（技术经济及管理专业论文）基于生态承载力的山西省电力可持续发展研究.pdf

华北电力大学硕十学位论文 摘要 衡量经济的发展不单纯依据g d p 的大小，也需要将单位g d p 能耗和污染排放量 的多少作为考核指标。这预示着产业的竞争将愈加激烈，优胜劣汰将在电力行业逐 步体现。及早对山西省电力发展的可持续性做出评估，有利于适时调整措施，应对 未来的激烈竞争，保证山西省电力的可持续发展。本文首先建立电力资源消费账户， 划分电力资源的消费类型；其次，分账户逐步计算电力生态足迹和生态承载力，并 应用e m d 方法提取电力生态足迹和生态承载力的周期变化成分；然后，在不同的经 济理论下，通过系统动力学模型预测电力生态足迹和生态承载力，寻找适合山西省 电力的可持续发展模式；接着，在该发展模式下，进行山西省电力负荷预测；最后， 对山西省电力可持续发展提出建议。 关键词：电力生态承载力，电力可持续发展，电力负荷预测 a b s t r a c t t h ea s s e s s m e n ti n d i c a t o r so ff u t u r ee c o n o m i cd e v e l o p m e n ti sn o to n l yt h es i z eo f g d p ，b u ta l s ot h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dp o l l u t i o ne m i s s i o n sp e ru n i to fg d p t h i s c o n d i t i o ni n d i c a t e st h a tt h ei n d u s t r yc o m p e t i t i o nh a sb e c o m em o r ei n t e n s e a n dt h e s u r v i v a lo ft h ef i t t e s tw i l lb eg r a d u a l l yr e f l e c t e do np o w e ri n d u s t r y a s s e s s i n gt h e s u s t a i n a b i l i t yo fs h a n x i p r o v i n c ee l e c t r i c i t yd e v e l o p m e n ti s p r o p i t i o u s t oa d j u s t m e a s u r e st i m e l y t h ea d j u s t m e n tm a k e ss u r et h ep o w e ri n d u s t r yc o p ew i t hf i e r c e c o m p e t i t i o ni nt h ef u t u r ea n dt h ee l e c t r i c i t ys u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti ns h a n x ip r o v i n c e i nt h i sp a p e r ，f i r s t l y ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e st h ep o w e rr e s o u r c ee x p e n s ea c c o u n t s ，d i v i d e s t h et y p eo fp o w e rr e s o u r c e sc o n s u m p t i o n s e c o n d l y ，i tc a l c u l a t e st h ep o w e re c o l o g i c a l f o o t p r i n ta n de c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t yo fs u b - a c c o u n ts t e pb ys t e p ，a p p l i e se m d t o e x t r a c tt h ec y c l ec h a n g e so fp o w e re c o l o g i c a lf o o t p r i n ta n de c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t y t h i r d l y ，t h i sp a p e rp r e d i c t st h e f u t u r ee l e c t r i c i t ye c o l o g i c a lf o o t p r i n ta n de c o l o g i c a l c a r r y i n gc a p a c i t yi nd i f f e r e n ts c e n ew i t ht h es y s t e md y n a m i c sm o d e l ，a n dg e tt h ep o w e r p l a n n i n gd i r e c t i o ni nt h eo p t i m a lm o d e i nt h eb e s tm o d e i tm a k e sp o w e rp r e d i c t i o no f s h a n x ip r o v i n c e ，a n d f i n a l l yt h i sp a p e rm a k er e c o m m e n d a t i o n sf o rt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fe l e c t r i c i t y z h a n gx i n - y u e ( t e c h - e c o n o m ya n dm a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f l ix i a n g k e yw o r d s ：p o w e re c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t y , p o w e rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t , p o w e r l o a df o r e c a s t i n g 华北电力大学硕+ 学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 选题背景与意义1 1 2 国内外研究现状2 1 3 论文研究路线4 第二章电力可持续发展方法比较与选择6 2 1 其他可持续发展方法综述6 2 1 1 能值分析方法6 2 1 2 生态位方法6 2 2 方法比较与选择7 2 2 1 能值分析方法的优缺点7 2 2 2 生态位方法的优缺点8 2 2 3 生态承载力方法的优势9 第三章山西省电力行业现状分析1 0 3 1 山西省电力资源状况10 3 1 1 煤炭和水资源状况1 0 3 1 2 煤层气和风能资源状况1 0 3 2 山西省电力行业市场需求1 0 3 2 1 山西省电力市场环境分析1 0 3 2 2 山西省电力市场消费状况分析1 l 3 3 山西省电力行业现状和存在的问题1 1 3 3 1 山西省电力行业现状1 1 3 3 2 山西省电力行业存在的问题1 2 第四章电力生态承载力与电力可持续发展的关系1 3 4 1 电力生态承载力及预测模型选择13 4 1 1 涉及的基本概念1 3 4 1 2 生态承载力的计算步骤1 4 4 1 3 生态承载力预测模型的选择1 6 4 2 生态承载力在电力可持续发展中的应用17 4 2 1 生态承载力应用于电力可持续发展的基本思路17 4 2 2 生态承载力应用于电力可持续发展的可行性17 4 3 电力消费资源账户和生态足迹指标评价体系l8 4 3 1 电力消费资源账户及各账户指标含义1 8 4 3 2 生态足迹指标评价体系建立1 9 第五章山西省电力生态承载力计算2 1 华北电力大学硕十学位论文 5 1 山西省电力生态足迹计算 5 1 1 建筑用地和化石能源地生态足迹计算 5 1 2 水资源和污染物生态足迹计算 5 1 3 山西省电力生态足迹的计算结果 2 1 2 1 2 2 2 2 5 2 山西省电力生态承载力计算2 7 5 2 1 土地面积法2 8 5 2 2 资源产出法2 8 5 2 3 山西省电力生态承载力计算结果2 9 5 3 山西省电力生态盈余赤字分析3 0 5 3 1 电力最大生态承载力下山西省电力生态盈余赤字分析3 0 5 3 2 电力最适生态承载力下山西省电力生态盈余赤字分析3 l 5 4 山西省e f 和e c 变化的e m d 分析与动力学模型的建立3 l 5 4 1 山西省e f 和e c 变化的e m d 分析3 l 5 4 2 系统动力学预测模型的建立3 2 第六章不同经济理论下的山西省电力发展模式分析3 4 6 1 牧童经济理论下的山西省电力发展模式3 4 6 1 1 牧童经济理论下的山西省电力生态足迹和生态承载力3 4 6 1 2 牧童经济理论下的山西省电力发展模式3 6 6 2 宇宙飞船经济理论下的山西省电力发展模式3 6 6 2 1 宇宙飞船经济理论下的山西省电力生态足迹和生态承载力3 6 6 2 2 宇宙飞船经济理论下的山西省电力发展模式3 7 6 3 阈值理论下的山西省电力发展模式3 8 6 3 1 山西省电力生态足迹和生态承载力的阈值分析3 8 6 3 2 阈值约束下的山西省电力发展模式3 9 6 4 三种经济理论下的山西省电力发展模式比较3 9 第七章基于生态承载力的山西省电力可持续规划4 1 7 1 基于生态承载力的电力负荷预测模型建立4 l 7 1 1 最优组合预测模型4 l 7 1 2 历年经济统计数据和电力生态足迹数据4 2 7 1 3 基于生态承载力的预测模型设计结果4 3 7 2 基于生态承载力的山西省电力负荷预测4 4 7 2 1 应用多元回归模型预测4 4 7 2 2 应用灰色模型预测4 5 7 2 3 最优组合预测模型的应用4 6 7 3 基于生态承载力的电力可持续发展关键指标计算4 7 7 3 1 基于生态承载力的电力可持续发展关键指标选择4 7 7 3 22 0 0 9 - 2 0 1 2 及2 0 3 0 年关键指标的预测4 8 7 4 基于生态承载力的山西省电力可持续发展策略4 9 7 4 1 基于生态承载力的电力发展的产业政策4 9 i ! i 7 4 z 7 4 3 第八章结 参考文献 致 谢 附录 在学期间发表的学术论文和参加科研情况7 1 i v 华北电力人学硕十学位论文 1 1 选题背景与意义 第一章引言 山西省地处黄土高原东部，矿产资源丰富，是中国重要的能源重化工基地。随 着矿产资源大范围、长时间、高强度的开采；加之全省生态环境脆弱，导致生态加 速退化、水土流失加剧、地表塌陷严重、地下水资源破坏等一系列生态环境问题， 对山西省社会经济的可持续发展构成了威胁。 山西省环境污染较为严重，其产业结构依赖能源、重化工的程度较高；煤烟污 染严重，工艺设备相对落后，资源利用率低。环境污染不仅给山西省的可持续发展 造成巨大压力，也威胁着人民群众的身体健康、生活质量和社会安定。山西省生态 环境比较脆弱，虽然曾经优越，但是，随着人类的不合理开发，自然植被遭到破坏； 尤其是森林面积衰减，导致水土流失、自然生态严重失衡：造成干旱缺水、粮食产 量低而不稳定、生态承载能力低；生物适宜生存的环境日趋减小，加快了物种灭绝 速度。 传统产业长期处于初级水平、新兴产业成长不足，是改革开放以来制约山西省 经济可持续发展的主要原因。其产业结构具有典型的资源型、初级化特征；具体表 现为以能源工业为主，并高度依赖煤炭资源。煤炭、冶金、电力、炼焦和建材五大 行业的增值和利税占全省工业企业总量的7 0 以上；其中，煤炭工业的固定资产原 值、增值和利税占全省工业总量的3 7 左右；提供的财政收入( 包括各种政策性收费) 占全省可用财力的一半以上；全省有2 3 县的经济发展主要依托于煤炭资源。但是， 该产业结构的缺点是山西省资源开采的不可持续性，排放的废弃物对环境造成了严 重的负担。如果政府开始限制高污染产业的发展，电力行业和煤炭行业都将受到影 响。随着技术进步和生产规模的不断扩大，将加剧煤炭过度消耗、资源后续供应失 衡和生态环境危机。因此，可持续发展将成为电力行业的共同理念。从无约束的需 求决定电力发展，转变到在资源环境、市场需求等多维约束下的电力发展决策，已 成为今后电力发展的重要决策思想。 各个行业进行可持续发展研究时，可以制定各自的竞争机制，模拟各自可利用 的资源和环境阈值，在这个阈值内发展行业经济。因此，进行基于生态承载力的山 西省电力可持续研究具有较强的现实意义：不仅促进电力行业、同时带动其他行业 的可持续发展。建议山西省电力发展考虑其环境和资源状况，依靠引进技术发展经 济，使电力行业成为节约资源、保护环境的龙头，为实现电力行业的可持续发展提 供了一个方向。 华北电力人学硕+ 学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 生态足迹理论研究综述 生态足迹( e c o l o g i c a lf o o t p r i n t ，e f ) 也称作生态占用，是由加拿大环境经济 学家r e e s 和w a c k e r n a g e l 于2 0 世纪9 0 年代提出的一种度量和评价可持续发展程 度的概念和方法。r e e s 曾形象地将其比喻为“一只负载着人类和人类所创造的城 市、工厂的巨脚在地球上留下的脚印 。生态足迹这一形象化概念既反映了人 类对地球环境的影响，也包含了可持续性机制。当地球所能提供的土地面积容不下 这只巨脚时，其上的城市、工厂就会失去平衡；如果巨脚始终得不到一块允许其发 展的立足之地，其所承载的人类文明将最终坠落、崩溃。生态足迹是量度在该年份 的盛行技术和资源管理水平下，满足该年内特定区域人口消费的资源所需要的生物 圈的年再生能力，以生物生产性的土地或水域面积来表示【ij 。 生态足迹的计算有两个基本假设：( 1 ) 人类能够估计自身消费的大多数资源、 能源及产生的废弃物数量；( 2 ) 这些资源和废弃物能折算成生产和消纳这些资源和 废弃物的生态生产性土地面积【2 l 。测量人类对自然生态服务的需求与自然所能提供 的生态服务之间的差距。通过跟踪国家或区域的能源和资源的消费，将其转化为提 供这种物质所必需的生物生产土地面积，并同国家或区域范围所能提供的这种生物 生产土地面积进行比较，为判断一个国家或区域的生产消费活动是否处于当地生态 系统承载力范围内，提供定量的依据【3 】。其度量尺度可为一个国家、一个城市、一 个产业或一个人；生态足迹的大小受人口规模、生活水平、技术和生态生产力等因 素的影响。通过生态足迹的计算和分析，能在全球或区域范围内比较自然资产的产 出和人类的消费情况。 生态足迹的现有计算方法有综合法、成份法和投入产出法等。综合法由 w a c k e r n a g e l 等人于2 0 世纪9 0 年代中期提出，适用于全球、国家和区域尺度的生 态足迹研究【4 】：s i m m o n s 等学者于1 9 9 8 年提出成份法、综合法【5 1 ；b i c k n e l l 等学者 于1 9 9 8 年提出投入产出法，该方法适用于城镇、村庄、学校、公司、个人或单项 活动层次上的生态足迹研究【6 1 ；2 0 0 1 年台北大学冯君君教授对此进行了改进【7 1 。 w a c k e r n a g e l 于2 0 0 6 年1 月发表了研究成果，对投入产出法进行了研究峭j 。 生态足迹这一概念自1 9 9 9 年引入中国以来，已开始成为国内的一个研究热点， 专家、学者们从不同的空间尺度上研究了国内的生态足迹及可持续发展问题。在国 家尺度上，徐中民等于2 0 0 3 年计算了中国1 9 9 9 年的人均生态足迹、人均生态承载 力和人均生态赤字【9 】；刘宇辉等在2 0 0 4 年的研究中表明，1 9 6 2 - - 2 0 0 1 年中国人均 生态承载力逐步下降，人均生态足迹则逐步上升，目前中国人均生态足迹已经超过 人均生态承载力，生态赤字出现，并持续扩大，中国目前的发展处于一种强不可持 2 华北电力大学硕十学位论文 续状态【l 叫；陈成忠和林振山在2 0 0 7 年利用经验模态分解方法，分解并提取了1 9 6 2 2 0 0 1 年中国人均生态足迹与生态承载力变化的波动周期【1 1 1 ，并于2 0 0 8 年以小波变 换技术为基础，对中国1 9 6 1 - 2 0 0 5 年人均生态足迹波动的突变时间及影响因素进行 了多时间尺度分析【1 2 】。在区域尺度上，陈东景等研究了1 9 9 9 年中国西北地区的生 态足迹【1 3 】；张桂宾等人对中国中部六省的资源和能源消费状况进行了实证分析【1 4 】。 国内文献对生态足迹的研究更多地集中在省和城市尺度上。其中，王闰平等通过生 态足迹分析，指出山西省的经济发展是以对自然资源的过度掠夺为代价的，化石燃 料生态足迹比重很大( 7 9 ) ，是山西省生态赤字最基本的部分【i5 。坶】。 能源足迹是生态足迹的一个重要组成部分，在生态足迹中占很大比重【2 m 2 2 1 。采 用替代法通过农田或林地能够产生的生物量转化为乙醇( 或甲醇) 燃烧产生的能量 来计算能源足迹，即生产能够产生与化石燃料燃烧相同能量的乙醇( 或甲醇) 的农田 或林地面积即为化石燃料的足迹【2 3 1 。采用自然资本存量法估算用于吸收化石燃料燃 烧所产生的二氧化碳的林地。碳吸收法也被用来计算能源足迹，该方法计算用于以 同等速率补偿化石燃料能源消耗的生产性土地的面积【2 4 也6 1 。s t s g l e h n e r 指出替代 法、自然资本存量法和碳吸收法都不能满足化石燃料足迹供应的复杂评估【2 7 】： s t s g l e h n e r 采用k r o t s c h e c k 等人的可持续性指数对能源足迹的计算方法进行了调 整，调整后的能源足迹计算将化石燃料看成可再生能源，当然再生的速度非常缓慢， 再生因子由海洋的碳循环和沉积有机碳得到【2 黔3 0 】。 1 2 2 生态承载力理论研究综述 承载力原是一个力学概念，指物体在不被破坏时可承担的最大负荷。承载力最 初被引进区域系统是在生态学中的应用。1 9 2 1 年，帕克和伯吉斯在人类生态学杂志 中，提出了承载力的概念，即“某一特定环境条件下( 主要指生存空间、营养物质、 阳光等生态因子的组合) ，某种个体存在数量的最高极限”【，。承载力分为最大承 载力与最适承载力；也可分为生物物理承载力和社会承载力。最大承载力是生物物 理承载力，最适承载力是社会承载力。最大承载力指地球能够承受的最大开发水平。 最适承载力指最适合经济社会发展的承载力，不但保证经济的发展，而且不会把地 球资源用尽，并保留一定的缓解余地。后来由于土地退化，环境污染和人口膨胀等 原因，人类学家和生物学家将这一术语应用于人类生态学中，便形成了“土地资源 承载力、“水资源承载力”、“矿产资源承载力”、“环境承载力 等的概念。随着研 究的深入，8 0 年代末，中国承载力研究大多不再局限于某一种资源，而是更强调综 合性，如资源与环境综合承载力、地理环境人口承载力、生存空间的人口承载力、 区域承载力等。 与资源短缺和环境污染不可分割的另一问题是生态破坏，如草原退化、水土流 失、荒漠化、生物多样性丧失等。这些变化引起了人们对资源消耗与供给能力、生 3 华北电力大学硕十学位论文 续问题的思考。生态破坏的显著特点是生态系统的完整性遭到损害， 生态系统之内的人和各种动植物面临生存危险。为此，许多科学家呼 吁，保持生态系统的完整性，控制人类的活动在生态系统承载能力范围之内，是实 现系统与区域可持续发展的最基本和首要条件。于是许多学者从系统的整合性出 发，提出了生态承载力的概念【3 2 。3 4 1 ，认为只要人类对自然系统的压力处于地球生态 系统的承载力范围内，地球生态系统就是安全的、人类经济社会的发展就处于可持 续的范围内。生态承载力或称生态足迹供给，是与生态足迹相对应的一组概念，指 在不损害生态系统的生产力和保持功能完整的前提下，一个区域能够拥有的生态生 产性土地的总面积即该地区的生态承载力。生态承载力可理解为一定自然、社会、 经济技术条件下某地区能提供给人类的生态生产性土地的极大值，表征该地区的生 态容量。自6 0 年代以来，科学家们就一直在努力发展并改进一些旨在测度人类对 地球生态系统所产生的压力的方法，以量化人类资源的利用，如m e a d o w s 等( 1 9 7 2 ， 1 9 9 2 ) 的世界资源动态模型、h o l d r e n 等( 1 9 7 4 ) 的i p a t 公式、w h i t t a k e r ( 1 9 7 5 ) 对全 球生态系统净初级生产力的计算、v i t o u s e k 等( 1 9 8 6 ) 对净初级生产力的人类占用研 究、o d u m ( 1 9 9 4 ) 的能值分析理论，等等。1 9 9 2 年联合国环境与发展大会后，可持续 发展指标体系更成为国际上可持续发展研究的热点和前沿。随着研究的深入，各种 指标体系不断提出，比较有影响的研究成果有c o n s t a n z a 等( 1 9 9 7 ) 的生态系统服务 价值的评估研究、r e e s ( 1 9 9 2 ) 、w a c k e r n a g e l 等( 1 9 9 6 ) 的生态足迹指标，c h r i s t i a n 等( 1 9 9 6 ) 的可持续性的社会生态指标，等等。虽然这些指标的应用和表示方法 不同，但其出发点和目标是相同的，即定量表示人类对自然的利用，使人类了解自 身的生存和发展对自然的胁迫状况，以促进和实现人类减少对自然的负面影响p 引。 生态承载力概念的诞生，可以说是对资源与环境承载力概念的扩展与完善。 1 3 论文研究路线 论文的研究思路是：首先，分析基于生态承载力理论的电力可持续发展的背景 和意义。评价可持续发展的指标相对较多，指标的评价侧重点不同；论文的目的是 研究电力发展的可持续性，论文中的可持续性是基于环境和资源的，因而，生态承 载力理论的指标是比较适合的评价指标。其次，构建电力消费资源账户，细化电力 消费资源项目，分账户逐步计算。然后，搜集电力消费资源量和山西省各类生态生 产性土地面积，计算电力生态足迹和山西省生态承载力；同时，应用e m d 分析方法 提取山西省电力生态足迹和生态承载力的周期变化成分，并构建其动力学预测模 型。再次，分析不同经济模式下的电力规划，选出适合山西省电力可持续发展的最 优模式；接着，在该模式下考虑环境和资源约束，构建基于生态承载力的电力负荷 预测模型，并计算基于生态承载力的电力规划的几个关键指标。最后，就促进山西 4 5 华北电力人学硕士学位论文 第二章电力可持续发展方法比较与选择 2 1 其他可持续发展方法综述 2 1 1 能值分析方法 能值分析是以能值为基准，把生态系统或生态经济系统中不同种类、不可比较 的能量转换成同一标准的能值来衡量和分析，从中评价其在系统中的作用和地位； 综合分析系统中各种生态流( 能物流、货币流、人口流和信息流) ，得出一系列能值 综合指标，定量分析系统的结构功能特征与生态经济效益。可将生态经济系统内流 动和储存的各种不同类别的能量和物质转换为同一度量标准太阳能，进行定量分析 研究自然资源的利用状况和评估国家经济方针的制定的效果，判断人与自然的可持 续发展状态。 能值流分析提供了一个对经济系统透视的新视野。传统的经济分析和评价方法 重视货币的作用。由于市场的不完备性以及环境的外部性，g n p 或g d p 不能真正 体现一个国家或地区经济发展实际水平。同时，货币并不能衡量自然界对于经济发 展的贡献，而且由于通货膨胀而使币值经常变动。所以，用货币体现的国民生产总 值并非衡量一个国家或地区经济的唯一标准。可以更好衡量一国或地区经济的标准 是能值，即用于创造经济财富的太阳能值。实际上，货币只衡量了人的贡献，而能 值分析则同时衡量人和环境对于经济发展的贡献。自然界的目标是最大化的能值 流，而且这也应当是人类的目标。 归根结底，从能值分析角度剖析经济系统，其运行的动力学基础在于能量流转 方式、速度和强度，它决定了生产要素的配置、生产力的布局、经济发展速度、环 境负载程度以及资源的耗竭速率。因此，把握了能量进入系统的通量密度和流转路 径便可明晰系统的演化态势。 2 1 2 生态位方法 生态位，又称小生境或是生态龛位。生态位是一个物种所处的环境以及其自身 生活习性的总称。每个物种都有自己独特的生态位，并与其他物种做出区别。生态 位包括该物种觅食的地点，食物的种类和大小，还有其每同的和季节性的生物节律。 指一个种群在生态系统中，在时间和空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功 能关系与作用。 生态位包括两个层次：一是基本生态位：是生态位空间的一部分，一个物种有 在其中生存的可能。这个基本生态位是由物种的变异和适应能力决定的，而并非其 地理因素。或者说基本生态位是实验室条件下的生念位，里面不存在捕食者和竞争。 6 华北电力人学硕十学位论文 二是生态位：是基本生态位的一部分，但考虑到生物因素和它们之间的相互作用， 或者说是自然界中真实存在的生态位。同时，可以从特殊的性质或角度考虑，定义 更多的生态位。例如营养生态位：根据营养情况划分的生态位。最小环境：对一个 物种来说可持续生存的最小环境。 将生态位理论引入可持续发展理论体系，然后，再把生态位从相对狭小区域的 种群单位，放大、扩展到一个国家或地区范围之后，在可持续发展的全球制度安排 中，客观上存在着一个国家或地区为单位的生态位现象，即每个国家或地区都在全 球可持续发展格局中占据一定的生态位，称之为可持续发展位。 生态位作为生态学中一个内容丰富、涵义抽象的重要概念，强调生物物种在群 落环境中的时空结构、营养关系、角色地位、生理特征以及进化表现。生态位所蕴 涵的特殊、整体、协调、竞争的思想使其在理解群落内种间关系、生物多样性、群 落动态演替和种群进化等方面有着重要作用。当前，学术界对于物种生态位的理解 主要集中在两个方面：一方面将一个种的生态位视为其栖息地的表征：另一方面将 某种生物的生态位看作其在该群落中的功能作用和地位。前一种观点是在个体层次 上认识生态位，阐述了个体与其生境的相互关系；后一种观点则是在生态系统层次 上认识生态位，表达了物种在生态系统中的地位和作用。 2 2 方法比较与选择 2 2 1 能值分析方法的优缺点 能值分析方法作为国际生态学界提出的新概念和新方法，为生态系统及其定量 分析研究开拓了新途径，也为衡量和表达环境资源和经济提供了共同的度量标准。 能值分析方法的优势体现在： ( 1 ) 能值为环境、资源、人类劳务、信息和发展决策的分析评价提供了新尺 度。生态经济系统的能值分析是以能值为共同标准，综合分析评价系统的能物流、 货币流、人口流、信息流，得出一系列反映系统结构、功能特征与生态经济效益的 能值指标，评价系统的可持续发展性能及决策。在实际应用中，以“太阳能值 衡 量某一能量的能值，可以衡量和比较不同类别、不同等级的能量的真实价值，把不 同种类、不可比较的能量转换成可以进行比较的同一标准能值，同时比较系统中流 动和储存的不同类别的能量及其在该系统中的贡献。应用能值可衡量自然环境资源 与经济活动的价值及其之间的关系，有助于调整生态环境与经济发展，对自然资源 的科学评价和合理利用、经济发展方针的制定及实施可持续发展战略均有重要意 义。 ( 2 ) 能值分析方法提供了一个共同的度量标准，将各种原本不可相加和相比 7 华北电力大学硕十学位论文 的能量，通过其能值相加和相比，使系统的分析建立在太阳能值为标准的基础上。 能值分析不但分析系统内各组分之间的能值流，而且分析系统内外的能值交流；分 析结果得出的综合能值指标体系，既反映生态效益，亦体现经济效益，表明自然与 人的作用和贡献，将自然生态系统与人类经济系统统一起来进行定量分析。能值分 析以能值为共同量纲，对系统各种生态流进行综合分析，定量分析系统的结构功能 特征与动态变化。 能值分析的重点和难点是对系统的能物流、货币流、信息流进行能值综合分析， 建立可比较的能值指标体系。为此，要用能值转换率计算各种能物流、经济流和信 息流的能值，首先要解决的就是能值转换率问题。能值研究中，在系统内的能值流 交叉与分支点处的计算方法仍有待进一步统一。 2 2 2 生态位方法的优缺点 生态位是一个既抽象又内涵丰富的生态学名词，不仅应用于现代生态学研究的 诸多领域，而且日益广泛地应用于政治、经济、农业、工业和建筑设计等领域，其 优势体现在： ( 1 ) 生态位应用于产业管理领域，演进产生了产业生态位的概念。通过将生 态位中的一系列研究方法应用于产业系统分析，调整产业系统与自然生态系统的运 行，促使人类经济活动与生态环境相协调。从生态位的内涵得出，产业生态位是一 个与环境、资源需求相关的变量，其核心思想是界定产业与环境的物质交换特征， 具体包括生产资源的获得和产品利益交换，影响产业从环境中获得资源及换取利益 的环境因素即是产业的生态位环境要素( 包括地理位置、资源需求、技术、制度、 顾客特征、竞争状况等) 。通过建立产业生态位、生态位宽度、生态位重叠等的数 学模型，阐述产业可持续发展的生态学基础，为产业的可持续发展提供新思路。其 指标具有绿色化、低熵化、整体化和理性化的特征。 ( 2 ) 生态位理论应用于可持续发展理论体系，演进产生了可持续发展位的概 念。其优势和重要意义体现在：一方面，把生态位的概念成功地引入了可持续发展 研究体系，为可持续发展理论的研究提供了更为丰富的手段。另一方面，通过解析 人类生态巨系统客观上存在的社会“生态位”现象，提出相应的观测尺度和方法， 促使人类对于经济社会的可持续发展有更为清醒和理智的认识。可持续发展位，把 一个国家或地区或其他行为主体的地理概念，提升到全球可持续发展体系的背景中 进行观测，这是研究视角的一大变化。 生态位方法的难点在于是产业利用生态效益和社会效益的经济量化。同时，可 持续发展位是时间向量的函数，是一个时间的变量，随着时间的变化而变更。其难 点在于影响因素的宏观性和复杂性，难以定量化。 8 华北电力人学硕十学位论文 2 2 3 生态承载力方法的优势 通过生态承载力核算，可以反映一定区域或国家生物资源的消费需求与其供给 能力的平衡状况的变化趋势、资源消费的构成( 即国内生产和国外进口的比例) 和 人类对哪类资源的占用超过了其可再生能力；同时，描绘出一个地区或国家的贸易 流中的资源结构。可以将全球关于人口、收入、资源应用和资源有效性汇总为一个 简单、通用的进行国家间比较的便利手段，即一种账户工具。 生态承载力方法的优势在于，紧扣可持续发展理论，是涉及系统性、公平性和 可持续发展的一个综合指标。将生态足迹的计算结果与自然资产提供生态服务的能 力进行比较，能反映在一定的社会发展阶段和特定技术条件下，人类的社会经济活 动与当时生态承载力之间的差距。测算指标采用生态生产性土地的面积来实现对各 种自然资源的统一描述( 而不是使用货币的测量) ，易于理解和进行尝试性测算。 9 华北电力大学硕十学位论文 第三章山西省电力行业现状分析 3 1 山西省电力资源状况 3 1 1 煤炭和水资源状况 目前，山西省可利用发电的资源主要以煤炭为主，其次为水力。燃用煤炭发电 的容量约占山西发电总容量的9 5 6 6 、水电为4 3 4 。山西省煤炭资源储量丰富， 品种齐全、煤质优良、开发条件好。山西省总面积1 5 6 万平方公里，其中含煤面积 6 1 8 2 9 平方公里，占3 9 6 。全省煤炭资源储量为6 5 5 1 9 8 亿吨，拥有六个大煤田， 五大产煤基地。 2 0 0 5 年山西省水资源总量为8 4 1 2 亿立方米，实际用水量为5 5 2 3 亿平方米， 其中，工业用水为1 3 9 3 亿立方米，预计全省可开采的地下水量为2 8 8 1 亿立方米。 建国以来，水利建设不断发展，建成各种大中小水库9 2 8 座，总库量4 2 7 亿立方米。 3 1 2 煤层气和风能资源状况 煤层气是与煤炭共伴生的资源，在山西省各主要煤田均有存赋。全省含气总面 积为3 9 0 1 1 8 平方公里，煤层气资源量为l o 3 9 万亿立方米，约占全国煤层气资源量 的三分之一。煤层气平均发热量为4 0 0 0 4 3 0 0 大卡立方米，开采前景良好，对其开 发可改变山西省的能源产业和消费结构。 山西省山脉较多，地势起伏不平，地面气流受地形的影响较大，各地风速的时 空分布较为复杂，年平均风速为1 o 一1 4 m s 。一般春季j x l 速最大，平均为2 - 3 m s ； 其次为冬季，平均为2 - 4 m s 。山西省风能资源比较丰富，具有开发利用价值的风电 场约3 0 座，可开发容量约在3 0 0 0 m w 以上。 3 2 山西省电力行业市场需求 3 2 1 山西省电力市场环境分析 山西省在2 0 0 2 年一2 0 0 7 年五年间以及“十一五”前两年，从产业增速的快慢、 比重的变化来看，仍是“二、三、一产业”的发展格局，第二产业一直是山西省 国民经济和社会发展的主力军。按2 0 0 5 年可比价计算，“十一五”前两年地区生产 总值净增1 1 5 6 亿元，其中二产净增8 4 8 亿元，贡献率达7 3 4 ，拉动地区生产总值 增长了9 5 个百分点。 山西省2 0 0 2 年一2 0 0 7 年传统支柱产业和新型支柱产业大部分集中在重工业， 1 0 华北电力人学硕+ 学位论文 包括煤炭采选洗业等九个产业：其中，黑色冶金、有色冶金、建材和化学为高耗电 行业。山西省在2 0 0 2 年一2 0 0 7 年五年间以及“十一五 前两年，煤炭采选沈业等 九个产业的总产量为6 7 8 6 5 8 万吨，增长率在l o 7 一3 1 9 之间；其中，高耗电行 业的总产量为1 0 8 0 8 8 万吨，增长率在1 5 9 一2 9 2 之间。以上行业的工业增加值 占全省工业增加值的比重逐年增加，2 0 0 7 年比重达到8 9 9 ，比2 0 0 2 年提高了1 0 1 个百分点。 3 2 2 山西省电力市场消费状况分析 “十一五 前两年全社会净增用电量为4 0 2 5 木1 0 8 k w h ；其中，第二产业净增 用电量为3 7 1 6 木1 0 8 k w h ，对全社会用电量贡献率为9 2 3 ，拉动全社会用电量增 长了1 7 9 个百分点。从山西省2 0 0 5 年一2 0 0 7 年行业用电量统计数据来看，2 0 0 7 年 全行业用电量达到1 2 8 4 * 1 0 8k w h ，年均增长了1 9 4 。全省工业用电量在全行业 用电量中增速最快，年均增长了2 1 1 ，占全行业用电量的比重为9 0 。全省工业 用电量中重工业用电量年均增长了2 2 1 ，占全行业用电量的比重为8 7 。重工业 中的支柱产业和高耗电产业用电量年均增长为2 2 8 ，占全行业用电量的比重为 6 3 3 。 2 0 0 5 年一2 0 0 7 年行业净增用电量为3 8 4 * 1 0 8 k w h ；其中，工业净增用电量为 3 6 9 * 1 0 8 k w h ，支柱产业和高耗电产业净增用电量为2 7 4 * 1 0 8 k w h ：工业用电量、 支柱产业和高耗电产业用电量对全行业用电量的贡献率分别为9 6 和7 1 4 。工业 用电、支柱产业和高耗电产业用电拉动全行业用电增长分别为1 8 6 、1 3 9 个百分点。 3 3 山西省电力行业现状和存在的问题 3 3 1 山西省电力行业现状 响应国家重视环境保护、综合利用资源政策的号召，山西省境内近几年进行前 期工作的电源项目多为媒矸石综合利用电厂和供热电厂，大多位于山西省中部地 带；其次为大型发电厂，多为外送机组，位于山西省东西两翼；另外还有少量风电 场，大多位于山西省北部地区；少量煤层气电站，位于山西省六大煤电基地。 截止2 0 0 7 年底，山西省电网从北到南已形成覆盖全省的5 0 0 k v 双回路为主干 的电力网络。山西省发电装机容量为3l7 6 4 m w ，比上年增加4 313 m w ；其中，火 电装机容量为3 0 8 7 3 m w ，水电装机容量为7 9 l m w ；网调装机容量为7 9 0 0 m w ；省 装机容量为2 3 8 6 4 m w ，其中，火电装机容量为2 3 0 7 3 m w ，水电装机容量为7 9 l m w 。 5 0 0 k v 变电站ll 座，主变压器l5 台，总容量为1 1 2 5 0 m v a ：5 0 0 k v 线路3 4 条，总 长度为2 7 2 9 k m 。2 2 0 k v 变电站1 0 3 座，主变压器2 2 2 台，总容量为2 8 2 8 2 m v a 。 改革丌放以来，山西省电力产业快速发展。2 0 0 8 年，发电装机达到3 6 3 5 万千 i l 华北电力大学硕十学位论文 瓦、发电量1 7 9 7 亿千瓦时，全社会用电量1 3 1 4 亿千瓦时，外送电量5 1 4 亿千瓦时； 建成1 0 0 0 干伏特高压变电站l 座，容量3 0 0 万千伏安；5 0 0 千伏变电站容量2 1 0 0 万于伏安；2 2 0 千伏变电站容量3 2 4 4 万千伏安；1 1 0 千伏变电站3 6 2 座。2 0 0 8 年， 山西省电力装机占全国的4 5 8 ( 其中火电占6 ) ，居全国第8 位；发电量居全国 第7 位，外送电量居全国第3 位。全省人均装机达1 0 7 千瓦，人均发电量达5 2 8 0 千瓦时，均高于全国平均水平。 3 3 2 山西省电力行业存在的问题 山西省电力产业在快速发展过程中，积累了不少矛盾和问题。一是小火电机组 比重大。全省燃煤机组4 0 8 台，1 0 万千瓦及以下小火电机组台数占7 3 5 3 ，百万 千瓦级高参数、大容量超超临界机组项目尚属空白。二是电源布局不尽合理。电源 布局总体分散，部分常规机组建在大中型城市附近。三是新能源和可再生能源发展 缓慢。风电、水电、生物质、煤层气等发电装机比重较小，仅占2 1 7 。四是节能 减排仍存在差距。2 0 0 8 年，全省平均供电煤耗3 5 7 克千瓦时，高于全国平均水平 8 克千瓦时。二氧化硫减排、粉煤灰综合利用有待提高。 山西省电源结构以火力发电为主，而煤炭作为一种不可再生资源，存量的减少 将制约山西省电力的发展。燃烧煤炭发电的装机容量约占山西省发电总容量的9 5 ， 发电煤耗约占山西省生产建设煤耗的3 0 ，山西省的生产建设消耗煤约占山西省煤 炭总消费量的9 7 ，山西省电力发展对于山西省的污染贡献比例约为3 0 。2 0 0 8 年， 纳入山西省电煤供应保障协调的电厂由原来的2 0 家扩大到2 5 家，总装机量由2 1 7 0 万千瓦增加到2 8 2 8 万千瓦，2 0 0 9 年电煤总量比2 0 0 8 年指导方案增加了1 8 3 0 万吨。 作为和煤炭行业唇齿相依的下游产业，山西省电力的发展将受到资源和环境的约 束。 山西省电力发展面临着严重的资源和环境约束的困扰，其原因是山西省电源结 构单一，电力更新改造速度缓慢，对资源的依赖性强且处理污染的技术引进慢。山 西省是以火电为主，其他电源为辅的电源结构，该电源结构若不考虑资源和环境的 约束发展，将造成山西省的资源枯竭和环境恶化。山西省煤炭资源丰富，但煤炭是 不可再生资源，如果完全依据经济需求开采，终究会被开采完毕，对山西省社会经 济的发展构成资源威胁；同时，火电厂发电过程中产生的空气污染和水污染的治理 不严，会对环境造成不利影响。为了山西省的电力可持续发展，对煤炭的开采，建 议在经济发展的需求基础上，考虑生态可持续发展的因素，以及生态承载力对电力 发展的约束。当前，山西省的电力建设基本上是根据经济发展的需求而进行的，尚 未考虑生态承载力的约束。 1 2 第四章电力生态承载力与电力可持续发展的关系 4 1 电力生态承载力及预测模型选择 4 1 1 涉及的基本概念 生态生产性土地：指具有生态生产能力的土地或水域。生态生产指生物从外界 环境中吸收生命过程必需的物质和能量并转化为新物质，从而实现物