中国农林生物质发电产业发展区域适宜性分析

马哲等

摘要：根据农林生物质发电项目的环境、经济、能源和社会等综合影响，从资源、需求和发展条件3个方面构建了农林生物质发电产业区域适宜性评价指标体系，利用模糊层次分析法对指标进行重要性排序，并对中国除港澳台以外31个省（市、区）发展农林生物质发电的适宜性进行综合指标值计算和空间分布特征评价，然后利用加权聚类分析法对各省区进行分类，结合综合指标值形成了区域适宜性评价结果。结果表明，农林生物质发电产业区域适宜性评价准则层指标重要性排序为资源>发展条件>需求；农林生物发电产业的规划和布局不能只考虑资源条件，要充分考虑需求和发展条件；我国农林生物质发电根据区域适宜性不同可以分为4类，分别为重点发展区，潜在发展区，普通发展区和不适宜发展区。研究结果有助于我国生物质能产业政策的制定和优化产业布局，促进生物质能产业发展。

关键词：农林生物质发电；区域适宜性；产业布局；模糊层次分析法；加权聚类分析

中图分类号： X24 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0290-05

收稿日期：2013-12-06

作者简介：马哲（1985—），男，河南武陟人，博士研究生，主要从事资源与环境经济学研究。E-mail：zhema@126.com。可再生能源产业的布局和规划是国家开发利用可再生能源的前提[1]，我国生物质发电产业总体上还处于起步阶段[2]，尽管《可再生能源中长期发展规划》和《可再生能源发展“十二五”规划》提出了生物质发电的总体发展目标，但是尚未形成省级及以下政府的产业发展规划体系，不利于产业的优化布局和长远发展[1]，有待于对此问题进行深入研究。产业发展区域适宜性评价是对一个地区资源、环境、经济、社会和技术等因素综合考虑的基础上所形成的是否适合发展某种产业的综合性评价，是进行产业发展布局和规划的依据[3]。

农林生物质能发电是我国生物质产业发展的重要领域，根据《可再生能源“十二五”规划》，农林生物质能发电占生物质能产业发展目标的60%以上，项目的规划和实施过程中涉及到资源、环境、经济、社会和能源等多个方面，不同区域的产业发展适宜性差别很大[4]。《可再生能源中长期发展规划》中提出生物质能的发展要“因地制宜”，规定生物质能发电产业主要在“粮棉主产区”和“重点林区”等资源较为丰富的地区开展，这种以“资源条件”为单一决策因素的规划缺乏科学和系统性。因此，有必要通过建立综合性的评价指标，对我国各省（市、区）的农林生物质区域适宜性进行综合评价，为产业规划和布局提供参考，促进生物质能产业发展，实现改善环境、促进农民增收和能源安全等的综合效益。

1研究方法

农林生物质发电产业的区域适宜性分析涉及到资源、环境、经济、社会和能源等多方面因素，属于多属性决策（multiple attribute decision making，MADM）问题[4]。多属性决策问题有多种分析方法，其中层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）被广泛地应用于能源规划和综合评价等MADM问题的研究[5]。在生物质能源问题的分析上，层次分析法有广泛的应用，包括微观层面的项目评价[4，6-7]以及宏观层面的区域规划和评价[8-9]。

在实践中，人们发现层次分析法在判断矩阵的一致性检验和调整方面较困难，同时判断矩阵的一致性与人类思维的一致性也存在显著差异。因此，相关学者提出了基于模糊一致矩阵的模糊层次分析法（fuzzy analytic hierarchy process，FAHP）[10]。本研究首先采用FAHP计算指标的权重，在此基础上利用简单加权法求得各省（市、区）的综合评价值，并通过ArcGIS软件分析我国各省（市、区）指标值的空间分布，使结果的呈现更加直观；再根据FAHP确定的权重，采用加权聚类分析法对全国各省（市、区）进行分类，并结合综合评价值形成农林生物质发电产业区域适宜性评价。

1.1指标权重的计算

2指标体系设置

本研究中设立4个层次的指标体系，分别是目标层、准则层、子准则层和评价指标层。在准则层和子准则层指标的设置上体现全面性的原则，指标的设置要全面反映影响农林生物质发电适宜性的各个因素；在评价指标层的设置上要能准确表达子准则层的含义，同时又要考虑到数据的可获取性。准则层和子准则层指标的全面性体现在既考虑到企业层面的资源可得性、发展成本和当地能源需求等因素，同时，又要考虑项目可能产生的环境改善、资源节约和农村发展等外部性影响和需求，从而形成一个综合判断指标体系。根据以上原则，在回顾和分析相关文献的基础上[8-9，19-21]，又咨询了农林生物质发电领域的相关专家后，最终形成了表1的递阶层次结构表。表1农林生物质发电产业发展区域适宜性评价递阶层次结构

目标层（A）准则层（B）子准则层（C）评价指标层（D）中国农林生物质发电产业资源（B1）农业生物质资源量（C1）粮食产量（万t）发展区域适宜性林木质资源量（C2）活立木总蓄积量（亿m3）化石能源资源量（C3）煤炭储藏（亿t）需求（B2）供电需求（C4）电力消费年增长率（%）集中供热需求（C5）城市集中供热增长率（%）空气污染改善需求（C6）省会城市空气治理指标——二氧化硫（mg/m3）治理秸秆露天焚烧（C7）剩余秸秆量（t）带动农村地区发展（C8）农村居民消费水平（元）小火电改造需求（C9）“十一五”小火电关停目标（万kW）农村固体废弃物处理的需求（C10）剩余秸秆量（t）发展条件（B3）人力成本（C11）城镇单位就业人员平均工资（元）原料分布密度（C12）人均单位面积资源量[t/（人·km2）]交通条件（C13）单位国土面积3、4级公路里程（km/km2）气候适宜度（C14）缺省当地居民配合性（C15）人均资源量比人均纯收入（t/元）当地农林产业发展水平（C16）农林加工业新增固定资产投资（元）地方政府支持度（C17）政府效率（%）注：实际计算过程中发现“气候适宜度”指标在权重的评价中所占的权重最小，而且气候指标涉及到温度、降水量等因素，以及这些因素的动态变化、空间分布等情况，很难用单一的数值代表，因此在综合评价值的计算中省略不计。endprint

3数据来源

3.1模糊互补判断矩阵

模糊互补判断矩阵由专家采用9级标度法[10]给出，专家来源包括相关学者、新能源投资分析师、生物质电厂运营商和能源咨询分析师等，他们在生物质能发电领域有过多年的研究和实践经验，对该问题有比较深入的了解和认识。

3.2评价指标层数据

评价指标层的数据主要来源于相关统计年鉴包括：《2012—2013国家统计年鉴》《2009年中国电力统计年鉴》和《中国固定资产投资统计年鉴2012》等，其中部分指标（C7、C10和C17）的数据来自于相关学术论文[22-23]。

4结果与分析

4.1组合权重

根据FAHP法求得的组合权重即层次总排序如表2所示。准则层中3个元素的重要性从高到低依次是资源>发展条件>需求，说明资源因素对农林生物质发电项目的开发影响最大，这是项目能够顺利运行的基础。其中，区域化石能源的丰富程度虽然会影响到项目的开发，但还是农业生物质资源量起到决定性作用。在目前的收集模式和技术条件下，农业生物质由于相对便于收集和运输，作为原料来源的农业生物质比林木生物质所起到的作用更加突出。

5结论和建议

本研究利用FAHP法和加权聚类分析法评价了中国除港澳台以外的31个省（市、区）发展农林生物质能发电的适宜性，形成了以下结论。

对农林生物质发电产业的规划和布局要首先进行区域适宜性评价，而该评价过程涉及到资源、环境、经济、社会和能源等诸多因素是一个多属性决策分析过程，要综合的加以考虑。在指标大类上，本研究将各个分析指标整合为资源、需求和发展条件3个评价因素，它们的重要性排序为资源>发展条件>需求，但是资源条件并非是唯一影响因素，比如潜在发展区虽然生物质资源十分丰富，但是由于需求和发展条件较差，使得适宜性并不十分突出。因此，在未来的规划和布局中要在资源调查的基础上，加大对社会、经济和环境综合指标的分析，真正实现“因地制宜”。

目前，在生物质能源项目中，农业生物质资源的重要性要高于林业生物质资源，林业生物质能开发的潜力需要进一步挖掘；发展农林生物质发电的主要需求来自于改善环境质量和控制秸秆露天焚烧，对于项目所产生的能源产品的需求为次要因素；政府的扶持和当地居民的支持对于生物质能源项目的开展具有重要作用，因此，为促进农林生物质发电产业的发展，政府部门需要提高重视，加大支持和宣传工作。

中国除港澳台以外31个省（市、区）根据是否适宜发展农林生物质发电产业可以划分为4类，其中重点发展区是目前最适合发展农林生物质发电产业的地区，国家应该重点扶持；潜在发展区具有较大的发展潜力，虽暂不作为发展重点，但是需要国家在长期规划中予以重视；普通发展区综合条件一般，可以选择在条件较好的县（市、区）重点开发项目；最后，应该严格对不适宜发展区农林生物质发电项目的审批，防止盲目建设，造成资源的浪费。

参考文献：

[1]李艳芳，岳小花. 我国生物质发电行业存在的问题及对策[J]. 中国地质大学学报：社会科学版，2009，9（2）：37-41.

[2]范丽艳，张瑜. 我国生物质发电行业存在的问题及对策[J]. 华北电力大学学报：社会科学版，2010（1）：11-13.

[3]席广亮，甄峰. 绿色产业发展适宜性评价研究——以江苏省为例[J]. 河南科学，2008，26（10）：1276-1280.

[4]Ma J G，Scott N R，DeGloria S D，et al. Siting analysis of farm-based centralized anaerobic digester system for distributed Generation using GIS[J]. Biomass & Bioenergy，2005，28（6）：591-600.

[5]Wang J J，Jing Y Y，Zhang C F，et al. Review on multi-criteria decision analysis aid in sustainable energy decision-making[J]. Renewable and Sustainable Energ Reviews，2009，13（19）：2263-2278.

[6]胡艳英，王述洋.构建生物质发电项目模糊综合评价体系的研究[J]. 农业机械学报，2010，41（9）：90-94.

[7]丁美，籍春蕾，邹碧莹，等. 基于层次分析法的江苏省生物质能开发方案综合评价研究[J]. 中国沼气，2011，29（4）：36-40.

[8]侯刚，李轶冰，席建超，等. 中国秸秆生物质发电区域适宜度分异评价[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（6）：189-196.

[9]van Dael M，van Passel S，Pelkmans L，et al. Determining potential locations for biomass valorization using a macro screening approach[J]. Biomass and Bioenergy，2012，45：175-186.

[10]张吉军. 模糊层次分析法（FAHP）[J]. 模糊系统与数学，2000，14（2）：80-88.

[11]宋光兴，杨德礼. 模糊判断矩阵的一致性检验及一致性改进方法[J]. 系统工程，2003，21（1）：110-116.

[12]张吉军. 模糊互补判断矩阵排序的一种新方法[J]. 运筹与管理，2005，14（2）：59-63.

[13]吉建华. 基于群组决策中一致性指标的专家赋权法研究[J]. 现代商贸工业，2011，23（20）：41-42.

[14]李继军，潘亚. 群体决策和AHP法结合确定指标权重[J]. 基建优化，2006，27（6）：27-29.

[15]杨保安，张科静. 多目标决策分析理论，方法与应用研究[M]. 上海：东华大学出版社，2008：47.

[16]叶宗裕. 关于多指标综合评价中指标正向化和无量纲化方法的选择[J]. 浙江统计，2003（4）：24-25.

[17]桂云苗，朱金福. 一种用信息熵确定聚类权重的方法[J]. 统计与决策，2005，8（16）：29-30.

[18]王强. 基于权系数的区域经济结构聚类分析[J]. 河北建筑科技学院学报：自然科学版，2004，21（2）：101-104，112.

[19]那伟，祝延立，刘鹏，等. 吉林省农村户用沼气建设的适宜性评价分析[J]. 可再生能源，2010，28（5）：134-138.

[20]包风霞，杨改河，冯永忠，等. 陕北黄土高原农村户用沼气区域适宜性评价——以延安市为例[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2008，36（11）：117-122，129.

[21]陈豫，杨改河，冯永忠，等. “三位一体”沼气生态模式区域适宜性评价指标体系[J]. 农业工程学报，2009，25（3）：174-178.

[22]蔡亚庆，仇焕广，徐志刚.中国各区域秸秆资源可能源化利用的潜力分析[J]. 自然资源学报，2011，16（10）：1637-1646.

[23]唐任伍，唐天伟. 2002年中国省级地方政府效率测度[J]. 中国行政管理，2004（6）：64-68.endprint

3数据来源

3.1模糊互补判断矩阵

模糊互补判断矩阵由专家采用9级标度法[10]给出，专家来源包括相关学者、新能源投资分析师、生物质电厂运营商和能源咨询分析师等，他们在生物质能发电领域有过多年的研究和实践经验，对该问题有比较深入的了解和认识。

3.2评价指标层数据

评价指标层的数据主要来源于相关统计年鉴包括：《2012—2013国家统计年鉴》《2009年中国电力统计年鉴》和《中国固定资产投资统计年鉴2012》等，其中部分指标（C7、C10和C17）的数据来自于相关学术论文[22-23]。

4结果与分析

4.1组合权重

根据FAHP法求得的组合权重即层次总排序如表2所示。准则层中3个元素的重要性从高到低依次是资源>发展条件>需求，说明资源因素对农林生物质发电项目的开发影响最大，这是项目能够顺利运行的基础。其中，区域化石能源的丰富程度虽然会影响到项目的开发，但还是农业生物质资源量起到决定性作用。在目前的收集模式和技术条件下，农业生物质由于相对便于收集和运输，作为原料来源的农业生物质比林木生物质所起到的作用更加突出。

5结论和建议

本研究利用FAHP法和加权聚类分析法评价了中国除港澳台以外的31个省（市、区）发展农林生物质能发电的适宜性，形成了以下结论。

对农林生物质发电产业的规划和布局要首先进行区域适宜性评价，而该评价过程涉及到资源、环境、经济、社会和能源等诸多因素是一个多属性决策分析过程，要综合的加以考虑。在指标大类上，本研究将各个分析指标整合为资源、需求和发展条件3个评价因素，它们的重要性排序为资源>发展条件>需求，但是资源条件并非是唯一影响因素，比如潜在发展区虽然生物质资源十分丰富，但是由于需求和发展条件较差，使得适宜性并不十分突出。因此，在未来的规划和布局中要在资源调查的基础上，加大对社会、经济和环境综合指标的分析，真正实现“因地制宜”。

目前，在生物质能源项目中，农业生物质资源的重要性要高于林业生物质资源，林业生物质能开发的潜力需要进一步挖掘；发展农林生物质发电的主要需求来自于改善环境质量和控制秸秆露天焚烧，对于项目所产生的能源产品的需求为次要因素；政府的扶持和当地居民的支持对于生物质能源项目的开展具有重要作用，因此，为促进农林生物质发电产业的发展，政府部门需要提高重视，加大支持和宣传工作。

中国除港澳台以外31个省（市、区）根据是否适宜发展农林生物质发电产业可以划分为4类，其中重点发展区是目前最适合发展农林生物质发电产业的地区，国家应该重点扶持；潜在发展区具有较大的发展潜力，虽暂不作为发展重点，但是需要国家在长期规划中予以重视；普通发展区综合条件一般，可以选择在条件较好的县（市、区）重点开发项目；最后，应该严格对不适宜发展区农林生物质发电项目的审批，防止盲目建设，造成资源的浪费。

参考文献：

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[8]侯刚，李轶冰，席建超，等. 中国秸秆生物质发电区域适宜度分异评价[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（6）：189-196.

[9]van Dael M，van Passel S，Pelkmans L，et al. Determining potential locations for biomass valorization using a macro screening approach[J]. Biomass and Bioenergy，2012，45：175-186.

[10]张吉军. 模糊层次分析法（FAHP）[J]. 模糊系统与数学，2000，14（2）：80-88.

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[12]张吉军. 模糊互补判断矩阵排序的一种新方法[J]. 运筹与管理，2005，14（2）：59-63.

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[14]李继军，潘亚. 群体决策和AHP法结合确定指标权重[J]. 基建优化，2006，27（6）：27-29.

[15]杨保安，张科静. 多目标决策分析理论，方法与应用研究[M]. 上海：东华大学出版社，2008：47.

[16]叶宗裕. 关于多指标综合评价中指标正向化和无量纲化方法的选择[J]. 浙江统计，2003（4）：24-25.

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[18]王强. 基于权系数的区域经济结构聚类分析[J]. 河北建筑科技学院学报：自然科学版，2004，21（2）：101-104，112.

[19]那伟，祝延立，刘鹏，等. 吉林省农村户用沼气建设的适宜性评价分析[J]. 可再生能源，2010，28（5）：134-138.

[20]包风霞，杨改河，冯永忠，等. 陕北黄土高原农村户用沼气区域适宜性评价——以延安市为例[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2008，36（11）：117-122，129.

[21]陈豫，杨改河，冯永忠，等. “三位一体”沼气生态模式区域适宜性评价指标体系[J]. 农业工程学报，2009，25（3）：174-178.

[22]蔡亚庆，仇焕广，徐志刚.中国各区域秸秆资源可能源化利用的潜力分析[J]. 自然资源学报，2011，16（10）：1637-1646.

[23]唐任伍，唐天伟. 2002年中国省级地方政府效率测度[J]. 中国行政管理，2004（6）：64-68.endprint

3数据来源

3.1模糊互补判断矩阵

模糊互补判断矩阵由专家采用9级标度法[10]给出，专家来源包括相关学者、新能源投资分析师、生物质电厂运营商和能源咨询分析师等，他们在生物质能发电领域有过多年的研究和实践经验，对该问题有比较深入的了解和认识。

3.2评价指标层数据

评价指标层的数据主要来源于相关统计年鉴包括：《2012—2013国家统计年鉴》《2009年中国电力统计年鉴》和《中国固定资产投资统计年鉴2012》等，其中部分指标（C7、C10和C17）的数据来自于相关学术论文[22-23]。

4结果与分析

4.1组合权重

根据FAHP法求得的组合权重即层次总排序如表2所示。准则层中3个元素的重要性从高到低依次是资源>发展条件>需求，说明资源因素对农林生物质发电项目的开发影响最大，这是项目能够顺利运行的基础。其中，区域化石能源的丰富程度虽然会影响到项目的开发，但还是农业生物质资源量起到决定性作用。在目前的收集模式和技术条件下，农业生物质由于相对便于收集和运输，作为原料来源的农业生物质比林木生物质所起到的作用更加突出。

5结论和建议

本研究利用FAHP法和加权聚类分析法评价了中国除港澳台以外的31个省（市、区）发展农林生物质能发电的适宜性，形成了以下结论。

对农林生物质发电产业的规划和布局要首先进行区域适宜性评价，而该评价过程涉及到资源、环境、经济、社会和能源等诸多因素是一个多属性决策分析过程，要综合的加以考虑。在指标大类上，本研究将各个分析指标整合为资源、需求和发展条件3个评价因素，它们的重要性排序为资源>发展条件>需求，但是资源条件并非是唯一影响因素，比如潜在发展区虽然生物质资源十分丰富，但是由于需求和发展条件较差，使得适宜性并不十分突出。因此，在未来的规划和布局中要在资源调查的基础上，加大对社会、经济和环境综合指标的分析，真正实现“因地制宜”。

目前，在生物质能源项目中，农业生物质资源的重要性要高于林业生物质资源，林业生物质能开发的潜力需要进一步挖掘；发展农林生物质发电的主要需求来自于改善环境质量和控制秸秆露天焚烧，对于项目所产生的能源产品的需求为次要因素；政府的扶持和当地居民的支持对于生物质能源项目的开展具有重要作用，因此，为促进农林生物质发电产业的发展，政府部门需要提高重视，加大支持和宣传工作。

中国除港澳台以外31个省（市、区）根据是否适宜发展农林生物质发电产业可以划分为4类，其中重点发展区是目前最适合发展农林生物质发电产业的地区，国家应该重点扶持；潜在发展区具有较大的发展潜力，虽暂不作为发展重点，但是需要国家在长期规划中予以重视；普通发展区综合条件一般，可以选择在条件较好的县（市、区）重点开发项目；最后，应该严格对不适宜发展区农林生物质发电项目的审批，防止盲目建设，造成资源的浪费。

参考文献：

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[3]席广亮，甄峰. 绿色产业发展适宜性评价研究——以江苏省为例[J]. 河南科学，2008，26（10）：1276-1280.

[4]Ma J G，Scott N R，DeGloria S D，et al. Siting analysis of farm-based centralized anaerobic digester system for distributed Generation using GIS[J]. Biomass & Bioenergy，2005，28（6）：591-600.

[5]Wang J J，Jing Y Y，Zhang C F，et al. Review on multi-criteria decision analysis aid in sustainable energy decision-making[J]. Renewable and Sustainable Energ Reviews，2009，13（19）：2263-2278.

[6]胡艳英，王述洋.构建生物质发电项目模糊综合评价体系的研究[J]. 农业机械学报，2010，41（9）：90-94.

[7]丁美，籍春蕾，邹碧莹，等. 基于层次分析法的江苏省生物质能开发方案综合评价研究[J]. 中国沼气，2011，29（4）：36-40.

[8]侯刚，李轶冰，席建超，等. 中国秸秆生物质发电区域适宜度分异评价[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（6）：189-196.

[9]van Dael M，van Passel S，Pelkmans L，et al. Determining potential locations for biomass valorization using a macro screening approach[J]. Biomass and Bioenergy，2012，45：175-186.

[10]张吉军. 模糊层次分析法（FAHP）[J]. 模糊系统与数学，2000，14（2）：80-88.

[11]宋光兴，杨德礼. 模糊判断矩阵的一致性检验及一致性改进方法[J]. 系统工程，2003，21（1）：110-116.

[12]张吉军. 模糊互补判断矩阵排序的一种新方法[J]. 运筹与管理，2005，14（2）：59-63.

[13]吉建华. 基于群组决策中一致性指标的专家赋权法研究[J]. 现代商贸工业，2011，23（20）：41-42.

[14]李继军，潘亚. 群体决策和AHP法结合确定指标权重[J]. 基建优化，2006，27（6）：27-29.

[15]杨保安，张科静. 多目标决策分析理论，方法与应用研究[M]. 上海：东华大学出版社，2008：47.

[16]叶宗裕. 关于多指标综合评价中指标正向化和无量纲化方法的选择[J]. 浙江统计，2003（4）：24-25.

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[18]王强. 基于权系数的区域经济结构聚类分析[J]. 河北建筑科技学院学报：自然科学版，2004，21（2）：101-104，112.

[19]那伟，祝延立，刘鹏，等. 吉林省农村户用沼气建设的适宜性评价分析[J]. 可再生能源，2010，28（5）：134-138.

[20]包风霞，杨改河，冯永忠，等. 陕北黄土高原农村户用沼气区域适宜性评价——以延安市为例[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2008，36（11）：117-122，129.

[21]陈豫，杨改河，冯永忠，等. “三位一体”沼气生态模式区域适宜性评价指标体系[J]. 农业工程学报，2009，25（3）：174-178.

[22]蔡亚庆，仇焕广，徐志刚.中国各区域秸秆资源可能源化利用的潜力分析[J]. 自然资源学报，2011，16（10）：1637-1646.

[23]唐任伍，唐天伟. 2002年中国省级地方政府效率测度[J]. 中国行政管理，2004（6）：64-68.endprint