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沼氣是一種優質再生能源,發展農村沼氣工程對于解決農村能源問題、推動農業發展方式轉變促進農村生態文明建設等具有重要意義。自本世紀初以來,云南省戶用沼氣得到了迅速發展,至2015年底,戶用沼氣池保有量達到306.53萬戶,為云南省經濟社會發展及生態文明建設作出了巨大的貢獻。但是,近年來戶用沼氣使用率不斷下降,據有關研究顯示,已建戶用沼氣池的使用率只有約55%

1,筆者在實地調研過程中也發現,部分村寨已建戶用沼氣池的使用率只有20%-30%,如此低的使用率不僅導致國家建設資金的浪費、大量的有機廢棄物無用武之地,而且使云南省農村環境問題難以緩解。而云南省農村具有發展沼氣項目的很多適宜性。首先,云南省農村具有發展沼氣項目的最適宜氣溫。陳豫2對中國農村沼氣發酵溫度適宜性進行了區劃,結果表明,云南省是全國五個農村沼氣發

酵溫度最適官區域之一。其次,云南省具有發展農

村沼氣的原料適宜性。云南省農村秸稈與人畜糞使

等生物質資源潛在產氣能力為每戶1146m3,屬于

沼氣發酵原料適宜區。《全國農村沼氣發展“十

三五”規劃》的統計數據顯示,云南省屬于資源中等

的Ⅱ類地區。第三,云南省具有發展農村沼氣的

t會經濟適宣性。2015年云南省常住人口城鎮化

率為43.33%,尚有56.67%的人口居住在農村。且

云南省農村人均收人低,貧困人口多,2015年農村

常住居民人均可支配收入8242元,比同時期全國平

均水平低3180元。在全國的14個連片集中特困

區中,云南省占了4個,且都集中在山區農村。貧困

的農村人口更需要沼氣項目增加收入、節約生活與

生產費用,可見,云南省仍然是全國發展農村沼氣項

目的主要區域。第四,云南省具有發展農村沼氣的

遠景適宜性。云南省城鎮化水平處于不斷推進之  中,隨著城鎮化水平的提高,一方面原來分散養殖的  農戶數量減少,為滿足人們對禽畜產品的消費需求

農村養殖將逐漸轉向專業化,基于處理農村養殖場  廢棄物的需要,對沼氣項目的需求將增加;另一方  面,城鎮化將使能源消費量增加,根據國務院發展研  究中心的研究,城鎮化率每提高1%,能源消費至少  增長6000噸標準煤,“發展農村沼氣能有效減緩  未來能源壓力。此外,云南省未來農村人口數量無  論在絕對量上還是相對數上仍占優勢,并在短期內  無法改變。

雖然云南省農村是沼氣項目發展的適宜區域但是由于種種原因戶用沼氣使用率很低。2015年中央調整了對農村沼氣發展的投資方向,重點支持  日產1萬m3以上規模化生物體天然氣工程試點項目與厭氧消化裝置總體容積500m以上的規模化大型沼氣工程項目4。反思戶用沼氣發展現狀,云南省應主動適應農村沼氣發展的“四個轉變”,由主要發展戶用沼氣向規模化沼氣轉變,在有條件的農村發展大中型聯戶甚至聯村有機沼氣工程,配備專門的技術人員進行管理與維護,克服由單個農戶管理與維護難的問題。由于云南省16個州市具體情況各異,農村大中型沼氣項目如何布局還需要綜合考慮各種因素,因此,文章通過構建指標體系與評估模型對全省農村大中型沼氣項目建設的適宜性進行區劃,為云南省未來農村大中型沼氣項目建設布局提供參考

1.1采用 TOPSIS模型及用熵權法確定指標的短重  

Toss法的全稱為“通近于理想值的  法”,是由 Hwang等在1981年提出的一種適用于多  指標、對多項目進行比較的方法,其基本原理是首為  確定各指標的正理想值、負理想值,再求出各方案  正理想值、負理想值之間的加權歐氏距離,得出各方  案的優劣排序。在使用 TOPSIS法進行評價時,其  中重要的一個步驟是確定指標的權重,主觀權法  客觀賦權法以及組合賦權法(主客觀綜合賦權法  是確定權重的3種方層與家意見  屆于主觀賦權,具有較的性客觀  然有自身的缺點,但能克服主觀賦權法的不O  此,本文采用熵權法確定各指標的權重  摘是物理上的一個概念,最先由申農引入信  論,用于度量不確定性的一種方法,目前在社會經  與工程技術等領域廣泛運用。通常,信息量越大,不  角定越小,熵值也就越小,反之越大。在多指標評  中,某指標值變異程度越大,信息搞越小,該指標提供的信息量就越大,在方案評價中的作用也越大因此指標權重也就越大;反之則權重越小6。

本文將TOSS模型與熵權法相結合,用于云南省各州市農村大中型沼氣項目建設適宜性區劃及評價。1.2指標體系的構建

現有研究主要集中于戶用沼氣項目的適宜性分析,對大中型沼氣項目建設適宜性評價的研究幾乎沒有。而對戶用沼氣項目的研究主要表現在技術分析方面及對其經濟社會效益與可持續發展評價,鴉建適宜性指標體系的研究極少。在現有研究中,包風霞認為戶用沼氣建設的適宜性包括氣候適宜性資源適宜性、經濟適宜性、社會適宜性,評價指標體系包括平均氣溫、鄉村人口數、主要農作物產量牲畜年末存欄數農民人均純收入、地方財政收入村勞動力、人口自然增長率等12個具體指標  豫認為戶用沼氣區域適宜性評價包括氣候條件源狀況社會經濟3個因素,指標體系中包含平均  度,≥10℃持續天數,生物質資源量,戶年均收人  農民平均文化水平等7個具體評價指標。本  認為,云南省各州市農村大中型沼氣項目建設的宜性由多個因素共同決定,具體包括溫度適宣性  料適宜性、經濟適宜性、社會適宜性與遠景適應差

在借鑒現有研究的基礎上,結合云南省農村現狀,構  建包含5個評價指標的指標體系。第一,由于云南  省整體上冬無嚴寒夏無酷暑,絕大部分州市各月無  極端天氣,因此采用各州市年平均氣溫作為溫度適  宜性指標;第二,云南省農業雖不發達,但農業增加  值占國民經濟比重較大,2015年云南省第一產業增  加值占國民經濟比重為15.5%,高出全國平均值的  6.5%3,農業在云南省國民經濟中占有非常重要  地位,這也決定了發展農村大中型沼氣項目的原料  豐裕度,因此原料適宣性指標采用各地州農村有機  廢棄物的人均潛在沼氣產氣量(即理論最大產氣  量)作為評價指標;第三,云南省農村居民人均純收  低,對于低收入人群,少量的收入提高或者成本節約所產生的效用遠大于高收入人群或者較高收入人  群。沼氣項目能提高農村家庭收入與節約生活、生產成本,因此,對于云南省大部分農村人口來說,其經濟效應是較高的,此處選用農村居民純收入作為經濟適宜性指標;第四,由于農村人口數量大,對農村能源需求以及生態環境壓力較大,也加大了對沼氣項目的需求,因此采用農村人口所占比重作為社

適宜性指標;第五,遠景適宜性主要表現為隨著收入水平的提高及城鎮化的推進,養殖戶與養殖場增多,對大中型沼氣池的需求增加。由于養殖場逐年發展的數據不可得,此處采用肉產品年均增長率作為衡量未來養殖戶與養殖場數量發展指標

1.3數據來源

本文使用2015年數據進行分析,各州市年平均氣溫、農村居民純收入、云南省農村人口所占比重來源于《云南省統計年鑒2016》;肉產品年均增長率根據200年及2016年《云南省統計年鑒》相關數據計算得出;各地州農村人均潛在沼氣產氣量根據各

州市秸秤年產量、人畜糞便年產量、有機廢棄物原料

產氣率等計算得出,其分析過程如下。  1.3.1確定各州市農村人畜糞便潛在產氣量

各種沼氣原料能轉變成沼氣的最大數量稱為  潛在產氣量”,也即為理論產氣量。要估計出云南  省各州市農村人畜糞便潛在產氣量,首先須估算出  人畜糞便總量。根據《云南省統計年鑒2016》,獲取云南省農村人口、禽畜總量,然后測算出各州市全年禽畜糞便總量。

1.3.1.1禽畜數量確定方法

豬的平均飼養期一般為180天9,因此豬的飼養數量以當年的出欄數計算;牛按用途分類,主要有  用作役畜的水牛和黃牛,以及肉牛和奶牛。水牛、黃牛和奶牛一般當年不出欄,各自的年末存欄數即可視為當年飼養數量,肉牛的飼養期也在一年以上,因此年末存欄數也可視為當年飼養量;家禽主要以雞為主雞分為肉雞與蛋雞,也分為養殖場飼養與家庭散養,肉雞飼養期為55天”,蛋雞飼養期可以超過一年,肉禽總量以出欄數計算,蛋禽總量以存欄數計,由于數據的可得性,家禽均以出欄數計算當年飼養量

1.3.1.2各州市人畜糞便排放量估算

根據各類禽畜每日糞便產生量和禽畜的飼養周期估算禽畜糞便排放量,估算公式如下

年糞便排放量=個體日產糞便量×飼養期x飼養數

+個體日產尿液量×飼養期x飼養數

關于畜禽糞便排泄系數中國目前尚無相應的國家標準,文章中豬、牛、禽采用國家環境保護總局《關于減免家禽業排污費等有關問題的通知(環發2004]43號)》中的排放標準,其它數據采用同屬于西南地區的重慶市研究成果,以此確定各類畜禽日產廢物量。

1.3.1.3人畜糞便潛在產氣量的估計方法

關于潛在產氣量的計算,希臘的 F A Batzias等在2005年提出了 ABEPE模型,以各類農業有機廢棄物的TS質量與原料產氣率為基礎估算相應有機廢棄物的產氣量,并最終估計出產氣總量。

1.3.2云南各州市農村秸稈資源潛在產氣量估計  

云南省的秸稈資源十分豐富,對秸稈添加生物  菌劑,并進行預處理,3~7d可以進入沼氣池,其產  氣量與糞便產氣量相當,即使農戶不養殖禽畜,只要種植莊稼同樣擁有豐富的沼氣發酵原料。

此處采用張無敵的研究方法,估算云南省秸  稈總量以及潛在產氣總量。秸稈年產量的估算與農作物種類及農作物產量密切相關。

秸稈年產量=農作物年產量×草谷比  草谷比是指秸稈與農作物產量的比例關系、  據作物種類不同而異,各作物的草谷比見表4。  根據張無敵的研究,云南省農村40%的秸桿被用作飼料和其他工業原料,尚有60%可用做沼氣原料。

表5農村各類秸稈原料在3C時產氣率(m3kgs

各類秸稈在不同的貯藏方式下含水量各異,在  我國,黃貯是主要的秸稈貯藏方式。黃貯方式下,玉  米秸稈的干物質率為70%~90%,麥秸為80%  90%,水稻秸稈為80%~90%5,因此,本研究將各  類秸稈的干物質率統一取80%。根據各州市秸桿  總量及各類秸稈原料產氣率(表5),概算出秸稈潛  在產氣總量。

1.3.3估計云南省各州市農村人均潛在沼氣擁有量

將各州市人畜糞便潛在產氣量和秸稈潛在產氣  量加總,便得到各州市有機廢棄物潛在產氣總量,用  潛在產氣總量對農村人口總量進行人均,就能獲得  農村人均潛在沼氣擁有量。  根據《云南省統計年鑒2016》第18部分一各州  縣主要經濟指標以及按照上文方法計算得出的農村  人均潛在沼氣擁有量,獲取各指標值見表6。

2實證結果與分析

2.1數據處理與實證結果

利用熵權法原理對表6中數據進行處理,得出各指標的信息熵與權重,指標的信息熵越小,權重越大,信息熵的越大,權重越小。5個指標的信息熵值和權重值見表7。

利用TPSS法對標準化決策矩陣進行加權,計算出正理想解和負理想解,估算各州市綜合適宜度與正理想解、負理想解的歐氏距離,最后測算各州市綜合適宜度與正理想解的貼近度即綜合適宜度,由此獲得各州市農村大中型沼氣工程項目建設適宜性排序,見表8。

2.2結果分析

2.2.1各指標對16州市農村大中型沼氣工程項目建設適宜性綜合結果的重要性分析

基于熵權法確定各指標權重并進行排序,即為n3>3>2>4>1,此不等式能較好的反映指

標體系中各指標對云南省各州市農村大中型沼氣項  目建設綜合適宜性的貢獻。肉產品的年均增長率  即養殖場與養殖戶發展速度及規模對綜合適宜性的  貢獻最大,是影響農村大中型沼氣工程項目建設適宜性  的首要因素;第二大影響因素是各州市農村人均潛  在沼氣擁有量,說明沼氣原料的豐裕度對各州市大中型沼氣工程項目的發展至關重要;第三是農村居民人  均純收入的影響,這是一個逆指標,人均純收入越高,沼氣工程項目對農戶的經濟功能越低,因此,各州市  可以考慮在低收入縣及鄉鎮布局大中型沼氣工程項目;第四是農村人口所占比重以及各州市平均氣溫,這兩個指標的權重小且在數值上相差不大,在指標體系中對農村大中型沼氣工程項目建設綜合適宜性的貢獻最小

熵權法確定的指標權重大小與指標值的變異程度有關,指標值變異程度越大,提供的信息越多,權重越大。標準差系數能衡量指標值變異程度,通過  對以上5個指標值的標準差系數進行分析發現,農  村人口所占比重的標準差系數(0.1693)<各州市平均氣溫標準差系數(0.175)<農村居民純收入標準差系數(0.1936)<農村人均潛在沼氣擁有量標準差系數(0.2563)<肉產品年均增長率標準差系數(0.3799),農村人口所占比重的指標值離散程度最小,權重也最小,而肉產品年均增長率指標的指標值離散程度最大,權重也最大。因此,指標值的離散程度決定了其權重的大小以及對各州市綜合適宜度的貢獻程度。

2.2.2各州市農村大中型沼氣工程項目建設適宜性區劃及評價

根據表8分析數據,云南省各州市農村大中型沼氣工程項目綜合適宜性排序由高到低依次為臨滄市紅河州、曲靖市、保山市、文山州、麗江市、德宏州、迪  慶州、普洱市、昭通市、楚雄州、怒江州、大理州、西雙版納州、玉溪市、昆明市。雖然,云南省整體上是發展農村大中型沼氣工程項目的適宜區,但各州市在原材  料的豐裕程度、養殖業發展程度、城鎮化率、農村居民人均純收入等方面存在顯著差異,因此有必要根據綜合適宜度對16個州市發展農村大中型沼氣工程項目的適宜性做一個區劃。適宜度越接近1,適宜程度越高,否則越低。根據綜合適宜度大小,擬將云南省劃分最適宜區、適宜區與次適宜3個區域。為了分區的客觀性,文章運用統計軟件SPSS對16個州市的綜合適宜度進行聚類分析,分析結果表明,臨滄

市、紅河州、曲靖市、保山市、文山州5個州市是發展

農村大中型沼氣工程項目的最適宜區域,麗江市、德宏

州、迪慶州、普洱市、楚雄州、昭通市、怒江州、大理州

8個州市為適宜區,西雙版納州、玉溪市、昆明市3

個州市為次適官區

綜合以上分析不難發現,指標值權重的大小決

定了各州市綜合適官性排序,綜合適宣性排在前五

位的州市要么是肉產品年增長率高,要么是農村人  均潛在沼氣擁有量大。總體來說,云南省具有得天

獨厚的氣候條件,各州市農村人口所占比重高,云南

省應該在農村居民人均純收入低、沼氣發酵原料豐  富以及養殖場數量多且發展快的州市優先建設大中

型沼氣工程項目,優化項目布局,充分發揮沼氣工程項目的經

齊效應、生態效應與社會效應

3結論與討論

首先,通過指標權重排序,在5個指標中,最重

要的指標是各州市養殖場發展速度與規模以及農村  人均潛在沼氣擁有量,其次是農村居民純收入,這3  個指標基本決定了各州市大中型沼氣工程項目建設的綜

合適宜性排序

其次,將熵權法與 TOPSIS模型相結合應用于

云南省農村大中型沼氣工程項目建設適宜性區劃,根據適宜性綜合得分,全省可以分為3個區域:最適宜區、適宜區與次適宜區。最適宜區的5個州市沼氣發酵原料豐富、養殖業發展快、農村居民人均純收入處于中低水平,雖然溫度是沼氣原料發酵必不少的因素,由于全省絕大部分州市氣溫適宜,因此,在5個指標中氣溫并非是適宜性評價的最主要因素。次適宜區的3個州市農村居民人均純收入高,養殖業發展速度位于全省后列,農村人均潛在沼氣擁有量水平低,因此適宜性排序也處于最后3位

云南省具有得天獨厚的發展大中型沼氣工程項目的條件,但沼氣工程項目的布局需要考慮綜合適宜性,希望本文研究對于云南省農村大中型沼氣工程項目布局有定的啟示作用。各州市大中型沼氣工程項目建設需要立足于各州市實際,同時借鑒全國其他省市的發展經驗與實踐模式,切實利用好云南省獨特的發展農村沼氣工程項目的優越的自然條件,豐富的原料基礎,優化

項目布局,以大中型沼氣工程項目建設帶動全省農業產  業結構現代轉型,提高農民收入,促進農村經濟發展。

摘自《中國沼氣》2018第二期 袁紅輝

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