葫芦岛市天然气需求预测与分析

大连理工大学本科毕业设计（论文）葫芦岛市天然气需求预测与分析The Forecast and Analysis of Nature Gas Demand of Huludao学院（系）：能源与动力学院专业：能源与环境系统工程学生姓名：王登宇学号：201172154指导教师：李楠讲师评阅教师：完成日期：大连理工大学Dalian University of Technology葫 芦 岛 市 天 然 气 需 求 预 测 与 分 析- I -摘 要随着我国天然气市场的日益发展，在未来几年我国东北地区将保持“富气”状态，葫芦岛市作为辽宁省重要城市，天然气需求预测对于平衡供需，提高居民生活水平，加快经济的发展具有重要意义。本文利用葫芦岛市统计年鉴和调研统计的数据对葫芦岛市中心城区的天然气需求进行研究，将中心城区天然气需求分为居民用气、公建用气、工业用气和燃气汽车用气四部分，将时间序列模型和回归模型组合以构建预测模型，对 2014 年到 2020年的天然气需求进行预测，结果表明：在 2015 年时中心城区天然气需求量为 64131 万立方米，2017 年天然气需求量为 69057 万立方米，2020 年天然气需求量为 73805 万立方米，其中工业用气所占比例最多，但变化较为平稳；而燃气汽车用气量发展最为迅速。本论文在对中心城区天然气需求预测的基础上，分别对未来人口和城市 GDP 值的发展趋势分为上限情景，下限情景和基准情景进行情景分析，得出短期、中期和长期的天然气需求量，并且在需求预测和情景分析的基础上，分别计算了天然气的污染物排放物和天然气所替代的常规能源的污染物排放量，两者进行对比比较，对天然气的环境友好程度进行评估，结果表明：天然气在二氧化碳的减排方面较为一般以外，在二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物和烟尘的减排方面都有优秀的表现。关键词：葫芦岛市；天然气需求；预测；时间序列法；回归法葫 芦 岛 市 天 然 气 需 求 预 测 与 分 析- II -The Forecast and Analysis of Natural Gas Demand of HuludaoAbstractAs the development of Chinese natural gas market day by day, the Northeast area will be rich in Natural gasin next few years. Huludao is a big city in Liaoning province, so the forecast of Natural gas demand play an important role in balancing the supply and demand of Natural gas and speeding the development of living standard and economics.The paper uses the date of Statistical yearbook of Huludao and statistical surveys. The natural gas demand of central urban area is divided into four parts,including demand of citizen, demand of public service, demand of industry and demand of natural gas car. The forecast model, which works for Natural gas demand prediction from 2014 to 2020, is grouped by model of regression and time series. As a result, the demand will be 641 million m3 in 2015, be 690 million m3 and be 738 million m3.The demand of industry is the greatest part and will remain stable for a long time. The demand of natural gas car is the fast developing area.Basically on the forecast of the demand of natural gas, the paper analyses the demand of natural gas in short-term , mid-term and long-term under the situation, in which trend of the development of the population and GDP of the city is divided into the upper scenario, the lower scenario and the baseline scenario. According to the forecast and analysis, paper calculates the pollutant which is discharged by using natural gas and the common energy placed by natural gas. According to the comparison between the results, paper can assess the degree of environmental friendliness of natural gas. As a result, natural gas do a perfect role in the emission reduction of SO2,CO,NOx and smoke, but just so so in the emission reduction of CO2.Key Words：Huludao ； Demand of Natural Gas；Forecast ；Time series method；Regression method葫 芦 岛 市 天 然 气 需 求 预 测 与 分 析- III -目 录摘要 .IAbstract .II目录 .III1 引言Equation Chapter (Next) Section 1 .11.1 研究背景.11.1.1 世界环境能源问题综述.11.1.2 中国能源环境问题综述.21.1.3 当今世界天然气的开发与利用.31.2 研究意义.41.3 国内外研究综述.61.4 研究技术路线.91.5 研究步骤.92 天然气预测Equation Chapter 2 Section 1 .112.1 居民用气.112.1.1 人口因素.112.1.2 气化率.142.1.3 居民年消耗热.182.1.4 居民用气量.192.2 公建用气.202.3 工业用气.242.3.1 中小型工业企业用气.242.3.2 大型工业企业用气.272.3.3 工业总用气量.282.4 燃气汽车用气.282.4.1 燃气公交车.292.4.2 燃气出租车.312.4.3 燃气运营客车.322.4.4 燃气汽车用气总量.332.5 预测结果分析.343 情景分析与环境评估Equation Chapter 3 Section 1 .37葫 芦 岛 市 天 然 气 需 求 预 测 与 分 析- IV -3.1 情景分析.373.1.1 模型构建.373.1.2 计算分析.443.2 环境评估.493.2.1 计算方法.493.2.2 SO2 排放量 .513.2.3 NOx 排放量 .523.2.4 CO 排放量 .543.2.5 烟尘排放量.553.2.6 CO2 排放量 .573.3 环境评估.584 结论与建议.60参考文献.61葫 芦 岛 市 天 然 气 需 求 预 测 与 分 析11 引言Chapter (Next) Section 11.1 研究背景1.1.1 世界环境能源问题综述煤炭是世界上蕴藏量最丰富，分布最广的化石能源。据世界能源委员会评估，世界煤炭可开采资源量可达 4.84 万亿吨标准煤，占世界化石燃料可开采总量的 66.8%。根据2014 年 BP 世界能源统计年鉴 1统计，世界煤炭探明的可采储量为 8.91531 万亿吨，其中亚太地区占 32.2%，欧洲和欧亚地区占 34.8%，北美地区占 27.5%。从2014 年 BP 世界能源统计年鉴 可以看到，煤炭是消费量增长最快的化石燃料，但是在 2013 年只增长了 3%，远低于过去 10 年间 3.9%的平均水平。而另一方面，煤炭却占到全球一次能源消费的 30.1%，是自 1970 年以来的最高水平。中国和印度占了全球煤炭消费量增长的 88。中国录得自 2008 年以来最弱的净增长，但仍占全球煤炭消费增长量的 67%1。由此可以看到，发展中国家对于煤炭资源的依赖性远大于发达国家，而且发展中国家煤炭消费量也是与日俱增，但是增量明显下降，可以看到世界各国都针对性的降低对煤炭资源的依赖。石油仍是全球主导性燃料，占全球能源消费的 32.9%，但是石油的市场份额仍连续 14 年出现下滑，其目前市场份额是自 1965 年以来的最低值。截至 2013 年底，世界石油探明储量为 1.6879 万亿桶，足以满足 53.3 年全球生产生活需要。在过去的十年中，世界石油探明储量上调 27%。截至 2013 年底，世界石油探明储量为 1.6879 万亿桶，只能满足 53.3 年的全球生产需要 1。在过去的十年中，世界石油探明储量上调 27%。全球石油消费增长 1.4%，仅仅比历史平均水平高一点。与之对照，全球石油产量只增长了 0.6%。中国石油净进口量达到 700 万桶/日，超过美国成为世界第一大石油净进口国。天然气是除煤炭石油之外第三种化石燃料，是当今世界能源的支柱和未来能源重要来源。根据2014 年 BP 世界能源统计年鉴可以看到，在到 2013 年世界天然气储量为 185.7 万亿立方米，可以保证 54.8 年的地球上人类生产生活需要，相比于截至2012 年年底的数据，2013 年年底的探明储量上升了 0.2%1。在全球范围内，天然气占一次能源消费 23.7%。可以看到天然气在世界范围内储量较为充足，未来天然气将备受关注。清洁能源作为无污染的新型能源形式一直是世界各国努力研究的方向，世界各国的新能源产业如雨后春笋般发展迅速。从2014 年 BP 世界能源统计年鉴中可以看葫 芦 岛 市 天 然 气 需 求 预 测 与 分 析2到 2013 年可再生能源占全球能源消费的 2.7%，比十年前增长了 0.8%。可再生能源贡献了全球发电量的 5.3%，增长 16.3%。中国可再生能源消费增长量最大，其次是美国，而欧洲在可再生能源消费方面的领先者德国、西班牙和意大利则低于平均水平 1。以上为世界能源近况，从数据中我们可以看出来，随着世界科技的日益进步，煤炭石油等高污染的化石能源在能源消费中的比例逐年降低，世界各国对天然气和各种清洁能源日益青睐，既是对日益严重的能源危机的重视也是对本国环境和本国人民生活质量的保护。当今世界的环境问题中最热门的莫过于全球大气问题中的温室效应，是由法国学者 Jean-Baptiste Joseph Fourier 于 1824 年第一次提出。大家都知道随着二氧化碳排放数量的日益加大，全球温度会逐渐升高，最终导致冰川融化等一系列的世界级的大灾难，世界各国为应对温室效应所签的京都议定书等一系列文件都对世界各国的责任和义务做出了一定的要求。众所周知，煤炭和石油作为各种能源中碳含量最高的能源，在使用这两种能源中会排出大量的二氧化碳，进一步加重温室效应。而天然气作为化石能源中碳含量较低的一种，是替代煤和石油的不二之选。因此，世界各国对天然气的开发和利用日益重视。1.1.2 中国能源环境问题综述当代中国的能源利用随着改革开放的脚步日益成为影响国之命脉的因素，从2014 年 BP 世界能源统计年鉴 来看：2013 年中国一次能源消费量为 28.52 亿吨油当量，比 2012 年增加 4.7%，占世界一次能源消费总量的 22.4%1。石油是当今世界主要的能源，我国的石油的储量不多，2013 年底，中国石油探明储量为 25 亿吨（181 亿桶），占世界石油探明储量的 1.1%，储采比为 11.9 年。2013年石油产量（包括原油、致密油、油砂和天然气液）为 208.1 百万吨，比 2012 年增加0.6%，占全球石油产量的 5.0%。2013 年石油消费为 507.4 百万吨，比 2012 年增加 3.8%，占全球石油消费的 12.1%1。从数据来看，我国的石油资源较为缺乏，国内石油资源一直依赖进口，我国日渐成为世界石油消费大国，但石油资源的不足将会制约我国经济的进一步发展。天然气是我国一直大力发展的能源，我国的天然气储量较为丰富，但大多集中于中西部，我国“西气东输”工程将西部的天然气输送到东部地区，缓解了北京上海等地的用气紧张问题。2014 年 BP 世界能源统计年鉴 中的数据指出：2013 年底，中国天然气探明储量为 3.3 万亿立方米。2013 年天然气产量为 117.1 十亿立方米，比2012 年增加 9.5%，占世界天然气产量的 3.4%。2013 年天然气消费为 1616 亿立方米，葫 芦 岛 市 天 然 气 需 求 预 测 与 分 析3比 2012 年增加 10.8%，占世界天然气消费量的 4.8%。2013 年中国管道气进口 27.4 十亿立方米 1。可见中国天然气行业发展已初现规模，燃气工程和相关的基础设施建设将会是我国未来几年的重要建设项目，中国天然气项目的大力发展将会逐渐优化我国能源结构，对我国的环境的保护和人民生活水平的提高有重要促进作用。煤炭作为我国近几年来的支柱性能源，最近由于雾霾问题一直饱受诟病，煤炭清洁化技术一直为我国科研人员孜孜所求。2014 年 BP 世界能源统计年鉴中数据可知：2013 年底，中国煤炭探明储量为 1145 亿吨（无烟煤和烟煤为 622 亿吨，次烟煤和褐煤为 523 亿吨。2013 年煤炭产量为 36.8 亿吨，比 2012 年增加 1.2%，占世界煤炭产量的 47.4%。 2013 年煤炭消费为 19.2 亿吨油当量，比 2012 年增加 4.0%，占世界煤炭消费量的 50.3%1。我国的煤炭事业具有一定的发展潜力，但是当前粗放地开发和利用煤炭资源是对社会和环境的不负责任的表现，煤炭的清洁处理问题和煤炭的脱硫脱硝净化烟尘技术将会是未来中国科研单位的研究重点，而且可以看到随着我国经济的进一步发展，我国煤炭资源的消费量日益增加，进一步加重了我国环境的负担。以上为我国的能源总体情况，具体来说就是能源利用较为粗放，能源利用率较低，污染物和废料废渣的处理技术落后，企业环保意识差，国家环保指标较低。随着我国最近北京等地的重度雾霾问题和日益严重的温室效应问题，我国环保部门对于企业的能源利用的要求和排放标准日益严格。煤炭作为我国支柱性的能源，本身含硫含氮，碳含量最高，燃烧时，排放大量的硫化物和氮化物，是我国酸雨污染的主要来源；而煤燃烧排放的大量粉尘是 PM2.5 的主要来源，是城市雾霾的重要影响因素。石油在利用时也会排放氮化物硫化物，大量的汽车尾气是造成光化学污染，同样为人诟病。天然气以其纯净污染小，燃烧热值高，含碳少等一系列优点成为我国未来能源利用的重点发展方向。1.1.3 当今世界天然气的开发与利用天然气是较为安全的燃气，比空气轻，具有单位热值高，排气污染小，供应可靠，价格低廉等优点。但是天然气少量泄露，会立即向上扩散，不易积聚形成爆炸性气团，但是同样是几种温室气体，一旦大量泄露会引起更剧烈的温室效应。采用天然气作为能源，可减少对煤和石油的需求，大大减少硫化物和氮化物的排放，对于大气污染的治理有积极的作用。随着天然气管网的建设开发，装备技术的日益进步，燃气用具的技术革新，天然气价格的合理规划，全国各大城市的天然气使用量有显著增长。随着近几年全国经济的日益发展，工业化水平日益提高，城市化进程加快，城市居民收入增加，消费观念葫 芦 岛 市 天 然 气 需 求 预 测 与 分 析4和水平的逐渐改变，使得天然气使用量居高不下，造成部分地区供气紧张，资源的瓶颈约束问题一度突出。由于天然气高热量污染小的特性，我国国内对天然气的政策支持日益加大，我国天然气使用量占一次能源比重一路增长。我国目前能源需求增长较快，资源缺乏，能源利用效率低下，石油对外依存度太高，煤和石油燃烧所造成的空气污染日益严重，势必导致未来巨大的天然气需求量。国外发达国家在上世纪六十年代就完成了人工燃气向天然气的转换，经过这五十多年的不断发展