基于系統(tǒng)動力學的煤改氣工程分析

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)動力學方法，構建了農(nóng)村居民“煤改氣”工程實施效果的系統(tǒng)動力學模型，對模型進行了理論仿真，并設置了不同情景，對不同情景的仿真結果進行了分析討論，結果和分析表明，“煤改氣”工程的環(huán)境效益明顯，短期內“煤改氣”戶數(shù)主要受政府政策影響，但在長期，當“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。

關鍵詞：“煤改氣”;系統(tǒng)動力學;“氣荒”;天然氣調峰定價

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、壁掛爐供應短缺、天然氣供不應求等問題。

根據(jù)相關分析，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，而當空氣質量改善到一定程度，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，參考相關文獻，本文構建了“煤改氣”工程的系統(tǒng)動力學模型。本文關注的“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

累計空氣質量改善值=∑空氣質量改善值，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)文獻和相關新聞的預測和討論，天然氣等能源價格的波動受到諸多因素影響，漲跌難以預測，于是本文僅從科學性分析的角度出發(fā)，認為從長遠來看，天然氣的商品屬性使得其價格圍繞價值上下浮動，同時還應考慮通貨膨脹率的影響。

在情景1中，可以看到隨著空氣質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，政府補貼遲遲未到位，或天然氣供應不穩(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，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煤減排量的多少，進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。