生物质能源分析篇(1)

关键词:生物质能;资源总量;新疆

中图分类号:F127文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)13-0109-02

在经济社会飞速发展的进程中,消耗了大量的化石能源,不仅造成了化石能源的日趋枯竭,而且也带来了生态环境的破坏,这些都越来越成为影响人类社会发展的重要问题,受到了发达国家以及发展中国家的普遍关注。因此,只有从根本上改变人类社会这种持续了数百年的能源供给及消费模式,大规模地开发利用包括生物质能在内的取之不尽、用之不竭、清洁环保的可再生能源,才能真正使人类实现经济社会的可持续发展。从本质意义上说,包括生物质能在内的可再生能源是人类社会发展的长久保障和不竭动力。

作为可再生能源,生物质能是指所有可以作为能源使用的源于植物的物质。而植物的成长通过光合作用,绿色植物的叶绿素吸收阳光与植物吸收的CO2和水合成碳水化合物,把太阳能转变成生物质的化学能固定下来。因此,生物质能来源于太阳能,是太阳能的有机储存 [1]。生物质能资源主要包括农作物秸秆和水生植物可作为燃料使用的部分,合理采伐的薪柴、原木采伐和木材加工的剩余物,能源植物,人畜粪便,农副产品加工后的有机废弃物,有机的废水、废渣,城镇有机垃圾等。生物质能的开发利用主要有三个方面:一是直接燃烧供热,二是供气或发电,三是生产液体燃料。

新疆是能源供应大区,拥有丰富的煤炭、石油、天然气等化石能源,但是作为不可再生的化石能源,其枯竭是不可避免的事实。同时作为传统的农牧大区,生态环境十分脆弱。在这种情况下,生物质能的开发利用,对于维护新疆能源安全、优化能源结构、促进农村和农业发展、改善农村环境、实现经济社会的可持续发展具有重要意义。

一、新疆生物质能资源总量的估算

新疆地域广大,生物质能资源丰富,为对其进行合理的估算,本文把新疆生物质能资源分为四类:一是农作物资源;二是薪柴资源;三是人畜粪便资源;四是城市生活垃圾资源。

1.农作物资源。农作物资源以农作物秸秆为主,农作物资源量是以农作物产品的产量进行推算的,首先宏观的确定产品与秸秆的质量比值。如产出1KG玉米,估计就有2KG玉米秸秆,其谷草比(产率)为2。农作物秸秆资源量的估算公式

式中,Sn为秸秆资源量;i=1,2,3,…,n为资源品种编号;Si为第i种作物产量;di表示第i种农作物谷草比(产率)。

新疆农作物主要包括水稻、小麦、玉米、大麦、豆类、薯类、棉花、油料、甜菜、蔬菜、果用瓜、苜蓿等。新疆2007年水稻、小麦、玉米、大麦、豆类、薯类、棉花、油料、甜菜、蔬菜、果用瓜、苜蓿的产量分别为62.52万吨、359.22万吨、396万吨、24.26万吨、20.69万吨、101.36万吨、290万吨、40.3万吨、586.93万吨、1 173.99万吨、338.67万吨、205.47万吨,根据新疆2007年农作物产品产量利用农作物秸秆资源量估算公式估算,新疆农作物秸秆资源量估算值为4 073.558万吨,折合2 154.912万吨标准煤。

2.薪柴资源。新疆薪柴资源丰富,薪柴资源量可以通过下述三类估算方法进行估算:1)森林采伐木和木材加工的剩余物,可用作燃料量按原木产量的1/3估算。2)薪炭林、用材林、防护林、经济林、疏林的收取或育林剪枝,按林地面积统计产柴量。3)四旁林(田旁、路旁、村旁、河旁的林木)的剪枝,按树木株树统计产柴量。假设有一片较大的地域范围,里面有几个区域,2)和3)中各种林木在不同的区域里拥有不同的情况,统计这片地域范围的薪柴资源量,可用下式估算:

式中,Sx为统计地域范围的薪柴资源量;i为统计地域范围的区域数,i=1,2,3,…,n;j为第i区域内的林地种类,j=1,2,3,…,m;Fij为第i区第j种林地的面积;Yij为第i区第j种林地的产柴率;Qij为第i区第j种林地的可取薪柴面积系数(取柴系数);Tij为第i区第j种四旁林的株树;Xij为第i区第j种四旁林的产柴率;Yij为第i区第j种四旁林的取柴系数;W为统计地域范围内年原木产量;1/3为原木加工产生的剩余物比例。

2007年,新疆薪炭林面积为1 256公顷、用材林面积为3 300公顷、防护林面积为60 704公顷、经济林面积为51 958公顷、四旁林为2 937.07万株。根据薪柴资源估算公式的估算值为21 355.22万吨,折合12 193.83万吨标准煤。

3.人畜粪便资源

人畜粪便资源量,是以人口数,禽畜存栏数,年平均排泄量为基础进行估算,在计算儿童、幼畜的粪便资源量时,要乘以成幼系数。统计公式如下

式中,C为人畜粪便资源量;i为资源的来源类别,i=1,2,3,…,n;Pi为第i类成人或成畜的数量;Ai为第i类每个成人或成畜的年粪便排泄量;Ri为第i类儿童或幼畜数量;Bi为第i类儿童或幼畜的成幼系数。

新疆2007年人口总数为2 095.19万,牛、马、驴、猪、山羊、绵羊2007年底存栏数分别为486.98万头、86.09万头、113.92万头、237.9万头、608.1万头、3 475.34万头。根据人畜粪便资源量估算公式的估算值为1 081.864万吨,约折合540.932万吨标准煤。

4.城市生活垃圾

城市生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商业和服务业垃圾、少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物。其成分和产量受很多因素的影响,如城市人口、居民收入、燃料结构、饮食习惯、城市建设以及季节变化等的影响。根据新疆2008年统计年鉴统计数据估算,新疆2007年生活垃圾清运量为340.19万吨,约折合39.46204万吨标准煤。

根据对新疆农作物资源、薪柴资源、人畜粪便资源和城市生活垃圾的估算,新疆生物质能资源总量26 850.832万吨,折合标准煤14 929.14万吨。

二、新疆生物质能资源分布特征分析

由于新疆地域广大,各地区自然条件各异,因此,农作物的作物品种、种植面积大小不同,资源量各异。林业发展程度不同,薪碳资源量不同,林木种类、面积差异较大。人畜粪便资源的分布将随着人口集中度及畜牧业发展的不同而不同。生活垃圾资源量主要集中在中心城市。

本文利用新疆2008年统计年鉴数据,对新疆2007年各主要地区的生物质能资源量进行估算。估算结果为:喀什地区、昌吉回族自治州、阿克苏地区、伊犁哈萨克族自治州的农作物资源比较丰富,分别为737.8012万吨、426.6608万吨、342.0262万吨、341.8427万吨。喀什地区、克孜勒苏自治州、和田地区、伊犁哈萨克族自治州的薪柴资源较为丰富,分别为7 771.191万吨、2 806.759万吨、2 328.804万吨、2 097.703万吨。伊犁哈萨克族自治州、喀什地区、阿克苏地区人畜粪便资源较为丰富,分别为357.5358万吨、185.2862万吨、119.6185万吨。乌鲁木齐市、伊犁哈萨克族自治州、巴音郭楞蒙古自治州、喀什地区的城市生活垃圾资源较为丰富,分别为141.6万吨、48.19万吨、27.3万吨、18.25万吨。

同时,各地区生物质能的分布密度也存在较大差异:克孜勒苏自治州、吐鲁番地区、喀什地区的人均生物质能分布密度较大,说明上述三个地区的人均生物质能资源占有量较大,生物质能资源开发利用潜力巨大。喀什地区、克孜勒苏自治州、吐鲁番地区、昌吉回族自治州生物质能资源分布密度较大,每平方公里资源量较大,具有便利的资源获得性。可以对上述地区的具有区域优势的生物质能资源进行集中开发利用。

三、对生物质能资源的开发利用

人类对生物质能的利用已有悠久的历史,但是,长期以来以传统的直接燃烧方式利用它的热量,直到20世纪,特别是近一二十年,当人们对节约能源与环境保护的意识有了普遍提高,对地球固有的化石燃料日趋减少有一种危机感,在可再生能源方面寻求能源持续供给的今天,生物质能利用新技术的研究与应用才有了快速的发展。根据新疆生物质能的资源总量及分布特征,对生物质能的开发利用应该因地制宜。

1.针对新疆广大的农牧区,应该主要采用直接燃烧技术及生化转化技术。通过改进炉灶燃烧技术、锅炉燃烧技术和压缩成型技术,不仅可以提高生物质能的利用效率,而且可以降低污染、保护环境。发展小型户用沼气技术,不仅可以提高农牧区生活用能的能源品位,而且也符合循环经济的理论。

2.针对新疆城镇地区,如乌鲁木齐市、伊宁市等城市生活垃圾清运量较大的城镇,应该进一步提高城市生活垃圾等有机废弃物的高效厌氧处理及发电技术的产业化应用程度,以及大型生物质气化发电技术及发展热电联产技术。

3.针对农作物秸秆集中地区,如喀什地区、昌吉回族自治州应该集中利用农作物秸秆气化集中供气技术、秸秆直接燃烧发电技术及秸秆制取液体燃料乙醇技术,在薪柴资源集中地区,应该大力发展薪柴燃烧发电技术,集中供电,调整生活用能结构。通过秸秆直接燃烧发电技术、秸秆气化技术和秸秆制取液体燃料技术,不仅利用规模大、利用效率高,还可以变废为宝,保护环境,缓解日益进展的能源危机。

4.针对能源植物种植面积大并集中的地区,应该大力发展能源植物制造乙醇、纤维素制造乙醇、生物柴油及间接液化技术(天然气、柴油等),并做好产业化示范、应用及工程示范等。

参考文献:

[1]陈勇.中国能源与可持续发展[M].北京:科学出版社,2007.

生物质能源分析篇(2)

关键词：区域生态经济系统;物质流分析;协调性分析;灰色协调度模型

中图分类号：F252;F224;F205 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）23-5888-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2014.23.068

如何调控生态环境系统与经济系统之间物质流动的方向和流量，提高资源和能源的利用效率，是经济学、环境学与管理学研究共同面临的重要课题。为此，国内外学者进行了相关研究，提出了“物质流分析方法”，它主要针对区域的物质输入与输出进行分析。其基本观点是基于人类活动所产生的环境影响在很大程度上取决于进入经济系统的自然资源和物质的数量与质量，以及从经济系统进入环境的废弃物质的数量与质量[1]。目前在国家和区域层面上有关物质输入输出量的研究已有报道[1-12]，但对于区域层面上物质流量的内在关联报道较少。本研究以上海市闵行区为例，运用物质流分析和灰色关联分析[13]方法，尝试对物质输入与输出进行协调性分析，剖析区域物质流量的内部关系，以期为制定区域经济发展规划和研究提供一定参考。

1 研究区概况

闵行区位于上海市腹地、中心城区偏南，与徐汇、长宁、普陀、浦东、松江、青浦、奉贤、南汇等8个区相邻，区域面积37 168 hm2。闵行区坚持环境保护和经济建设并重，不断加强环境基础设施建设。尽管闵行区在近几年的生态经济建设中，逐步引入了循环经济的发展理念，并正在逐渐形成循环经济体系，展现出了良好的发展势头，但传统经济发展模式的弊端依然影响着区域经济的发展。

2 资料与方法

2.1 物质类型划分

按照国际上通用的划分方法及调研资料[1，3，14]，将进入闵行区生态经济系统的自然物质分为：①生物物质，包括林木、农作物和经济作物等第一性、第二性生产量;②气体，包括人类生产、消费活动中所消耗的气体;③能源，包括矿石燃料和其他燃料等;④水，指从环境中提取的天然水。将排出生态经济系统的物质分为固体废弃物、废水、废气3类。需要说明的是，由于资料数据的限制，进出口物质资源和隐藏流未被纳入统计的范畴。

2.2 资料收集及数据统计

输入端的生物物质包括林木、农作物和经济作物等，数据取自《闵行区统计年鉴》。水的输入量包括农业用水、工业用水和生活用水等，能源包括天然气、原煤、原油、热力、电力和其他燃料等，数据均由《闵行开发区环境公报》换算得到。输入的气体主要包括氧气和二氧化碳，数据均由《闵行开发区环境公报》和《闵行区统计年鉴》换算得到，计算方法参照相关文献[1，3，15]，在此不再赘述。

输出端固体废弃物部分包括工业固体废弃物和生活垃圾等，数据取自《闵行区统计年鉴》。废水包括生活污水和工业废水，数据取自《闵行区统计年鉴》。废气主要是工业废气和二氧化碳，数据取自《闵行区统计年鉴》和《闵行开发区环境公报》。

2.3 数据分析方法

由于区域生态经济系统具有高度开放性，受经济、资源和环境各种因素影响，内部要素之间的关系错综复杂，呈非线性结构，可认为它们之间存在灰色关系。因此，本研究应用灰色关联分析方法分析区域生态经济系统物质流量的协调程度。其中，区域物质流量协调意味着区域生态经济系统以合理的生产、生活关系为纽带，实现区域经济、资源和环境综合效益最大化[13]。

分析思路[13]具体如下：①为反映区域生态经济系统物质流量的协调度，确定主导系统S协调发展的序参量dj=（dj1，dj2，…，djn）（n≥2）。②设定序参量dji在特定研究时段放入阈值aji，aji可以根据区域生态经济系统的发展趋势或规划目标选择未来某规划年的预测值或规划值。③应用灰色关联有序度计算方法：设dji=（dji1，dji2，…，djit）为系统在t时段（以起始年作为第1时期）的序参量实际系列，djix（1≤x≤t）为第x时期区域生态经济系统的子系统Sj的序参量dji的实际值，aji为t时段子系统Sj的序参量dji的阈值。依据灰色理论，首先按式（1）对系列dji和aji进行无量纲化，然后按式（2）计算两个系列中各对应值绝对差的最大和最小值：

d■■=■，a■■=■， 1≤x≤t （1）

？驻min=min{|d■■-a■■|}，？驻max=max{|d■■-a■■|}，1≤x≤t（2）

由灰色关联分析方法，djix和aji在t时段的灰色关联系数为：

f■=■，1≤x≤t （3）

式（3）中，？籽（0

应用熵值法确定各项指标的权重w■，协调度系数f■表示为：

f■=■■f■w■ （4）

3 结果与分析

按照上述计算方法，对闵行区生态经济系统2007-2012年间的物质输入与输出进行计算。由于水输入量与输出量分别占物质输入总量与输出总量的95%以上，为了便于比较，分别讨论不包括水的物质系统和用水系统的协调性。

3.1 不包括水的物质系统协调性分析

应用公式（1）～（4）得到图1、图2。图1表明在不考虑水的情况下，物质系统协调度在2007-2012年间呈波动增长趋势，变化幅度为44.71%。协调度从2007年的0.691 1增加到2012年的1.000 0，说明闵行区不含水的物质系统总体上发展较为协调，但2010年协调度最低，说明在2010年闵行区生态经济系统发展水平较低。

从物质输入的时间动态分析，能源输入量和气体输入量呈现单调增加趋势，且能源输入量的递增速率大于气体输入量的递增速率。其中，能源输入量以较高的速度增长，从2007年至2012年增长率为13.72%。虽然2007-2012年闵行区对能源的需求量呈上升趋势，且对能源的依赖性较强，但由于能源消费年增长率低于地区生产总值增长率，能源消费效率趋于上升。气体输入量呈现较为缓慢的增长趋势，从2007年至2012年增长率为7.29%。生物量在近年来变化较大，2007年至2009年呈增长趋势，增长率为30.70%，然后一直呈现递减趋势，递减率为7.44%。这可能与生物质为生产原料的产业发展较不稳定有关。综合以上情况，随着经济社会的快速发展，物质输入量呈增长趋势，主要表现在能源保持着较快增长的势头，对生态系统和自然资源带来较大压力。闵行区延续目前的经济发展模式和速度，能源需求将持续增长，成为制约闵行区今后发展的重要因素。

从物质输出的时间动态分析，固废排放总量呈下降趋势，即从2007年的305.9万t下降到2012年的225.8万t，下降幅度为26.19%。这与闵行区逐步具有一定规模的静脉企业有关，这些企业可以在该产业中起到示范作用，并且如果继续扩大这些企业的规模，有利于固废利用率提高。废气总量呈现增长趋势，年增长率为2.38%。虽然近年来闵行区不断提高环保准入门槛，加强污染源头控制，淘汰不符合产业发展导向的污染型建设项目，但废气排放总量的增长趋势与能源等物质输入变化趋势有关。综上可见，废气是造成环境污染的主要因素。3.2 用水系统的协调性分析

图2表明，区域用水子系统协调度在2007-2012年间呈波动增长趋势，从2007年的0.562 9增加到2009年的1.000 0，然后下降为2012年的0.895 2，整体增长幅度为39.75%，说明闵行区生态经济系统中用水子系统发展较为协调。

在量的变化上，水输入量在2007-2012年基本呈现增长趋势，增长率为8.69%。虽然随着社会的快速发展和人们生活水平的大幅提高，水资源需求日益增加，但由于水资源消费年增长率低于地区生产总值的增长率，水资源消费效率也呈现上升态势。废水有序度呈递增趋势，是由于随着经济和市政建设的发展，闵行区污水收集系统的建设日益完善，目前已基本实现建成区污水收集管网的全覆盖。该区现有污水处理厂3座，其中，闵行水质净化厂处理能力5.0万t/日，闵行区污水处理厂处理能力4.5万t/日，程桥污水处理厂处理能力0.5万t/日。

4 结论与建议

4.1 主要结论

区域生态经济系统是一个多项非线性系统，其行为较难预测，物质流分析法和灰色关联分析方法是研究此系统的新颖而简洁的研究手段。本研究通过对上海市闵行区2007-2012年间的物质流量协调性进行分析，得出以下初步结论：一是物质输入输出系统发展较为协调;二是能源消耗量与用水量呈现较快的增长态势，对生态系统和自然资源带来较大压力。闵行延续目前的经济发展模式和速度，能源需求与用水需求等均将持续增长，成为制约闵行区今后发展的重要因素。

4.2 政策建议

4.2.1 建立循环型产业体系 近期，闵行区主要依托重点项目、重点园区发展四大重点产业：一是依托航天科技工业园区建设，通过太阳能、GPS卫星定位系统等项目发展航天产业;二是依托莘庄工业区的上广电NEC液晶显示器项目等发展光电子产业;三是依托漕河泾开发区浦江高科技园以及紫竹科学园区一批高科技企业发展微电子产业;四是依托闵行市级工业基地、闵行经济技术开发区内的“四大金刚”、阿尔斯通公司等一批骨干企业发展发电成套设备、轨道交通车辆为重点的现代装备产业。这些重点产业不仅技术含量高、附加值大、经济效益好、市场潜力可观，而且对环境的破坏比较小、对资源的消耗相对不大。

在循环经济建设过程中，闵行区应结合自身区位特点，积极发挥距离中心城区比较近、外来劳动力资源丰富、出口加工型产业发展基础比较好等优势，努力克服基础性资源少、土地资源有限、环境容量约束等特殊困难，进一步塑造区域特色，适当保留都市型传统制造业，向外转移无竞争优势和无规模经济的小工业，大力发展新兴高技术产业，真正使航天产业、光电子产业、微电子产业和轨道交通等现代装备部门成为闵行区经济发展的支柱产业。此外，为适应知识经济发展的要求，闵行区还应大力发展研发产业，并努力使之与上述4个先进制造业部门相互依托，逐步形成融制造业和现代服务业为一体的特色产业链。在传统产业调整方面，闵行区应加紧对吴泾化工和电力生产基地的技术升级，加速绿色化工区和绿色电力基地的建设步伐。

闵行区的农业将向设施农业、都市特色农业和生态休闲农业的方向升级，并逐步成为生态涵养的空间;静脉产业也将适应循环经济建设的要求逐步成长。各产业相互耦合，共同促进循环经济建设目标的实现。

4.2.2 建设资源节约体系 在能源节约方面，首先要做好工业节能工作：一是优化产业结构，结合近郊区位优势，大力发展第三产业;强制执行国家《淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录》，加快淘汰高能耗、高污染、低效益的工艺、技术、设备和产品。二是优化能源结构，推广洁净煤技术应用，积极发展清洁能源。三是加强能源管理，推广热电联产和分布式供能系统，加强电网改造和管理，鼓励企业开展合同能源管理。其次，要推进建筑节能工作，建立健全建筑节能标准体系和建筑能耗标识制度，通过财政支持与市场运作相结合的办法推进节能改造，推广建筑节能技术。再次，应加强交通节能，建立低碳交通运输政策标准体系，加快低碳交通技术研发与推广，建立低碳交通运输服务体系。

在水资源节约方面，首先要做好农业节水：一是投资建设现代农业园区节水示范工程，将浦江生态农业区作为闵行区在农业领域水资源节约的示范工程，努力建设现代节水农业示范区;二是加强农业节水的宣传教育;三是研发和应用农业节水先进技术;四是发展集约化节水型养殖技术。其次，加强工业节水力度，建立工业节水投融资机制，建立循环经济建设财政补贴政策，加强用水定额管理为基础的工业用水全过程管理。再次，在生活节水方面应加大资金投入力度，开展居民生活节水的宣传教育活动，实施农村地区居民生活集约化供水，开展居民小区节水基础设施改造项目，加强用水产品的市场监管。

参考文献：

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[11] 夏传勇.经济系统物质流分析研究述评[J].自然资源学报， 2005，20（3）：415-421.

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生物质能源分析篇(3)

【关键词】浙江地区，MFA分析法，低碳经济，发展对策

引言

目前可持续发展的重中之重是低碳经济，当今以二氧化碳为主的温室气体造成了全球性的气候变暖，对人类的生活和社会的发展造成了巨大威胁。而低碳经济就是倡导节约资源、保护环境、推崇人和自然和谐，最终以最小的代价或损耗换取社会最大的发展和利益。我们通过MFA分析法即物质流分析（Material Flow Analysis）法分析浙江低碳经济的发展存在的问题，源于该法是一种在一定时空范围内对特定系统的物质流动和贮存的进行系统性分析的分析方法。其实现原理是根据质量守恒定律，物质流分析的结果总是可以通过其所有的输入、贮存及输出过程来达到最终的物质平衡。故可以用来研究能源开发、污染的治理等相关问题。

一、采用MFA法分析浙江省低碳经济发展问题

根据浙江省的人口、总面积、GDP、人均GDP、CO2排放量、人均碳消费量、人均碳排放量、空气中CO2的强度、碳生产率以及国家级生态示范区个数等总体情况，对浙江省进行物质流分析，浙江省内主要开采有建筑非金属矿物与生物资源两种。其中主要生物资源是水产品与农产品。进口物质主要包括金属矿物、非金属矿物、生物质、化石燃料等。排放的污染物质主要有废气、废水以及固体废弃物（废渣）三类。

根据2010年浙江省经济系统内的物质流情况（其中不考虑物质含水量、水资源部分、气体投入部分）：2010年，物质投入总量是981.15万吨，自然资源投入量是973.80万吨，库存纯增量为792.30万吨。在物质投入总量中，区内资源为161.76万吨，区外资源为812.03万吨，循环利用量为7.35万吨，其三者比率分别为16.49%、82.76%、0.75%。这些数据表明：浙江省资源的有效循环利用率不是很乐观，特别是工业方面的固体废弃物。贸易出口量为163.08万吨，最终被填埋的固体废物量是8.65万吨，废弃物进入自然界大约有0.40万吨。随着浙江省经济高速发展，城市化步伐日益加速，砂石、水泥、钢筋等建筑材料占进入经济系统的总物质比重逐渐增大。这些物资进入经济系统后的循环周期一般均在一年以上就会转变成库存净增量。而浙江省出口物质量仅占物质投入总量的16.62%，存在较大的逆差；浙江省的生活垃圾的分类收集和再循环利用的程度相对较低，因此，只有提高垃圾分类回收的效率，加速提高垃圾的循环利用率，推广清洁生产，调整产业结构，适当改变消费和投资结构，提高废物再资源化率和循环利用率，快速经济发展的同时更要更多的关注经济发展与环境、生态的和谐共荣，成为浙江省低碳经济发展的重中之重。如何实现这一目标，是当前浙江低碳经济发展迫切考虑的问题。

二、浙江省低碳经济未来发展的对策建议

1.积极鼓励提高能源利用效率的技术与方法

减少碳排放量的核心是降低能耗，降低能耗的关键是提高能源的使用效率。浙江省的耗能形式主要是动力消耗、城市与农村的生活消费等。然而，大部分消耗是各种能源转化作电能以后被消耗的，并且电力系统大体存在着运行效率低与能源浪费严重的情况。所以政府要大力鼓励发电、配电、用电方面的技术与方法创新，有效地提高节能减排效率。

2.落实低碳经济发展战略，努力创建低碳社会

结合浙江省节能减排和建设资源节约型、环境友好型社会发展目标，做出浙江省发展低碳经济战略的近期、中期以及长期的规划。在全省建立“低碳经济开发区”，扩大低碳社会试点。可以选择电力、化工、建筑、冶金、造纸等能耗高、污染重的相关行业产业进行试点。政府可以设置鼓励低碳经济的发展基金，促进金融机构为低碳经济发展融资。一方面，鼓励企业自主研发低碳技术；另一方面，大力开展煤清洁高效使用、可再生能源等领域国际间的共同合作，提升浙江省低碳产品新技术研发能力。

3.鼓励加快发展可再生能源与绿色能源

浙江省的资源结构决定了煤炭为能源消费的主体，煤炭占能源耗费总量一半以上，远远高于世界平均水平。加速核电发展，以及沿海资源的开发，努力发展地热能、太阳能和生物能等可再生能源，降低能源消费结构中煤炭的比重。

4.广泛宣传低碳经济理念，推动低碳创新

通过报纸、电视、广播、网络等各种媒体渠道，大力开展低碳宣传，引导低碳的社会生活方式，引导企业树立低碳经营的理念，低碳采购，实行清洁的生产机制和高效生产。政府可以制定和完善帮助减缓温室气体排放的法律法规，制定鼓励新能源的开发优惠与扶持政策。

5.调整浙江经济结构，培育低碳经济发殿的社会环境

增强经济改革的创新力度，促进产业结构优化升级，积极推动技术创新，实现资源的优化配置，促进经济组织结构的合理化调整。同时要大力提高服务业的比重，推进旅游业等新型服务业的发展，从而培育更利于低碳经济发展的社会环境。

参考文献：

[1]徐鹤，李君. 国外物质流分析研究进展[J].再生资源与循环经济，2010（2）

[2]黄和平，毕军. 物质流分析研究述评[J].生态学报，2007（1）

[3]万宇艳，苏瑜. 基于MFA分析下的低碳经济发展战略[J].中国能源，2009（6）

生物质能源分析篇(4)

高效液相色谱法在油气地质中的应用现状

1在油藏地球化学勘探上的应用

地球化学于1933年被列入油气勘探行业，至今化探方法已有了长足的发展。化探分析要求勘探速度快、勘探成本低、数据采集、处理误差小。而HPLC则完全具有高速、高效，高灵敏度这些特点。目前，在油气化探中，不少国内外工作者利用HPLC技术，不经萃取分离而对地质样品中的微量芳香化合物进行直接测定，并收到了较好效果。利用液相色谱分析技术，对油页岩、含油砂岩、现代沉积进行测定，对比其液相色谱图，可知：极性芳香化合物在油页岩中含量丰富，在含油砂岩中含量贫瘠。芳烃物质的丰度决定着砂岩的含油性。现代沉积中的含水砂岩，芳烃物质丰度较低，几乎不具有含油性。图为油页岩、含油砂岩、现代沉积的液相色谱图。

另外，储层之上拥有力度较好、封闭性较好的盖层进行封闭(比如粘土、泥灰岩、页岩、盐岩)是油气藏形成的必要要素之一。一般情况下，由于芳烃化合物的分子直径大，好的盖层能够对其运移起到良好的阻隔作用。所以，对上覆地层中芳烃化合物进行丰度测定，可以反映出盖层封闭性能力的高低。从这一角度而言，利用HPLC分析地质样品中芳香化合物的分子信息，可较好地进一步探讨油气化勘探中常见的一些基本问题，这对油气勘探工作无疑具有重要意义。

2在油气化学组成分析上的应用

石油中，含有许多热稳定性差、相对分子质量大、难以挥发而极性不同的生物性标识化合物，如芳香化合物、甾萜烷、卟啉等。生物标识化合物是由C、H和其他元素组成的复杂而特殊结构的有机化合物，其来源于原始生物母质，记录有特殊分子结构信息。利用高效液相色谱法对该类有机物进行测定分析，可有助于了解油气的化学组成。

3在油气源对比上的应用

油气源对比的实质为运用有机地球化学的基本原理，合理选择对比参数来研究油气和源岩的各自特殊性，以分析彼此亲缘关系。其中指纹对比法，是常用的方法之一。指纹对比法，具体是分别把油气和可能烃源岩相关的轻烃色谱图、原油饱和烃色谱图、甾烷和萜烷的色谱图等，直接进行指纹对比。而高效液相色谱分析技术通过高效液相色谱仪等，可对该类化学指纹进行相关研究。原油的物理性质与化学组成信息和人的指纹一样具有与生俱来的唯一性，这些独一无二的特征被称为“油指纹”。利用高效液相色谱技术，通过高效液相色谱仪等可对不同油种的化学指纹进行相关研究，对鉴别油种具有十分重要的意义。在开发过程中可以快速判断溢油点，也能为打击原油走私、偷运提供最直接的证据。

4在烃源岩评价上的应用

烃源岩是控制油气藏形成与分布的关键性因素之一。确定有效烃源岩是含油气系统的基础。烃源岩评价主体上包括两大方面：烃源岩的地球化学特征评价和烃源岩的生烃能力评价。

烃源岩的地球化学特征评价主要是评价有机质的丰度、类型和成熟度。烃源岩的生烃能力评价主要是评价生烃强度、生烃量和排烃强度等。利用高效液相色普法测定氯仿沥青“A”和总经含量，可反映有机质的丰度。目前测定岩石样品中微量元素的两种HPLC技术以前已经开展，表明高效液相色谱法可用以对烃源岩的微量元素等加以分析。有机质成熟度由低到高，其有机物成分将相应发生规律性变化，如随有机质成熟度增加，CPI、OEP、R29的数值越来越接近于1，并趋于稳定。用高效液相色谱法对不同演化阶段的有机质进行色谱分析对比，据其色谱差异，可反映有机质的成熟度或干酪根的类型，据此进一步可对烃源岩的生烃能力进行一定程度上的评价。

高效液相色谱法在油气地质上应用的尚存不足

1柱外效应

在从进样到检测器之间，除了柱子以外的任何死空间中，例如进样器、柱接头、连接管和检测池等，如果流动相的流型有变化，被分离物质的任何扩散和滞留都会显著地导致色谱峰的加宽，柱效率降低。

2成本高、易污染、部分过程复杂

HPLC的流动相为多种溶剂，目前对这些溶剂进行分析时所需成本相对气相色谱法而言较高，且存在一定的环境污染。另外，HPLC的梯度洗脱操作过程，明显复杂于气相色谱。

3通用型检测器匮乏

目前，适用于气相色谱法的通用型检测器已较为普及，而HPLC则依旧缺少相应的通用型检测器。但值得一提的是，近年来蒸发激光散射检测器的应用越来越多，有望发展成为适用于HPLC的一种通用型检测器。

4其它不足

对于沸程多样、组成复杂的石油产品，目前必需用毛细管气相色谱法进行分析。HPLC因其高压性特点，也不能代替中、低压柱色谱法，用于分析高压易变质、失活的具有生物活性的生化样品。

HPLC应用于油气地质的发展趋向

1提高分析、分离效率

将HPLC检测仪器和分析方法先进化，调节改变流动相、固定相，引用梯度洗脱柱切换技术可以提高分析、分离效率。梯度洗脱的HPLC，可改变流动相浓度，相比于等度洗脱的HPLC，能够分析更宽极性范围的样品。另外，多柱高效液相色谱法，即多维高效液相色谱法，不仅可以改变固定相种类、键合度、粒柱径、柱长等，还可以改变流动相种类和浓度等。

2进一步发展联用技术、自动化、智能化

进一步发展联用技术、走向自动化、智能化，是高效液相色谱法在油气地质上应用的重要发展动向。目前，HPLC已实现与质谱或核磁共振联用，在解决复杂组成物质的结构分析中，成为强有力的工具。另外，不久前提出的智能多柱高效液相色谱系统，实现了智能化控制。该系统采用切换技术的模块式分离性能，自动把样品分块地切换进不同性质的色谱柱后，再用合适的流动相加以自动洗脱。

3多维液相色谱技术的发展

为解决日益复杂的分析任务，在HPLC中迅速发展了全二维液相色谱技术，如阳离子交换色谱和反相液相色谱联用已在蛋白质组学研究中发挥了重要作用。该项技术也有望运用到油气地质方面。

生物质能源分析篇(5)

关键词：农业生产经济系统；物质流分析方法；物质减量分解模型；可持续发展

中图分类号：F250文献标识码：A

文章编号：1000176X（2015）12012507

一、引言

人类社会的发展离不开对自然资源的需求，进入工业时代以来，人口和经济的快速增长更是需要动用越来越大的物质量，而人类造成的环境问题在很大程度上是由物质消费引起的，对自然资源的采掘、加工、使用和废弃导致环境污染和生态退化。物质流分析通过研究自然环境系统与人类社会经济系统之间的物质流动，为解决生态环境保护和经济增长之间的两难，衡量社会可持续发展和生态效率提供了一种有效的定量分析工具。

经济系统的物质流分析肇始于1969年，20世纪90年代之后得到广泛关注并应用于实践，奥地利、日本、美国和德国等发达国家相继建立了国家物质流账户。从研究的经济系统范围大小划分，物质流分析的研究通常可分为宏观、中观和微观三个层次，分别代表国家级、区域级和企业级的物质流核算；从研究对象和领域划分，物质流分析的应用层次可分为经济系统物质流分析、产业部门物质流分析和特定元素物质流分析[4]-[6]。目前国内外的产业部门物质流分析呈现出侧重于钢铁等工业部门的特点，例如Dahlstrm和Ekins结合物质流和价值链分析对英国钢铁产业和铝产业的物质流动、生态效率等进行了研究，Michaelis 和Jackson[8-9]对英国钢铁部门的物质流和能量流进行了核算，Park等运用动态物质流方法对韩国钢铁资源流进行了估算，Hashimoto 等对日本林木资源的六个物质流指标进行了精确估算，考察了林木资源的物质循环状况，Hong等对韩国纸和纸浆的生产和使用过程进行了物质流分析，Woodward和 Duffy[13]计算了爱尔兰混凝土生产、使用和废弃过程中的物质流动。我国对产业部门的物质流分析尚处于起步阶段，如徐明和张天柱[14]对我国化石燃料的输入输出量进行计算，温宗国等[15]对我国2001―2005年公路交通系统的物质输入和输出进行了估算。这些研究多数没有将某个行业作为整体进行物质流分析，而是对钢、铁、铝、木材纸等某种或某类物质在经济系统中的流动过程进行分析。

对于作为国民经济基础的农业部门，Risku-Norja和Menp[16]对芬兰的各种食物生产和消费状况进行了物质流分析，Kytzia 等[17]结合投入产出分析方法对瑞士的食物物质流进行估计，但是Risku-Norja和Menp以及Kytzia等的研究将农业作为食物生产的部门考虑，没有将农业本身作为一个产业部门进行物质流的全景分析。国内关于农业物质流的研究如朱瑶[18]通过建立我国30个省的农业物质流账户指标，运用空间计量模型对各指标进行分析，李刚[19]应用物质流分析方法研究了1991―2010年我国农业部门的物质消耗总量和物质消耗效率。但是李刚的研究只考虑农业生产的输入端，没有考虑农业内部物质循环和物质输出，朱瑶的研究选择1990年、2000年和2008年各省的截面数据进行空间相关性分析，没有从整体考察我国农业生产的物质输入输出，同样没有估算内部物质循环量。本文将农业生产看做一个整体，建立科学合理的物质流分析框架，对我国农业生产经济系统的物质输入量、输出量和内部循环量进行初步核算，选取和估算切合实际的生态包袱系数，对农业生产中的隐藏流进行估计，得到我国农业生产的物质消耗强度、生态效率等相关的物质流分析指标，同时进行物质减量化分析，为农业可持续发展的评估和政策制定提供科学依据。

二、农业生产经济系统物质流分析方法

1物质流核算框架

本文的农业指的是国民经济行业分类标准中的农林牧渔业，在农业生产经济环境系统中，输入端包括系统外物质输入及其隐藏流、系统内直接物质输入及其隐藏流。系统外物质输入包括能源（电力和各种化石能源）、农用生产资料（化肥、农药和农用塑料薄膜）、农业机械（拖拉机、渔用机动船等）和农业工程设施设备（温室大棚、水利灌溉设施及其所需的设备等）。系统外物质输入的隐藏流指这些物质在产品生产过程所有的物质移动，这里主要指产品生产的生态包袱 [20]。农业生产系统内的直接物质输入主要包括种子、饲料和有机肥，这些物质同时参与农业生产的物质循环利用。输入的水和空气是指农业用水、燃烧与呼吸所需的气体。由于水流通常被排除在物质代谢系统之外，而且农业生产用水直接进入土壤和水体，参与水的自然循环，因此，在物质流分析中通常不考虑输入和输出的水[21]，本文将其单列一项。农业生产经济环境系统的输出端主要包括两个方面：输出到系统外的物质和系统内物质输出，前者主要指输出到行业之外的农林畜牧产品和水产品，后者分为输出到农业生产中的物质和排放到自然环境中的废弃物两部分。本文建立的农业生产经济系统物质流分析框架如图1所示。

2数据来源及处理方法

行业外物质输入包括化肥、农药、农用塑料薄膜和化石能源。农业机械输入量由于各种机械重量差异较大，这里不进行估算，而是将其生产需要的物质投入按照隐藏流处理，根据数据可得性，新进入系统的农渔业机械主要考虑大中型拖拉机、小型拖拉机和渔用机动船，总的农用机械隐藏流按照拖拉机动力占农用机械总动力的比重近似推算。农业工程建设所需的物质类别比较庞杂，难以得到合理的质量估计数据和隐流系数，本文不予考虑。相关数据来源于《中国能源统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》。

煤炭、焦炭等的生态包袱系数参见吴开亚和毕军等[20]，磷矿的生态包袱系数参见沈晓莹[22]，水泥的生态包袱系数参见陈效逑和乔立佳[23]，钢制品和铁制品的生态包袱系数按照铁精矿的生态包袱系数计算。氮肥、磷肥、钾肥、农药、塑料薄膜、大中型拖拉机、小型拖拉机和渔用机动船的生态包袱系数按照实物型物质投入产出表，根据生态包袱系数=∑i（对第i种投入物质的直接消耗系数×第i种投入物质的生态包袱系数）得到。

农业生产经济环境系统内

直接物质输入包括种子、饲料（饲草、部分作物秸秆和精饲料）和有机肥（部分作物秸秆和动物粪便）。输入的气体主要包括O2和CO2。前者主要消耗于化石

燃料燃烧和动物呼吸方面，后者主要消耗于植物的光合作用。

输出分为两部分：可用于农业生产的物质输出（循环物质）和废弃物输出。前者主要包括种子、饲料（不包括精饲料）和有机肥，后者主要包括废弃的农用塑料薄膜、废弃焚烧的秸秆、废弃的粪便以及排放到大气中的温室气体。输出到农业生产系统外的物质主要包括农林牧渔业产品、用作工业原料的秸秆以及输出到生活消费领域用作燃料的秸秆和粪便，将秸秆分类到农产品，粪便归属于畜牧产品。

3物质减量分解模型

物质减量指的是经济系统物质投入量的绝对或相对减少。绝对物质减量指物质投入总量绝对值的下降，是实现经济发展可持续性的基本条件之一。相对物质减量指创造单位产出所需的物质投入量减少，即物质消耗强度的下降。绝对物质减量在经济增长的前提下意味着物质消耗强度的下降，但是物质消耗强度的下降并不一定导致物质绝对减量。以MCI表示物质消耗强度，物质输入量DMI可以表示为DMI=MCI×GDP，则物质输入增量ΔDMI=GDPt×ΔMCI+MCIt+1×ΔGDP。等式左侧是物质投入的增长效应，等式右侧第一项表示降低物质消耗强度带来的物质减量效应，这是由于技术进步形成的直接物质输入绝对量减少，右侧第二项表示经济增长带来的反弹效应，这是GDP总量增长驱使物质投入总量增加。当反弹效应小于减量效应时，增长效应为负值，此时经济增长实现了物质投入的绝对减量。

三、农业生产经济系统物质流核算结果

1物质流趋势分析

本文中物质需求总量=直接物质输入+系统外物质隐藏流，直接物质输入=系统外物质输入+系统内直接物质输入。物质输出总量=系统内直接物质输出+输出到系统外的物质。我国农业生产经济系统1990―2012年物质流总量如表1所示。

根据表1期内物质流的变化趋势，可分为三个阶段：（1）稳步上升阶段，1990―1995年。物质输入和输出总量均稳步上升，直接物质输入年均增长469%；物质需求总量年均增长499%；物质输出总量年均增长425%。这一阶段农业增加值以年均469%的速度增长，伴随着农业物质代谢的稳步增加。（2）波动阶段，1996―2007年。直接物质输入基本没有变化，年均小幅增长045%，呈现“升―降―升―降”的波动趋势；物质需求总量年均增长129%，除2000年和2005年之外均呈现增长趋势；物质输出总量年均增长088%，呈现与直接物质输入相同的波动态势。这一阶段由于退耕还林、建设占地和抛荒等原因，在2000―2003年我国耕地面积和农作物种植面积持续降低，同时，1997年以及2000年左右的严重干旱也对农业生产产生直接影响，减缓了需要的物质投入，降低了农产品的产出。这一阶段农业增加值年均增长370%，占GDP的比重迅速下降，由于强调结构调整，农作物种植面积压缩，种植业在农业总产值中的比例下降，林牧渔业产值比例上升，因此，造成农业增加值的增长在这种结构发生重大调整或技术较大进步的情况下与农业生产的物质输入、输出变化情况并不同步。（3）缓慢上升阶段，2008―2012年。直接物质输入年均增长188%；物质需求总量年均增长233%；物质输出总量年均增长200%，这一阶段农业增加值年均增长430%，占GDP的比重降到1000%以下。由于我国农业物质投入成本较高，化肥农药等农用物资的使用产生生态污染，依靠高投入促进增长是不可持续的发展方式。农业生产的物质输出增加缓慢与物质投入的报酬递减，与资源约束与环境压力增大，技术进步缺乏新突破，小规模经营的比较效益差等因素息息有关。

2物质流结构分析

农业生产经济系统外的四类输入物质中，化肥和能源占总输入量的9600%以上，二者比重在5000%左右波动，农药和农用塑料薄膜的输入量只占总输入量的200%―400%。整体来看，化肥输入所占比重逐渐上升，能源输入所占比重缓慢降低，农药输入比重基本没有变化，农膜输入比重上升约一个百分点。这说明农业生产中化肥和能源的使用占据最重要的位置，提高物质利用效率主要从这两方面入手，用有机肥料替代工业化肥的使用，不但能够减少人工合成化肥的用量，而且对改良土壤性质、提高作物品质有积极作用。农业生产中的能源消耗主要用于农业机械和农业工程运行，随着农业机械化水平的提高，能源消耗量将缓步上升，提高能源利用效率成为农业可持续发展的必然选择。

农业生产系统外物质输入隐藏流中，能源隐藏流占总隐藏流的比重最高，在5300%―6400%之间波动，化肥隐藏流平均占比2756%，农机隐藏流平均占比1215%，农药隐藏流平均占比095%，农膜隐藏流占比最低，平均044%。对比直接物质输入结构可以看出，能源生产的隐藏流远高于其他物质，能源隐藏流是能源直接输入量的163500倍，而化肥隐藏流与直接输入量的比平均为63200，农药的这一比值为72100，农膜只有31300。因此，节约能源消耗量，提高能源利用效率能够有效地减少农业生产的生态包袱。从1990―2012年，农机中渔用机动船的隐藏流从04145亿吨增加到07549亿吨，大中型拖拉机隐藏流从00276亿吨增加到03248亿吨，小型拖拉机的隐藏流从00345亿吨增加到01101亿吨，农用机械的隐藏流从01986亿吨增加到13979亿吨。机动船虽然隐藏流系数较高，但是由于数量增加很少，因此，隐藏流增加并不多。虽然大中型拖拉机的生态包袱系数远高于小型拖拉机，但是后者的数量增长速度远低于前者。，大中型拖拉机1990年有813521万台，2012年有8452400万台，增长了103900倍，小型拖拉机1990年有6981000万台，2012年增加到17972300万台，只增长了25700倍，小型拖拉机隐藏流的增量低于大中型拖拉机隐藏流的增量。由于近十几年来农用收割机和其他耕作、排灌、加工机械迅速增加，农用机械隐藏流的增长幅度远高于渔用机动船隐藏流的增长幅度。

农业生产经济系统内的直接物质输入以有机肥和饲料为主，其中有机肥所占的比重最高，平均为7106%，其次是饲料，平均占比2796%，种子和菌类基料只占098%。氧气输入以畜禽呼吸需氧为主，平均占总输入的8956%，这一比重有逐年下降的趋势，从1990年的9115%下降到2012年的8798%，这主要是由于大牲畜存栏量经历1990―1999年的缓慢上升后逐年下降，导致需氧量所占比例减少，但是由于家禽等小型畜禽的饲养量不断攀升，因此，畜禽呼吸需氧量的绝对值以平均147%的增长率缓慢上升。化石燃料燃烧需氧量虽然所占比重小，但是这一比重呈现逐渐增加的趋势，燃烧需氧量的绝对值也以平均340%的增长率不断增加。这说明随着农业总产值的增加，化石燃烧和畜禽呼吸需氧量都在不断增加，但是化石燃料增长速度高于畜禽饲养规模扩大速度，因此，燃烧需氧量占总量比重增加的同时畜禽呼吸所占的比重减小。

农业生产经济系统内物质输出量中循环利用量占总输出量的比重平均为7439%，波动幅度很小，不超过05000个百分点，这说明在农业生产中，系统内部的循环占很大比重并且变化很小，种子、饲料和部分肥料、燃料都是由农业生产的产出作为投入循环使用的，实现秸秆还田，施加有机肥料，提高循环利用率是建设生态农业的必然选择。农业生产系统内部物质输出的另一部分是废弃物，废弃物输出以牲畜排放的温室气体为主，平均占废弃物总输出的6401%，固体废弃物占2605%，化石燃料燃烧排放的温室气体只占994%，因此，降低温室气体排放的关键在于畜牧业、牲畜规模化养殖、调整畜牧业养殖结构、改进饲养技术。

3物质流效率及其与经济发展的协同效应分析

将物质流指标与经济指标相结合，以单位物质需求总量产生的第一产业实际GDP代表总的物质资源投入的生产力，即总物质效率=农业实际GDP/物质需求总量，是生态效率的一种表现形式。但是物质需求总量包含了巨大的隐藏流，掩盖了直接物质输入的真实性，因此，以单位直接物质输入所产生的农业实际GDP代表直接物质资源投入的生产力，即直接物质效率=农业实际GDP/直接物质投入量，是生态效率的另一种表现形式。计算得到的1990―2012年我国农业生产系统直接物质效率和总物质效率的变化趋势基本相同，呈现平稳上升的趋势，在1995年之后二者之间的距离逐年扩大，说明直接物质生产力的增长速度高于总物质生产力的增长速度，投入农业生产的物质蕴含的生态包袱远高于直接物质投入，减少物质消耗的隐藏流是提高物质生产力的关键。

为衡量农业经济发展与资源利用的协同效应，本文利用分离指数测度经济增长与资源消耗之间的分异程度。分离指数=经济增长速度-环境压力增长速度，分离指数越大，经济增长相对于资源消费的效率越高，实现了经济发展与资源消耗的脱钩。在大多数年份里，农业经济增长与资源消耗和污染排放的分离指数都大于零，并且波动幅度越来越小，而且这些分离指数逐渐靠拢并接近于零，这意味着经济增长与环境压力的增长速度越来越同步，逐渐趋于稳定的脱钩状态，并且脱钩程度逐渐趋同。

当GDP增速、物质投入增速和物质消耗强度增速大于零时，经济发展与资源消耗处于扩张性复钩状态；当GDP增速和物质投入增速大于零，物质消耗强度增速小于零时，经济发展与资源消耗处于相对脱钩状态；当GDP增速大于零，物质投入增速和物质消耗强度增速小于零时，经济发展与资源消耗处于绝对脱钩状态。样本期内，1996年、2000年、2001年、2006年和2007年农业经济增长和直接物质投入处于绝对脱钩状态，这种状态占统计年限总数的2273%，1991―1993年、1997年、1999年、2002―2005年、2008―2012年二者处于相对脱钩状态，这种状态占统计年限总数的6364%，只有1994年、1995年、1998年二者处于扩张性复钩状态。暂时忽略特殊的年份，经济增长与物质消耗的关系从相对脱钩，到扩张性复钩，绝对脱钩，最后又恢复到相对脱钩。这说明高速的物质消耗增长带来更高速的农业经济增长，但是资源效率提高并不理想，因此，停留在相对脱钩状态。

4物质投入减量分析

根据物质减量分解模型，得到1991―2012年我国农业生产直接物质投入的增长效应、反弹效应和减量效应如图2所示。1996年、2000―2001年、2006年和2007年物质投入出现绝对减量，呈现一种“强可持续性状态”。其他年份增长效应呈现正值，说明农业经济增长对应的直接物质投入的反弹效应超过了由于技术进步带来的减量效应，但是减量效应基本在零线以下，说明农业生产实现了物质投入的相对减量化，经济系统处于“弱可持续”状态。1994年、1995年和1998年减量效应高于零线，这是由于物质消耗强度突然上升所致。1991―2012年间，经济发展引起的反弹效应使得直接物质投入量平均每年增加03925亿吨，总计反弹效应为236103亿吨，而同期由物质消耗强度下降引起的减量效应年均为06807亿吨，总计149752亿吨，减量效应未能完全抵消反弹效应，导致直接物质投入实际增加86351亿吨。整体上看，2000年以后农业经济增长带来的直接物质投入的反弹效应变化趋势与降低资源消耗强度的减量效应变化趋势基本吻合，呈现平缓波动。

1991―2012年我国农业生产经济系统并未达到资源消耗的绝对减量化。尽管通过提高物质利用效率实现了物质投入的相对减量化，但是GDP增长带来的物质投入增加对资源消耗的冲击远大于资源利用效率提高带来的物质利用量的降低，经济发展最终对资源的压力仍不断增大。基于这种弱可持续的状况，在假定一个变量保持实际变化的情况下，可以分析达到强可持续的临界点，即物质投入零增长的另一变量变化趋势。

图2农业生产物质投入的增长效应、减量效应和反弹效应

为实现物质投入零增长而降低农业经济发展速度，显然不符合我国实际，实现可持续发展目标，需要在经济发展的同时实现物质投入零增长。假定农业GDP增长按照实际增长速度发展，同时物质投入零增长，这样的可持续发展路径需要物质利用效率从1990年的2288076元/吨提高到2012年的5476434元/吨，即在22年间实现物质利用效率的倍数革命，年均需要提高405%；而实际物质投入效率只提高到3938991元/吨，年均提高25400%。要达到强可持续发展的目标，物质投入效率还处于较低水平，提高农业生产物质投入效率是今后经济发展的重要任务。

四、结论

本文计算了1990―2012年我国农业生产经济系统的物质投入和输出量，并根据物质投入效率，检验了物质减量化的效果，主要结论如下：

首先，农业生产经济系统物质流总体呈现增长的态势，但是由于农业增加值占GDP比重逐年下降，从2008年开始物质投入和输出量均处于缓慢上升时期，之前由于种植面积的下降、自然灾害和农业结构调整等主客观原因，农业发展和物质流的变化趋势并不同步。物质直接输入中化肥和能源所占比例最高，而且这两类物质的隐藏流占比最大，因此，提高化肥和能源利用效率是降低物质消耗，实现农业可持续发展的关键。废弃物输出中温室气体排放以牲畜排放为主，但是与此同时畜牧业在农林牧渔中单位物质重量产值最高，在调整农业产业结构，增加农业增加值的同时减少温室气体排放是农业减排的关键，根据本文的计算结果，牲畜排放的增长速度低于能源排放温室气体的增长速度，在这二者同时增加的现状下，我国农业温室气体减排任重道远。

其次，物质投入效率缓慢增长。整体上看，我国经济增长与环境压力的关系经历了扩张性复钩阶段之后，出现了相对脱钩―绝对脱钩―相对脱钩的反复过程，最后处于相对脱钩状态。绝对脱钩的出现说明经济增长和物质消耗减少的理想状态是能够出现的，但是如果仅仅依靠经济增长自动调控物质代谢水平，需要消耗更多的资源，对生态环境产生不利影响，延缓绝对脱钩的进程，并在这一进程中出现反复，落入相对脱钩状态。高速的物质消耗增长带来更高速的农业经济增长，但是资源效率提高的速度过低，最终经济增长和物质消耗的关系停留在相对脱钩状态，依然存在不利于可持续发展的因素。因此，要实现农业生产的可持续发展，要在消耗更少资源的前提下尽早实现农业发展与环境压力的绝对脱钩。

最后，物质减量分解结果表明多数年份农业生产实现了物质投入的相对减量化，农业经济系统处于“弱可持续”状态。由于物质投入的减量效应未能完全抵消反弹效应，导致我国农业生产经济系统未达到资源消耗的绝对减量化。实现物质投入的零增长需要在过去的22年间实现物质利用效率的倍数革命，要达到这一强可持续发展的目标，现今的物质投入效率需要快速提高。

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A Dynamic Economy-wide Material Flow Analysis on Chinese Agricultural Production

生物质能源分析篇(6)

【关键词】生物质发电技术；直燃发电；经济效益

随着我国经济的不断发展，对于能源的需要更为强烈，然而，中国这种粗放型经济增长方式，能源制约着经济的发展。可再生资源的不断开发和发展是发展的趋势，也是我国亟待需要发展的项目。生物质发电技术是其中较为突出的可再生资源的技术方式，被认为是21世纪最具有价值的绿色可再生能源之一。根据我国《可再生能源中长期发展规划纲要》（2006～2020），到2020年我国生物质发电机组装机容量达到30000MW，生物质成型燃料5000万吨，将生物质秸秆发电和秸秆成型燃料确定为秸秆能源利用重点技术[1]。

在现在生物质发电技术主要有直燃发电，气化发电，沼气发电和混合燃烧发电四中类型，其中直燃发电的运用最为普遍，也最符合我国的实际情况。利用生物质直接燃烧发电技术建设大型直燃并网发电厂，单机容量达10～25MW，可以将热效益提高到90%以上，可以通过有效措施提高其利用率[2]。然而，现阶段生物质发电中的直燃发电技术发展还不完善，对于其的设计还存在很多的不完善的地方，从而影响其效益的发挥。另外，用于生物质燃烧的锅炉以及燃料输送系统的技术和设备都产自外国，这严重制约了我国生物质技术的发展。所以，对于直燃发电技术的发电工程进行分析和合理的设计对于提高其利用率具有非常重要的意义。

1 生物质直燃发电过程及设备

生物质发电技术在中国的发展才刚刚起步，其发展也在一定程度上受制于外国，要在现有的基础上提高生物质发电的能力，就要从生物质直燃发电的过程和相应设备的选择上进行分析，从而优化设计，提高直燃发电的效率[3]。

1.1 生物质直燃发电过程

生物质直燃发电技术是直接将秸秆等生物质原料以一定的形式放入锅炉中，在锅炉中进行燃烧，将其燃烧所产生的高温，高压蒸汽推动蒸汽轮机做功，最后带动发电机的运转，实现生物能到电能的转化[4]。

1.2 直燃发电技术设备

生物质直燃发电设备的合理选择对于利用率的提高也是具有非常重要意义，还具有一定的经济效益。为了充分利用国家鼓励生物质发电的政策，充分利用资源，提高能源综合利用率，因此，提高生物质发电项目的主蒸汽参数，从而提高发电量和发电效益，就成为了生物质发电项目的必然选择。

目前，国内已经有与130t/h和75t/h高温高压秸秆锅炉配套的汽轮发电机产品，汽轮机进汽量最大限度地与锅炉蒸发量匹配，满足生物质发电项目多发电的要求，并且汽轮机制造技术十分成熟[5]，汽轮机单机容量的选择不是影响装机方案选择的主要因素，影响装机方案选择的主要因素是锅炉容量的选择。在选择设备时要根据当地的热负荷计算来具体的选择，要满足一定的热平衡。

2 直燃发电系统的优化

生物质直燃发电技术系统主要是由燃烧系统，热力系统构成。其中燃烧系统包含给料系统，烟风系统，点火油及助燃油系统，空压机系统；热力系统主要是包含主蒸汽系统，除氧给水系统，生水系统，工业水系统，凝结水系统，压缩空气系统，供热系统。要提高生物质直燃发电的效益，增加利用率就要从各个部分进行分析控制，根据能量守恒的原理，严格控制各部分能量的损失，就可以提高相应的利用率，将直燃发电技术发挥到极致。

2.1 燃烧系统优化

在燃烧过程中通过改变燃烧接触面积和燃烧的条件可以优化燃烧的程度，提高燃烧效率，从而优化设计。

2.1.1 给料系统优化

由于生物质原料各有不同，不同的原料燃烧的条件也不一样，所以之前一定要将原料进行分类。再由打包机打成1.5×1.3×1.2原料包由汽车运到电厂，存放于位于炉前的秸秆存储库中。原料包从原料存储库通过链式输送带传递到立式螺杆机上（标高约11.80米），通过螺杆的旋转给料机将扯碎后的秸秆送入炉膛燃烧。扯碎燃烧增加了与氧气的接触面积，从而增加了燃烧的效率。

2.1.2 烟风系统优化

良好的通风系统可以增加氧气的浓度，从而提高燃烧率，优化采用平衡通风系统。由一台100%容量的送风机和空预器组成。为防止烟气腐蚀性，烟气将不通过空预器。空气的预热由给水加热实现预热后的空气通过炉膛下部（炉排上部）进入炉膛。锅炉燃烧需要空气量的另一部分通过振动炉排进入锅炉。经炉膛燃烧后产生的高温烟气和飞灰，流过过热器和省煤器，由引风机将烟气吸入布袋除尘器净化，最后经烟囱排向大气。

2.2 热力系统优化

在热力系统中主要是做到降低能耗就能有效的提高利用效率，其主要体现在主蒸汽系统。主蒸汽管道将采用切换母管制，设一条单母管，锅炉蒸汽至汽机或母管可切换运行，并为预留锅炉预留接口条件。根据具体的情况开切换切口，提高效益。

3 结语

生物质发电技术中，直燃发电技术较为成熟，并且有规模大，效益高的特点，但是小型直燃发电效率就相对比较低，前期的投资也相对较大，为了提高经济效益和研究发展中国的生物质能源的开发，研究分析生物质发电原理和过程是非常必要的，然而，对于直燃发电的分析研究是最为直观有效的。通过对直燃发电过程的分析和对设备原理分析，对其进行合理的设计和相应的技术改造，从而优化直燃发电技术，提高直燃发电的利用效率，这对绿色能源的运用和发展有着重要的作用。

【参考文献】

[1]王惠文，石艳杰，李红莉，等.生物质发电的节能减排效果分析[J].电网技术，2007，31（增刊2）：344-346.

[2]杨永平，等.生物质发电技术[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

[3]吴创之，周肇秋，马隆之，等.生物质发电技术分析比较[J].可再生资源，2008.

生物质能源分析篇(7)

智能制造包含智能制造技术和智能制造系统，智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能，还有搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力，智能制造技术涉及方方面面的专业技术，同时结合互联网、物联网、大数据、云应用等场景，实现智能与智慧。而所谓“环境和自身的信息”通俗讲即为各类数据，企业管理系统必须对接生产数据，才能有效地分析和智能化控制和应用，围绕生产数据不落地及实际应用展开，浅谈如何让管理与生产不脱节。

关键词：

生产大数据；智能制造；数据采集

随着“中国制造2025”出台指引内地制造业，各企业积极响应，结合互联网＋、物联网、大数据、云应用等场景，走进中国制造2025的第一个年头。所谓智能与智慧，当下中国的2．0、3．0企业其实是要通过规划企业的信息化系统，协助管理出效益，逐步提升自动化水平，最终纵向集成、横向集成、端与端集成，实现智能化制造。智能制造的信息化系统将协助管理，是管理的手段、工具，是系统工程、是持续工程，而且必须与生产、与设备交互信息，让生产大数据不落地采集，对其数据分析及应用，物物感知、自动响应，才能回馈生产、指导生产，并能够持续优化，按需分配、按需生产，也即智能制造、智慧工厂。数据采集作为生产过程信息的收集手段，而数据采集系统也就成为连接底层自动化系统与高层信息化系统的桥梁，为企业信息化提供有效的基础数据，包括工艺参数、设备数据、质量数据、能源数据、干预干扰数据等等，数据采集将管理同生产紧密结合，使得信息一体化系统形成“信息源于生产，又最终指导生产”的闭环有效系统。本文针对制造业数据采集，介绍管理系统如何实施，为智能制造打通信息流、业务流。

1数据采集

数据采集面向上下层级，将下层各种对象中的数据源按照一定规律采集预处理后，与上层系统进行交互，因此数据采集系统通过对基础数据的处理后，又派生出生产实绩数据、能耗实绩数据、质量实绩数据、设备运行数据、异常信息数据、物流跟踪信息以及逻辑处理与接口信息。数据采集关系到各个生产流程中信息的连续性，最终影响上层一体化信息系统的决策、追溯、判别和分析。数据采集派生数据与管理系统的计划、标准、财务、成本、仓库、采购、决策等相关联，构成整体信息化的信息流，覆盖智慧工厂业务流转与智能制造执行。

1．1数据分类

采集数据分类，可以分为工艺数据、过程数据以及作业实绩。工艺数据如温度、压力、在线检测、电流电压以及介质流量，这些工艺数据影响产品质量，对产品质量追溯和持续优化起到进一步分析作用；过程数据比如工序的所有状态信息，比如物料、介质消耗量等消耗，这些信息作为物料跟踪的属性，便于生产过程节奏把控、单位能耗分析以及成本分析；过程数据作业实绩是通过物料跟踪处理，形成各区间的班组生产作业记录，如当班投入实绩、产出实绩、当班待处理记录以及异常判废实绩；设备停服役以及设备运行参数作为设备分析和设备管理的依据。其次物料跟踪所需的信号包括人员干预干扰信息，均作为物料流转必不可少的属性。其次智能机构、周边系统以及其他感知设备，在今后都存在各种间接或直接的交互方式，以便更柔性制造、相互协调、无缝对接。

1．2采集对象

采集的数据（Data）是对实绩、概念或指令的一种表达形式，可由人工或自动化装置进行处理。数据本身之间是没有关联的，只有给这些数据赋予了各种机制或规律属性后，才有质量实绩收集与分析的意义，也变成为信息。数据处理是系统工程和自动控制的基本环节。数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说是有价值、有意义的数据。即为工艺沉淀、质量分析等等去追溯、查询、再提升提供有效信息。数据采集的主要对象包括：与基础自动化（PLC、DCS等系统）通讯；与智能仪表通讯；与机电一体化设备或系统（在线检测等）；与周边各系统通讯。与这些采集对象通过各自交互能力，比如相关协议、接口标准化、文件或数据库表单交互等途径，能够获取大量零散又无关联的数据信息，这是智能制造大数据应用平台及生产、质量分析的基础。

1．3数据应用

数据采集的目的不同，所采取的数据处理也就存在差异，包括采集频率、采集触发条件、存储时间以及展现形态。对全流程质量数据的采集及处理，形成一体化质量管理系统，用来质量异议追溯查询及分析，这个必须要有过程管理系统系统的物料跟踪模块支撑；在局部或相关区域对能源介质数据采集、分析及管理，形成能源监控或能源管理系统，目的是能耗分析与统计比对，有助于能源分配及节能减排；单独对检化验或计量进行数据采集与应用，形成计量、检化验系统，是将物料计量及过程成分进行有效采集和管理；将实绩与合同计划关联，能实现合同动态跟踪；将标准与运行反馈实绩关联，能做到设备控制预警等应用；包括大数据应用及云应用，制造业这些有效应用均离不开现场基础数据，解决现场信息孤岛，使得信息化整体效应，透明流转，提高企业效率。

2相关系统介绍

质量一体化系统主要功能应包括但不局限于质量数据归集、在线质量监控、产品和行业规范管理、在线质量判定、全流程工艺质量追溯、表面缺陷跟踪、质量查询与质量报表、质量分析与改进管理、客户技术档案管理等功能模块。能源监控、管理系统提供水、电表、燃气等基础数据，按班组、加工单元进行统计报表，降低人工抄表强度及人工失误、干预等，而且有效监管公司能源平衡，提供权威的能源消耗及考核数据，有助于能源大数据分析比对及能源预测。过程控制系统通过全程物流自动跟踪，数据自动采集，将数出同源、数据不落地，避免人员干预，降低操作强度；将工艺参数、设备数据、质量数据、成本及能耗数据按业务收集；同时实现与生产执行层形成完整的信息流闭环，也可以结合专家或模型系统，做到自学习智能控制。计量检化验系统：计量管理一般指司磅作业及相关信息的捆绑管理；检化验流程一般包括分析检验任务的下达／接收／反馈、样品登录与样品接收、检验任务委派、结果数据输入、分析结果的审核、分析结果的、结果的判定与异常情况处理、报告生成和、留样管理、数据查询等几大标准过程模块，将零散的检化验信息集中采集并管理。系统功能架构图，参考如图1所示。

3结束语