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        基于系統(tǒng)動力學(xué)的煤改氣工程分析

        2020-07-10 22:26:30鄭晨陽
        關(guān)鍵詞:煤改氣系統(tǒng)動力學(xué)

        鄭晨陽

        摘? 要:本文以系統(tǒng)工程的思維分析了我國“煤改氣”工程的現(xiàn)狀與存在的問題,使用系統(tǒng)動力學(xué)方法,構(gòu)建了農(nóng)村居民“煤改氣”工程實施效果的系統(tǒng)動力學(xué)模型,對模型進(jìn)行了理論仿真,并設(shè)置了不同情景,對不同情景的仿真結(jié)果進(jìn)行了分析討論,結(jié)果和分析表明,“煤改氣”工程的環(huán)境效益明顯,短期內(nèi)“煤改氣”戶數(shù)主要受政府政策影響,但在長期,當(dāng)“煤改氣”工程基本全覆蓋后,居民是否使用天然氣取暖受天然氣供給和價格波動的影響較大。

        關(guān)鍵詞:“煤改氣”;系統(tǒng)動力學(xué);“氣荒”;天然氣調(diào)峰定價

        一、問題提出與分析

        政府大力推行“煤改氣”工程,“煤改氣”工程帶來了理想的環(huán)境效益,但也帶來了天然氣價格上漲、壁掛爐供應(yīng)短缺、天然氣供不應(yīng)求等問題。

        根據(jù)相關(guān)分析,采用天然氣代替散煤取暖的環(huán)境效益主要體現(xiàn)在固體顆粒物排放、硫氧化物排放、氮氧化物排放等方面,而當(dāng)空氣質(zhì)量改善到一定程度,或“煤改氣”工程已覆蓋大部分農(nóng)村居民用戶時,政府將不再制定嚴(yán)格的“煤改氣”政策要求,政策要求對居民“煤改氣”戶數(shù)的影響就將下降。同時居民使用天然氣的意愿還會受到天然氣價格波動、天然氣價格需求彈性等因素的影響。

        二、模型與數(shù)據(jù)

        根據(jù)上一章的問題分析,參考相關(guān)文獻(xiàn),本文構(gòu)建了“煤改氣”工程的系統(tǒng)動力學(xué)模型。本文關(guān)注的“煤改氣”工程問題涉及的核心問題有兩個,一是煤改氣戶數(shù)受到哪些因素影響,二是標(biāo)煤減排量產(chǎn)生的環(huán)境效益。政府要素和價格需求彈性是調(diào)節(jié)閥門,是做情景分析的核心要素。本文使用Vensim軟件建模,形成反饋控制路徑,同時,以可變參數(shù)作為情景模擬設(shè)置和仿真效果分析的“遙控器。整個系統(tǒng)的主回路如下:

        模型中用到的主要方程式如下:

        標(biāo)煤減排量=戶均燃煤量×天然氣使用戶數(shù)變化值×10000

        戶均燃煤量=3(噸 每采暖季每戶)

        固體減排量變化值=標(biāo)煤減排量×0.17,初始值=0

        累計固體減排量=∑固體減排量變化值

        SOX減排量變化值=標(biāo)煤減排量×0.0085,初始值=0

        累計SOX減排量=∑SOX減排量變化值

        NOX減排量變化值=標(biāo)煤減排量×0.0074,初始值=0

        累計NOX減排量=∑NOX減排量變化值

        空氣質(zhì)量改善值=固體歸一化×w1+SOX歸一化×w2+NOX歸一化×w3

        累計空氣質(zhì)量改善值=∑空氣質(zhì)量改善值,初始值=0

        政策影響=20×(1-歸一化系數(shù))

        價格影響=20×天然氣價格波動×天然氣需求價格彈性

        天然氣價格波動=0.05×Time+SIN(0.3×Time)

        三、結(jié)果

        情景1:政策要求年煤改氣戶數(shù)20 價格彈性對使用天然氣戶數(shù)的影響0.2

        根據(jù)文獻(xiàn)和相關(guān)新聞的預(yù)測和討論,天然氣等能源價格的波動受到諸多因素影響,漲跌難以預(yù)測,于是本文僅從科學(xué)性分析的角度出發(fā),認(rèn)為從長遠(yuǎn)來看,天然氣的商品屬性使得其價格圍繞價值上下浮動,同時還應(yīng)考慮通貨膨脹率的影響。

        在情景1中,可以看到隨著空氣質(zhì)量的逐漸改善和使用天然氣戶數(shù)的增加,政策要求的煤改氣戶數(shù)逐漸放緩,但到20年前后時空氣質(zhì)量已改善至一定程度,同時由于天然氣價格周期性上漲,農(nóng)村居民使用天然氣戶數(shù)有所回落,類似于近兩年冬季,部分農(nóng)村出現(xiàn)的“氣改煤”現(xiàn)象,由于使用天然氣取暖成本過高,政府補(bǔ)貼遲遲未到位,或天然氣供應(yīng)不穩(wěn)定等因素,部分農(nóng)村居民偷偷燃燒散煤取暖。之后政府必然再度加強(qiáng)實施“煤改氣”工程的政策壓力。

        天然氣使用戶數(shù)受到天然氣價格和政府政策的雙重影響,可以看到,在前20年政府政策的大力推動下,天然氣使用戶數(shù)迅速增長,尤其是,在第10-20年天然氣價格較低的時間段內(nèi),天然氣使用戶數(shù)增長迅速。

        天然氣使用戶數(shù)的多少直接決定了標(biāo)煤減排量的多少,進(jìn)而影響累計固體顆粒物、硫氧化物、氮氧化物的減排量,可以看到其波動規(guī)律與天然氣使用戶數(shù)波動規(guī)律一致。

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