生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究動態(tài)與展望

余智涵，蘇世偉

（南京林業(yè)大學 經(jīng)濟管理學院，南京 210037）

1 引言

人類幾千年的文明進步，在推動社會經(jīng)濟繁榮的同時，也付出了環(huán)境嚴重污染、自然災害頻發(fā)、全球氣候變暖的慘重代價[1]。特別是自工業(yè)革命以來，人類創(chuàng)造的物質(zhì)財富在超過以往歷史總和的同時，也加速了地球資源的消耗[2]。40年來改革開放的重要成就使得中國已經(jīng)成為世界第二大經(jīng)濟體，但伴隨發(fā)展帶來的環(huán)境與生態(tài)破壞、資源與能源短缺等問題則制約了中國整體經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，當前中國能源需求的急劇增長對世界能源供應格局的沖擊，加劇了能源安全和國家安全問題。在全球化石燃料面臨枯竭和大氣污染日漸嚴重的雙重背景下，基于傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)的中國經(jīng)濟增長與生態(tài)環(huán)境破壞之間的矛盾日益突出，以環(huán)保和可再生為特質(zhì)的新能源取代了資源有限、污染突出的化石能源，加快以生物質(zhì)能源為代表的新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，成為中國經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)下經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的必然戰(zhàn)略選擇。

世界能源格局中，目前可再生能源在一次能源供應中所占比重仍然較低，未來可再生能源的大規(guī)模應用還面臨技術(shù)不夠成熟、成本相對較高、貿(mào)易壁壘增加等諸多挑戰(zhàn)。用短期的成本收益來衡量，美國的“頁巖氣革命”似乎有遲滯可再生能源發(fā)展的勢頭[3]。但事實上，生物質(zhì)能源作為全球排名第四位的能源，是唯一可以作為化學品或石油替代品的能源[4]。從長期來看，推動生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其收益遠不僅是應對氣候變化和保障能源安全，而且有望引發(fā)新的技術(shù)革命，推動全社會技術(shù)—經(jīng)濟范式的轉(zhuǎn)換，成為我國未來經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動，關(guān)系中國在未來能源戰(zhàn)略調(diào)整中的創(chuàng)新能力和綜合能源安全戰(zhàn)略地位。

從世界范圍來看，2010年世界生物質(zhì)能源產(chǎn)量約占人類總能源生產(chǎn)量的10%，且將來這個比例會越來越大[5]。根據(jù)《全國林業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》，巴西乙醇燃料已占該國汽油燃料消費量的50%以上；瑞典生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)年發(fā)電量約1 000億kw，占全國能源消費量的16.5%，占供熱能源消費總量的68.5%；丹麥的生物質(zhì)直燃發(fā)電年消耗農(nóng)林廢棄物約150萬t，提供全國5%的電力供應。美國從1999開始帶動世界生物質(zhì)能源的發(fā)展，計劃在2035年生物質(zhì)能源替代其石油使用量的30%。中國連續(xù)在國家五年計劃中將生物質(zhì)能源利用技術(shù)的研究與應用列為重點科技攻關(guān)項目，國家發(fā)改委在《國家應對氣候變化規(guī)劃（2014—2020年）》中特別指出發(fā)展生物質(zhì)能源，2020年實現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電裝機容量達到3 000萬kw。2014年11月，中美兩國簽訂了《中美氣候變化聯(lián)合聲明》，中國CO2排放在2030年左右達到峰值，到2030年非化石能源占一次能源消費比重將提高到20%左右，新能源戰(zhàn)略已成為中國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的必然選擇。

2 生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展國內(nèi)外文獻梳理

2.1 生物質(zhì)資源供應水平與替代潛力研究

中國生物質(zhì)資源分布廣泛，主要包括農(nóng)作物秸稈及農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林木采伐及森林撫育剩余物、木材加工剩余物、畜禽養(yǎng)殖剩余物、城市生活垃圾和生活污水、工業(yè)有機廢棄物和高濃度有機廢水等，可作為能源的總量水平約3億t標準煤[6]。我國生物質(zhì)能源的經(jīng)濟可采資源量在可再生能源比重中是最多的，這是我國發(fā)展生物質(zhì)能源的重要優(yōu)勢和基礎，而且主要分布在中國南部和東部等能源需求最大的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，不需要大規(guī)模的能源傳輸轉(zhuǎn)移[7]。學者們對中國生物質(zhì)能總量水平、能源空間格局及替代潛力進行了研究。就中國農(nóng)田廢棄物、森林廢棄物、工廠固體廢棄物等數(shù)量來看，中國農(nóng)田秸稈等大約有9.39×108t，其中51.9%被浪費，生物質(zhì)資源的供應水平和能源轉(zhuǎn)化基礎良好[8]。1993—2013年這20年間，中國林木生物質(zhì)能源資源潛力增長了34.62%，生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為能源及其替代潛力巨大[9]。隨著中國經(jīng)濟社會發(fā)展、生態(tài)文明建設的推進，生物質(zhì)能源利用潛力將進一步增大。

發(fā)達國家新能源替代的前期研究具有重要借鑒價值。Thr?n等人（2010）運用情景分析方式，分析了2010年、2015年、2020年和2050年的全球生物質(zhì)能源作物的潛力變化情況[10]。Welfle等人(2014)運用生物質(zhì)資源模型，考慮了氣候變化、糧食安全、土地利用和其他因素，對英國主要的生物質(zhì)資源供應鏈進行了分析，結(jié)果表明，到2050年，在沒有進口的情況下，國內(nèi)的生物質(zhì)資源能夠滿足英國能源需求的44%；同時，到2050年，英國生物質(zhì)資源潛力大小依次是能源作物、城市固體垃圾和農(nóng)業(yè)剩余物[11]。

2.2 生物質(zhì)能源的減排貢獻及能效特征研究

同化石能源相比，生物質(zhì)能源作為可再生、污染小的能源，具有顯著優(yōu)勢[12]。發(fā)展可再生能源為基礎的能源結(jié)構(gòu)，可以為實現(xiàn)全球溫升不超過2℃而努力，為全球氣候變化作出貢獻。對2010年中國各省（市、區(qū)）農(nóng)村生物質(zhì)能源利用的CO2排放量進行的估算表明，秸稈和薪柴的利用對CO2減排有重要貢獻；在空間分布特征上，生物質(zhì)能源利用的CO2排放量呈現(xiàn)出中西高、東南偏低的分布特征[13]。另外，利用秸稈、稻殼等農(nóng)林廢棄物、蔗渣和城市生活垃圾等生物質(zhì)發(fā)電都是清潔發(fā)展機制（CDM）的潛在項目，2010年生物質(zhì)發(fā)電項目的實施使中國的碳排放減少了500萬t，預計2020年此類項目的碳減排潛力約為2 000萬t[14]。

發(fā)達國家生物質(zhì)能源利用及其環(huán)境貢獻的研究具有積極評價。就生物質(zhì)能源在可再生能源系統(tǒng)中的重要性而言，生物質(zhì)能源可以滿足荷蘭艾克菲斯能源方案的需求，且是可持續(xù)的，溫室氣體排放量小，能為2050年全球?qū)崿F(xiàn)95%可再生能源的能源結(jié)構(gòu)做出貢獻，與化石燃料相比，可以減少75%～85%的溫室氣體的排放[15]。在生物質(zhì)能源中，農(nóng)林生物質(zhì)能源在固碳和生產(chǎn)生物質(zhì)燃料方面具有很大的潛力。針對挪威的研究表明，木材剩余物用來替代化石燃料對減緩氣候變化雖然在短期沒有明顯的效果，但是中長期效果顯著[16]。對林木生物質(zhì)能源和化石燃料的比較研究表明，林木生物質(zhì)能源具有很好的環(huán)境效益，林木生物質(zhì)替代煤炭對氣候變化的效益最大[17]。據(jù)此，生物質(zhì)能源在國內(nèi)外的減排貢獻和能效水平值得重視。

2.3 生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)化進程及約束條件研究

為應對日益突出的能源危機和氣候變化，世界各國高度重視生物質(zhì)能的開發(fā)與利用，提出了明確的發(fā)展目標，產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸擴大。中國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)于20世紀70年代起步，通過政府提供補貼等激勵政策，部分實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用。但不同技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀并不平衡，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)、秸稈生物氣化技術(shù)等一批生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)正處于試點示范階段，或剛進入商業(yè)化早期發(fā)展階段[18]。我國生物質(zhì)原料分布在廣闊的農(nóng)地和林地上，而生物質(zhì)能源密度小、原料體積大，原料運輸半徑控制在100 km較為合適，這就決定了生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化要構(gòu)建分布式能源體系[19]。

生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化是一項龐大而復雜的系統(tǒng)工程，牽涉各個產(chǎn)業(yè)鏈條的諸多環(huán)節(jié)，目前生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化的約束條件較為顯著。中國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于起步階段，面臨認識不足、重視不夠，原料供應短缺，技術(shù)創(chuàng)新能力較弱，配套政策不健全，資金缺口較大、市場體系建設不完善等困難。今后生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，在大規(guī)模生物燃料原料種植生產(chǎn)前，決策者應制訂具有科學依據(jù)的標準，要因地制宜，充分考慮生態(tài)平衡、物種多樣性和樹種多樣化，做到不破壞森林，不破壞生態(tài)環(huán)境，不與農(nóng)爭地，不與民爭糧，合理利用，持續(xù)發(fā)展[20]。

3 生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的文獻述評

新能源戰(zhàn)略是我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的迫切訴求，新能源戰(zhàn)略中可再生能源的應用及推廣，是國際公認緩解能源危機的有效途徑和最佳替代方式。綜合現(xiàn)有文獻，還存在以下問題值得進一步研究：

3.1 生物質(zhì)能源與氣候問題的關(guān)聯(lián)解決方案，促使生物質(zhì)能源及其減排貢獻應進入國家層面的能源替代潛力名單

國內(nèi)對生物質(zhì)資源的需求研究，缺乏量化指標和模型；而生物質(zhì)資源的供應研究也只是理論上的資源量和可利用資源的估算，是一種定性的量化分析。需要從制訂新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃出發(fā)，科學估算中國生物質(zhì)資源總量，并基于中國生物質(zhì)能源的地理分布和土地類型，對中國生物質(zhì)資源總量及其供需匹配狀況進行預測分析，進而形成全國的生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)減排潛力和氣候貢獻。

3.2 生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展應促進能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從減排貢獻、投入產(chǎn)出和社會效應的角度，去探討生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的動力機制和管理體制的模式創(chuàng)新

現(xiàn)有文獻對發(fā)展生物質(zhì)能源的意義、作用、規(guī)模和規(guī)劃制訂、政策建議等研究多于實踐操作，生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)化及市場化發(fā)展遠遠滯后于能源戰(zhàn)略的政策研究，生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化進程缺乏產(chǎn)業(yè)鏈合作共生的形成機理和動力機制的系統(tǒng)性及可操作性的研究。

4 生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展可能的重點研究領域

4.1 基于稟賦條件的生物質(zhì)資源總量及供需匹配的估算研究

生物質(zhì)能源是依賴于土地的可再生能源，必須按照地理分布和土地類型等稟賦水平，綜合考慮經(jīng)濟發(fā)展、氣候變化、土地利用、能源安全以及政策規(guī)制等因素，對中國生物質(zhì)資源總量及其供需匹配狀況進行預測分析，估算未來可再生能源的問題和階段的需求。

4.2 生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化理論內(nèi)涵與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)再造

基于對國內(nèi)外生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢的判斷，認真考量生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的條件、特征、時空布局和演進規(guī)律，深入剖析生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境治理和生態(tài)保護的關(guān)系，構(gòu)建符合一體化運行工作機理的生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)體系。

4.3 生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化內(nèi)生動力機制和外生動力機制創(chuàng)新模式研究

結(jié)合林油、林熱、林電等生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的典型案例，基于不同地區(qū)的林業(yè)生物質(zhì)資源稟賦狀況和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎，從減排貢獻、投入產(chǎn)出和社會效益等多維視角，對林油、林熱、林電等生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)模式的效率和效益進行比較鑒別，科學地選擇產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新主體，研究各產(chǎn)業(yè)模式中主要產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)合作共生的工作機理和動力機制。

4.4 生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化互惠型利益分配機制研究

從原料的采集貯運、生產(chǎn)技術(shù)革新、產(chǎn)業(yè)政策配套等諸多方面，綜合分析中央政府和地方政府、企業(yè)、農(nóng)戶等相關(guān)主體在生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化進程中的利益博弈，分析影響利益分配的顯性和隱性因素，研究企業(yè)與農(nóng)戶雙方利益分配合作共贏的分配機制。

4.5 生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化保障體系及實施路徑研究

基于生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的合理布局，建設適合國情、區(qū)情的多層次、網(wǎng)絡化、物流合理循環(huán)的生物質(zhì)能源體系。從政府規(guī)制和市場機制運行體、財稅和補貼政策激勵、綠色能源示范點建設等方面，研究生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化的制度保障體系及實現(xiàn)路徑。