余彭新

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川西高寒牧區(qū)居民用能結(jié)構(gòu)調(diào)研及分析

余彭新

（成都外國語學校 成都 611731）

通過對川西高原地區(qū)哈拉瑪村用能現(xiàn)狀的實地調(diào)研，得到村民的用能方式與用能結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)當?shù)乜稍偕茉船F(xiàn)狀，并結(jié)合村民經(jīng)濟狀況與用能習慣，通過分析提出了風光互補離網(wǎng)發(fā)電的可再生能源利用方案。該方案可有效改善川西高原地區(qū)用能結(jié)構(gòu)，有效保護草原生態(tài)環(huán)境。

高寒牧區(qū)；用能方式；可再生能源；用能結(jié)構(gòu)

0 引言

川西高原地區(qū)位于我國第一級階梯青藏高原向第二級階梯云貴高原和四川盆地的過渡地帶。該地區(qū)海拔高差大，氣候變化明顯，分布著眾多的少數(shù)民族，包括藏族、羌族、彝族等。由于以高原草原地貌為主，因而地區(qū)產(chǎn)業(yè)主要為牧業(yè)生產(chǎn)。因此，我們常常將該地區(qū)簡稱為高寒牧區(qū)。由于高寒牧區(qū)海拔高，氣候嚴寒，牧民長期采用焚燒牦牛糞的方式煮飯、燒奶和取暖，而牛糞的燃燒值和熱利用率都較低，因此需要在草原上撿拾大量的牦牛糞，造成草原土壤肥力嚴重下降，牧草越長越矮，產(chǎn)量越來越低，草原退化沙化，“風吹草低見牛羊”美景難以再現(xiàn)，冬春牲畜缺草大量掉膘和死亡，給牧民造成重大經(jīng)濟損失，嚴重影響了我省牧區(qū)脫貧奔康進程。

另一方面是牧區(qū)婦女用手撿拾、晾曬、收集堆存、使用牲畜糞便，不但勞動強度大、環(huán)境條件惡劣，而且極不衛(wèi)生，極易感染牛羊糞中的寄生蟲和致病菌引起的重大疾病。如我省甘孜州石渠縣等地牧民因長期用手撿拾牛羊糞便，極易感染俗稱“蟲癌”的腦包蟲或肝包蟲病，這是一種難發(fā)現(xiàn)、病程長、難治愈、高死亡、花費大，嚴重危害人體健康和人獸共患的嚴重寄生蟲病，全球罕見，年治療費用高達5000元，若手術(shù)治療則需花費2萬元以上，給當?shù)剞r(nóng)牧民的身體健康、生產(chǎn)生活、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定帶來了嚴重影響。

因此，牧區(qū)不合理的用能結(jié)構(gòu)，給我省草原、森林等生態(tài)環(huán)境的保護和建設(shè)帶來了嚴重影響，導致我省草原生態(tài)“局部好轉(zhuǎn)，總體惡化”的狀況仍未得到根本改觀，牧民收入增長緩慢，已嚴重阻礙了我省牧區(qū)經(jīng)濟、社會和生態(tài)的可持續(xù)健康發(fā)展。為進一步了解川西高原地區(qū)農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)，改善村民用能環(huán)境，提高地區(qū)用能水平，本文以川西高原安曲鎮(zhèn)哈拉瑪村實地調(diào)研情況為依據(jù)，對其用能條件、用能方式、用能結(jié)構(gòu)等進行分析，提出了風光互補離網(wǎng)發(fā)電的可再生能源利用方案。

1 哈拉瑪村生活用能現(xiàn)狀及分析

1.1 村民生活用能方式

安曲鎮(zhèn)哈拉瑪村位于川西紅原縣西部，有4206人，共383戶，是川西高原比較典型的村鎮(zhèn)[1]。從本次調(diào)研了解到安曲鎮(zhèn)哈拉瑪村的能耗結(jié)構(gòu)狀況。發(fā)現(xiàn)村民的生活用能方式主要包括炊事、照明、采暖、洗浴與家用電器等幾個方面[2]。對炊事與采暖的用能計算考慮全年用量乘以燃料的熱值，照明與家用電器的用能計算考慮其全年用電總量并折合成能量單位，而在洗浴用能計算時則按照全年洗浴90次、60L/人/次和50℃洗浴水溫[3]進行熱量換算。經(jīng)過分析整合，得到哈拉瑪村用能結(jié)果和用能方式比例圖如圖1所示。

表1 哈拉瑪村村民生活用能情況（MJ/a）

圖1 哈拉瑪村村民生活用能方式比例圖

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，哈拉瑪村村民全年生活用能中以采暖能耗最高，約占總能耗的一半，其次為炊事與家用電器，洗浴能耗僅占1%，這與村民的生活習慣及氣候條件有關(guān)。哈拉瑪村海拔較高，冬季嚴寒漫長，最低溫度可達-14.1℃，年均溫度為7.9℃，因此村民采暖所需能耗較高。

1.2 村民生活用能結(jié)構(gòu)

為了解哈拉瑪村的生活用能結(jié)構(gòu)，對照表1對各生活用能方式中耗能種類的計算整理，最后得到其生活用能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 哈拉瑪村村民生活用能結(jié)構(gòu)比例圖

Fig.2 Proportional diagram of energy consumption structure of villagers in Harama Village

從表1與圖2可知，一方面，非商業(yè)能源的比例很高，干牛羊糞作為村民主要的用能來源，其比重占總用能的80%，而作為商業(yè)能源的電力與液化氣僅占16%與3%；另一方面，可再生能源的比例只有1%，說明哈拉瑪村可再生能源利用率很低。分析其原因，從用能來源方面來看，哈拉瑪村以牧民為主要人口，畜牧業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)，干牛羊糞便盡管熱值較低但產(chǎn)量豐富，成本低廉，而由于地勢條件限制，電網(wǎng)構(gòu)架成本較高，且電力穩(wěn)定性較差；從村民經(jīng)濟條件來看，村民人均年收入僅為5225元[1]，既沒有能力購買大量的電力資源，也沒有能力改善用能結(jié)構(gòu)。

2 可再生能源利用可行方案及優(yōu)化

通過分析哈拉瑪村的用能方式與結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，村民生活用能還具有很大的節(jié)能潛力，而降低生活能耗是農(nóng)村主要的節(jié)能方式，同時也是優(yōu)化農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，改善用能方式的關(guān)鍵點。為了保障村民生產(chǎn)生活的需要，可再生能源的利用是很好的解決方案?，F(xiàn)對哈拉瑪村的可再生能源進行合理的測算分析。

2.1 哈拉瑪村可再生能源現(xiàn)狀

哈拉瑪村的主要可再生能源包括風能、太陽能與生物質(zhì)能。從全國太陽能分布圖可知，哈拉瑪村所處的川西高原地區(qū)是四川省太陽能資源最為豐富的地區(qū)，也是全國太陽能資源三級分布區(qū)之一[4]。而從全國風能分布圖上看，哈拉瑪村屬于風能資源豐富區(qū)，全年有效風能密度大于200W/m2，年有效風力累計時間大于2000h[5]，具體情況如表2所示。

表2 哈拉瑪村太陽能與風能情況

由于哈拉瑪村屬于傳統(tǒng)牧區(qū)，以畜牧業(yè)為主，村民多為半定居放牧生活，種植主要為企業(yè)化生產(chǎn)，如蔬菜、菌類、藥用植物等，故忽略其秸稈產(chǎn)量。因此，生物質(zhì)能的測算只考慮沼氣產(chǎn)能。哈拉瑪村主要有牛、羊、馬等牲畜，由文獻[6,7]提供數(shù)據(jù)測算，得到哈拉瑪村的沼氣產(chǎn)能為814910MJ/a。

2.2 可再生能源利用優(yōu)化方案分析

根據(jù)哈拉瑪村的可再生能源現(xiàn)狀，其可選擇的可再生能源利用優(yōu)化方案主要有沼氣技術(shù)方案、風能技術(shù)方案、太陽能技術(shù)方案等。

沼氣生產(chǎn)即在厭氧條件下，厭氧微生物將畜禽糞便、農(nóng)業(yè)秸稈、餐余垃圾等有機物在沼氣池內(nèi)分解產(chǎn)生沼氣的過程。研究發(fā)現(xiàn)，當發(fā)酵溫度在10℃以下時，厭氧微生物就停止厭氧消化過程，沼氣產(chǎn)率也降為0[8]。因此，要保證沼氣穩(wěn)定產(chǎn)氣，需要在冬季溫度較低時對沼氣池進行保溫增溫。但是，對于哈拉瑪村來說，由于冬季平均溫度為-6.1℃，且冬季可長達5～6個月，因此，沼氣池保溫增溫所需能耗較大，一些強化增溫措施也是不經(jīng)濟的。

太陽能技術(shù)方案包括光熱技術(shù)、光電技術(shù)、光生物技術(shù)以及光化技術(shù)等。一些學者通過主被動太陽能房的研究設(shè)置可實現(xiàn)冬季室內(nèi)溫度的提升，可降低冬季采暖能耗[9]。而光電技術(shù)也逐漸趨于成熟，2013年底，西昌市的一棟辦公大樓通過“屋頂電站”已能實現(xiàn)用電自給自足，且額外的電能可以并入電網(wǎng)。

風能技術(shù)方案主要為利用風能進行發(fā)電，但是，目前風能發(fā)電裝置價格較高，且單獨的風能發(fā)電效率低、工作時間短，一般難以滿足較大電力需求。

綜上考慮，為了更好地實現(xiàn)可再生能源利用，選擇風光互補離網(wǎng)發(fā)電的可再生能源利用優(yōu)化方案，該方案既有發(fā)電效率高、電力穩(wěn)定、發(fā)電時間長的優(yōu)點，又有可提高可再生能源利用率，改善用能結(jié)構(gòu)的特點，其系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 風光互補離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)圖

3 結(jié)論

（1）目前，高寒牧區(qū)主要生活用能為采暖、炊事與家用電器三方面，采暖用能的比例遠大于其它用能。并且采暖用能以干牛羊糞燃燒的用能方式對草原土壤肥力減弱會造成嚴重影響。

（2）高寒牧區(qū)太陽能、風能、生物質(zhì)能資源豐富，由于冬季氣溫低、時間長，沼氣生物質(zhì)能利用技術(shù)方案保溫增溫能耗較大、實用性不高。而單純的太陽能、風能利用技術(shù)則由于兩者能源密度均較低導致系統(tǒng)不經(jīng)濟。因此，優(yōu)先考慮風光互補離網(wǎng)發(fā)電的可再生能源利用方案是可行的。

（3）由于常用的儲能電池的壽命較短，需要每隔2～3年更換一次。因此，可考慮采用使用壽命更長的液流儲能電池作為蓄電裝置。

[1] 四川省紅原縣黨史地方志辦公室.《紅原年鑒》(2012)[Z].紅原縣年鑒,2012.

[2] 高玉磊,張旭,王婧,等.西北寒冷地區(qū)典型村鎮(zhèn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)研及分析[J].建筑節(jié)能,2011,39(5):32-36.

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Energy Structure Research and Analysis of the Rural in Western Sichuan Alpine Pastoral Area

Yu Pengxin

( Chengdu Foreign Languages School, Chengdu, 611731 )

Through present energy consumption field investigation, the energy usage behavior and energy structure of Western Sichuan Plateau was obtained. Based on this, we put forward wind and solar hybrid power renewable energy usage optimization scheme through analysis of renewable energy situation, economic situation and energy usage habit. The optimization scheme not only can improved energy usage structure, but also effectively protects the ecological environment of the grassland.

Alpine pastoral area; Energy usage behavior; renewable energy; energy usage structure

1671-6612（2018）06-656-03

S210.7

B

余彭新（2000.10-），男，高中，E-mail：903005493@qq.com

2018-05-10