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中国农村户用沼气区域适宜性与可持续性研究

作　者: 陈豫
导　师: 杨改河
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 生态学
关键词: 农村户用沼气区划沼气发酵原料沼气发酵温度沼气生态农业模式
分类号: S216.4
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着农村能源和农村环境问题的日益突出,农村户用沼气的建设和发展问题受到人们的普遍关注,成为农村能源建设的主要组成部分和社会主义新农村建设的重要内容。中国农村户用沼气经过多年的发展,已经具备了一定的产业基础和发展优势,但现阶段农村户用沼气发展仍存在很多的问题和困难,其中沼气池的合理布局、沼气生态农业模式构建及良性发展、沼气综合效益的提高等一系列问题,需要进一步的研究和创新探索。开展中国农村户用沼气区域适宜性与可持续性研究不仅能实现中国农村户用沼气的合理布局和可持续发展,而且还将在很大程度上解决农村能源短缺和农村环境恶化的问题。本论文基于生态学、系统工程学、能源经济学等相关理论,采用理论研究与实践研究相结合、定性分析与定量分析相结合、文献调查与社会调查相结合等方法,借鉴国内外相关研究成果,以中国农村户用沼气发展问题为研究对象,从中国农村户用沼气区域适宜性和可持续性两个方面进行了研究,取得了一定的成果。这些研究成果对中国农村户用沼气合理布局,中国农村沼气生态农业模式的良性发展,中国农村户用沼气可持续发展等,都具有重要的现实指导和借鉴意义。论文主要内容包括四个部分,分为十章。第一部分,包括第一章的内容,这一部分是论文研究的起点和基础。主要介绍了中国农村户用沼气区域适宜性和可持续性问题提出的背景,研究的目的和意义,对国内外关于农村户用沼气方面的研究现状进行了综述,介绍了论文研究的方法、创新之处、论文研究的思路和内容以及研究的理论基础。第二部分,包括第二章至第五章的内容,即中国农村户用沼气区域适宜性的研究。首先,从气候条件、能源状况和社会经济三个方面选择了1.6米平均地温大于10℃的月数、1.6米平均地温大于20℃的月数、全年日照时数、年太阳辐射总量、人均畜禽粪便资源占有量、生活用能中商品能源比率、户年均收入、户国家投资额和初中及以上文化程度人口率9个指标,构建了户用沼气区域适宜性评价指标体系,确定了评价指标的权重,运用综合评价法对陕西省安塞县、陇县和西乡县发展户用沼气区域适宜性进行评价。其次,以沼气发酵原料为研究对象,建立了中国农村户用沼气发酵原料理论户均产气潜力估算模型。并利用该模型对中国农村2007年沼气发酵原料理论户均产气潜力进行了估算,根据估算结果对中国农村户用沼气发酵原料进行了区划,划分为沼气发酵原料最适宜区、适宜区、次适宜区和非适宜区,依据区划结果形成了中国农村户用沼气发酵原料适宜性区划图。再次,以沼气发酵温度为研究对象,系统分析了温度与沼气发酵,沼气池发酵液的温度与气温、地温之间的关系,确定了中国农村户用沼气发酵温度区划指标,对中国农村户用沼气发酵温度进行了区划,划分为沼气发酵原料最适宜区、适宜区、次适宜区和非适宜区,依据区划结果形成了中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划图。最后,在中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划和发酵原料适宜性区划的基础上,建立了中国农村户用沼气适宜性区划指标及分级标准,对中国农村户用沼气适宜性进行了区划,划分为中国农村户用沼气适宜区、次适宜区和非适宜区。根据区划结果,形成了中国农村户用沼气区域适宜性区划图。中国农村户用沼气区域适宜性的研究可为户用沼气的合理布局提供科学的理论依据。第三部分,包括第六章至第九章的内容,即中国农村户用沼气可持续性的研究。首先,调查了陕西省宝鸡市沼气生产的基本情况,分析了宝鸡市实施的“沼气池-厕所-畜舍-菜(果、粮)”、“桑-蚕-双孢蘑菇-畜舍-沼气池”、田犇秦川牛繁育场大型沼气3种典型沼气生态农业模式的结构和效益,提出了沼气生态农业的发展对策。其次,结合沼气生态农业模式自身的结构和功能特点,以生态农业模式评价指标体系为基础,从结构、功能和效益三个方面选择了17个指标构建了沼气生态农业模式综合评价指标体系,应用层次均权法确定了沼气生态农业模式综合评价指标的权重,运用综合指数法构建了沼气生态农业模式综合评价模型。并以宝鸡市2个典型沼气生态农业模式(陇县“沼气池—厕所—畜舍—菜(果、粮)”庭院生态农业模式和千阳县“桑—蚕—双孢蘑菇—畜舍—沼气池”生态农业模式)的研究数据对模型进行了验证,评价结果与实际情况吻合,可为沼气生态农业模式综合评价提供科学的理论依据。再次,以中国农村8m3户用沼气池为研究对象,分别采用生命周期评价及生命周期成本方法对户用沼气池全生命周期的环境影响和经济效益进行了定量评价,8m3户用沼气池全生命周期(功能单元为400m3沼气)对环境影响负荷为1.6418人当量,各种环境影响类型的相对贡献大小依次为富营养化、全球变暖、酸化。生命周期成本为3082元,经济收益为835元,成本回收期为3.69年。并为户用沼气行业减少环境排放,提高经济效益提供了相应的对策和建议。最后,从中国农村户用沼气发酵原料、发酵工艺、发展模式、综合利用、管理模式五个方面对中国农村户用沼气未来发展趋势进行了预测。秸秆将替代畜禽粪便做为中国农村户用沼气的主要发酵原料。沼气干发酵将替代厌氧湿发酵成为中国农村户用沼气的主要发酵工艺。农村沼气建设的集约化是今后发展的又一趋势。将沼液沼渣进行深加工形成商品肥和农村小沼电,具有广阔的市场和应用前景。加强农村户用沼气后续管理服务体系建设,研制农村沼气运行管理专家系统对农村沼气正常的运行将起到积极的促进作用。中国农村户用沼气区域可持续性的研究将推动中国农村沼气的可持续发展。第四部分,即第十章结论。对论文的主要研究成果进行了总结,并对中国农村户用沼气发展问题的进一步研究进行了展望。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章绪论  15-32
  1.1 选题的背景  15-19
    1.1.1 户用沼气是中国农村能源建设的重要部分  15
    1.1.2 发展户用沼气是改善中国农村环境的重要措施  15-16
    1.1.3 发展户用沼气的综合效益  16-17
    1.1.4 中国农村发展户用沼气的机遇  17-18
    1.1.5 中国农村发展户用沼气存在的问题  18-19
  1.2 研究目的和意义  19-21
    1.2.1 为中国农村户用沼气合理布局提供理论依据  19-20
    1.2.2 促进中国农村沼气生态农业模式的良性发展  20
    1.2.3 推动中国农村户用沼气可持续发展  20-21
  1.3 国内外户用沼气发展状况  21-27
    1.3.1 中国农村户用沼气  21-25
    1.3.2 国外户用沼气发展概况  25-27
    1.3.3 国内外研究评述  27
  1.4 研究内容与创新点  27-29
    1.4.1 研究内容  27-29
    1.4.2 创新点  29
  1.5 研究方法与思路  29-32
    1.5.1 研究方法  29-30
    1.5.2 数据收集  30-31
    1.5.3 研究的框架体系  31-32
第二章中国农村户用沼气区域适宜性评价指标体系  32-39
  2.1 户用沼气区域适宜性评价指标体系构建  32-35
    2.1.1 评价指标体系构建  32-34
    2.1.2 指标体系的层次结构  34-35
  2.2 户用沼气区域适宜性评价指标权重确定  35-36
  2.3 户用沼气区域适宜性评价模型及实证研究  36-38
    2.3.1 评价指标值无量纲化处理  36
    2.3.2 评价模型  36-37
    2.3.3 区域适应性分级标准  37
    2.3.4 实例研究  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章中国农村户用沼气发酵原料适宜性区划  39-49
  3.1 中国农村户用沼气理论户均产沼气潜力估算模型  39-41
  3.2 数据来源及计算  41-42
  3.3 沼气理论户均产沼气潜力估算及分析  42-45
    3.3.1 秸秆户均产沼气潜力  42-43
    3.3.2 粪便户均产沼气潜力  43-44
    3.3.3 总户均产沼气潜力  44-45
  3.4 中国农村户用沼气发酵原料适宜性区划  45-47
    3.4.1 区划指标  45-46
    3.4.2 区划原则  46
    3.4.3 区划方法  46-47
    3.4.4 分区评述  47
  3.5 本章小结  47-49
第四章中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划  49-58
  4.1 发酵温度与沼气产量速率的关系  49-50
    4.1.1 发酵温度对产气量和产气率的影响  49-50
    4.1.2 发酵温度的突变对产气量的影响  50
    4.1.3 发酵温度对发酵原料总产气量的影响  50
  4.2 沼气池发酵液的温度与气温、地温之间的关系  50-51
  4.3 中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划  51-57
    4.3.1 区划指标的选取  51-52
    4.3.2 中国气温分布  52-56
    4.3.3 区划原则  56
    4.3.4 区划方法  56
    4.3.5 分区评述  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章中国农村户用沼气适宜性区划  58-61
  5.1 区划指标  58
  5.2 区划原则  58-59
  5.3 区划方法  59-60
  5.4 分区评述  60
  5.5 本章小结  60-61
第六章宝鸡市典型沼气生态农业模式的结构和效益分析  61-70
  6.1 宝鸡市基本情况  61-62
  6.2 陇县“沼气池-厕所-畜舍-菜（果、粮）”庭院生态农业模式  62-64
    6.2.1 基本概况  62
    6.2.2 生态模式结构  62
    6.2.3 综合效益分析  62-64
  6.3 千阳县“桑－蚕－双孢蘑菇－畜舍－沼气池”生态农业模式  64-66
    6.3.1 基本概况  64
    6.3.2 生态模式结构  64-65
    6.3.3 综合效益分析  65-66
  6.4 周原镇田犇秦川牛繁育场大型沼气生态农业模式  66-68
    6.4.1 基本概况  66
    6.4.2 生态模式结构  66-67
    6.4.3 综合效益分析  67-68
  6.5 沼气生态农业发展对策  68
  6.6 本章小结  68-70
第七章中国农村沼气生态农业模式综合评价  70-78
  7.1 沼气生态农业模式综合评价特点  70
  7.2 沼气生态农业模式综合评价指标体系的建立  70-75
    7.2.1 指标选取的原则  70-71
    7.2.2 指标体系构建方法  71
    7.2.3 评价指标含义及计算方法  71-74
    7.2.4 指标权重的确定  74-75
  7.3 沼气生态农业模式综合评价模型  75-76
    7.3.1 数据的标准化  75
    7.3.2 综合评价模型  75-76
    7.3.3 评价指数优劣度阈值  76
  7.4 评价模型的验证  76-77
  7.5 本章小结  77-78
第八章户用沼气池的全生命周期环境影响及经济效益评价  78-87
  8.1 研究对象和生命周期系统边界  78-79
    8.1.1 研究对象  78-79
    8.1.2 系统边界  79
  8.2 户用沼气池全生命周期的环境影响评价  79-82
    8.2.1 清单分析  80
    8.2.2 影响评价模型  80-82
    8.2.3 结果分析  82
  8.3 户用沼气池全生命周期的经济分析  82-85
    8.3.1 户用沼气池的生命周期成本  82-83
    8.3.2 户用沼气池生命周期的经济收益  83-84
    8.3.3 户用沼气池的生命周期成本回收期  84
    8.3.4 结果分析  84-85
  8.4 减少环境影响及提高经济效益的对策  85
  8.5 本章小结  85-87
第九章中国农村户用沼气未来发展趋势  87-94
  9.1 中国农村户用沼气发酵原料  87-88
    9.1.1 中国农村户用沼气发酵原料的转变  87
    9.1.2 秸秆发酵沼气技术  87-88
  9.2 中国农村户用沼气发酵工艺  88-89
    9.2.1 中国农村户用沼气发酵工艺的转变  88
    9.2.2 厌氧干发酵技术  88-89
  9.3 中国农村户用沼气发展模式  89-90
    9.3.1 中国农村沼气发展模式的转变  89-90
    9.3.2 沼气集中供气模式  90
  9.4 中国农村户用沼气综合利用  90-91
    9.4.1 中国农村沼气综合利用方式的转变  90
    9.4.2 农村小型沼气发电  90-91
  9.5 中国农村户用沼气管理模式  91-92
    9.5.1 中国农村户用沼气管理模式的转变  91-92
    9.5.2 农村沼气物业化管理  92
    9.5.3 农村沼气运行管理专家系统  92
  9.6 本章小结  92-94
第十章结论与讨论  94-99
  10.1 主要结论  94-97
    10.1.1 中国农村户用沼气区域适宜性指标体系  94
    10.1.2 中国农村户用沼气发酵原料适宜性区划  94-95
    10.1.3 中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划  95
    10.1.4 中国农村户用沼气适宜性区划  95
    10.1.5 宝鸡市典型沼气生态农业模式的结构和效益分析  95-96
    10.1.6 中国农村沼气生态农业模式综合评价  96
    10.1.7 中国农村户用沼气池的全生命周期环境影响及经济效益评价  96-97
    10.1.8 中国农村户用沼气未来发展趋势  97
  10.2 讨论及展望  97-99
参考文献  99-108
致谢  108-109
作者简介  109

中国农村户用沼气区域适宜性与可持续性研究

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