趙曉¹，常化振¹，彭思洋¹，王偉²，王書(shū)肖²，馬中¹

（1.中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100872；2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100084）

　　摘要：基于回歸分析預(yù)測(cè)模型和來(lái)源分類預(yù)測(cè)模型對(duì)2020~2050年生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)量和能源結(jié)構(gòu)占比進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)碳減排潛力進(jìn)行了情景分析。結(jié)果表明，回歸分析預(yù)測(cè)偏差較小，其中逐步回歸預(yù)測(cè)偏差值為9.34%，略小于多元線性回歸的13.99%。來(lái)源分類模型的準(zhǔn)確度高于回歸模型。到2050年，沼氣增幅約為176%。在低碳情景中提高生物質(zhì)燃?xì)鈶?yīng)用比例最高可降低未來(lái)情景中10%的碳排放量，表明大力發(fā)展生物質(zhì)燃?xì)鈱?duì)于碳減排和碳循環(huán)有較為明顯的正面效應(yīng)。結(jié)合現(xiàn)狀對(duì)經(jīng)濟(jì)，技術(shù)，市場(chǎng)等方面提出政策建議。為下一步發(fā)掘生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)品市場(chǎng)潛力提供理論指導(dǎo)。

　　生物質(zhì)能作為一種綠色，清潔，可再生的新能源是未來(lái)發(fā)展的主要能源之一，在解決未來(lái)能源需求，全球變暖，生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面有著重要地位。尤其在清潔能源短缺和大氣污染形勢(shì)嚴(yán)峻的今天，生物質(zhì)燃?xì)忾_(kāi)發(fā)具有越來(lái)越重要的意義^[1-2]。

　　根據(jù)國(guó)家能源局頒布的生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃^[2]，生物質(zhì)能按照利用方式分類可分為以下4類能源：生物質(zhì)發(fā)電電能，生物質(zhì)成型燃料，生物質(zhì)燃?xì)饧吧镔|(zhì)液體燃料。據(jù)統(tǒng)計(jì)^[3]，到2015年底，我國(guó)各大類生物質(zhì)能產(chǎn)量折合標(biāo)準(zhǔn)煤約3540萬(wàn)t，其中商品化利用比例達(dá)51.4%。

　　生物質(zhì)燃?xì)鈴墓こ桃?guī)模角度來(lái)分可分為2類：一是分布散亂，單個(gè)規(guī)模較小的農(nóng)村戶用沼氣；二是品質(zhì)優(yōu)良，單個(gè)規(guī)模較大的規(guī)模化沼氣工程生產(chǎn)的生物質(zhì)氣化燃?xì)?sup>[3]。從原料來(lái)源可以分為4類：分別是工業(yè)廢物生物質(zhì)燃?xì)?，農(nóng)業(yè)廢物生物質(zhì)燃?xì)?，生活垃圾生物質(zhì)燃?xì)庖约笆姓勰嗌镔|(zhì)燃?xì)狻?/p>

　　回歸模型在包括環(huán)境領(lǐng)域在內(nèi)的諸多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，可以將多個(gè)變量之間的線性或非線性關(guān)系進(jìn)行數(shù)量分析?；貧w模型可用于預(yù)測(cè)空氣污染物濃度^[4]，預(yù)測(cè)污水廠剩余污泥厭氧消化產(chǎn)氣量^[5]，對(duì)氣象進(jìn)行了同期回歸和多元回歸等統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型^[6]。

　　相比國(guó)內(nèi)，國(guó)外對(duì)于多元回歸的應(yīng)用更早?；貧w模型可用于^[7]研究本地氣象因素和大氣化學(xué)過(guò)程對(duì)小尺度時(shí)空變化影響，對(duì)細(xì)顆粒物濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)^[8]等。以上表明多元線性回歸在大氣監(jiān)測(cè)預(yù)警，空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)等都可以進(jìn)行變量預(yù)測(cè)等統(tǒng)計(jì)分析。且有較高的可信度。但回歸模型較少有應(yīng)用于生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)量預(yù)測(cè)可供參考的數(shù)據(jù)不多。

　　本文針對(duì)新形勢(shì)下生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)品和市場(chǎng)發(fā)展需要，研究國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)展規(guī)模，技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀以及先進(jìn)的商業(yè)模式。按照工程規(guī)模和原料來(lái)源兩個(gè)分類口徑分別構(gòu)建模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步梳理國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的渠道及可能性，給出生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用潛力分析，并結(jié)合我國(guó)現(xiàn)實(shí)國(guó)情提出政策建議，為下一步推動(dòng)生物質(zhì)燃?xì)馐袌?chǎng)發(fā)展提供理論指導(dǎo)。

　　1材料與方法

　　1.1回歸模型

　　從國(guó)際沼氣產(chǎn)量報(bào)告，中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒，中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒，中國(guó)輕工業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒^[8-11]等來(lái)源搜集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用多變量線性回歸模型和逐步回歸模型對(duì)生物質(zhì)產(chǎn)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

　　1.1.1變量選取年均沼氣產(chǎn)量是反映沼氣發(fā)展

　　的重要指標(biāo)，設(shè)當(dāng)年沼氣產(chǎn)量（TJ）為因變量y。在以上基礎(chǔ)上結(jié)合變量的有效性和可獲取性，選擇上年沼氣產(chǎn)量（TJ），GDP（億元），能源消費(fèi)量（kg標(biāo)準(zhǔn)煤），人口（萬(wàn)人），財(cái)政補(bǔ)貼，技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素分別為自變量x₁-x₆。

　　針對(duì)上述變量，采用文獻(xiàn)調(diào)研和資料收集相結(jié)合的方法獲取有關(guān)數(shù)據(jù)。主要參考中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒^[12]和中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)^[13]得到2004~2014年的相關(guān)數(shù)據(jù)，具體如表1所示。

　　關(guān)于財(cái)政補(bǔ)貼，根據(jù)全國(guó)農(nóng)村沼氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃^[16]，全國(guó)農(nóng)村沼氣工程建設(shè)規(guī)劃（2006~2010年）^[17]中資金預(yù)算部分，2001~2005年期間，中央累計(jì)投入35.3億元，其中農(nóng)村戶用沼氣池投資34.5億元，建設(shè)沼氣池357.60萬(wàn)戶；殖場(chǎng)沼氣工程投資8115萬(wàn)元，建設(shè)沼氣工程120處。2004年和2005年財(cái)政補(bǔ)貼分別為103250萬(wàn)元和102980萬(wàn)元。但農(nóng)村沼氣建設(shè)采取國(guó)家補(bǔ)助和農(nóng)戶自籌相結(jié)合的建設(shè)模式，按照“一池三改”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，除去國(guó)家補(bǔ)助外，還需農(nóng)民自籌投資，導(dǎo)致建池困難問(wèn)題。如戶均投資需3000~3500元，其中國(guó)家補(bǔ)助800~1200元，農(nóng)民需自籌2000多元。在十一五期間，規(guī)劃全國(guó)新建農(nóng)村戶用沼氣2300萬(wàn)戶左右，其中中央補(bǔ)助建設(shè)1300萬(wàn)戶左右，帶動(dòng)地方建設(shè)1000多萬(wàn)戶。到2010年底，全國(guó)戶用沼氣總數(shù)達(dá)到4000萬(wàn)戶左右，約占適宜農(nóng)戶的30%。全國(guó)農(nóng)村戶用沼氣建設(shè)總投資400.65億元，中央投資125億元重點(diǎn)用于農(nóng)村戶用沼氣池的建設(shè)。西北和東北地區(qū)平均每戶總投資3200元/戶，其他地區(qū)平均3000元/戶。中部地區(qū)比照西部大開(kāi)發(fā)有關(guān)政策按照1000元/戶標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)貼。十一五期間具體補(bǔ)貼情況如圖1所示。十三五期間農(nóng)村沼氣總投資500億元：規(guī)?；锾烊粴夤こ?81.2億元，規(guī)模化大型沼氣工程133.61億元，中型沼氣工程91億元，小型沼氣工程59億元，戶用沼氣33.3億元，沼氣科技創(chuàng)新平臺(tái)1.89億元。根據(jù)上述國(guó)家出臺(tái)的財(cái)政補(bǔ)貼，估算2004~2014年沼氣池財(cái)政補(bǔ)貼。

　　1.1.2模型適配度檢驗(yàn)首先，對(duì)沼氣產(chǎn)量采用多

　　元線性回歸方法進(jìn)行分析，同時(shí)進(jìn)行方差檢驗(yàn)。在計(jì)算過(guò)程中，由于自變量較多，且個(gè)別因素影響較小或因素之間存在共線性影響，誤差平方和會(huì)隨著變量的引入而增大，影響了模型整體的穩(wěn)定性。因此，在多元線性回歸的基礎(chǔ)上，對(duì)沼氣產(chǎn)量進(jìn)行非線性回歸分析即逐步回歸方法，從多因素中挑選出影響顯著的因素來(lái)建立回歸模型。

　　從圖2來(lái)看，逐步回歸的標(biāo)準(zhǔn)化殘差的絕對(duì)值更接近于1，說(shuō)明其適配性更高。

　　從表2中可看出，對(duì)于多元線性回歸，模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)是0.977，判定系數(shù)是0.955，修正系數(shù)為0.910，達(dá)-沃檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值為2.703，當(dāng)達(dá)-沃檢驗(yàn)≈2時(shí)說(shuō)明殘差獨(dú)立。對(duì)于逐步回歸，模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)是0.955，判定系數(shù)是0.911，修正系數(shù)為0.902，達(dá)-沃檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值為1.531。整體來(lái)看2種模型的擬合優(yōu)度都較好。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1回歸預(yù)測(cè)模型

　　圖3表示，回歸分析與實(shí)際值偏差較小，有較高的適用度，若引入更多變量回歸標(biāo)準(zhǔn)差會(huì)進(jìn)一步縮小，證明了線性回歸方法在沼氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)中的可行性。且多元線性回歸的百分比偏差為13.99%，略大于逐步回歸的百分比偏差值9.34%，證明逐步回歸具有相對(duì)較高的準(zhǔn)確度，逐步回歸剔除變量后剩余影響因素為財(cái)政補(bǔ)貼，說(shuō)明我國(guó)財(cái)政補(bǔ)貼對(duì)于沼氣工程的扶植力度較大，若想提高沼氣產(chǎn)量可進(jìn)一步增加財(cái)政補(bǔ)貼。

　　回歸自變量發(fā)展趨勢(shì)較為穩(wěn)定，有較強(qiáng)的規(guī)律性，因此可進(jìn)行自變量回歸，對(duì)上年沼氣產(chǎn)量、GDP、人均GDP、能源消費(fèi)、人口數(shù)量、財(cái)政補(bǔ)貼等自變量分別使用冪函數(shù)、二次函數(shù)、logistic模型等方法分別進(jìn)行擬合求值，得到2020、2030、2040、2050年等自變量值，具體如表3所示。

　　在此基礎(chǔ)上，用回歸分析的方法對(duì)未來(lái)沼氣產(chǎn)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，未來(lái)年沼氣產(chǎn)量如圖4所示。

　　2.2來(lái)源分類預(yù)測(cè)模型

　　按照生物質(zhì)廢物來(lái)源分類，分成工業(yè)廢物、農(nóng)業(yè)廢物、城市垃圾、生活污泥4類生物質(zhì)廢物，其中工業(yè)生物質(zhì)廢物主要包括高濃度有機(jī)廢水和有機(jī)廢渣，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢物主要包括養(yǎng)殖廢物及農(nóng)業(yè)秸稈，生活垃圾包括通過(guò)填埋處理可產(chǎn)生填埋氣的部分垃圾，市政污泥是指市政污水經(jīng)處理得到的脫水污泥。基于對(duì)各類廢物資源量的預(yù)測(cè)和轉(zhuǎn)化為沼氣的開(kāi)發(fā)利用率，預(yù)測(cè)2020、2030、2040和2050年的沼氣產(chǎn)量。

　　根據(jù)2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到2010年4類生物質(zhì)廢物產(chǎn)沼氣資源量及產(chǎn)沼氣量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)參數(shù)假設(shè)得出未來(lái)各類生物質(zhì)廢物產(chǎn)沼氣量。

　　2.2.1工業(yè)廢物產(chǎn)沼氣潛力預(yù)測(cè) 根據(jù)輕工業(yè)環(huán)保所統(tǒng)計(jì)，2010年全國(guó)工業(yè)排放有機(jī)廢水為43.67億t，廢渣為9.46億t?？赊D(zhuǎn)化為沼氣（甲烷含量56%）的資源量為280.83億m³。根據(jù)各行業(yè)協(xié)會(huì)、有關(guān)省市、各承擔(dān)沼氣工程設(shè)計(jì)建設(shè)的公司和設(shè)計(jì)院所等進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)2010年進(jìn)行的全國(guó)工業(yè)污染源調(diào)查數(shù)據(jù)，估算得出全國(guó)工業(yè)沼氣工程年產(chǎn)沼氣量約為50.0億m³，占總資源量的17.86%。2015年工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)沼氣的總資源量為322.11億m³。

　　按照十三五規(guī)劃發(fā)展速度，預(yù)計(jì)到2020年中國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值比2010年翻一番，達(dá)到143萬(wàn)億元。同時(shí)隨著工業(yè)企業(yè)開(kāi)展清潔生產(chǎn)節(jié)能減排，預(yù)計(jì)污染（以COD計(jì)）增長(zhǎng)減半，即污染排放削減率為50%。到2020年，工業(yè)企業(yè)污染排放量預(yù)計(jì)比2010年增加50%，2020年工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)沼氣的總資源量為421.24億m³。

　　在未來(lái)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)下，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)工業(yè)增長(zhǎng)率將逐步放緩，模型中2020~2030年、2030~2040年、2040~2050年3個(gè)時(shí)間段的年平均工業(yè)增長(zhǎng)率分別按6%、4%、3%計(jì)算。同時(shí)隨著清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排力度不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)污染物排放削減率將逐步上升。

　　2020~2030年總體工業(yè)增長(zhǎng)率為79.1%，工業(yè)排放污染量按總體增長(zhǎng)的35%計(jì)算，則2030年工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)沼氣的總資源量約為537.86億m³。

　　2030~2040年總體工業(yè)增長(zhǎng)率為48%，工業(yè)排放污染量按總體增長(zhǎng)的30%計(jì)算，則2040年工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)沼氣的總資源量為651.31億m³。

　　2040~2050年總體工業(yè)增長(zhǎng)率為34.4%，工業(yè)排放污染量按總體增長(zhǎng)的25%計(jì)算，則2050年工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)沼氣的總資源量為707.32億m³。

　　2.2農(nóng)業(yè)廢物產(chǎn)沼氣潛力預(yù)測(cè) 根據(jù)2010年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒中畜禽糞便排放量數(shù)據(jù)以及不同種類畜禽糞便產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)。2009年全國(guó)畜禽養(yǎng)殖年排放糞便總量約為148732.592萬(wàn)t，如果采取全部厭氧消化方式處理，可產(chǎn)沼氣819.5億m³。而目前農(nóng)業(yè)沼氣工程僅在規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)存在。

　　根據(jù)畜牧業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃發(fā)展速度進(jìn)行估算，我國(guó)畜牧業(yè)從2010~2020年將以年均增長(zhǎng)率為3%的速度增長(zhǎng)，因此到2015年全國(guó)畜禽養(yǎng)殖年排放糞便總量約為17.2億t，可產(chǎn)沼氣資源量為950億m³。2020年全國(guó)畜禽養(yǎng)殖年排放糞便總量約為19.94億m³，可產(chǎn)沼氣資源量為1100億m³。模型中2020~2030年間年均增長(zhǎng)率按2%計(jì)算，2030年可產(chǎn)沼氣資源量約為1340億m³，最后到2050年保持穩(wěn)定。

　　根據(jù)農(nóng)業(yè)部2007年的統(tǒng)計(jì)，規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)養(yǎng)殖量占全國(guó)養(yǎng)殖總量的8.11%（占糞便排放量）。按目前規(guī)?；潭鹊钠骄黾铀俣葹?.5%計(jì)算，2015年規(guī)?；潭葹?5.6%，2020年規(guī)?；潭葹?3.4%。預(yù)計(jì)未來(lái)養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)?；潭葘⒈３掷^續(xù)平穩(wěn)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但增速有所放緩，2030、2040、2050年規(guī)模化程度分別按35%、40%、45%計(jì)算。

　　計(jì)算公式如下：

　　2.2.3生活垃圾產(chǎn)沼氣潛力預(yù)測(cè) 根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2015年城市生活垃圾清運(yùn)量為1.91億t，據(jù)環(huán)保部門預(yù)測(cè)，到2020年，全國(guó)城市垃圾清運(yùn)量將每年以6%以上的速度增加。到2020年后，增長(zhǎng)速度預(yù)計(jì)有所減緩，模型中2020~2030年、2030~2040年、2040~2050年3個(gè)時(shí)間段年均增長(zhǎng)率分別按4%、2%、1%計(jì)算。則2015年~2050年城市垃圾清運(yùn)量從1.91億t增加到5.1億t。按照每噸城市垃圾衛(wèi)生填埋平均所產(chǎn)生的填埋氣120m³計(jì)算，得到相應(yīng)的填埋氣資源量。

　　而城市垃圾產(chǎn)沼氣主要集中在填埋垃圾氣體利用。2015年填埋處理量達(dá)1.15億t。預(yù)計(jì)，垃圾填埋處理能力年均增長(zhǎng)率將按8%增長(zhǎng)。2020年，填埋處理量為1.69億t。環(huán)保部門預(yù)測(cè)2020年后垃圾填埋增長(zhǎng)率減緩。模型中2020~2030年、2030~2040年、2040~2050年3個(gè)時(shí)間段年均增長(zhǎng)率分別按4%、2%、1%計(jì)算，而填埋場(chǎng)產(chǎn)氣率和填埋氣收集率均有提高，分別按照每t產(chǎn)氣120m³和30%計(jì)算。

　　具體計(jì)算公式如下：

　　2.2.4市政污泥產(chǎn)沼氣潛力預(yù)測(cè) 根據(jù)建設(shè)部和環(huán)保部門有關(guān)規(guī)劃和2010年“全國(guó)污泥處理與綜合利用研討會(huì)”部分專家預(yù)測(cè)，我國(guó)城市污水、污泥處理將有一個(gè)快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2010年~2020年城市污水和污泥處理量將分別增加1倍以上。2020年以后速度將減緩。干污泥產(chǎn)率按1.6tDS/萬(wàn)m³污水計(jì)算。

　　污泥產(chǎn)氣率按含水94%的污泥產(chǎn)沼氣12m³計(jì)算。根據(jù)城市污水處理及污染防治技術(shù)政策中的規(guī)定，日處理能力在10萬(wàn)m³以上的污水二級(jí)處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥，宜采取厭氧消化工藝進(jìn)行處理，產(chǎn)生的沼氣應(yīng)進(jìn)行綜合利用。據(jù)估計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有的城市污水處理廠規(guī)模在10萬(wàn)t/d以上約有20%，處理的廢水量應(yīng)占我國(guó)生活污水總量的40%左右。

　　具體計(jì)算公式如下：

　　2.2.5來(lái)源分類預(yù)測(cè)模型總結(jié)及敏感性分析 根據(jù)以上四類來(lái)源分類預(yù)測(cè)模型結(jié)果，將4類生物質(zhì)廢物產(chǎn)沼氣資源量和潛力量預(yù)測(cè)值進(jìn)行匯總?cè)绫?所示。

　　來(lái)源分類預(yù)測(cè)模型是根據(jù)原材料產(chǎn)量來(lái)進(jìn)行沼氣產(chǎn)量的計(jì)算和預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)時(shí)限較長(zhǎng)，具有較強(qiáng)的實(shí)際指導(dǎo)意義。但是，該模型同樣存在著預(yù)測(cè)的不確定性。模型中假設(shè)參數(shù)值的不確定性可能對(duì)未來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。影響模型預(yù)測(cè)結(jié)果的因素有：未來(lái)工業(yè)增長(zhǎng)率、工業(yè)污染排放削減率、未來(lái)畜牧業(yè)增長(zhǎng)率、養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)?；潭取⑽磥?lái)城市生活垃圾清運(yùn)量增長(zhǎng)率、垃圾填埋處理增長(zhǎng)率、未來(lái)城市污水排放量增長(zhǎng)率和城市污泥處理率。未來(lái)這些模型假設(shè)參數(shù)非規(guī)律性變動(dòng)可能會(huì)引起實(shí)際值與本模型預(yù)測(cè)值之間的偏差。為避免誤差，對(duì)各參數(shù)1r-4r分別取相同大小區(qū)間^[2，7]，在區(qū)間內(nèi)隨機(jī)取值生成靈敏度曲線，檢驗(yàn)參數(shù)值波動(dòng)對(duì)結(jié)果G的影響程度。根據(jù)公式（10）計(jì)算靈敏度。

　　根據(jù)式（10）的計(jì)算結(jié)果，靈敏度S均小于1，說(shuō)明參數(shù)在上述區(qū)間內(nèi)取值對(duì)結(jié)果影響很小，計(jì)算時(shí)可忽略。

　　來(lái)源分類預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)精度較高，兩種方法計(jì)算出的沼氣產(chǎn)量單位不同，無(wú)法直接進(jìn)行對(duì)比，但是來(lái)源分類模型中從沼氣原材料出發(fā)，綜合考慮了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源利用效率、污泥處理率等參數(shù)，與實(shí)際情況較為符合。從2015~2050年，工業(yè)廢物沼氣產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)廢物沼氣產(chǎn)量、生活垃圾沼氣產(chǎn)量和市政污泥沼氣產(chǎn)量分別增長(zhǎng)了119%、305%、167%和114%。沼氣產(chǎn)量平均增幅約為176%。說(shuō)明未來(lái)我國(guó)沼氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的主要貢獻(xiàn)者為農(nóng)業(yè)廢物貢獻(xiàn)。

　　單從增長(zhǎng)率來(lái)看，逐步回歸預(yù)測(cè)值從2020~2050年增幅為624%，線性回歸預(yù)測(cè)值增幅為595%，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于來(lái)源分類預(yù)測(cè)值。對(duì)比其他的能源情景計(jì)算結(jié)果^[22-24]來(lái)源分類預(yù)測(cè)模型的結(jié)果更符合實(shí)際。但其對(duì)參數(shù)的要求也更高。

　　2.3碳排放情景分析

　　生物質(zhì)燃燒同樣會(huì)產(chǎn)生不良環(huán)境效應(yīng)，陳雅琳等^[18]對(duì)生物質(zhì)能源替代化石能源的潛力及環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行研究，證明生物質(zhì)能的使用對(duì)環(huán)境損失有減弱作用。關(guān)于生物質(zhì)燃燒的影響，沈?yàn)t雨等^[19]研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)燃燒產(chǎn)物中的碳質(zhì)（OC、EC）特征及同位素組成。張宜升等^[20]對(duì)生物質(zhì)露天焚燒及家庭燃用的多環(huán)芳烴排放特征進(jìn)行研究。但是相比傳統(tǒng)能源，生物質(zhì)燃?xì)鉃樘贾行阅茉矗哂姓虻沫h(huán)境效益。

　　目前，可對(duì)未來(lái)提出多種方案預(yù)測(cè)的情景分析法是最常用的分析方法之一，在污染物預(yù)報(bào)預(yù)警、能源規(guī)劃等都有廣泛的應(yīng)用^[21-24]。在前述結(jié)果基礎(chǔ)上，利用情景分析法分析未來(lái)沼氣在不同能源消費(fèi)情景下的結(jié)構(gòu)占比情況。EIA，研究者^[25-27]均對(duì)未來(lái)中國(guó)能源消費(fèi)總量進(jìn)行情景預(yù)測(cè)計(jì)算，本文根據(jù)不同國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的控制和能源消費(fèi)總量設(shè)定基準(zhǔn)情景和低碳情景兩個(gè)情景^[29-31]。

　　基準(zhǔn)情景BAU：以2014年為基準(zhǔn)年，各項(xiàng)影響因子進(jìn)行趨勢(shì)外延，在基準(zhǔn)情景中采用和基準(zhǔn)年相同的沼氣生產(chǎn)技術(shù)和環(huán)境政策，即不采取嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)和新的控制技術(shù)，同時(shí)也不考慮未來(lái)環(huán)境政策的變化。

　　低碳情景LC：基于基準(zhǔn)情景，根據(jù)國(guó)家新能源發(fā)展規(guī)劃，到2020、2030、2040、2050年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重逐步提高。不同情景下的沼氣產(chǎn)量及生物質(zhì)燃?xì)庠谀茉垂?yīng)結(jié)構(gòu)中占比情況如圖5所示。

　　預(yù)計(jì)生物質(zhì)燃?xì)庹寄茉垂?yīng)總量比例由2020年的0.31%到2050年達(dá)到能源供應(yīng)總量的0.6%。若在低碳場(chǎng)景下，這個(gè)比例將會(huì)更高，沼氣產(chǎn)量會(huì)大幅提升，能源比例由1%提升到5%。

　　根據(jù)IPCC給出的碳排放系數(shù)并結(jié)合我國(guó)燃料熱值計(jì)算得知，煤、燃料油、燃料氣的碳氧化因子都為1，煤、燃料油和燃料氣的碳排放系數(shù)分別為98825、74260和95940。不確定性95%信賴區(qū)間下限分別為-8%、-5.2%和-11.9%，不確定性95%信賴區(qū)間上限分別為7.9%、5.8%和15。1%。3種燃料對(duì)應(yīng)的國(guó)內(nèi)熱值分別為5390、8488.73和7184。因此，煤、燃料油和燃料氣的建議排放系數(shù)分別為2.21，2.64和1.83，不確定性95%信賴區(qū)間上下限和碳排放系數(shù)相同。

　　根據(jù)北京市企業(yè)（單位）CO₂核算和報(bào)告指南^[28]，燃料燃燒產(chǎn)生的CO₂直接排放量計(jì)算公式如下所示：

　　低碳情景中燃煤和石油的消費(fèi)量均低于基準(zhǔn)情景。生物質(zhì)燃?xì)鈶?yīng)用比例大幅升高。不同情景下生物質(zhì)燃?xì)獾漠a(chǎn)量對(duì)碳排放有較為顯著的影響。從2020~2050年，低碳情景下的CO₂排放量減少了3%~10%，低碳情景明顯低于基準(zhǔn)情景下的碳排放量。結(jié)果表明，大力發(fā)展生物質(zhì)燃?xì)鈱?duì)于碳減排和碳循環(huán)有較為明顯的正面效應(yīng)。

　　3結(jié)論

　　3.1回歸預(yù)測(cè)模型和來(lái)源分類預(yù)測(cè)模型均可以用于生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)量預(yù)測(cè)計(jì)算。其中回歸分析引入變量越多回歸標(biāo)準(zhǔn)差越小，逐步回歸的百分比偏差值9.34%小于多元線性回歸百分比偏差13.99%，且剔除變量過(guò)程證明在我國(guó)財(cái)政補(bǔ)貼對(duì)于沼氣產(chǎn)量影響最大。來(lái)源分類模型根據(jù)原材料產(chǎn)量來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，可預(yù)測(cè)時(shí)間段較長(zhǎng)，但模型中假設(shè)參數(shù)的不確定性對(duì)未來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。綜合沼氣產(chǎn)量增幅來(lái)看，來(lái)源分類模型的精確度高于回歸預(yù)測(cè)模型。

　　3.2不同能源情景下生物質(zhì)燃?xì)鈶?yīng)用比例差別較大。在基準(zhǔn)情景下，預(yù)計(jì)我國(guó)生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)量從2015~2050年間由126.13億m³增長(zhǎng)到570億m³，占能源供應(yīng)總量比例由2020年的0.31%，達(dá)到2050年的0.6%，其中工業(yè)和農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢物將成為未來(lái)生物質(zhì)燃?xì)獾闹饕獊?lái)源。在低碳情景下，生物質(zhì)燃?xì)饽茉垂?yīng)量會(huì)大量提高，由2020年的0.5%提高到2050年的3.5%，將會(huì)大幅減輕能源壓力。同時(shí)低碳情景下碳排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基準(zhǔn)情景，有利于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)更為科學(xué)的調(diào)整。

　　3.3為最大限度發(fā)掘生物質(zhì)燃?xì)馐袌?chǎng)潛力，針對(duì)國(guó)內(nèi)生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、市場(chǎng)和政策四個(gè)方面的發(fā)展障礙，為未來(lái)政策制定提供幾點(diǎn)建議：盡快落實(shí)沼氣發(fā)電上網(wǎng)補(bǔ)貼實(shí)施細(xì)則，更大限度地提高生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)生產(chǎn)積極性和市場(chǎng)活躍度；繼續(xù)加強(qiáng)環(huán)保治理執(zhí)法力度；制定一個(gè)具有統(tǒng)一性、強(qiáng)制性的國(guó)家級(jí)沼氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；建立專門的生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)化融資機(jī)制，對(duì)于中小型的沼氣項(xiàng)目，政府可以提供貼息貸款或者財(cái)政補(bǔ)貼政策予以支持。