姜洋，周濤滔

（東北林業大學經濟管理學院哈爾濱150040）

　　摘要：生物質能源的綜合效益即指經濟效益、環境效益、社會效益3個方面。文章著重從國內外學者對生物質能源綜合效益及評價方法的研究現狀進行梳理與評價，提出在生物質能源綜合效益研究中納入環境成本，并引入系統動力學的方法對生物質能源內部各子系統之間的關系進行深入挖掘，以期獲取有價值的研究基點和可借鑒的經驗。

　　1引言

　　當今世界各國共同面臨著與能源有關的難題，石化能源具有不可再生，儲量有限，且燃燒后釋放出大量的CO₂、N_x及其它有害氣體的缺點，對環境造成了嚴重污染，并引發了一系列生態問題，如溫室效應、生物物種多樣性降低、荒漠化等。近幾年我國經濟持續、高速的發展，對能源需求越來越大，同時環境保護壓力也日益增加，這已然成為可再生能源開發的直接動力。生物質能源的開發可以彌補我們資源在未來嚴重不足以及煤炭等資源帶來嚴重的環境污染問題，也將是保證我國經濟未來健康可持續發展的同時保持在生態環境方面平衡、和諧發展的關鍵，是助推生態文明的現實路徑之一。

　　然而目前針對生物質能源的系統研究還較少，尤其專門針對生物質能源綜合效益方面分析的研究就更加稀缺，這與現實生活中迫切需要開發研究可再生清潔能源的意愿相脫節。本文將國內外學者對生物質能源綜合效益研究進行綜述，通過相關內容的述評，對生物質能源的研究歷程及研究進展情況進行梳理與分析，為生物質能源的未來發展提供更多理論依據。

　　2生物質能源綜合效益相關研究

　　2.1生物質能源經濟效益相關研究

　　從國外研究來看，很多學者對發展生物質能源帶來的經濟效益產生共識：生物質能源來源廣、量大，并且有效熱價低、成本低，經濟性比石化燃料好，可完全替代應用于一般工農業上的石化燃料（Lasi C D，2008）。生物質能技術相比傳統能源具有優勢，生物質能轉化的單位成本是傳統能源轉化的15.87％（Ravindranath.N.H，2009；Norman等，2009）。Sims（2010）對于如何成功發展生物質能源產業問題提出了多個有效途徑的建議，例如生物質能源產業發展初期的高成本可以通過開發利用過程中的附加效益來降低，并進一步提升產品競爭力。DedefP.和van Vuuren（2009）在研究中發現：在一特定時間段內，生物質能源的生產量與生產成本之間存在著最優比，通過對不同時期進行比較，可以發現其生產成本是隨著時間而逐年降低的。

　　國內學者劉葉志（2009）從基于能源替代溫室氣體減排的視角，計算了每口沼氣池在能源溫室氣體減排方面的環境經濟年效益，一個普通沼氣池一年產出沼氣折算化石能源價值分別為：替代電力915.74元，替代液化氣763.64元，替代煤炭710元，替代薪柴210元，其中可以看出替代電力的效益最高。生物質能源作物種植的發展能改善地區生態環境。以燃料乙醇為例，安徽豐原集團作為國家新型能源試點示范工程，年產32萬t燃料酒精項目。豐原集團不僅用玉米生產出了燃料乙醇，而且生產乙烯及環氧乙烷等衍生品，并獲得巨大利潤。2010年，該集團生產的環氧乙烷6000元／t，利潤高達40％（馮偉，2011；何瀟等，2011）。以秸稈氣化集中供氣為例，每1kg秸稈可產生燃氣2m³，熱值為1100~1300千卡。一個四口之家農戶的炊事用能每天只需要4~6m³，折合秸稈2~3kg，折合標煤1.46kg左右。從目前來看，如果農民在炊事用能上都使用秸稈燃氣。每戶每年均能剩余8~12t秸稈，按60元／t計算，每個農戶每年可多收入480~720元（王榮興等，2007）。

　　2.2生物質能源環境效益相關研究

　　2.2.1環境正效益相關研究

　　Gerin.P.A（2008）對比利時南部及其周邊地區部分農業生態系統中玉米和牧草厭氧發酵生產沼氣及CO₂排放研究中計算出了凈能量收益率，并根據不同的農業選項考慮，轉換為電能后，可以顯著減少CO₂排放。Robert和David（2009）等人研究表明：糧食、能源以及所處環境會受到生物質燃料開發利用產生了一定的影響，他們認為大力發展生物質燃料、開發多種生物質原料應該在新的核算規則和國家政策扶持環境下進行，同時應在以不對糧食安全造成影響基礎上才能鼓勵發展利用。因為生物質能本身具有環境友好性和可再生能力，在CO₂、N_x、SO₂等溫室氣體及環境污染氣體排放方面也能得到有效遏制，具備代替短缺的化石能源、減少農林廢棄物和環境公害等特點，維持了農業糧食、能源和環境的生態平衡，生物質能源具有明顯的環境效益而備受各個國家關注（Wahlund B，2004）。Asep（2009）研究了在印度尼西亞鄉村是否適合利用林業廢棄物生產的生物燃料代替化石能源來發電或者提供交通燃料，并探討了生物甲醇的發電和碳減排潛力。結果表明，利用生物燃料的發電量可占到現在印度尼西亞全國用電量的一半，同時可減少全國9％~38％的碳排放。

　　國內學者孫志強等（2009）利用生物質能源植物柳樹與燃煤摻燒發電所產生環境效益的研究表明：發電系統的產能效率在摻燒10％的生物質能源植物的情況下提高了8.9％，CO₂的減少量達到7％～10％，同時也減少了SO₂和NO_x的排放。以25MW的生物質燃料發電廠為例，年可處理農林廢棄物20萬t；與同類型火電機組相比，年可替代標準煤9萬t，減少CO₂排放約10萬t。鄭艷琳（2011）、胡理樂等（2012）的研究顯示：我國每年產生的農作物秸稈是7億t，畜禽糞便近3o億t，農村垃圾3.6億t，這些都是開發生物質能源的巨大潛力所在。例如，近些年我國農村大力發展沼氣，把畜禽糞便以及生活垃圾經過處理，轉化成生產生活用能。到2007年底，農村沼氣用戶已經達到2650萬戶，年產沼氣102億m³，相當于1600萬t標準煤，等同于減排4400多萬tCO₂（胡理樂等，2012）。由此可見，發展生物質能源能夠緩解我國存在的電力供應短缺、環境嚴重污染等問題，生物質能源產業是環境友好產業，具有較好的長期發展潛力。

　　2.2.2環境負效益相關研究

　　國外一些學者（CookJ等，2000；Lal R，2005）認為生物質能源利用對一系列生態環境問題具有重要影響。例如將一年生的農作物用多年生的本地作物替代能夠保護生物多樣性；相反如果用生物質能源作物替代自然覆蓋，那么將削弱生態系統的功能并降低生物多樣性。學者Kim（2008）和Youngquist、Patzek（2010）及Pimentel（2005）分別對作為生物質燃料生產大豆、玉米、葵花籽、木質纖維素和柳枝進行了分析，結果表明所有燃料的能源凈產出均為負值，而且可能對生態環境造成不利的影響。生物能源發展對土地利用變化具有間接影響，現有研究通常將這一點忽略，即能源作物價格的上升，誘使生產者將更多土地轉為種植能源作物以取代森林或草地，這對環境造成了一定的負面影響（Searehinger，2009）。Von Blottnitz H（2007）從環境影響、資源枯竭、全球變暖、臭氧層破壞、酸化、富營養化、人類和生態健康、煙霧的形成等7個角度，研究分析測量了乙醇在燃燒過程中所釋放的凈能量和造成的CO₂等溫室氣體的排放量以及之間的比值關系，包括對自然環境的影響程度，認為在生產和加工過程中生物燃料乙醇的環境效益為負，往往會產生不利環境現象出現，這對未來生物燃料乙醇的生產和使用具有一定的指導意義。

　　生物質能源最初提出是出于環境問題的考慮，但同時需要注意，雖然生物質能源減少了污染物末端產生的CO₂，但在其本身產生物理或化學轉化過程中也會造成大量的溫室氣體產生。而且人們還忽略了生物質能源的開發利用可能會對水資源、土地資源產生一定的影響。近幾年，作為生物質能源原材料糧食作物需求量也在不斷擴大，許多土地被過度耕種、泛濫的使用化肥和農藥，這些行為都會直接或間接的導致地下水受污染、土壤質量明顯變差等環境問題（李碧芳，2010；胡理樂，2012；張碧溶、2013）。從生物質能源生產環節來看，有些加工利用工藝可能會產生不同程度的污染，如原料的預處理與運輸等。生物質能開發利用更重要的影響是在生態環境方面，大面積種植單一的某種能源植物會破壞生態系統內部的生物多樣性，同時可能會對田野鄉間的野生動物、植被的多樣性造成一定的影響。濕地和森林若因為生產生物質能源而被單一植物所替代，將使土地肥沃度不斷降低、養分大量流失，水土流失不斷加劇等（李景明等，2010；汪新民等，2015）。

　　2.3生物質能源社會效益相關研究

　　Norman和Steven在2009年的研究過程中發現，北美地區發展生物質能源尤其是在五大湖區，其附近一帶的生態環境、經濟、能源都受到巨大影響，具體表現在新能源在利用過程中可以減排CO₂等溫室氣體從而對該地區的生態環境帶來一定好處，而且隨著生物質能所需原材料的種植也會給周圍百姓帶來一定收人。研究認為在未來期間當地經濟的可持續發展都將依賴于生物質產業的發展。每年約有1／3的秸稈被直接燃燒，這些農林產品廢棄物若能被充分回收，對農民收入總額、貧窮地區發展都將獲得極大提升，同時減少能源資源的浪費。再者，設備生產企業和能源生產廠將隨著新能源的出現而獲得發展，這將直接增加勞動就業崗位，對農村剩余勞動人口的就業問題將是一個很好的解決方法（Saxena R C等，2009）。

　　法國對生物質能源開發利用非常重視，在多層面都形成了比較完整的管理和保障體系，目標是將生物燃料產量提高3倍，到2020年要實現3個20％目標：即減少溫室氣體排放20％，能源利用率提高20％；可再生能源達到歐洲能源消耗的20％，其中生物質能源在交通燃料中達到10％。到2020年可再生能源消耗量占能源消耗總量比例由2005年10.3％提高到23％（樊喜斌，2012）。Erb K（2011）指出，生物燃料在巴西已經完全實現商業化生產運行，代替了40％的化石燃料，利用乙醇與汽油的混合燃料汽車已經達到80％，生物質能源的規模化生產為巴西創造了60萬個就業機會和數10億美元的社會財富，但有很多國家或地區維系生物質能源的生產離不開政府的經濟支持，同樣，經濟成本也成為影響生物質能源可持續發展潛力的重要因素。

　　王麗佳（2009）提出，農村能源的用能品質，農業生態環境的保護和農村衛生面貌的改善都可以通過沼氣池建設及綜合利用的開展而實現，這樣做不僅能使生態農業系統中能量和物質得到有效的良性循環，而且還加強了農業之間的可持續發展續存能力，沼氣的綜合利用就成為開發利用自然資源合理而有效的重要手段。農村經濟、環境、新能源是未來生物質能源產業發展的三大主題，同時在農村發展生物質能源產業將是改善農民生活質量，緩解能源緊張局面，保障國家能源安全以及減少溫室氣體排放量的有效途徑（石元春，2010；馬昊，2010；何瀟等，2011）。發展生物質能源可實現農民收人總額增收，促進貧窮地區發展，減少能源資源浪費，可解決很多農村剩余勞動人口的就業問題（楊艷華等，2015）。以生物質能源發電項目為例，摻燒生物質的電廠將帶來很好的經濟效益；同時收購秸稈等原材料將很大程度上減輕城鄉生活垃圾和廢棄物堆放壓力，對農民額外收入，減少SO₂的排放，降低企業發電成本方面具有正面影響，也降低了因露天焚燒帶來的火災隱患和環境污染（高志宏等，2015）。

　　億利集團在沙漠生態修復過程中，注重產業鏈延伸和價值鏈拓展，刈割沙柳為動力的生物質能源產業已為公司的支柱業務之一。億利生態修復和綠色能源生態產業每年可安排當地農牧民近1萬人次，累計創造了100萬人次的綠色就業崗位，組建了220個“生態建設民工聯隊”。當地農牧民人均年純收入由原來的2000元提高到2013年的30000元。

　　3生物質能源計量評價方法相關研究

　　國外很多學者（s.wenisch等，2004；Sabrina Spatat等，2005）運用生命周期評估模型方法對生物質能源的綜合效益進行分析。研究指出：由于生物質燃料在目前市場環境下需求量正以一定比例增加，農業生產需求已慢慢開始從糧食作物向能源植物轉移，以滿足其原材料儲備，由此也帶來許多的機遇，同時也存在一定的挑戰。

　　Von Blotmitz H（2007），Rubo Leng（2008）分別對生物燃料乙醇的生命周期進行了研究，同時分析和評價了能量消耗以及能量效率，對環境的影響和各單位過程中的能源消耗進行量化和對一些潛在影響因素進行評估。指出生物燃料乙醇在生產和加工過程中環境效益為負，往往會有不利現象出現，對未來生物燃料乙醇的生產和使用具有一定指導意義。Jason（2009）利用生命周期法對生物質燃料所產生的環境成本與收益進行了研究，以糧食和木質纖維素為生產生物質能源原料研究結果表明：要想真正通過發展生物質能源以滿足社會對能源的需求，從而實現其明顯的環境效益，不僅要有充足的能源植物供給，還得建立于人們對糧食需求處于滿足的狀態下。

　　Franco Kose（2008）運用Lp模型對生物質能供應鏈進行了研究，指出在經濟和環境方面生物質能源具有潛在優勢，它能夠作為生活的主要能源而被人類運用。C.Tricase等（2009）基于技術經濟評價方法對意大利沼氣的發展現狀進行了評價，研究結果表明：沼氣能夠對社會經濟環境帶來積極改變，具有很好的發展前景。Gohin（2007）運用一般均衡模型進行了評估研究，結果發現，在歐洲生物質能源政策的全面實施下，可以有效地解決歐盟能源安全和氣候變化的問題，同時對提供生物質能原料的農業部門也提供了支持。

　　國內很多學者也采用生命周期評估法對生物質能源的綜合效益展開研究。如，Cheng Zhang等（2007）對廣西的木薯燃料乙醇就其經濟性和環境效益運用生命周期理論進行了評價。認為這種可再生能源將有助于減輕貧困，提高土地利用率，有利于城市環境建設，實現能源獨立，具有明顯的經濟優勢。Suiran Yu等（2009）采用生命周期方法從投資風險、經濟可行性、環境排放和能量效率做出評價和估算。高文永（2010）指出，在利用生物質能的過程中，各個階段均可能產生環境污染，應引入全面環境效應評價。趙蘭、冷云偉等（2010）以大型稻稈沼氣集中供氣工程為研究對象，運用生命周期評價方法，對該工程的環境影響、能源流動和經濟性進行了定量評價。結果表明稻稈沼氣集中供氣工程的經濟效益和環境效益非常巨大。

　　張兵等（2012）運用成本一收益分析、貨幣價值折算及CDM項目分析等方法，對江蘇省生物質能源利用現狀進行了重點研究。研究表明：與燃煤發電相比，利用秸稈發電1KW·h可節約438.54g原煤，減少669.73g CO₂的排放，時減少7.79g SO₂，6.78g NO_x等污染氣體的排放，還可以減少13.35g煙塵、44.95g粉煤灰、40.04g爐渣等固體廢棄物的排放和279g的廢水排放。由此可見，相對于用煤炭燃燒發電，改用秸稈替代發電過程中不僅節省了原煤利用，還減少了污染氣體大量的排放，生物質能源產業要實現其資源環境價值，CDM項目不失為一種有效途徑。張嘉強等（2010）運用影子價格法，計算測量了某地區一個正常使用的沼氣池年產生經濟效益以及用等價價值法估算出其產生的生態環境效益價值，并用模糊層次分析法進行了評價。

　　4對生物質能源綜合效益相關研究的評述

　　通過對國內外學者關于生物質能源綜合效益的相關文獻進行梳理分析，從生物質能源綜合效益方面的研究來看，國外學者研究層次比較深入且較全面，其注意力更多的放在發展生物質能源對土地、糧食、經濟、能源、環境等所產生的影響，并對其在環境影響中具有一定優勢等特點進行了評價。

　　國內學者對生物質能帶來的綜合效益也進行相應的研究，尤其是在沼氣生物質能源研究發展方面還是比較成熟的，但對于生物質資源其它利用技術、經濟效益的研究還較少。相對于國外，我國生物質能源發展還略顯欠缺，尤其在我國農村，生物質多數為傳統利用和直接燃燒，效率低下，居民對生物質能源利用意識還相對薄弱。總體來說，國內外大部分學者認為生物質能源具有明顯的綜合效益，屬于清潔能源，減少CO₂、SO₂等氣體排放，降低溫室效益，緩解環境壓力，有利于生態環境發展；同時拉動許多產業發展，促進就業，提高農民收入。但是僅從傳統的經濟效益去對生物質能源產業進行評價是遠遠不夠的，需從產業發展帶來的社會效益和環境效益等加以綜合評價才更具有權威性。若想大力發展生物質能源，下一步所需要研究解決的是如何用新思路、新體系、新政策實現生物質能源規模化生產，同時帶動經濟增長，以期長期實現生態效益、經濟效益、社會效益三效合一。

　　從定性研究方面來看，無論國內或國外，對于將環境成本納人生物質能源成本研究的提議不多，少有深入挖掘生物質能源內部各子系統之間關系的研究成果。從定量研究方面來看，這方面的研究相對還比較局限，研究方法上沒有明顯的突破，全生命周期法對生物質能源的綜合效益評價采用的比較廣泛，其它的還有統計學中的層次分析法、隨即模擬法、成本收益法等主要研究方法。而系統動力學方法特別適用于處理類似發展生物質能源這樣自然界生態平衡和循環經濟于一體的長期性和周期性的問題。系統動力學通過確定和量化生物質能源的綜合效益及使用成本，同時可以分析排放的影響因素。但目前利用系統動力學來研究生物質能源綜合效益的學者還相對較少。所以未來在生物質能源效益預測及評估領域上將會有新的突破點及想象空間。