任峰，劉應宗，牛東曉

(1.天津大學管理與經(jīng)濟學部，天津300072；2.華北電力大學經(jīng)濟與管理學院，河北保定071003)

　　摘要：在全面分析農村生物質能資源利用形式和現(xiàn)狀的基礎上，建立農村生物質能資源利用效能綜合評價指標體系；構造一種基于非線性規(guī)劃的NLP—ESM綜合評價方法，將評價權值的計算轉換為求解一個非線性規(guī)劃問題。評價結果顯示，沼氣和生物質熱電聯(lián)產(chǎn)是農村能源建設的發(fā)展方向。

　　1引言

　　在化石能源日益枯竭、生態(tài)環(huán)境不斷惡化的今天，節(jié)能減排和環(huán)境保護越來越為世人所關注。由于蘊含量豐富、可再生和環(huán)境友好等特性，生物質能受到前所未有的重視，成為世界各國能源戰(zhàn)略的重要組成部分和重點發(fā)展的替代能源之一。據(jù)國際權威機構(IEO2005、IEO2005和USGS2000)推算，全球石油剩余可采儲量加上儲量增長潛量(共2297億噸)可用39年，再加上待發(fā)現(xiàn)的石油資源量(共3574億噸)可用53年；天然氣和煤炭分別是63年和90年。我國是一個能源相對短缺的國家，人均煤炭、石油和天然氣儲量僅為世界平均水平的56.3％、7.7％和7.1％。近年來，隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，能源需求持續(xù)增長，供求矛盾日益突出，2005年一次能源生產(chǎn)總量為20.6億噸標準煤，能源消費總量達到22.3億噸標準煤；石油凈進口量1.4億噸，對外依存度超過40％。國家能源局數(shù)據(jù)顯示，截至2010年，我國原油對外依存度已經(jīng)達到了51.3％。

　　一方面我國缺乏常規(guī)化石能源，另一方面我國又有豐富的生物質能資源。與太陽能、風能等過程性可再生能源不同，生物質能屬于含能體能源，在諸多方面與煤炭、石油、天然氣等常規(guī)化石能源相似，具有可存儲、可運輸?shù)忍攸c。據(jù)工程院可再生能源咨詢項目研究報告，中國可利用的生物質資源的年產(chǎn)能潛力是8.99億噸標準煤，其中農林廢棄物占53％，能源林占35％，能源作物占12％。有關專家測算，如果充分利用我國目前的農業(yè)生物質資源，可新增5億噸左右標準煤，約占全國一次能源生產(chǎn)總量的24％。事實上生物質能的利用由來已久，18世紀以前，生物質能一直是人類最主要的能源來源。即使今天，生物質能也是僅次于石油、煤炭、天然氣的第四大能源，在世界一次能源供應中占有10％的比重。

　　作為常規(guī)化石能源的重要補充，生物質能資源利用規(guī)劃應該重在緩解農村能源供需不平衡的矛盾。中國有8.6億人居住在農村，農村居民生活用能的61％仍然依靠傳統(tǒng)生物質能資源。隨著社會的進步和生活條件的改善，農村用能需求也在不斷增長，尤其是家電下鄉(xiāng)政策實施以來，農村地區(qū)對高品位能源需求量更是激增。出于對國家能源安全的考慮，農村能源短缺問題不可能通過擴大石油進口來解決。中國依靠世界7％的耕地改善著世界23％的人12的食物供應，還需要繼續(xù)投入大量能源以實現(xiàn)農村和農業(yè)現(xiàn)代化，支持農村經(jīng)濟的騰飛。倘若農村能源供應不能得到妥善解決，必將進一步加重中國能源短缺的程度。由此可見，中國農村地區(qū)的能源問題是世界上獨一無二的，有其特殊性，必須制定適合中國國情的農村能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和供應體系，尋找一條人口、經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源相互協(xié)調的農村能源發(fā)展之路。

　　有關生物質能資源利用的研究方興未艾。大量文獻研究表明，沼氣是一種很好的農村能源。農村沼氣池建設可以大大降低傳統(tǒng)能源消耗，減少污染物排放，能大幅度提高種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟效益，具有非常明顯的環(huán)境效益和社會效益。然而，目前我國沼氣產(chǎn)業(yè)缺乏競爭力，盡管國家出臺了一系列扶持政策，也投入了大量的資金，但投入產(chǎn)出效益并不理想。曹歷娟研究了我國發(fā)展燃料乙醇的可行性，從糧食安全和能源安全的一般均衡對比中指出，我國發(fā)展燃料乙醇是可行的；另有一些學者從前景、技術、對環(huán)境的影響等不同角度對我國發(fā)展生物質液體燃料進行了研究。有學者從經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益等方面對生物質直燃發(fā)電、生物質氣化和生物質成型燃料行業(yè)進行了研究，認為它們具有良好的發(fā)展前景。我國生物柴油的生產(chǎn)起步較晚，技術體系尚不健全；生物柴油的大量生產(chǎn)會對農產(chǎn)品價格產(chǎn)生較大的上漲壓力，在“不與糧爭地”的原則指導下，我國應該重點發(fā)展林業(yè)生物質柴油。通過文獻梳理不難看出，盡管目前已有不少對生物質能資源利用方面的研究，但大多都是針對某一種利用途徑展開研究，沒有從整體戰(zhàn)略角度去研究生物質能資源利用的效能，其研究結論難免在一定程度上缺乏科學性和全面性。

　　本文充分考慮農村能源需求的特殊性，以滿足農村能源需求為目標，兼顧經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源等效益，對生物質資源的各種利用途徑進行全面科學的評價，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境效益的最佳耦合，力求實現(xiàn)生物質能資源利用的綜合效能最大化，為農村能源可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供參考。

　　2農村生物質能利用技術與利用方式

　　生物質能資源來源于一切直接或間接利用綠色植物進行光合作用而形成的有機物質，包括動物、植物、微生物，以及由這些生物產(chǎn)生的排泄物和代謝物。長期以來，農村生物質能資源普遍采用直接燃燒的方式加以利用，利用效率低，污染嚴重。隨著對生物質能產(chǎn)業(yè)的扶持力度不斷加強，生物質能利用技術和生物質能產(chǎn)業(yè)得到了較快的發(fā)展。生物質能利用技術可以分為直接燃燒、物化轉換、生化轉換與生物柴油等四大類，其利用有燃料、沼氣、電力等不同形式(見圖1)。

　　雖然生物質能資源的利用方式多種多樣，但不同利用方式表現(xiàn)出不同的優(yōu)勢和利用效益。因此，在制定生物質能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、確定生物質能利用方式之前，有必要建立一套科學的綜合評價指標體系，系統(tǒng)分析和評價各種利用途徑的綜合效能，制定科學的農村能源發(fā)展規(guī)劃，從而優(yōu)化農村能源結構，減少溫室氣體排放，提高農民收入和改善農村生活條件，促進農村經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

　　3農村生物質能資源利用效能評價指標體系

　　在實地考察和調研的基礎上，根據(jù)目前農村能源需求狀況，本文給出爐灶燃燒、生物質熱電聯(lián)產(chǎn)、沼氣、乙醇和生物柴油等5種生物質能利用備選方案。農村生物質能資源的開發(fā)與利用應該在保證農村生態(tài)建設和農村可持續(xù)發(fā)展的前提下，力求滿足農村日益增長的用能需求，使生物質能資源利用的經(jīng)濟效益和生態(tài)綜合效益最大化。基于這種認識，本文構建了農村生物質能資源利用效能評價指標體系(見圖2)。

　　該指標體系目標層表示農村生物質能資源評價目標；準則層由B1～B11共11個指標構成，分別從經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境等方面衡量備選方案；方案層C由C1～C5共5個可行方案構成，不同方案具有不同的效益。

　　4評價方法簡介

　　層次分析法(AHP)是系統(tǒng)工程中最典型的定性與定量綜合集成方法之一，被廣泛應用于各種復雜系統(tǒng)的綜合評價。標度系統(tǒng)是AHP方法從定性到定量轉換的基礎。常見的互反型標度方法有1～9標度法和指數(shù)標度法(Exponential Scale Method，ESM)兩種，1～9標度法常常出現(xiàn)判斷矩陣與判斷思維不一致的情況，而ESM以其符合韋伯一費希納心理學定律和具有許多優(yōu)秀性質被廣為認可和高度評價。應用ESM的關鍵是如何合理構造主觀感覺判斷矩陣s和客觀差別判斷矩陣O的排序權值。為此，本文采用指數(shù)標度法構造一種NLP—ESM評價方法，利用(0，2)標度來構造s，把客觀差別矩陣O的一致性問題歸結為一個非線性優(yōu)化問題，使用LINGO優(yōu)化矩陣O中相鄰兩級客觀重要性比率a并計算O的排序權值。

　　5生物質能資源利用效能評價

　　通過Delphi的方法得到圖2所示指標體系B層相對于A的主觀感覺判斷矩陣如下：

　　評價結果顯示，農村生物質能資源五種利用方案的優(yōu)劣排序為：沼氣>熱電聯(lián)產(chǎn)>乙醇>爐灶燃燒>生物柴油。沼氣不僅能滿足農村燃料需求，同時又能促進農業(yè)生產(chǎn)和改善農村生活環(huán)境，因而具有最高的綜合利用效能。農村生物質熱電聯(lián)產(chǎn)項目一方面能滿足農村地區(qū)不斷增長的對高品位能源的需求，另一方面能實現(xiàn)農村地區(qū)被大量廢棄的秸稈等生物質資源的經(jīng)濟價值，有助于新農村建設和農民增收，因而綜合效益僅次于沼氣。爐灶燃燒雖然效率較低，且有一定程度的污染，但由于其成本低和使用方便等特點，一段時期內還將繼續(xù)存在，這也符合我國農村目前的實際情況，所以綜合利用效能排名第四位。乙醇和生物柴油的生產(chǎn)需要有大量土地資源作支撐，盡管在美國、巴西發(fā)展形勢都不錯，卻不符合我國國情，因而綜合利用效能較低?？梢姡撛u價結果充分體現(xiàn)了我國國情，符合我國農村能源利用現(xiàn)狀和需求發(fā)展趨勢。

　　6結論

　　制定農村能源建設和生物質資源利用發(fā)展規(guī)劃已經(jīng)變得越來越緊迫。農村能源和生物質能資源利用規(guī)劃應該重點考慮優(yōu)先發(fā)展農村沼氣產(chǎn)業(yè)，建立原料收購和供應體系、沼氣銷售和服務體系，實現(xiàn)沼氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展；同時，建立沼氣副產(chǎn)品配套設施，綜合利用沼液、沼渣，進一步提高發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)的綜合效能。農村生物質熱電聯(lián)產(chǎn)項目具有較高的綜合利用效能，在條件具備的情況下，應該從融資、稅收、土地供應等方面進一步加大扶持力度。我國農村生物質熱電聯(lián)產(chǎn)應該著重滿足農村地區(qū)對電能和熱能的需求，因而應在小型化、不并網(wǎng)、終端化原則指導下發(fā)展。爐灶燃燒有其存在的社會、經(jīng)濟等原因，在可預見的未來還將存在，但隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展必將為高品質、高密度的能源形式所取代。由于受到特殊國情的影響，乙醇和生物柴油在我國不適宜大規(guī)模發(fā)展，有關部門制定其產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃應持謹慎態(tài)度。本文從滿足農村能源需求角度出發(fā)，重點考察了農村生物質能資源的五種利用形式，事實上農村生物質資源還有很多用途，今后還需要做更全面的研究。