張仁健，沈文星

（南京林業大學經濟管理學院，南京210037）

　　摘要：基于對生物質潛力研究的文獻回顧，主要從農林生物質資源潛力的類型、評估方法以及基于地理分布和情景模擬情況下的潛力評估實踐進行梳理和討論。并在此基礎上，對生物質能進一步發展進行評述和展望。

　　目前，能源短缺已經成為世界的關鍵性問題，生物質能源作為一種全球可利用的可再生和可回收能源，是解決能源問題重要的方案之一。與此同時，生物質能源生物量還可以通過提供就業機會，使農村地區的人口得以保留，促進農業的平衡增長[1]。

　　根據《British petroleum（以下簡稱BP）世界能源統計年鑒》（BP，2018），我國的能源結構正在發生變化，2017年石油和煤炭產量相比2011年分別減少了5.62%和5.64%。在化石能源產量減少的同時，可再生能源產量增長迅速，2017年可再生能源產量約為2011年可再生能源產量的3.63倍。可再生能源占一次能源的比重也越來越高，截至2017年可再生能源產量占一次能源總產量的3.41%。農林生物質資源作為生物質資源主要組成部分，對其潛力評估進行梳理和分析，有利于分析生物質資源到底如何或者是在何種程度上能夠對能源短缺進行有效補充，特別是對國家生物質能源戰略性新興產業政策制定有一定的現實意義。

　　1生物質資源及應用方式

　　生物質是來自生物體的生物材料，通常指植物或植物衍生材料[2]。根據歐盟委員會對生物質的定義，生物質資源包括農、林及相關產業的產品、副產品和殘渣，以及非化石、可生物降解的工業部分和城市固體廢物。農業生物質資源和林業生物質資源是其中兩種主要的潛在資源。農業生物質資源主要包括農作物秸稈和農產品加工廢棄物[3]。林木生物質能源是指可用于能源或薪材的森林及其他木質資源，主要來源于薪炭林、林業生產的“三剩物”、灌木林平茬復壯、經濟林修剪和林業經營撫育間伐過程產生的枝條和小徑木，還有造林苗木截干、城市綠化樹和綠籬修剪等[4]。

　　生物質能是將太陽能以化學能的形式儲存在生物質中[5]。而如何將生物質資源高效的轉換為生物質能是目前重點研究方向。

　　2農林生物質資源潛力的分類和評估方法

　　2.1農林生物質資源潛力的分類

　　現階段研究對生物質資源潛力評估的結果差異較大，其重要原因之一是存在著不同的分類和定義。Smeets and Faaij[6]（2007）將生物質潛力類型分為理論潛力、技術評估、市場（經濟）評估，理論潛力＞技術潛力＞經濟（市場）潛力。理論潛力是指基本生物物理極限內可被認為是生物能源生產的陸地生物量的最大量。技術潛力是在理論潛力的基礎上考慮到現有的技術以及其他限制因素。經濟或市場潛力是受經濟標準制約的技術潛力，如生產成本、物流成本、能源價格和利潤率[7]。國外學者對農林生物質資源各種類型潛力評估都有較為全面的研究。Smeet和Faaij[9]（2007）利用自下而上的關鍵因素分析，估計2050全球森林生物質資源的生產潛力，計算發現理論潛力為71EJ，技術潛力64EJ，經濟潛力15EJ，生態可持續潛力8EJ。而國內學者對農林生物質潛力的研究主要停留在理論潛力階段。例如，蔡亞慶[8]（2011）等人通過草谷比系數估計2009年中國各省農作物秸稈理論資源和可獲得資源量；左旭[9]通過玉米草谷比系數估計2013年中國玉米秸稈產量研究表明，玉米秸稈產量位居全國各類農作物秸稈產量之首；劉志彬等人[10]（2014）以9種農作物的經濟產量為基礎，結合草谷比和資源可收集利用率評估各類生物質資源發電潛力，測得2011中國主要農業生物質資源的最大發電潛力以及凈剩余資源發電潛力；宓春秀和蘇世偉（2016）[11]利用灰色系統模型估計了江蘇省農林農作物秸稈和林木生物質資源的理論潛力。

　　2.2農林生物質資源的潛力評估方法

　　Long和Li等人[12]（2013）認為目前估算生物質能源潛力的方法有兩種，一種是基于各生物質資源類型的統計數據。另一種就是RS和GIS技術相結合的方法。Hanninen等人[13]（2018）評估歐盟森林生物質潛力時，將評估的方法分為三類，第一類主要是對森林的結構和增長及其可以從森林中獲得的資源進行評估，這類方法主要是用來評估森林生物質資源的理論和技術潛力。第二類是需求驅動的方法，這類方法主要用于評估森林生物質潛力的經濟潛力和實施潛力。需求驅動的方法考慮了其他生產要素價格的發展、能源價格和不同的社會政治制約因素以及激勵措施對森林生物質資源的影響。第三類是綜合建模評估，該方法綜合了以自資源為中心和以需求驅動兩種方法，該方法用于從理論潛力到可持續實施潛力的各種潛力評估。

　　3農林生物質資源潛力評估實踐

　　3.1基于地理分布下的農林生物質資源潛力評估

　　生物質能空間分布的信息對于指導資源的集約和高效利用以及生物質能相關項目和產業的配置而言至關重要。研究生物質資源空間分布通常是利用遙感系統（RS）和地理信息系統（GIS）。遙感和地理信息系統的發展為空間生物量和生物能源潛力的估算提供了無限的可能性。這種方法應用主要表現在兩個方面。一是利用遙感和地理信息系統對生物質和凈初級生產力進行估算，對生物質資源進行評價。二是獲取可用于生物質種植的土地面積信息。

　　國外研究生物質資源分布，大多是為了了解未來可以多大程度上獲得生物質資源以及如何調動這些資源。Verkerk等人[14]（2019）研究歐洲林業生物質資源分布，發現在北歐（包括波羅的海國家）、中歐、斯洛文尼亞、法國西南部和葡萄牙中部地區，每單位土地的林業生物質資源潛力最大。Mansuy等人[15]（2017）研究加拿大火燒跡地生物質資源分布，發現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區的生物質資源密度值均為最大。Burg等人[16]（2018）在評估瑞士能源轉型中生物質潛力，發現生物質潛在的空間分布是高度可變的。

　　我國生物質能總體上分布不均，省際差異較大，西南、東北及河南、山東等地是我國生物質能的主要分布區。我國農業生物質資源主要是農作物秸稈，而農作物秸稈中，玉米稻所占比重最大，我國玉米秸稈資源主要分布于東北地區與黃海地區[17]。近年來，我國學者重點開始以國內省份為研究區域分析生物質資源分布，周春江（2011）[18]研究發現重慶農林生物質資源分布不均勻。邢紅[19]（2015）估算江蘇省南通市農村生物質資源量，發現該地區生物質資源分布極不均勻，在經濟比較薄弱地區，生物質資源有著明顯的優勢。郭永奇[20]（2013）通過計算河南省秸稈生物質資源人均密度研究該地方生物質資源地理分布，將河南省秸稈生物質資源開發利用分為重點、適度以及不適宜開發三個區域。

　　無論是國外還是國內，生物質資源都存在分布不均勻，這必然會導致局部分布的不合理，因此采取一定的優化措施是完善生物質資源分布的重要手段。王武魁和蘇賢明等人[21]（2010）考慮經濟性和可操作性等因素，在定量分析的基礎上，通過定位配給模型和服務區模型，對北京林業生物質資源收集點和加工地點的選址進行了優化。Huhao等人[22]（2015）描述了CyberGIS-BioScope模型，它利用CyberGIS功能處理和分析空間數據，優化了生物燃料供應鏈的空間決策環境，增強優化結果的可視化和共享。

　　3.2基于各種情景模擬下的農林生物質能源潛力評估

　　對生物質能源潛力的評估通常是面向未來，在面向未來的研究通常需要在不同的情境下進行分析。而針對不同的情景，采取不同的分析模型。Giada Venturini[23]（2019）結合多部門模型TIMES-DK和地理優勢模型Balmorel-OptiFlow，對丹麥最豐富生物質資源秸稈進行研究，建模解釋了秸稈在未來脫碳能源系統中的價值增加，以及在碳限制的情況下，依靠目前國內生物量資源無法實現能源自給自足的目標。Moiseyev等人[24]（2013）在不同的煤炭、天然氣和碳排放價格和市場情況下，使用全球森林部門模型EFI-GTM對歐盟電力和熱力生產使用木材的影響。Buongiorno等人（2011）[25]利用全球森林產品模型（GFPM）在保持其他驅動力不變的情況下對全球森林部門進行預測，研究發現生物能源需求增長率相對于基本情景翻一番。LotzeCampen等人[26]（2010）將空間土地利用模式與農業生產力相結合，將經濟土地利用分配模型與基于過程的植被-水文模型相結合，以模擬不同技術水平、土地利用模式和全球權衡的各種情景下的生物能源潛力。

　　4評述與展望

　　4.1農林生物質潛力評估差異分析及缺陷

　　一般來說，生物質能源潛力的評估結果差異較大。國外學者在對未來生物質理論潛力進行預測時，最高將近1200EJ/Year，而有的預測只有500EJ/Year。生物質潛力估算的差異是由很多因素造成。首先，生物質資源的數據不夠完善，還存在大量的離散數據，另外在測量生物質潛力時，因為轉換因子、收益率和一些參數存在差異，結果也會不同。其次，生物質資源存在不同的分類（農業生物質、林業生物質、城市廢水等等）和不同的潛力類型（理論、技術、經濟、實施、可持續實施），因此在對其進行評估時，研究重點如果是不同的資源類型或是不同的潛力類型都會產生差異。第三，評估生物質資源缺乏公認的方法。

　　對生物質潛力評估的研究中，通常是分別對生物質資源供給和需求的研究，而幾乎不考慮市場機制的影響。考慮到市場機制下的價格變動，研究的結果可能差異較大。另外，雖然目前在理論、技術、經濟、以及可持續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潛力四階段的研究較少，與此同時，在這些研究的基礎上進一步對政策以及投資規劃方面的研究也應該值得去關注。

　　4.2農林生物質能源技術

　　生物質能源技術主要包括直接燃燒、熱解、氣化、液態氣化、液化、厭氧消化、酒精發酵和酯交換等，將生物質資源轉化為固體、液體以及氣體三種形式[27]。再通過一系列技術轉化，將其轉化為生物乙醇、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燃料，主要應用于小型家庭以及工業的生產和使用[28]。另外生物質共燃技術一種具有低風險、低投資、建設周期短等特點生物質能源技術[29]。它是在使用燃煤電廠的基礎上，將生物質資源與煤混合燃燒。生物質共燃技術在歐洲很多國家已經開始廣泛使用，但對于世界上大多數國家來說，生物質共燃還是個新的概念[30]，我國生物質資源共燃是新的增長點。

　　4.3農林生物質能源補貼政策

　　為了實現生物質能的快速發展，各個國家都采取了一系列的生物質能源政策。在國外，發達國家主要通過實施稅收、財政補貼、農業、能源、激勵政策等來支持生物質能源的發展[31]。英國在2001年制定了能源作物計劃，為農民種植能源作物提供資金，如種植短輪伐期的矮林和芒刺。荷蘭為實行生物質共燃技術的熱電聯產廠進行補貼，這種補貼是在批發電價的基礎上提供固定溢價。在希臘，政府對投資生物質能源技術的企業免稅，并給予占投資份額40%的補貼[32]。我國在2017年組織建設生物質熱電聯產示范項目，建成后優先獲得國家生物質能源發電補貼。2018年要求地方針對括燃煤與農林生物質、生活垃圾等混燃發電在內的其他生物質發電項目，解決資金補貼問題。

　　現階段，我國生物質能源相關政策沒有形成體系。在生物質規劃方面，沒有強制實行的效果，也沒有具體實施的細則[33]。在生物質補貼方面，我國主要是對生物質原料以及生物質發電進行補貼，而對生物質系能源企業缺乏關注[34]。目前國內外大量對于生物質資源潛力的研究，有助于制定適合特定區域的生物質能源技術發展戰略，另外可以對實施政策的成本和效益進行更細致化的評估，特別是財稅和補貼政策，并對未來發生的不確定情況及時做出政策上的調整[35-36]。