基于情景分析的村落尺度能源碳排放效应研究.pdf
《基于情景分析的村落尺度能源碳排放效应研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于情景分析的村落尺度能源碳排放效应研究.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Journal of Agricultural Resources and Environment农业资源与环境学报 2023,40(5):1199-1207http:/Energy carbon emission effect at the village scale based on scenario analysisLI Hongqing1,2,XU Yueping2,WANG Yang3,REN Wanxia2,XUE Bing2,3*(1.Technical University of Berlin,Department of Circular Economy and Recycli
2、ng Technology,Berlin 10623,Germany;2.Institute ofApplied Ecology,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China;3.Weifang Academy of Modern Agriculture and EcologicalEnvironment,Weifang 261071,China)Abstract:Research of low-carbon building methods at the village scale can enhance the village ener
3、gy supply,contribute to full utilizationof rural resources,and also play an important role in promoting the construction of green villages.In this study,we took the village of Yixiliin Henan Province as an example and explored the carbon source and sink levels of each element in the village by desig
4、ning threedevelopment scenarios.Then,we determined the role and function of the village in the construction of a low-carbon energy system.Theresults showed that the calorific value of energy consumption of the village in 2020 was 5 925 GJ and that the consumption in 2030 underbaseline,conservative,a
5、nd aggressive scenarios will be 6 228,6 594 GJ,and 6 955 GJ,respectively.The carbon emissions of the village in2020 were 877 t,and the future carbon emissions under the baseline,conservative,and aggressive scenarios are 928,987 t,and 1 046 t.Ifcomprehensive utilization of solar energy and other reso
6、urces can be realized,the total energy consumption self-sufficiency rates for 2030are 50.76%,52.30%,and 53.72%,respectively.A comparison of the carbon emissions from energy use under the different scenariosrevealed that the carbon emissions of the whole village gradually attain an increasing trend,d
7、espite the gradual transition to clean energytypes.Therefore,the problem of how to ensure optimization of the energy structure and improve the low carbon level of the village under thepremise of upgrading and transitioning the energy consumption structure of the residents still needs to be addressed
8、 in the coming period.Keywords:humannature relationship;rural territorial system;low carbon;energy carbon emissions;scenario analysis;village基于情景分析的村落尺度能源碳排放效应研究李宏庆1,2,徐月萍2,汪杨3,任婉侠2,薛冰2,3*(1.柏林工业大学循环经济与回收技术系,柏林 10623 德国;2.中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110016;3.潍坊现代农业与生态环境研究院,山东 潍坊 261071)收稿日期:2023-04-27录用日期:202
9、3-05-22作者简介:李宏庆(1995),女,山东枣庄人,博士研究生,主要研究方向为乡村能源环境地理与可持续发展。E-mail:hongqing.licampus.tu-berlin.de*通信作者:薛冰E-mail:基金项目:山东省人才计划项目(tsqn202103159);潍坊市科技计划项目(2021ZJ1132);中国科学院区域发展青年学者项目(2021-003)Project supported:Shandong Talent Program(tsqn202103159);Weifang Science&Technology Program(2021ZJ1132);Chinese A
10、cademy of Sciences(CAS)Program of Young Scholar for Regional Development(2021-003)摘要:村落尺度的低碳建设不仅可以提高村落的能源供给水平,充分挖掘农村资源的潜力,同时在促进绿色乡村的建设方面具有重要作用。本研究以河南省邑西里村为例,通过构建碳能源体系框架,研究不同情景下的碳排放水平,进而判断村落在低碳能源体系建设中的功能角色。结果表明:全村2020年的能源消费热值为5 925 GJ,全村的碳排放量为877 t;在基准情景、慢速发展情景和快速发展情景下2030年消费量分别为6 228、6 594、6 955 GJ,
11、其碳排放量分别为928、987 t和1 046 t;若能实现对太阳能等资源的综合利用,2030年总能源消耗自给率分别为50.76%、52.30%和53.72%。对比不同情景下能源使用的碳排放量,尽管能源种类逐渐向清洁能源的方向转型,但是全村的碳排放量还是呈现出逐渐上升的趋势。因此,如何保证在居民的能源消费结构升级及转型的前提下优化能源结构并提高村落的低碳水平,仍是在未来一段时间内亟需解决的问题。关键词:人地关系;乡村地域系统;低碳;能源碳排放;情景分析;村落中图分类号:X24文献标志码:A文章编号:2095-6819(2023)05-1199-09doi:10.13254/j.jare.202
12、3.0268李宏庆,徐月萍,汪杨,等.基于情景分析的村落尺度能源碳排放效应研究J.农业资源与环境学报,2023,40(5):1199-1207.LI H Q,XU Y P,WANG Y,et al.Energy carbon emission effect at the village scale based on scenario analysis J.Journal of Agricultural Resources andEnvironment,2023,40(5):1199-1207.http:/农业资源与环境学报 第40卷 第5期 乡村环境规划与管理专刊2021年,我国二氧化碳排放量
13、为119亿t,占全球总量的33%1,迫切需要促进低碳转型,而农村地区在碳减排方面发挥着重要作用2。当前农村地区碳排放的来源主要为农田排放、畜禽排放、种植生产资料排放3和能源消耗排放4,同时还包括居民生活5、乡村住房6和农村道路7等方面的排放,农业和能源消费已经成为农村碳排放的主体。据联合国粮食及农业组织(FAO)统计,全球人为温室气体排放总量的30%由农业用地产生,每年约产生150 亿t二氧化碳,而由农业产生的全球温室气体排放量的80%可由其自身生态系统抵消8。我国城镇化发展的过程中,在能源需求层面表现为居民家庭能源消费结构的变化,我国每增加1%的城镇化率,人均碳排放水平将增加5.8 kg9。
14、我 国 农 村 地 区 人 口 占 全 国 总 人 口 的36.11%,实现农村地区的低碳建设对于应对全球气候变化及推动地方可持续发展具有重要意义。农村的能源问题不仅是居民社会经济状况和居民家庭生活的实际反映,也和当地的生态环境问题有着密切联系。在农村地区,尤其是在发展中国家的农村地区,大部分家庭能源主要是生物质能10。从地区分异来看,我国的青藏高原地区以畜粪为主11-12,宁夏地区以秸秆和薪柴为主13,东部地区以电力为主14。其他国家的农村地区,如肯尼亚、孟加拉国和伊朗等也是以生物质能源为主15-17;在约旦,约 16%的农村家庭能源消费是用于购买煤油和液化气18。从时间维度来看,20世纪9
15、0年代以来,农村家庭以生物质能源为主,现阶段在偏远地区仍保留着使用生物质能源的传统,而在经济发展水平高的地区,越来越多的家庭更注重生活品质,清洁能源逐渐成为当地居民的首选19。从研究对象来看,早期的研究主要针对薪柴、秸秆和畜粪等生物质能源以及电力、煤炭、液化气和汽柴油等常用商品能源10,而后随着资源的多级开发,能源的有效利用和能源的环境质量成为新的关注点,越来越多的新型清洁能源逐渐成为新的研究对象及热点,如风能、光伏、热能、热电、沼气等多能级能源形式,并考虑能源使用的多元化和低碳化。因此,从社会需求的角度来看,如何保证农村的生活发展质量水平同时宏观把控农村的碳减排将会是未来农村发展的重点。许多
16、研究利用统计方法来评估不同地域尺度的减排潜力,包括全球、国家、省级和县级等,在微观层面上,以村落为代表的精细化表达和测算也逐渐成为研究热点之一。村落是一个复杂开放的综合体,承担着其空间范围内的生产、生活、生态等功能20,在其行政边界范围内,协调居民生活、农业生产、畜禽养殖、休闲娱乐等作用过程,从而保证整个村落体系的正常运行21。本研究从村落的角度出发,在对全村和家庭能源使用现状分析的基础上,建立了三种不同的情景分析模式,构建了村落尺度上的能源碳核算框架,并依据其社会经济及环境效益,探究不同情景发展模式下农村地区能源转型与低碳目标开发的作用机制,从而制定适合农村地区低碳转型的道路,并为地方的政策
17、制定提供参考。1材料与方法1.1 研究区域调研村邑西里村位于河南省商丘市,地理坐标为1151511530E、34143434N,属于温带季风性气候,年平均气温为 14.7,年日照时数约为 1 482h。现有常住家庭400户,总人口1 540人,户均人口3.75 人,平均受教育年限为 7.73 年。全村共有土地面积 133 hm2,人均耕地面积 0.1 hm2,种植作物以玉米、小麦为主。2020 年,全村人均收入为 1.5 万元,在所属乡镇和县级市属于中等水平,当地的主要收入来源为外出打工和农业种植。全村的能源使用类型除种植的作物秸秆外,还包含电力、煤炭、液化气和汽柴油等。1.2 数据来源本研究
18、数据来源于文献资料、政府报告和实地调研等。在前期文献和政府报告搜索的基础上,结合调研村的实际情况,采用自上而下和自下而上相结合的方式设计了问卷,调研问卷的内容主要分成三个方面:基本信息,包括全村人口、户数、收入等;能源构成,包括能源使用类型、来源、用途和废弃物的处置方式等;当前政策趋势下的能源使用感受和全村村民对未来能源使用的愿景。问卷设计完成后,研究团队在2020年年底对邑西里村进行了预调研。通过对调研村的进一步了解,重新对调研问卷进行了调整,正式形成了调研问卷。正式调研的时间为 2021 年 1 月和 7 月,结合半结构式访谈的形式进行了问卷调查与走访,在此基础上,为了能够与村民进行深度访
19、谈,每户调研的时间约为 12 h。经过两轮的问卷调研后,共获得实际有效问卷 40 份。在问卷访谈结束后,经过与地方代表、专业人士的访谈,认为调查问卷具有较好的代表性。12002023年9月http:/李宏庆,等:基于情景分析的村落尺度能源碳排放效应研究1.3 研究方法村落尺度上的碳排放主要是指电力、煤炭、秸秆和畜粪等资源在使用过程中带来的环境影响,其中,电力和煤炭等由外界输送而来,秸秆和畜粪由本地产生。本研究仅计算由生活能源使用带来的碳排放,因此农业生产过程中农资机具使用带来的碳排放未列入计算过程中。具体计算方法如公式(1)公式(8)所示:1.3.1 总能源消费量和碳排放量核算Pemi=i=1
20、nNene,i Eemi,i(1)式中:Pemi为总碳排放量,kg;Nene,i为第i类能源的使用数量,kg;Eemi,i为第i类碳排放源的碳排放系数。Mene=i=1nNene,i Esta,i Tene,i(2)式中:Mene为能源消耗热值总量,kJ;Nene,i为第i种能源的使用量,kg;Esta,i为第i种能源的标准煤系数,kgcekg-1(kgce为各能源用量单位换算成的统一单位,千克标准煤);Tene,i为第 i种能源的标准煤单位热量,kJkgce-1。1.3.2 秸秆碳排放量核算Wstr=Bstr Cstr Ostr 44 12(3)式中:Wstr为秸秆消耗带来的二氧化碳排放量,
21、kg;Bstr为秸秆消耗量,kg;Cstr为玉米芯含碳系数,取值为45%;Ostr为玉米芯的氧化率,取值为85%。Estr=i=1nNcro,i Ecro,i(4)式中:Estr为秸秆的资源量,kg;Ncro,i为第i种农作物的产量,kg;Ecro,i为第i种农作物的草谷比,其中玉米为1.23,小麦为1.34。Rstr=i=1nEstr,i Ecol,i Fstr,i 10-3(5)式中:Rstr为秸秆资源化计算产生的沼气量,m3;Ecol为秸秆资源的可收集利用系数,本研究中采用华北地区的数据进行核算,其中玉米秸秆和小麦秸秆均为0.83;Fstr,i为秸秆生物的实际发酵转化率,玉米秸秆为200
22、.30 mLg-1,小麦秸秆为149.40 mLg-1。1.3.3 畜粪碳排放量核算Eliv=i=1nNliv,i Eliv,i(6)式中:Eliv为畜粪资源量,t;Nliv,i为第i种牲畜的数量,头;Eliv,i为第i种畜禽粪便的年排放系数,猪为0.49 t 头-1,羊为0.47 t 头-1。Rbio=i=1nEliv,i Erec,i Nbio,i 10-3(7)式中:Rbio为畜禽资源化计算产生的沼气量,m3;Eliv为粪便的资源量,t;Erec,i为第i种畜禽粪便的可回收利用系数,猪为1,羊为0.6;Nbio,i为第i种畜禽粪便的单位产沼气量,猪为0.2 m3kg-1,羊为0.3 m3
23、kg-1。1.3.4 太阳能可利用能量核算H=4 Q D C(t2-t1)(8)式中:H为年利用热水器可得到的热量,J;Q为户均洗浴用水量,调研村户均规模为3.75人,淋浴每人次计3040 kg,取均值35 kg,则户均洗澡用水量为每次每户131 kg;D为全年太阳能热水器可以有效利用的时间,d;C为水的比热容,取4 200 Jkg-1-1;t1为加热前的水温,依据 河南统计年鉴2021 取河南省的平均气温15;t2为加热后的水温,取60。1.4 情景设定根据调研村的实际发展状况设置了3种不同的发展情景(表1)。情景一:基准情景。依据现有的政策和全村发展的基本情景,在2020年全村实际调研的基
24、础上,以全村的实际发展情况为基本准则,结合全村 20152019年的能源使用类型和数量的变化,预估全村各种能源使用数量和规模在未来的发展状况和趋势。情景二:慢速发展情景。在基准情景的基础上,考虑因为技术水平改进带来的能源结构的变化,表现为调研村家庭中各种能源使用装置的数量呈现出平注:(+)代表能源使用比例增加;(-)代表能源使用比例降低。Note:(+)represents the percentage increase of energy use;(-)represents the percentage decrease of energy use.表1 不同情景下的能源变化趋势Table
25、1 Energy trends in different scenarios能源使用Energy use全村公共用能家庭生活用能能源类型Type of energy电力太阳能(路灯)电力煤炭液化气秸秆畜粪汽柴油太阳能(热水器)太阳能(光伏电板)基准情景Baselinescenario5%(+)100%5%(+)30%(-)5%(+)10%(-)75%(-)5%(+)80%(+)15%(+)慢速发展情景Conservativedevelopmentscenario10%(+)100%20%(+)50%(-)20%(+)30%(+)60%(-)20%(+)85%(+)20%(+)快速发展情景Agg
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 情景 分析 村落 尺度 能源 排放 效应 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。