任峰，刘应宗，牛东晓

(1.天津大学管理与经济学部，天津300072；2.华北电力大学经济与管理学院，河北保定071003)

　　摘要：在全面分析农村生物质能资源利用形式和现状的基础上，建立农村生物质能资源利用效能综合评价指标体系；构造一种基于非线性规划的NLP—ESM综合评价方法，将评价权值的计算转换为求解一个非线性规划问题。评价结果显示，沼气和生物质热电联产是农村能源建设的发展方向。

　　1引言

　　在化石能源日益枯竭、生态环境不断恶化的今天，节能减排和环境保护越来越为世人所关注。由于蕴含量丰富、可再生和环境友好等特性，生物质能受到前所未有的重视，成为世界各国能源战略的重要组成部分和重点发展的替代能源之一。据国际权威机构(IEO2005、IEO2005和USGS2000)推算，全球石油剩余可采储量加上储量增长潜量(共2297亿吨)可用39年，再加上待发现的石油资源量(共3574亿吨)可用53年；天然气和煤炭分别是63年和90年。我国是一个能源相对短缺的国家，人均煤炭、石油和天然气储量仅为世界平均水平的56.3％、7.7％和7.1％。近年来，随着我国经济社会的快速发展，能源需求持续增长，供求矛盾日益突出，2005年一次能源生产总量为20.6亿吨标准煤，能源消费总量达到22.3亿吨标准煤；石油净进口量1.4亿吨，对外依存度超过40％。国家能源局数据显示，截至2010年，我国原油对外依存度已经达到了51.3％。

　　一方面我国缺乏常规化石能源，另一方面我国又有丰富的生物质能资源。与太阳能、风能等过程性可再生能源不同，生物质能属于含能体能源，在诸多方面与煤炭、石油、天然气等常规化石能源相似，具有可存储、可运输等特点。据工程院可再生能源咨询项目研究报告，中国可利用的生物质资源的年产能潜力是8.99亿吨标准煤，其中农林废弃物占53％，能源林占35％，能源作物占12％。有关专家测算，如果充分利用我国目前的农业生物质资源，可新增5亿吨左右标准煤，约占全国一次能源生产总量的24％。事实上生物质能的利用由来已久，18世纪以前，生物质能一直是人类最主要的能源来源。即使今天，生物质能也是仅次于石油、煤炭、天然气的第四大能源，在世界一次能源供应中占有10％的比重。

　　作为常规化石能源的重要补充，生物质能资源利用规划应该重在缓解农村能源供需不平衡的矛盾。中国有8.6亿人居住在农村，农村居民生活用能的61％仍然依靠传统生物质能资源。随着社会的进步和生活条件的改善，农村用能需求也在不断增长，尤其是家电下乡政策实施以来，农村地区对高品位能源需求量更是激增。出于对国家能源安全的考虑，农村能源短缺问题不可能通过扩大石油进口来解决。中国依靠世界7％的耕地改善着世界23％的人12的食物供应，还需要继续投入大量能源以实现农村和农业现代化，支持农村经济的腾飞。倘若农村能源供应不能得到妥善解决，必将进一步加重中国能源短缺的程度。由此可见，中国农村地区的能源问题是世界上独一无二的，有其特殊性，必须制定适合中国国情的农村能源可持续发展战略和供应体系，寻找一条人口、经济、社会、环境和资源相互协调的农村能源发展之路。

　　有关生物质能资源利用的研究方兴未艾。大量文献研究表明，沼气是一种很好的农村能源。农村沼气池建设可以大大降低传统能源消耗，减少污染物排放，能大幅度提高种植业和养殖业的经济效益，具有非常明显的环境效益和社会效益。然而，目前我国沼气产业缺乏竞争力，尽管国家出台了一系列扶持政策，也投入了大量的资金，但投入产出效益并不理想。曹历娟研究了我国发展燃料乙醇的可行性，从粮食安全和能源安全的一般均衡对比中指出，我国发展燃料乙醇是可行的；另有一些学者从前景、技术、对环境的影响等不同角度对我国发展生物质液体燃料进行了研究。有学者从经济、社会和环境效益等方面对生物质直燃发电、生物质气化和生物质成型燃料行业进行了研究，认为它们具有良好的发展前景。我国生物柴油的生产起步较晚，技术体系尚不健全；生物柴油的大量生产会对农产品价格产生较大的上涨压力，在“不与粮争地”的原则指导下，我国应该重点发展林业生物质柴油。通过文献梳理不难看出，尽管目前已有不少对生物质能资源利用方面的研究，但大多都是针对某一种利用途径展开研究，没有从整体战略角度去研究生物质能资源利用的效能，其研究结论难免在一定程度上缺乏科学性和全面性。

　　本文充分考虑农村能源需求的特殊性，以满足农村能源需求为目标，兼顾经济、社会、环境和资源等效益，对生物质资源的各种利用途径进行全面科学的评价，实现经济、社会、生态环境效益的最佳耦合，力求实现生物质能资源利用的综合效能最大化，为农村能源可持续发展规划提供参考。

　　2农村生物质能利用技术与利用方式

　　生物质能资源来源于一切直接或间接利用绿色植物进行光合作用而形成的有机物质，包括动物、植物、微生物，以及由这些生物产生的排泄物和代谢物。长期以来，农村生物质能资源普遍采用直接燃烧的方式加以利用，利用效率低，污染严重。随着对生物质能产业的扶持力度不断加强，生物质能利用技术和生物质能产业得到了较快的发展。生物质能利用技术可以分为直接燃烧、物化转换、生化转换与生物柴油等四大类，其利用有燃料、沼气、电力等不同形式(见图1)。

　　虽然生物质能资源的利用方式多种多样，但不同利用方式表现出不同的优势和利用效益。因此，在制定生物质能产业规划、确定生物质能利用方式之前，有必要建立一套科学的综合评价指标体系，系统分析和评价各种利用途径的综合效能，制定科学的农村能源发展规划，从而优化农村能源结构，减少温室气体排放，提高农民收入和改善农村生活条件，促进农村经济社会可持续发展。

　　3农村生物质能资源利用效能评价指标体系

　　在实地考察和调研的基础上，根据目前农村能源需求状况，本文给出炉灶燃烧、生物质热电联产、沼气、乙醇和生物柴油等5种生物质能利用备选方案。农村生物质能资源的开发与利用应该在保证农村生态建设和农村可持续发展的前提下，力求满足农村日益增长的用能需求，使生物质能资源利用的经济效益和生态综合效益最大化。基于这种认识，本文构建了农村生物质能资源利用效能评价指标体系(见图2)。

　　该指标体系目标层表示农村生物质能资源评价目标；准则层由B1～B11共11个指标构成，分别从经济、社会、生态环境等方面衡量备选方案；方案层C由C1～C5共5个可行方案构成，不同方案具有不同的效益。

　　4评价方法简介

　　层次分析法(AHP)是系统工程中最典型的定性与定量综合集成方法之一，被广泛应用于各种复杂系统的综合评价。标度系统是AHP方法从定性到定量转换的基础。常见的互反型标度方法有1～9标度法和指数标度法(Exponential Scale Method，ESM)两种，1～9标度法常常出现判断矩阵与判断思维不一致的情况，而ESM以其符合韦伯一费希纳心理学定律和具有许多优秀性质被广为认可和高度评价。应用ESM的关键是如何合理构造主观感觉判断矩阵s和客观差别判断矩阵O的排序权值。为此，本文采用指数标度法构造一种NLP—ESM评价方法，利用(0，2)标度来构造s，把客观差别矩阵O的一致性问题归结为一个非线性优化问题，使用LINGO优化矩阵O中相邻两级客观重要性比率a并计算O的排序权值。

　　5生物质能资源利用效能评价

　　通过Delphi的方法得到图2所示指标体系B层相对于A的主观感觉判断矩阵如下：

　　评价结果显示，农村生物质能资源五种利用方案的优劣排序为：沼气>热电联产>乙醇>炉灶燃烧>生物柴油。沼气不仅能满足农村燃料需求，同时又能促进农业生产和改善农村生活环境，因而具有最高的综合利用效能。农村生物质热电联产项目一方面能满足农村地区不断增长的对高品位能源的需求，另一方面能实现农村地区被大量废弃的秸秆等生物质资源的经济价值，有助于新农村建设和农民增收，因而综合效益仅次于沼气。炉灶燃烧虽然效率较低，且有一定程度的污染，但由于其成本低和使用方便等特点，一段时期内还将继续存在，这也符合我国农村目前的实际情况，所以综合利用效能排名第四位。乙醇和生物柴油的生产需要有大量土地资源作支撑，尽管在美国、巴西发展形势都不错，却不符合我国国情，因而综合利用效能较低。可见，该评价结果充分体现了我国国情，符合我国农村能源利用现状和需求发展趋势。

　　6结论

　　制定农村能源建设和生物质资源利用发展规划已经变得越来越紧迫。农村能源和生物质能资源利用规划应该重点考虑优先发展农村沼气产业，建立原料收购和供应体系、沼气销售和服务体系，实现沼气产业的规模化发展；同时，建立沼气副产品配套设施，综合利用沼液、沼渣，进一步提高发展沼气产业的综合效能。农村生物质热电联产项目具有较高的综合利用效能，在条件具备的情况下，应该从融资、税收、土地供应等方面进一步加大扶持力度。我国农村生物质热电联产应该着重满足农村地区对电能和热能的需求，因而应在小型化、不并网、终端化原则指导下发展。炉灶燃烧有其存在的社会、经济等原因，在可预见的未来还将存在，但随着经济社会的发展必将为高品质、高密度的能源形式所取代。由于受到特殊国情的影响，乙醇和生物柴油在我国不适宜大规模发展，有关部门制定其产业发展规划应持谨慎态度。本文从满足农村能源需求角度出发，重点考察了农村生物质能资源的五种利用形式，事实上农村生物质资源还有很多用途，今后还需要做更全面的研究。