目前，能源短缺已經(jīng)成為世界的關(guān)鍵性問(wèn)題，生物質(zhì)能源作為一種全球可利用的可再生和可回收能源，是解決能源問(wèn)題重要的方案之一。與此同時(shí)，生物質(zhì)能源生物量還可以通過(guò)提供就業(yè)機(jī)會(huì)，使農(nóng)村地區(qū)的人口得以保留，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的平衡增長(zhǎng)。

根據(jù)《British petroleum（以下簡(jiǎn)稱(chēng)BP）世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》（BP，2018），我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，2017年石油和煤炭產(chǎn)量相比2011年分別減少了5.62%和5.64%。在化石能源產(chǎn)量減少的同時(shí)，可再生能源產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，2017年可再生能源產(chǎn)量約為2011年可再生能源產(chǎn)量的3.63倍。可再生能源占一次能源的比重也越來(lái)越高，截至2017年可再生能源產(chǎn)量占一次能源總產(chǎn)量的3.41%。農(nóng)林生物質(zhì)資源作為生物質(zhì)資源主要組成部分，對(duì)其潛力評(píng)估進(jìn)行梳理和分析，有利于分析生物質(zhì)資源到底如何或者是在何種程度上能夠?qū)δ茉炊倘边M(jìn)行有效補(bǔ)充，特別是對(duì)國(guó)家生物質(zhì)能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)政策制定有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

01

生物質(zhì)資源及應(yīng)用方式

生物質(zhì)是來(lái)自生物體的生物材料，通常指植物或植物衍生材料。根據(jù)歐盟委員會(huì)對(duì)生物質(zhì)的定義，生物質(zhì)資源包括農(nóng)、林及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品、副產(chǎn)品和殘?jiān)?，以及非化石、可生物降解的工業(yè)部分和城市固體廢物。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源和林業(yè)生物質(zhì)資源是其中兩種主要的潛在資源。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源主要包括農(nóng)作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物。林木生物質(zhì)能源是指可用于能源或薪材的森林及其他木質(zhì)資源，主要來(lái)源于薪炭林、林業(yè)生產(chǎn)的“三剩物”、灌木林平茬復(fù)壯、經(jīng)濟(jì)林修剪和林業(yè)經(jīng)營(yíng)撫育間伐過(guò)程產(chǎn)生的枝條和小徑木，還有造林苗木截干、城市綠化樹(shù)和綠籬修剪等。

生物質(zhì)能是將太陽(yáng)能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在生物質(zhì)中。而如何將生物質(zhì)資源高效的轉(zhuǎn)換為生物質(zhì)能是目前重點(diǎn)研究方向。

02

農(nóng)林生物質(zhì)資源潛力的分類(lèi)和評(píng)估方法

2.1農(nóng)林生物質(zhì)資源潛力的分類(lèi)

現(xiàn)階段研究對(duì)生物質(zhì)資源潛力評(píng)估的結(jié)果差異較大，其重要原因之一是存在著不同的分類(lèi)和定義。Smeets and Faaij[6]（2007）將生物質(zhì)潛力類(lèi)型分為理論潛力、技術(shù)評(píng)估、市場(chǎng)（經(jīng)濟(jì)）評(píng)估，理論潛力＞技術(shù)潛力＞經(jīng)濟(jì)（市場(chǎng)）潛力。理論潛力是指基本生物物理極限內(nèi)可被認(rèn)為是生物能源生產(chǎn)的陸地生物量的最大量。技術(shù)潛力是在理論潛力的基礎(chǔ)上考慮到現(xiàn)有的技術(shù)以及其他限制因素。經(jīng)濟(jì)或市場(chǎng)潛力是受經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)制約的技術(shù)潛力，如生產(chǎn)成本、物流成本、能源價(jià)格和利潤(rùn)率。國(guó)外學(xué)者對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)資源各種類(lèi)型潛力評(píng)估都有較為全面的研究。Smeet和Faaij[9]（2007）利用自下而上的關(guān)鍵因素分析，估計(jì)2050全球森林生物質(zhì)資源的生產(chǎn)潛力，計(jì)算發(fā)現(xiàn)理論潛力為71EJ，技術(shù)潛力64EJ，經(jīng)濟(jì)潛力15EJ，生態(tài)可持續(xù)潛力8EJ。而國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)潛力的研究主要停留在理論潛力階段。例如，蔡亞慶（2011）等人通過(guò)草谷比系數(shù)估計(jì)2009年中國(guó)各省農(nóng)作物秸稈理論資源和可獲得資源量；左旭通過(guò)玉米草谷比系數(shù)估計(jì)2013年中國(guó)玉米秸稈產(chǎn)量研究表明，玉米秸稈產(chǎn)量位居全國(guó)各類(lèi)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量之首；劉志彬等人（2014）以9種農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為基礎(chǔ)，結(jié)合草谷比和資源可收集利用率評(píng)估各類(lèi)生物質(zhì)資源發(fā)電潛力，測(cè)得2011中國(guó)主要農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源的最大發(fā)電潛力以及凈剩余資源發(fā)電潛力；宓春秀和蘇世偉（2016）利用灰色系統(tǒng)模型估計(jì)了江蘇省農(nóng)林農(nóng)作物秸稈和林木生物質(zhì)資源的理論潛力。

2.2農(nóng)林生物質(zhì)資源的潛力評(píng)估方法

Long和Li等人源類(lèi)型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。另一種就是RS和GIS技術(shù)相結(jié)合的方法。Hanninen等人（2018）評(píng)估歐盟森林生物質(zhì)潛力時(shí)，將評(píng)估的方法分為三類(lèi)，第一類(lèi)主要是對(duì)森林的結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng)及其可以從森林中獲得的資源進(jìn)行評(píng)估，這類(lèi)方法主要是用來(lái)評(píng)估森林生物質(zhì)資源的理論和技術(shù)潛力。第二類(lèi)是需求驅(qū)動(dòng)的方法，這類(lèi)方法主要用于評(píng)估森林生物質(zhì)潛力的經(jīng)濟(jì)潛力和實(shí)施潛力。需求驅(qū)動(dòng)的方法考慮了其他生產(chǎn)要素價(jià)格的發(fā)展、能源價(jià)格和不同的社會(huì)政治制約因素以及激勵(lì)措施對(duì)森林生物質(zhì)資源的影響。第三類(lèi)是綜合建模評(píng)估，該方法綜合了以自資源為中心和以需求驅(qū)動(dòng)兩種方法，該方法用于從理論潛力到可持續(xù)實(shí)施潛力的各種潛力評(píng)估。

03

農(nóng)林生物質(zhì)資源潛力評(píng)估實(shí)踐

3.1基于地理分布下的農(nóng)林生物質(zhì)資源潛力評(píng)估

生物質(zhì)能空間分布的信息對(duì)于指導(dǎo)資源的集約和高效利用以及生物質(zhì)能相關(guān)項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)的配置而言至關(guān)重要。研究生物質(zhì)資源空間分布通常是利用遙感系統(tǒng)（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）。遙感和地理信息系統(tǒng)的發(fā)展為空間生物量和生物能源潛力的估算提供了無(wú)限的可能性。這種方法應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是利用遙感和地理信息系統(tǒng)對(duì)生物質(zhì)和凈初級(jí)生產(chǎn)力進(jìn)行估算，對(duì)生物質(zhì)資源進(jìn)行評(píng)價(jià)。二是獲取可用于生物質(zhì)種植的土地面積信息。

國(guó)外研究生物質(zhì)資源分布，大多是為了了解未來(lái)可以多大程度上獲得生物質(zhì)資源以及如何調(diào)動(dòng)這些資源。Verkerk等人（2019）研究歐洲林業(yè)生物質(zhì)資源分布，發(fā)現(xiàn)在北歐（包括波羅的海國(guó)家）、中歐、斯洛文尼亞、法國(guó)西南部和葡萄牙中部地區(qū)，每單位土地的林業(yè)生物質(zhì)資源潛力最大。Mansuy等人（2017）研究加拿大火燒跡地生物質(zhì)資源分布，發(fā)現(xiàn)加拿大各地的生物量密度從西到東和從北到南都在下降，在加拿大不列顛哥倫比亞省的太平洋海洋、山地科迪萊拉、北部科迪萊拉和北部平原生態(tài)區(qū)的生物質(zhì)資源密度值均為最大。Burg等人（2018）在評(píng)估瑞士能源轉(zhuǎn)型中生物質(zhì)潛力，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)潛在的空間分布是高度可變的。

我國(guó)生物質(zhì)能總體上分布不均，省際差異較大，西南、東北及河南、山東等地是我國(guó)生物質(zhì)能的主要分布區(qū)。我國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源主要是農(nóng)作物秸稈，而農(nóng)作物秸稈中，玉米稻所占比重最大，我國(guó)玉米秸稈資源主要分布于東北地區(qū)與黃海地區(qū)。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者重點(diǎn)開(kāi)始以國(guó)內(nèi)省份為研究區(qū)域分析生物質(zhì)資源分布，周春江（2011）研究發(fā)現(xiàn)重慶農(nóng)林生物質(zhì)資源分布不均勻。邢紅（2015）估算江蘇省南通市農(nóng)村生物質(zhì)資源量，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)生物質(zhì)資源分布極不均勻，在經(jīng)濟(jì)比較薄弱地區(qū)，生物質(zhì)資源有著明顯的優(yōu)勢(shì)。郭永奇（2013）通過(guò)計(jì)算河南省秸稈生物質(zhì)資源人均密度研究該地方生物質(zhì)資源地理分布，將河南省秸稈生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)利用分為重點(diǎn)、適度以及不適宜開(kāi)發(fā)三個(gè)區(qū)域。

無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，生物質(zhì)資源都存在分布不均勻，這必然會(huì)導(dǎo)致局部分布的不合理，因此采取一定的優(yōu)化措施是完善生物質(zhì)資源分布的重要手段。王武魁和蘇賢明等人（2010）考慮經(jīng)濟(jì)性和可操作性等因素，在定量分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)定位配給模型和服務(wù)區(qū)模型，對(duì)北京林業(yè)生物質(zhì)資源收集點(diǎn)和加工地點(diǎn)的選址進(jìn)行了優(yōu)化。Huhao等人（2015）描述了CyberGIS-BioScope模型，它利用CyberGIS功能處理和分析空間數(shù)據(jù)，優(yōu)化了生物燃料供應(yīng)鏈的空間決策環(huán)境，增強(qiáng)優(yōu)化結(jié)果的可視化和共享。

3.2基于各種情景模擬下的農(nóng)林生物質(zhì)能源潛力評(píng)估

對(duì)生物質(zhì)能源潛力的評(píng)估通常是面向未來(lái)，在面向未來(lái)的研究通常需要在不同的情境下進(jìn)行分析。而針對(duì)不同的情景，采取不同的分析模型。Giada Venturini（2019）結(jié)合多部門(mén)模型TIMES-DK和地理優(yōu)勢(shì)模型Balmorel-OptiFlow，對(duì)丹麥最豐富生物質(zhì)資源秸稈進(jìn)行研究，建模解釋了秸稈在未來(lái)脫碳能源系統(tǒng)中的價(jià)值增加，以及在碳限制的情況下，依靠目前國(guó)內(nèi)生物量資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)能源自給自足的目標(biāo)。Moiseyev等人（2013）在不同的煤炭、天然氣和碳排放價(jià)格和市場(chǎng)情況下，使用全球森林部門(mén)模型EFI-GTM對(duì)歐盟電力和熱力生產(chǎn)使用木材的影響。Buongiorno等人（2011）利用全球森林產(chǎn)品模型（GFPM）在保持其他驅(qū)動(dòng)力不變的情況下對(duì)全球森林部門(mén)進(jìn)行預(yù)測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)生物能源需求增長(zhǎng)率相對(duì)于基本情景翻一番。LotzeCampen等人（2010）將空間土地利用模式與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力相結(jié)合，將經(jīng)濟(jì)土地利用分配模型與基于過(guò)程的植被-水文模型相結(jié)合，以模擬不同技術(shù)水平、土地利用模式和全球權(quán)衡的各種情景下的生物能源潛力。

04

評(píng)述與展望

4.1農(nóng)林生物質(zhì)潛力評(píng)估差異分析及缺陷

一般來(lái)說(shuō)，生物質(zhì)能源潛力的評(píng)估結(jié)果差異較大。國(guó)外學(xué)者在對(duì)未來(lái)生物質(zhì)理論潛力進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，最高將近1200EJ/Year，而有的預(yù)測(cè)只有500EJ/Year。生物質(zhì)潛力估算的差異是由很多因素造成。首先，生物質(zhì)資源的數(shù)據(jù)不夠完善，還存在大量的離散數(shù)據(jù)，另外在測(cè)量生物質(zhì)潛力時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)換因子、收益率和一些參數(shù)存在差異，結(jié)果也會(huì)不同。其次，生物質(zhì)資源存在不同的分類(lèi)（農(nóng)業(yè)生物質(zhì)、林業(yè)生物質(zhì)、城市廢水等等）和不同的潛力類(lèi)型（理論、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)施、可持續(xù)實(shí)施），因此在對(duì)其進(jìn)行評(píng)估時(shí)，研究重點(diǎn)如果是不同的資源類(lèi)型或是不同的潛力類(lèi)型都會(huì)產(chǎn)生差異。第三，評(píng)估生物質(zhì)資源缺乏公認(rèn)的方法。

對(duì)生物質(zhì)潛力評(píng)估的研究中，通常是分別對(duì)生物質(zhì)資源供給和需求的研究，而幾乎不考慮市場(chǎng)機(jī)制的影響。考慮到市場(chǎng)機(jī)制下的價(jià)格變動(dòng)，研究的結(jié)果可能差異較大。另外，雖然目前在理論、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、以及可持續(xù)性上都有不同程度上的研究，但是像Smeet和Faaij一樣從理論潛力到可持續(xù)潛力四階段的研究較少，與此同時(shí)，在這些研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)政策以及投資規(guī)劃方面的研究也應(yīng)該值得去關(guān)注。

4.2農(nóng)林生物質(zhì)能源技術(shù)

生物質(zhì)能源技術(shù)主要包括直接燃燒、熱解、氣化、液態(tài)氣化、液化、厭氧消化、酒精發(fā)酵和酯交換等，將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為固體、液體以及氣體三種形式。再通過(guò)一系列技術(shù)轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為生物乙醇、生物柴油、沼氣等。其中沼氣是世界上廣泛使用的最重要的氣體生物質(zhì)燃料，主要應(yīng)用于小型家庭以及工業(yè)的生產(chǎn)和使用。另外生物質(zhì)共燃技術(shù)一種具有低風(fēng)險(xiǎn)、低投資、建設(shè)周期短等特點(diǎn)生物質(zhì)能源技術(shù)。它是在使用燃煤電廠(chǎng)的基礎(chǔ)上，將生物質(zhì)資源與煤混合燃燒。生物質(zhì)共燃技術(shù)在歐洲很多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用，但對(duì)于世界上大多數(shù)國(guó)家來(lái)說(shuō)，生物質(zhì)共燃還是個(gè)新的概念，我國(guó)生物質(zhì)資源共燃是新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

4.3農(nóng)林生物質(zhì)能源補(bǔ)貼政策

為了實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能的快速發(fā)展，各個(gè)國(guó)家都采取了一系列的生物質(zhì)能源政策。在國(guó)外，發(fā)達(dá)國(guó)家主要通過(guò)實(shí)施稅收、財(cái)政補(bǔ)貼、農(nóng)業(yè)、能源、激勵(lì)政策等來(lái)支持生物質(zhì)能源的發(fā)展。英國(guó)在2001年制定了能源作物計(jì)劃，為農(nóng)民種植能源作物提供資金，如種植短輪伐期的矮林和芒刺。荷蘭為實(shí)行生物質(zhì)共燃技術(shù)的熱電聯(lián)產(chǎn)廠(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)貼，這種補(bǔ)貼是在批發(fā)電價(jià)的基礎(chǔ)上提供固定溢價(jià)。在希臘，政府對(duì)投資生物質(zhì)能源技術(shù)的企業(yè)免稅，并給予占投資份額40%的補(bǔ)貼。我國(guó)在2017年組織建設(shè)生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)示范項(xiàng)目，建成后優(yōu)先獲得國(guó)家生物質(zhì)能源發(fā)電補(bǔ)貼。2018年要求地方針對(duì)括燃煤與農(nóng)林生物質(zhì)、生活垃圾等混燃發(fā)電在內(nèi)的其他生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目，解決資金補(bǔ)貼問(wèn)題。

現(xiàn)階段，我國(guó)生物質(zhì)能源相關(guān)政策沒(méi)有形成體系。在生物質(zhì)規(guī)劃方面，沒(méi)有強(qiáng)制實(shí)行的效果，也沒(méi)有具體實(shí)施的細(xì)則。在生物質(zhì)補(bǔ)貼方面，我國(guó)主要是對(duì)生物質(zhì)原料以及生物質(zhì)發(fā)電進(jìn)行補(bǔ)貼，而對(duì)生物質(zhì)系能源企業(yè)缺乏關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)外大量對(duì)于生物質(zhì)資源潛力的研究，有助于制定適合特定區(qū)域的生物質(zhì)能源技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，另外可以對(duì)實(shí)施政策的成本和效益進(jìn)行更細(xì)致化的評(píng)估，特別是財(cái)稅和補(bǔ)貼政策，并對(duì)未來(lái)發(fā)生的不確定情況及時(shí)做出政策上的調(diào)整。

轉(zhuǎn)載自國(guó)際能源網(wǎng)