生物质能供应链 生物质能供应链是原料从收集、加工到投入使用,最终形成燃料产品的过程。相关研究主要聚焦于提升经济效益,或实现复杂体系中的多目标优化并形成最优决策。供应链与用户的需求和利益密切相关,其决策成果将直接影响生物质能的社会接受度。地理空间规划视角下的生物质能供应链研究主要关注能源设施的位置与数量及其处理、转化与生产能力,以及不同处理设施之间的生物质分配和运输方式。
生物质能原料收集与预处理 生物质原料收集相关研究侧重于在生物质到达预处理设施之前的过程,现有研究以区域至村镇尺度为主。收集所得的生物质原料通常可在出产地、生物质转换工厂或原料收集点存储。作为原料产地与热电厂之间的中转站,原料收集点的选址需要优先考虑生物量高且运输距离短的区域。通常会在原料收集阶段对生物质原料进行预处理,将其转化为能量密度更高的能源载体,提升能量转化率。同时,也可通过增设预处理点提升储存和运输效率。
生物质能运输 对物流的研究需要将生物质的运输方式、运输成本、路网可达性均纳入考量,以有效提高决策的可行性。目前公路运输占主导地位,并有伴随铁路运输、水路运输、管道运输形成多式联运的趋势。生物质供应链运输成本研究涉及借助多种模型和可行性分析的路线开发、运输工具类型和容量的选择与时间表制定,以及如何减少供应链运输成本、缩短运营时间、减弱对环境的影响。
生物质热电厂选址与网络布局 建设和运营生物质热电厂是被普遍认可的高效发展生物质能的方式之一。生物质热电厂选址需要考虑当地气候条件和环境特征,应对资源供应问题与环境风险,避免对自然环境产生负面影响,还应符合当地城市发展规划和生态保护要求。
生物质热电联产厂的理想网络配置(A1)与实际配置(其它) © 张一飞,曲可晴,马晨烁,李蝉韵
总体而言,供应链研究可从资源分布、加工流程、运输路径、设施选址和物流成本等方面为国土空间规划提供科学支撑。
生物质能需求 生物质能需求与其价格、国内生产总值(GDP)、人口等方面密切相关。具有空间属性的能源需求研究包含需求分布与需求强度两个维度,相关指标的估算和预测因受市场和政策的影响而极具挑战性。
生物质能需求分布 需求分布的不均衡性给热电厂的选址及城市能源空间布局带来了挑战。宏观尺度上,纬度变化造成的季节性需求波动尤为突出——供暖和制冷需求都是能源需求的重要构成。在非采暖期纬度与生物质热电厂人均原料消耗量呈线性负相关,而在采暖期呈“反S”型关系。同时,生物质能需求的空间分布会随研究尺度的扩大而复杂化,生物质能对区域尺度乡村居民生活质量的提升显著高于个人尺度。
生物质能需求强度 能源需求强度通常以单位GDP所消耗的能源来衡量。人口是决定能源需求的核心要素,其分布和迁移特征有助于理解能源需求的特征与强度,如人口增长、人口的城市化迁移和人口密度变化等。此外,教育水平、年龄结构等人口特征也是能源需求研究的重要因素。
生物质能供需空间匹配优化 生物质能供需匹配分析可识别动态时空下潜在的资源短缺或过剩区域,增强国土空间规划应对未来能源市场需求不确定性的韧性,是探索生物经济可持续发展路径的关键方法。在资源供需关系分析基础上,结合情景模拟结果,可对能源设施布局与供应链路径进行空间优化。“需求反馈”部分体现了模型对未来需求变化的响应机制,实现从预测到规划的动态闭环。情景模拟研究通过设置不同驱动因素的方式来预估规划和决策成果。未来情景模拟有助于权衡不同情景下多种生态系统服务的效益,进而设立生态保护或修复项目以补偿潜在损失。
04 研究趋势与未来展望
全球研究趋势 研究进一步细化全球生物质能领域的研究特点,选择发文量前十的国家和地区,分别提取中介中心性最高的五个关键词为研究热点,提取持续出现的聚类主题为未来研究趋势(表1)。
未来展望 结合前述研究热点、现有研究内容和研究趋势,本文提出未来生物质能空间规划研究可从以下五个方向展开:1)建设数据库与精确核算体系。2)优化多尺度决策模型。3)提升能源需求评估与供需对接能力。4)建立供需预测的动态优化与智能化决策体系。5)衔接生物质能空间规划与国土空间规划。
05 结语
本研究梳理了生物质能空间规划的核心内容,并基于能源景观理论构建了涵盖生物质能潜力评估、供应链、能源需求分析、供需匹配优化的研究框架。在实践应用层面,本研究可对规划设计学科提供以下参考:在国土空间规划中优化生物质能布局,提高土地利用效率,推动生物质能开发与城乡发展融合;实现精细化能源规划,利用GIS技术进行空间分析,提高生物质能设施选址的科学性;结合能源景观理论,推动生态友好的能源设计;建立多目标优化模型,兼顾经济、环境和社会效益,推动可持续能源规划。本研究还可为政府部门和能源企业提供科学的生物质能空间布局方法,为相关产业政策制定、农业废弃物资源化、农村清洁能源利用等方向提供参考。
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