北方地区秸秆沼气集中供气工程冬季增温保温能源边际报酬分析

This study mainly conducts quantitative analysis on typical projects of straw biogas for central gas supply selected in the Northeast, Northwest and North China, by using input-output method, marginal utility analysis, scenario analysis and cross-validation method for inference. There are three kinds of temperature rasing process and two kinds of temperature maintaining process, so there are 6 scenarios of the biogas projects as research content. The variable parameters are determined by data observation and measurement of the straw biogas projects with 6 kinds of scenarios by solving the formatted energy marginal function groups, in order to build the general model of energy marginal returns. The general model of energy marginal returns can help to carry quantitative analysis and modeling research on marginal returns of energy input in winter for temperature raising and maintaining function of straw biogas project for central gas supply in northern China. Then, optimized scheme will be made based on the priority order of the maximizing energy marginal returns equilibrium point. And the study achievements provide both scientific basis and decision support for straw new energy and technology improvement and process optimization in straw biogas projects which need temperature raising and maintaining function in North China in winter.

本研究借鉴投入产出法、边际效用分析法、情景分析法、交叉验证法，以典型案例定量分析为主，分别在东北、西北和华北地区选取必要数量的秸秆沼气集中供气工程，按6种情景（3种增温工艺×2种保温方式）进行必要的数据观测和计量，通过组建能源边际函数群，获取不同增温条件下和不同保温下的变量参数，构建能源边际报酬通用模型，实现对北方地区秸秆沼气集中供气工程冬季增温保温能源边际报酬的定量化、模型化研究，进而开展其能源边际报酬最大化均衡点的优先序分析，并据此制定工艺优化方案，为我国北方地区沼气工程冬季增温保温工艺优化和技术改进以及秸秆新型能源化发展提供科学依据和决策支持。

冬季低温是我国北方地区沼气发展的重要制约因素，冬季增温保温是确保该类地区沼气工程由冬季持续稳定产气到周年正常生产运营，并促使其工程建设持续健康发展的必要工艺措施。本研究利用投入产出法、情景分析法，分别选取华中、华北及华东地区的5个沼气集中供气工程，获取不同增温条件下和不同保温下的变量参数，对包括燃煤增温、太阳能增温、太阳能增温+燃煤补充增温、温室大棚保温等工艺在内的五种增温保温情景下的能量投入产出水平与增温保温效果进行了测算和分析，主要分析结果如下：①大棚是有效的沼气工程冬季保温方式，可有效降低直接能耗，提高沼气工程的净能源产出量。有大棚保温条件下冬季增温的能量产投比可由无大棚保温条件下的3.6:1提高至4.2:1；②地下塞流式厌氧消化工艺用大棚保温，集热效果较好，能大大降低沼气工程系统在冬季的能耗，明显提高系统的能效比，且投资较低；③太阳能增温工艺节能环保，能源产投比最高。但前期投入成本较高、易受天气影响、地区适应性相对较差等。在有些寒冷地区，冬季使用太阳能的同时仍需加热。采用太阳能增温+燃煤补充增温工艺的沼气工程，其能量产投比可达到15:1。④能源边际报酬分析表明，沼气工程冬季加热发酵在15-20℃区间时对温度变化更敏感，温度达到20℃时，能量产投比为2.5:1，温度达到27℃时，能量产投比为1.6:1。在27℃时便能保障周年均衡产气，而不必追求35-38℃的最佳中温发酵温度，可节约能源；⑤国内沼气工程多采用煤炭、电力等常规能源进行增温，但对相关工艺的研究比较欠缺，对推动其工艺改进研究十分不利；⑥不同增温保温情境下能源边际报酬最大化均衡点分析表明，未来我国北方地区沼气工程增温保温重点的研究方向应倾向于开发和利用多能互补模式。本研究丰富了能源经济学在新能源领域的研究内容，为我国北方地区秸秆沼气集中供气工程冬季增温保温工艺优化和技术改进提供可靠的科学依据，同时为该类地区各类沼气工程冬季增温保温工艺优化和技术改进提供有益的方法借鉴。