以上表明多元线性回归在大气监测预警，空气质量预报和产量预测等都可以进行变量预测等统计分析。且有较高的可信度。但回归模型较少有应用于生物质燃气产量

4、预测可供参考的数据不多。本文针对新形势下生物质燃气产品和市场发展需要，研究国内外生物质燃气发展规模，技术应用现状以及先进的商业模式。按照工程规模和原料来源两个分类口径分别构建模型进行预测分析。在此基础上，进一步梳理国内实现的渠道及可能性，给出生物质燃气产品市场应用潜力分析，并结合我国现实国情提出政策建议，为下一步推动生物质燃气市场发展提供理论指导。1材料与方法1.1回归模型从国际沼气产量报告，中国农业统计年鉴，中国统计年鉴，中国轻工业统计年鉴8-11等来源搜集基础数据，运用多变量线性回归模型和逐步回归模型对生物质产量进行了预测。1.1.1变量选取年均沼气产量是反映沼气发展的重要指标，设当年沼气

5、产量（TJ）为因变量y。在以上基础上结合变量的有效性和可获取性，选择上年沼气产量（TJ），GDP（亿元），能源消费量（kg标准煤），人口（万人），财政补贴，技术进步，产业结构等因素分别为自变量x1-x6。针对上述变量，采用文献调研和资料收集相结合的方法获取有关数据。主要参考中国农业统计年鉴12和中国社会经济发展统计公报13得到20042014年的相关数据，具体如表1所示。关于财政补贴，根据全国农村沼气发展“十三五”规划16，全国农村沼气工程建设规划（20062010年）17中资金预算部分，20012005年期间，中央累计投入35.3亿元，其中农村户用沼气池投资34.5亿元，建设沼气池357.6

6、0万户；殖场沼气工程投资8115万元，建设沼气工程120处。2004年和2005年财政补贴分别为103250万元和102980万元。但农村沼气建设采取国家补助和农户自筹相结合的建设模式，按照“一池三改”建设标准，除去国家补助外，还需农民自筹投资，导致建池困难问题。如户均投资需30003500元，其中国家补助8001200元，农民需自筹2000多元。在十一五期间，规划全国新建农村户用沼气2300万户左右，其中中央补助建设1300万户左右，带动地方建设1000多万户。到2010年底，全国户用沼气总数达到4000万户左右，约占适宜农户的30%。全国农村户用沼气建设总投资400.65亿元，中央投资12

7、5亿元重点用于农村户用沼气池的建设。西北和东北地区平均每户总投资3200元/户，其他地区平均3000元/户。中部地区比照西部大开发有关政策按照1000元/户标准进行补贴。十一五期间具体补贴情况如图1所示。十三五期间农村沼气总投资500亿元：规模化生物天然气工程181.2亿元，规模化大型沼气工程133.61亿元，中型沼气工程91亿元，小型沼气工程59亿元，户用沼气33.3亿元，沼气科技创新平台1.89亿元。根据上述国家出台的财政补贴，估算20042014年沼气池财政补贴。1.1.2模型适配度检验首先，对沼气产量采用多元线性回归方法进行分析，同时进行方差检验。在计算过程中，由于自变量较多，且个别因

8、素影响较小或因素之间存在共线性影响，误差平方和会随着变量的引入而增大，影响了模型整体的稳定性。因此，在多元线性回归的基础上，对沼气产量进行非线性回归分析即逐步回归方法，从多因素中挑选出影响显著的因素来建立回归模型。从图2来看，逐步回归的标准化残差的绝对值更接近于1，说明其适配性更高。从表2中可看出，对于多元线性回归，模型的复相关系数是0.977，判定系数是0.955，修正系数为0.910，达-沃检验统计值为2.703，当达-沃检验2时说明残差独立。对于逐步回归，模型的复相关系数是0.955，判定系数是0.911，修正系数为0.902，达-沃检验统计值为1.531。整体来看2种模型的拟合优度都较

9、好。2结果与讨论2.1回归预测模型图3表示，回归分析与实际值偏差较小，有较高的适用度，若引入更多变量回归标准差会进一步缩小，证明了线性回归方法在沼气产量预测中的可行性。且多元线性回归的百分比偏差为13.99%，略大于逐步回归的百分比偏差值9.34%，证明逐步回归具有相对较高的准确度，逐步回归剔除变量后剩余影响因素为财政补贴，说明我国财政补贴对于沼气工程的扶植力度较大，若想提高沼气产量可进一步增加财政补贴。回归自变量发展趋势较为稳定，有较强的规律性，因此可进行自变量回归，对上年沼气产量、GDP、人均GDP、能源消费、人口数量、财政补贴等自变量分别使用幂函数、二次函数、logistic模型等方法分

10、别进行拟合求值，得到2020、2030、2040、2050年等自变量值，具体如表3所示。在此基础上，用回归分析的方法对未来沼气产量进行了预测，未来年沼气产量如图4所示。2.2来源分类预测模型按照生物质废物来源分类，分成工业废物、农业废物、城市垃圾、生活污泥4类生物质废物，其中工业生物质废物主要包括高浓度有机废水和有机废渣，农业生物质废物主要包括养殖废物及农业秸秆，生活垃圾包括通过填埋处理可产生填埋气的部分垃圾，市政污泥是指市政污水经处理得到的脱水污泥。基于对各类废物资源量的预测和转化为沼气的开发利用率，预测2020、2030、2040和2050年的沼气产量。根据2010年的统计数据得到2010

11、年4类生物质废物产沼气资源量及产沼气量的基础数据。通过参数假设得出未来各类生物质废物产沼气量。2.2.1工业废物产沼气潜力预测 根据轻工业环保所统计，2010年全国工业排放有机废水为43.67亿t，废渣为9.46亿t。可转化为沼气（甲烷含量56%）的资源量为280.83亿m3。根据各行业协会、有关省市、各承担沼气工程设计建设的公司和设计院所等进行的统计，并根据2010年进行的全国工业污染源调查数据，估算得出全国工业沼气工程年产沼气量约为50.0亿m3，占总资源量的17.86%。2015年工业企业生产沼气的总资源量为322.11亿m3。按照十三五规划发展速度，预计到2020年中国工业总产值比20

12、10年翻一番，达到143万亿元。同时随着工业企业开展清洁生产节能减排，预计污染（以COD计）增长减半，即污染排放削减率为50%。到2020年，工业企业污染排放量预计比2010年增加50%，2020年工业企业生产沼气的总资源量为421.24亿m3。在未来我国产业结构转型的大趋势下，预计未来我国工业增长率将逐步放缓，模型中20202030年、20302040年、20402050年3个时间段的年平均工业增长率分别按6%、4%、3%计算。同时随着清洁生产和节能减排力度不断扩大，预计未来我国污染物排放削减率将逐步上升。20202030年总体工业增长率为79.1%，工业排放污染量按总体增长的35%计算，则

13、2030年工业企业生产沼气的总资源量约为537.86亿m3。20302040年总体工业增长率为48%，工业排放污染量按总体增长的30%计算，则2040年工业企业生产沼气的总资源量为651.31亿m3。20402050年总体工业增长率为34.4%，工业排放污染量按总体增长的25%计算，则2050年工业企业生产沼气的总资源量为707.32亿m3。2.2农业废物产沼气潜力预测 根据2010年中国统计年鉴中畜禽粪便排放量数据以及不同种类畜禽粪便产气率数据。2009年全国畜禽养殖年排放粪便总量约为148732.592万t，如果采取全部厌氧消化方式处理，可产沼气819.5亿m3。而目前农业沼气工程仅在规模

14、化畜禽养殖场存在。根据畜牧业发展“十二五”规划发展速度进行估算，我国畜牧业从20102020年将以年均增长率为3%的速度增长，因此到2015年全国畜禽养殖年排放粪便总量约为17.2亿t，可产沼气资源量为950亿m3。2020年全国畜禽养殖年排放粪便总量约为19.94亿m3，可产沼气资源量为1100亿m3。模型中20202030年间年均增长率按2%计算，2030年可产沼气资源量约为1340亿m3，最后到2050年保持稳定。根据农业部2007年的统计，规模化养殖场养殖量占全国养殖总量的8.11%（占粪便排放量）。按目前规模化程度的平均增加速度为8.5%计算，2015年规模化程度为15.6%，202

15、0年规模化程度为23.4%。预计未来养殖场规模化程度将保持继续平稳增长的态势，但增速有所放缓，2030、2040、2050年规模化程度分别按35%、40%、45%计算。计算公式如下：2.2.3生活垃圾产沼气潜力预测 根据国家统计局数据，2015年城市生活垃圾清运量为1.91亿t，据环保部门预测，到2020年，全国城市垃圾清运量将每年以6%以上的速度增加。到2020年后，增长速度预计有所减缓，模型中20202030年、20302040年、20402050年3个时间段年均增长率分别按4%、2%、1%计算。则2015年2050年城市垃圾清运量从1.91亿t增加到5.1亿t。按照每吨城市垃圾卫生填埋平均所产生的填埋气120m3计算，得到相应的填埋气资源量。而城市垃圾产沼气主要集中在填埋垃圾气体利用。2015年填埋处理量达1.15亿t。预计，垃圾填埋处理能力年均增长率将按8%增长。2020年，填埋处理量为1.69亿t。环保部门预测2020年后垃圾填埋增长率减缓。模型中20202030年、20302040年、20402050年3个时间段年均增长率分别按4%、2%、1%计算，而填埋场产气率和填埋气收集率均有提高，分别按照每t产气120m3和30%计算。具体计算公式如下：2.2.4市政污泥产沼气潜力预测 根据建设部和环保