小水电代燃料的综合评价理论与系统动力学仿真研究

摘要

小水电代燃料生态保护工程是巩固退耕还林成果，解决农民生活燃料问题的公益性工程。目前，小水电代燃料生态保护工程试点工作刚刚起步，国内外对小水电代燃料工程的生态环境效益评价和电价确定及综合评价等问题研究很少。因此，开展此项研究具有十分重要的学术价值和生产实际意义。本文采用理论研究和实例分析相结合的技术路线，在查阅大量国内外相关文献资料的基础上，运用资源环境经济学、生态经济学、生态学、水文水资源、水能利用、农村能源和系统工程等交叉学科的理论与方法，以山西省陵川县马圪当试点区为例对小水电代燃料工程生态环境效益评估方法、电价定价、综合评价指标体系建立和评价方法及系统动力学仿真等方面进行了深入研究。论文的主要研究成果为：
　　（1）用灰色系统理论预测了未实施小水电代燃料工程情况下的农村用电量；采用分层抽样和典型调查相结合的方法，对山西省马圪当项目区的能源结构进行了调查研究，结果表明：在实施小水电代燃料工程以前，项目区的农民生活能源以薪柴为主；小水电代燃料工程实施以后，代燃料电价与农民承受能力基本相符，农民的生活能源逐渐发展为以电力为主；由于代燃料电站多为径流式电站，在枯水期供电不足，应该因地制宜，建立多能互补体系。
　　（2）本文对小水电代燃料生态保护工程经济拉动作用评估方法进行了探讨。采用直接分析法研究了代燃料电站建设对国民经济的拉动作用，采用区域投资乘数法分析了山西省马圪当小水电代燃料项目区电站建设在消费过程中对国民经济的拉动作用。结果表明，就创造就业机会和拉动GDP增长而言，代燃料电站建设不仅开发了当地丰富的自然资源，而且有效地增加了当地农民的就业机会，带动了项目区经济的发展。
　　（3）本文探讨了小水电代燃料生态保护工程生态效益的量化评价方法。本文选取了提高农民健康水平、减少二氧化碳和二氧化硫排放量等要素建立计量模型；将保护森林的效益分为涵养水源、水土保持、制造氧气、吸收CO2和SO2、防风固沙和净化大气效益等。在计算减少二氧化碳排放总量时，首次采用了森林碳库法，相比传统的生长量法，该方法考虑了森林的呼吸作用，避免了重复计算;主要采用防护支出法、生产成本法等方法对各个生态环境效益进行了评估。
　　（4）在分析一部制电价和二部制电价优缺点基础上，本文建立了由容量电价、电量电价和生态电价三重结构组成的小水电代燃料电价模型，采用会计成本和边际成本相结合的方法，研究了小水电代燃料工程电价问题，同时采用平均增量效益解决了生态边际效益难于获得的问题，并将此模型用于马屹当小水电代燃料试点区电价计算。
　　（5）在研究小水电代燃料生态保护工程生态效益和社会效益量化评估的基础上，建立了3层包括经济投资效果、生态环境效益、能源开发效果和社会效益4部分24项指标的小水电代燃料生态保护工程综合评价指标体系，提出了各指标的评价标准和评价方法;根据综合评价指标体系的层次结构特点，建立了模糊层次分析模型，并对马屹当试点区两座小水电代燃料电站进行了评价。
　　（6）采用系统动力学方法对小水电代燃料生态保护工程进行了仿真研究。建立了小水电代燃料生态保护工程的系统动力学仿真模型，在分析小水电代燃料工程的影响范围和因果反馈关系的基础上，确定了模型的6条主要因果反馈回路，并将模型分为人口及柴电替代、能源供需互补、小水电经济评价、生态环境和农民增收5个子系统。建立了各子系统具体的系统流图模型，分析了小水电代燃料生态保护工程仿真模型参数的确定方法。在此基础上，对马屹当项目区小水电代燃料工程典型方案进行了仿真研究，结果表明，系统动力学理论是研究小水电代燃料工程建设方案仿真评价的有效方法。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状与动态

1.2.1 生态环境效益评价研究现状

1.2.2 小水电代燃料工程经济拉动效益研究进展

1.2.3 小水电代燃料生态保护工程电价研究现状

1.2.4 小水电代燃料生态保护工程综合评价研究现状

1.2.5 系统动力学(SD)模型在能源、水利、环境科学中的研究进展

1.3 论文主要研究内容

1.4 研究技术路线

1.5 论文主要创新点

2 项目区概况

2.1 项目区所在县基本情况

2.1.1 自然地理概况

2.1.2 社会经济概况

2.1.3 水能资源及开发情况

2.2 项目区基本情况

2.2.1 自然地理情况

2.2.2 社会经济情况

2.2.3 电网情况

2.2.4 当地小水电资源情况

3 农村能源结构分析

3.1 农村能源调查与分析

3.1.1 小水电代燃料工程实施后的农民经济情况变化

3.1.2 薪柴主要种类及变化

3.1.3 用于收集薪柴和其它能源耗费的劳动力和资金情况

3.1.4 农村燃料需求年内变化

3.1.5 农户对各种能源的使用偏好

3.1.6 小水电代燃料工程实施前后农村能源结构的变化

3.2 电力不足的解决方案

3.2.1 以煤补电的方案探讨

3.2.2 正确认识小水电代燃料工程与兴建薪炭林的关系

3.3 本章小结

4 小水电代燃料区农村用电量预测

4.1 未实施小水电代燃料工程实施的用电量预测

4.1.1 农村用电量与国民收入的关系

4.1.2 项目区农村用电量的灰色预测

4.2 实施小水电代燃料工程以后农村用电量预测

4.3 代燃料用电量预测

4.4 小水电代燃料区总用电量预测

4.5 本章小结

5 小水电代燃料工程经济拉动作用分析

5.1 生产环节中的影响

5.1.1 理论基础

5.1.2 计算方法

5.2 消费环节的影响

5.2.1 理论基础

5.2.2 投资乘数的计算方法

5.3 对项目区内经济的拉动作用分析

5.3.1 理论基础

5.3.2 计算方法

5.4 实例分析

5.4.1 基本资料

5.4.2 生产环节中代燃料电站建设对国民经济的拉动作用

5.4.3 消费环节中代燃料电站建设的拉动作用

5.4.4 小水电代燃料工程对马圪当项目区经济的影响

5.5 本章小结

6 小水电代燃料工程生态环境效益评估

6.1 使用清洁能源的效益

6.1.1 农民健康水平的提高

6.1.2 减少 CO_2排放效益

6.1.3 减少 CO_2排放效益

6.2 保护森林的效益

6.2.1 森林生态环境价值评估方法

6.2.2 代燃料外部生态效益的估算

6.2.3 实例应用

6.3 本章小结

7 小水电代燃料生态保护工程电价定价

7.1 电价定价理论基础

7.1.1 外部性的定义

7.1.2 外部性的分类

7.2 公共物品与私人物品

7.3 市场失灵与外部性

7.4 矫正外部性的两种手段

7.4.1 庇古手段

7.4.2 科斯手段

7.4.3 庇古手段与科斯手段的优缺点

7.5 代燃料小水电与常规小水电的区别

7.6 小水电代燃料生态保护工程的电价模型

7.6.1 代燃料小水电电力商品的特点

7.6.2 合理确定小水电代燃料电价的基本原则

7.6.3 单一制电价及其局限性

7.6.4 两部制电价及其优点

7.6.5 小水电代燃料电价制度

7.7 小水电代燃料电价计算方法

7.7.1 边际成本电价与会计成本电价

7.7.2 综合型代燃料电价计算方法

7.8 实例计算

7.8.1 代燃料容量电价

7.8.2 代燃料电量电价

7.8.3 生态电价

7.8.4 小水电代燃料电价

7.9 本章小结

8 小水电代燃料生态保护工程综合评价研究

8.1 小水电代燃料生态保护工程评价指标体系

8.1.1 建立指标体系的基本原则

8.1.2 小水电代燃料生态保护工程综合评价指标体系的建立

8.2 小水电代燃料生态保护工程模糊层次评价方法

8.2.1 指标的标准化

8.2.2 指标权重的确定方法

8.3 评价模型

8.4 实例计算

8.4.1 指标隶属度的确定

8.4.2 指标权重确定

8.4.3 综合评价

8.5 本章小结

9 小水电代燃料生态保护工程的系统动力学仿真研究

9.1 系统动力学简介

9.2 系统动力学仿真软件 VENSIM简介

9.3 小水电代燃料工程系统仿真模型

9.3.1 系统目标

9.3.2 系统边界的确定

9.3.3 因果关系分析

9.4 系统动力学流图模型

9.4.1 模型基本假定

9.4.2 人口及柴电替代子系统

9.4.3 能源供需互补子系统

9.4.4 小水电经济评价子系统

9.4.5 生态环境评价子系统

9.4.6 农民增收子系统

9.5 模型仿真模拟

9.5.1 参数估计方法

9.5.2 模拟与调控

9.5.3 仿真结果分析

9.6 本章小结

10 结论与建议

10.1 结论

10.2 建议

致谢

参考文献

附录

一、在校期间发表的论文

二、在校期间参加的科研项目

三、VENSIM模型核心程序及参数