農業能源利用評審分析范文

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作者：周镕基皮修平單位：衡陽師范學院經濟系湖南衡陽湖南農業大學經濟學院長沙

全球性的能源短缺是當代面臨的一個非常突出的問題。生物質能源是較理想的能源來源，而生物能源之本是農業，開發與利用農業能源是人類未來能源發展的重要方向[1-2]。生物質能具有資源豐富、可再生性和環境友好而逐漸成為一種重要的新興能源[3]，是發展低碳經濟的重要途徑。它本質上是太陽能一種形式，以化學能源的形式貯存在生物中，其蘊藏量極大，遍布全世界各個地方[4]。據估計，地球上每年植物光合作用固定的碳達2×1011t，含能量達3×1021J，相當于全世界年耗能量的10倍[5]。近年來，中國學者從多個角度對中國生物質能源展開了許多有益的研究，大體可分4類：一是以劉剛等[6]為代表對中國生物質能源進行全面的定量評價；二是以丁文斌等[7]為代表對單項生物質能的產量潛力進行估算；三是以吳方衛等[8]為代表對中國生物燃料乙醇產業的發展與能源的關系進行了研究，四是以曹歷娟[9]為代表對中國發展生物質能源發展與糧食安全的關系進行了研究。這些研究大多集中在生物質能的產量和潛力及其與能源和糧食的安全上，著重運用不同的方法對生物質能進行了實證分析。這些研究深化了對生物質能源的認識，但目前的這些研究很少從價值量的角度進行，對湖南生物質能源進行物質量與價值量進行評估更是沒有。湖南是一個農業大省，目前農業生物質能資源開發不夠，對其可開發潛力及其價值進行評估是其科學開發、利用的基礎。因此將著重以這些問題為立足點進行一些深入的探討。目前生物質能還不是商品能源，生物質能的相關數據在中國能源平衡表和其他傳統統計口徑中是沒有的，因此對其進行價值評估亦是一個難點。對湖南農業的能源價值進行評估，有助于增強人們對生物質能源的重視，對于制定正確的能源多元化發展戰略與生物質能源發展路徑，尋求經濟與社會、資源與環境的可持續發展，具有重要的理論意義和深遠的實踐意義。

1各種生物質資源實物蘊藏量的估算

農業生物質資源種類繁多，主要包括秸稈、畜禽糞便、林木生物質能等3大類和若干具體指標[10]。由于不同生物質能源的評價指標不同，同時在評估時還必須考慮數據的可獲得性和評價資源的可計量性[11]，從而給本研究增加了難度。所計算的實物蘊藏量是湖南生物質能主要資源的全部理論實物產量的總和，可能用于能源的量是理論條件下可以獲得并轉化為有用能的生物質能源資源數量。

1.1秸稈和農業加工剩余物

秸稈，通常指農作物籽收獲后的植株，是農村最主要的農作物副產品[12]。農作物秸稈主要包括糧、棉、油料、麻類和糖料等5大類作物。農作物秸稈資源實物量計算見公式(1)：式中，CR為秸稈資源實物量，Qci為第i類農作物的產量，ri為第i類農作物的谷草比系數(RPR)，也有學者稱之為“經濟系數”或“產量系數”。秸稈資源估算的關鍵是農作物谷草比系數(RPR)的確定，它是可以通過田間試驗和觀測得到的經驗常數，不同地區、不同品種的農作物可能略有差異，但大致相同[13]。不同的研究者在估算秸稈資源時，所采用農作物谷草比系數的有所不同。綜合已有研究的RPR選擇方法，選取的RPR系數如下：水稻、玉米、小麥、高粱、其他谷物、豆類、花生果、薯類、油菜、芝麻、向日葵、棉花、麻類、甘蔗的ri值分別為：1，2，1.1，2，1.6，1.7，1.5，1，3，2，2，3，1.7，0.1。根據上述不同農作物谷草比系數，利用公式(2)：根據湖南2010年統計年鑒及計算得到相應數據，其中高粱與向日葵數據用湖南2009年統計年鑒的數據替代，由于數值與所占比重小，再加上年度變化相對不大，因此對結果幾乎沒有影響。經計算可得出各種不同農作物秸稈資源實物量的值CR為3680.2萬t。

1.2畜禽糞便

畜禽糞便也是一種重要的生物質資源。畜禽糞便經干燥可直接燃燒供應熱能，經厭氧處理還可產生甲烷和肥料。畜禽糞便的日排放系數與生命期總排泄量與動物種類、品種、性別、生長期、飼料、天氣狀況等有關[14]。根據各類畜禽每日糞便產生量和畜禽的飼養周期可以估算畜禽糞便排放量見公式(3)：D為畜糞實物量，Qdi為第i類畜禽的數目，di為第i類畜禽每天糞便的產量，mi為第i類畜禽的飼養周期，Mi為第i類畜禽在整個飼養周期內糞便排放總量。值得指出的是，從統計年鑒中收集到的畜禽養殖頭數一般包括出欄和存欄兩部分，且各類畜禽生長期不一樣，因此，年排糞便總量=出欄量×日排放系數×飼養周期+存欄量×日排放系數×飼養周期。存欄頭數的飼養期按全年365天計算，出欄頭數的飼養期參考國外資料和實際調查[15-16]，確定如下：生豬一般為180天；肉牛平均飼養期為160天，肉兔與肉禽平均飼養期大致相同，為140天，肉雞飼養周期平均為45天，蛋雞365天。不同類型單位畜禽飼養期內的排泄量Mi、畜禽的數目Qdi、畜糞實物量D，根據湖南省2010年統計年鑒的數據計算得出D為12271.80萬t。

1.3林木生物質能

通常的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[17]。林木質生物資源量的估算可通過分類計算各種林木生物質資源來計算，也可以用不同林種的面積、可取薪柴系數以及單位面積產柴量等指標計算得到。基于這2種方法計算了薪炭林、林業生產采伐剩余物、森工加工剩余物和林木撫育間伐量等4種主要類型的林木質資源，見公式(4)：式中，FR表示林木生物質資源實物量，Qfi為第i種林木資源量，ri為相應的折算系數。薪柴和林木生物質能的相關參數是據各大林區采伐數據和樣地試驗數據得到。

1.3.1薪炭林（能源林）的生物質資源量薪炭林是中國五大林種之一，林木生物質能源主要來源就是薪炭林。湖南省的薪炭林經過多年的造林和經營，造林面積已從2000年的新增0.01萬hm2至2009年的0.11萬hm2，薪炭林蓄積量約260萬m3，薪炭林每立方米折重1.17t/m3，因此薪炭林資源量約為260萬t。

1.3.2林業生產和更新剩余物資源狀況林業生產過程中與森林更新之中產生的剩余物主要有：（1）采伐剩余物。根據各樣地數據與大林區采伐數據，采伐剩余物（枝+葉+梢頭）約占林木生物量40%。湖南省林木資源3.66億m3，每立方米折重1.17t/m3，年采伐率按5%算，因此采伐剩余物的資源量約為0.214億t。（2）木材加工剩余物。2009年湖南全省木材產品產量875.44萬m3，其中原木產量815.59萬m3。木材加工剩余物資源量為原木的34.4%，其中，鋸末占29%，板條、刨花和板皮等占全部剩余物的71%。因此，木材加工剩余物為301.15萬m3，每立方米折重0.9t/m3，因此加工剩余物的資源量為271.04萬t。（3）林木撫育間伐量。根據國家林業局的相關技術規定，幼林撫育是林業撫育的一個重要環節，中幼林在其生長過程中間伐2~4次。2009湖南中幼林撫育改造出材量31.26萬m3，折單位體積重0.9t/m3，因此林木撫育間伐量資源量為28.13萬t。

1.3.3灌木生物質資源量由無明顯主干、分枝從近地面處開始、群落高度在3m以下、且不能改造為喬木的多年生木本植物群落占優勢的植被類型。灌木林分布集中、熱值高，是目前利用林木生物質修枝平茬剩余物量較大的資源之一。根據湖南主要灌木單位面積生物量及其樹種面積計算，湖南灌木林平茬復壯總生物量0.23億t。

1.3.4經濟林和竹林生物量湖南的經濟林面積約為242.09多萬hm2，資源量為5.7375×107t[18]，即0.05738億t。在全國的森林資源清查統計中，經濟林包括油料林、果樹林、特種經濟林和其他經濟林四大類，其中2008年湖南油茶林面積118.53萬hm2，年產茶油12萬t，面積和產量均居全國第1位（數據源于湖南林業信息網）。湖南毛竹林的面積84.04萬hm2，占有林地面積的8.62%，毛竹總株數16.16億株（數據源于湖南林業信息網），毛竹數量約單株重量在22.35~22.62kg/株之間，取22.45kg/株來計算其重量，則竹林資源量為：16.16億株×22.45kg/株=362.79億kg，即0.36279億t。因此，經濟林和竹林資物量為0.420178億t。

2生物質能源可獲得量的計算方法及其評估

2.1計算方法

2.1.1折標生物質能能總量的計算方法以上得到的各類生物質能實物量，要乘以相應的折標準煤系數后，才能估算出不同種類生物質能的折合成標準能源的總量。如秸稈資源潛在能源量ECR，就是在CR計算過程中引入不同類型農作物秸稈的折標系數ηi[19]，其計算公式如下

2.1.2生物質能源可用于能源總量的計算方法折標后的生物質資源量只代表他潛在的蘊藏量，是其最大開發的量。因此在此基礎上還需算出可用于能源的總量，即從實際上說可以用來轉化成能源生產的生物質能資源量。具體算法在上述基礎上再乘以各種生物質能源的可獲得系數λi，并用加上標的方法來區別前面的潛在蘊藏量，秸稈生物質能可用于能源的總量：可獲得系數λ般來說是由該地區這種生物質資源的多種影響因素決定，如秸稈資源的收集半徑，林木資源用于能源的比重大小，畜糞的收集率等。根據中國農村能源行業協會[20]和劉剛的研究和湖南實際，就資源收集潛力來說，畜糞與秸稈的可獲得量可近似的取100%，這其中約50%的秸稈、1/3的畜糞可用于能源利用；中國林木資源可獲得量可以根據當年實際薪炭林面積、實際采伐原木數、實際森工加工產品數和實際撫育出材量來計算，取其可獲得系數為40%，所有林木資源中約1/3用作能源。

2.2折標生物質能總量及可用于能源的總量

2.2.1秸稈和農業加工剩余物的折標能源總量及可用于能源的總量根據前述計算方法，秸稈和農業加工剩余物折標能源總量ECR經計算為：1672.42萬tce，ECR''''為836.21萬tce。其中CR為3676.84萬（t見表1）。

2.2.2畜禽糞便的折標能源總量及可用于能源的總量根據前述計算方法，畜禽糞便折標能源總量ED經計算為：5349.61萬tce，ED''''為1783.20萬tce。其中D為12271.80萬t。如下表2。

2.2.3林木的折標能源總量及可用于能源的總量根據前述計算方法，林木的折標能源總量EFR經計算為：5278.98萬tce，EFR''''為706.87萬tce。其中FR為9245.15萬t。如下表3。從表1~3的不同生物質各種蘊藏量可見，2009年湖南生物質能中可用于能源的總量為3326.28萬tce（噸標準煤），同年湖南能源消費總量13331.04萬t標準煤，約占其總量的24.95%。

2.2.4湖南農業能源價值評估結果農業的能源價值表現在其生物質能上，因此對湖南生物質能可用于能源的總量的價值評估，就可估算出湖南農業的能源價值。具體計算方法如下：湖南農業可用于能源的能源價值=生物質能的可用于能源的總量(105tce)×當年標煤單價。2009年生物質能可用于能源的總量相當于3326.28萬t標準煤，經中國煤炭資源網查得原煤單價（2009年每個季度取3個批次）和相應的原煤熱值，經加權平均處理以后，標煤單價為735.82元。2009年湖南生物質能的實際價值=生物質能的可用于能源的總量(105tce)×當年標煤單價=3326.28(105tce)×735.82元=244.75億元。

3討論與結論

（1）湖南2009年生物質能的年總蘊藏潛量中，以畜禽糞便和林木為主，兩者占86.4%。經估算湖南2009年折標后的生物質能源總蘊藏潛量為12301.01×105tce，其中秸稈和農業加工剩余物、畜禽糞便和林木的蘊藏潛量分別為1672.42tce，占13.6%；5349.61tce，占43.5%；5278.98，占42.9%。

（2）湖南農業的能源價值提升空間巨大。通過前面的計算可得出折標后的生物質能源總量12301.01×105tce，其中在目前的條件下能用于能源的總量僅為3326.28萬tce，隨著未來技術的改進或進步，農業的可用于能源的總量還有很大的發展空間。

（3）當前農村農作物秸稈和林木等資源大多為傳統利用、直接燃燒，效率低下；畜禽糞便亦隨意處置，污染嚴重。本研究試圖從價值學的角度來揭示農業蘊含的巨大價值，可為政府、公司或農戶決策提供動力支持，有很強的理論意義與實踐價值。

（4）以物質量評估方法來評估農業的生物質蘊藏潛量，然后價值量評估方法來衡量其相應的價值，研究思路上具有創新性，但仍有待進一步深化，希望能起拋磚引玉之作用。另外以湖南2009年現存的生物質能為基礎，沒有考慮到能源植物等的發展潛力，這亦是今后探索的方向。