目前，能源短缺已經(jīng)成為世界的關鍵性問題，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，是解決能源問題重要的方案之一。與此同時，生物質(zhì)能源生物量還可以通過提供就業(yè)機會，使農(nóng)村地區(qū)的人口得以保留，促進農(nóng)業(yè)的平衡增長。

根據(jù)《British petroleum（以下簡稱BP）世界能源統(tǒng)計年鑒》（BP，2018），我國的能源結構正在發(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，可再生能源產(chǎn)量增長迅速，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?？稍偕茉凑家淮文茉吹谋戎匾苍絹碓礁撸刂?017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，對其潛力評估進行梳理和分析，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行有效補充，特別是對國家生物質(zhì)能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)政策制定有一定的現(xiàn)實意義。

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生物質(zhì)資源及應用方式

生物質(zhì)是來自生物體的生物材料，通常指植物或植物衍生材料。根據(jù)歐盟委員會對生物質(zhì)的定義，生物質(zhì)資源包括農(nóng)、林及相關產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品、副產(chǎn)品和殘渣，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，主要來源于薪炭林、林業(yè)生產(chǎn)的“三剩物”、灌木林平茬復壯、經(jīng)濟林修剪和林業(yè)經(jīng)營撫育間伐過程產(chǎn)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。

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

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農(nóng)林生物質(zhì)資源潛力的分類和評估方法

2.1農(nóng)林生物質(zhì)資源潛力的分類

現(xiàn)階段研究對生物質(zhì)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(zhì)潛力類型分為理論潛力、技術評估、市場（經(jīng)濟）評估，理論潛力＞技術潛力＞經(jīng)濟（市場）潛力。理論潛力是指基本生物物理極限內(nèi)可被認為是生物能源生產(chǎn)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(xiàn)有的技術以及其他限制因素。經(jīng)濟或市場潛力是受經(jīng)濟標準制約的技術潛力，如生產(chǎn)成本、物流成本、能源價格和利潤率。國外學者對農(nóng)林生物質(zhì)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(zhì)資源的生產(chǎn)潛力，計算發(fā)現(xiàn)理論潛力為71EJ，技術潛力64EJ，經(jīng)濟潛力15EJ，生態(tài)可持續(xù)潛力8EJ。而國內(nèi)學者對農(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）等人通過草谷比系數(shù)估計2009年中國各省農(nóng)作物秸稈理論資源和可獲得資源量；左旭通過玉米草谷比系數(shù)估計2013年中國玉米秸稈產(chǎn)量研究表明，玉米秸稈產(chǎn)量位居全國各類農(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)濟產(chǎn)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(zhì)資源發(fā)電潛力，測得2011中國主要農(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)資源的潛力評估方法

Long和Li等人源類型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。另一種就是RS和GIS技術相結合的方法。Hanninen等人（2018）評估歐盟森林生物質(zhì)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(zhì)資源的理論和技術潛力。第二類是需求驅(qū)動的方法，這類方法主要用于評估森林生物質(zhì)潛力的經(jīng)濟潛力和實施潛力。需求驅(qū)動的方法考慮了其他生產(chǎn)要素價格的發(fā)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(zhì)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(qū)動兩種方法，該方法用于從理論潛力到可持續(xù)實施潛力的各種潛力評估。

03

農(nóng)林生物質(zhì)資源潛力評估實踐

3.1基于地理分布下的農(nóng)林生物質(zhì)資源潛力評估

生物質(zhì)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(zhì)能相關項目和產(chǎn)業(yè)的配置而言至關重要。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限的可能性。這種方法應用主要表現(xiàn)在兩個方面。一是利用遙感和地理信息系統(tǒng)對生物質(zhì)和凈初級生產(chǎn)力進行估算，對生物質(zhì)資源進行評價。二是獲取可用于生物質(zhì)種植的土地面積信息。

國外研究生物質(zhì)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(zhì)資源以及如何調(diào)動這些資源。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（包括波羅的海國家）、中歐、斯洛文尼亞、法國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、山東等地是我國生物質(zhì)能的主要分布區(qū)。我國農(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，我國學者重點開始以國內(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)濟比較薄弱地區(qū)，生物質(zhì)資源有著明顯的優(yōu)勢。郭永奇（2013）通過計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)資源開發(fā)利用分為重點、適度以及不適宜開發(fā)三個區(qū)域。

無論是國外還是國內(nèi)，生物質(zhì)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(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(qū)模型，對北京林業(yè)生物質(zhì)資源收集點和加工地點的選址進行了優(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)化了生物燃料供應鏈的空間決策環(huán)境，增強優(yōu)化結果的可視化和共享。

3.2基于各種情景模擬下的農(nóng)林生物質(zhì)能源潛力評估

對生物質(zhì)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（2019）結合多部門模型TIMES-DK和地理優(yōu)勢模型Balmorel-OptiFlow，對丹麥最豐富生物質(zhì)資源秸稈進行研究，建模解釋了秸稈在未來脫碳能源系統(tǒng)中的價值增加，以及在碳限制的情況下，依靠目前國內(nèi)生物量資源無法實現(xiàn)能源自給自足的目標。Moiseyev等人（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(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)動力不變的情況下對全球森林部門進行預測，研究發(fā)現(xiàn)生物能源需求增長率相對于基本情景翻一番。LotzeCampen等人（2010）將空間土地利用模式與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力相結合，將經(jīng)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。

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評述與展望

4.1農(nóng)林生物質(zhì)潛力評估差異分析及缺陷

一般來說，生物質(zhì)能源潛力的評估結果差異較大。國外學者在對未來生物質(zhì)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(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)，另外在測量生物質(zhì)潛力時，因為轉(zhuǎn)換因子、收益率和一些參數(shù)存在差異，結果也會不同。其次，生物質(zhì)資源存在不同的分類（農(nóng)業(yè)生物質(zhì)、林業(yè)生物質(zhì)、城市廢水等等）和不同的潛力類型（理論、技術、經(jīng)濟、實施、可持續(xù)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(chǎn)生差異。第三，評估生物質(zhì)資源缺乏公認的方法。

對生物質(zhì)潛力評估的研究中，通常是分別對生物質(zhì)資源供給和需求的研究，而幾乎不考慮市場機制的影響?？紤]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(jīng)濟、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，在這些研究的基礎上進一步對政策以及投資規(guī)劃方面的研究也應該值得去關注。

4.2農(nóng)林生物質(zhì)能源技術

生物質(zhì)能源技術主要包括直接燃燒、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。再通過一系列技術轉(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)共燃技術一種具有低風險、低投資、建設周期短等特點生物質(zhì)能源技術。它是在使用燃煤電廠的基礎上，將生物質(zhì)資源與煤混合燃燒。生物質(zhì)共燃技術在歐洲很多國家已經(jīng)開始廣泛使用，但對于世界上大多數(shù)國家來說，生物質(zhì)共燃還是個新的概念，我國生物質(zhì)資源共燃是新的增長點。

4.3農(nóng)林生物質(zhì)能源補貼政策

為了實現(xiàn)生物質(zhì)能的快速發(fā)展，各個國家都采取了一系列的生物質(zhì)能源政策。在國外，發(fā)達國家主要通過實施稅收、財政補貼、農(nóng)業(yè)、能源、激勵政策等來支持生物質(zhì)能源的發(fā)展。英國在2001年制定了能源作物計劃，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。荷蘭為實行生物質(zhì)共燃技術的熱電聯(lián)產(chǎn)廠進行補貼，這種補貼是在批發(fā)電價的基礎上提供固定溢價。在希臘，政府對投資生物質(zhì)能源技術的企業(yè)免稅，并給予占投資份額40%的補貼。我國在2017年組織建設生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)示范項目，建成后優(yōu)先獲得國家生物質(zhì)能源發(fā)電補貼。2018年要求地方針對括燃煤與農(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)電項目，解決資金補貼問題。

現(xiàn)階段，我國生物質(zhì)能源相關政策沒有形成體系。在生物質(zhì)規(guī)劃方面，沒有強制實行的效果，也沒有具體實施的細則。在生物質(zhì)補貼方面，我國主要是對生物質(zhì)原料以及生物質(zhì)發(fā)電進行補貼，而對生物質(zhì)系能源企業(yè)缺乏關注。目前國內(nèi)外大量對于生物質(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)能源技術發(fā)展戰(zhàn)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(fā)生的不確定情況及時做出政策上的調(diào)整。

轉(zhuǎn)載自國際能源網(wǎng)