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农业能源利用评审分析

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作者:周镕基皮修平单位:衡阳师范学院经济系湖南衡阳湖南农业大学经济学院长沙

全球性的能源短缺是当代面临的一个非常突出的问题。生物质能源是较理想的能源来源,而生物能源之本是农业,开发与利用农业能源是人类未来能源发展的重要方向[1-2]。生物质能具有资源丰富、可再生性和环境友好而逐渐成为一种重要的新兴能源[3],是发展低碳经济的重要途径。它本质上是太阳能一种形式,以化学能源的形式贮存在生物中,其蕴藏量极大,遍布全世界各个地方[4]。据估计,地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t,含能量达3×1021J,相当于全世界年耗能量的10倍[5]。近年来,中国学者从多个角度对中国生物质能源展开了许多有益的研究,大体可分4类:一是以刘刚等[6]为代表对中国生物质能源进行全面的定量评价;二是以丁文斌等[7]为代表对单项生物质能的产量潜力进行估算;三是以吴方卫等[8]为代表对中国生物燃料乙醇产业的发展与能源的关系进行了研究,四是以曹历娟[9]为代表对中国发展生物质能源发展与粮食安全的关系进行了研究。这些研究大多集中在生物质能的产量和潜力及其与能源和粮食的安全上,着重运用不同的方法对生物质能进行了实证分析。这些研究深化了对生物质能源的认识,但目前的这些研究很少从价值量的角度进行,对湖南生物质能源进行物质量与价值量进行评估更是没有。湖南是一个农业大省,目前农业生物质能资源开发不够,对其可开发潜力及其价值进行评估是其科学开发、利用的基础。因此将着重以这些问题为立足点进行一些深入的探讨。目前生物质能还不是商品能源,生物质能的相关数据在中国能源平衡表和其他传统统计口径中是没有的,因此对其进行价值评估亦是一个难点。对湖南农业的能源价值进行评估,有助于增强人们对生物质能源的重视,对于制定正确的能源多元化发展战略与生物质能源发展路径,寻求经济与社会、资源与环境的可持续发展,具有重要的理论意义和深远的实践意义。

1各种生物质资源实物蕴藏量的估算

农业生物质资源种类繁多,主要包括秸秆、畜禽粪便、林木生物质能等3大类和若干具体指标[10]。由于不同生物质能源的评价指标不同,同时在评估时还必须考虑数据的可获得性和评价资源的可计量性[11],从而给本研究增加了难度。所计算的实物蕴藏量是湖南生物质能主要资源的全部理论实物产量的总和,可能用于能源的量是理论条件下可以获得并转化为有用能的生物质能源资源数量。

1.1秸秆和农业加工剩余物

秸秆,通常指农作物籽收获后的植株,是农村最主要的农作物副产品[12]。农作物秸秆主要包括粮、棉、油料、麻类和糖料等5大类作物。农作物秸秆资源实物量计算见公式(1):式中,CR为秸秆资源实物量,Qci为第i类农作物的产量,ri为第i类农作物的谷草比系数(RPR),也有学者称之为“经济系数”或“产量系数”。秸秆资源估算的关键是农作物谷草比系数(RPR)的确定,它是可以通过田间试验和观测得到的经验常数,不同地区、不同品种的农作物可能略有差异,但大致相同[13]。不同的研究者在估算秸秆资源时,所采用农作物谷草比系数的有所不同。综合已有研究的RPR选择方法,选取的RPR系数如下:水稻、玉米、小麦、高粱、其他谷物、豆类、花生果、薯类、油菜、芝麻、向日葵、棉花、麻类、甘蔗的ri值分别为:1,2,1.1,2,1.6,1.7,1.5,1,3,2,2,3,1.7,0.1。根据上述不同农作物谷草比系数,利用公式(2):根据湖南2010年统计年鉴及计算得到相应数据,其中高粱与向日葵数据用湖南2009年统计年鉴的数据替代,由于数值与所占比重小,再加上年度变化相对不大,因此对结果几乎没有影响。经计算可得出各种不同农作物秸秆资源实物量的值CR为3680.2万t。

1.2畜禽粪便

畜禽粪便也是一种重要的生物质资源。畜禽粪便经干燥可直接燃烧供应热能,经厌氧处理还可产生甲烷和肥料。畜禽粪便的日排放系数与生命期总排泄量与动物种类、品种、性别、生长期、饲料、天气状况等有关[14]。根据各类畜禽每日粪便产生量和畜禽的饲养周期可以估算畜禽粪便排放量见公式(3):D为畜粪实物量,Qdi为第i类畜禽的数目,di为第i类畜禽每天粪便的产量,mi为第i类畜禽的饲养周期,Mi为第i类畜禽在整个饲养周期内粪便排放总量。值得指出的是,从统计年鉴中收集到的畜禽养殖头数一般包括出栏和存栏两部分,且各类畜禽生长期不一样,因此,年排粪便总量=出栏量×日排放系数×饲养周期+存栏量×日排放系数×饲养周期。存栏头数的饲养期按全年365天计算,出栏头数的饲养期参考国外资料和实际调查[15-16],确定如下:生猪一般为180天;肉牛平均饲养期为160天,肉兔与肉禽平均饲养期大致相同,为140天,肉鸡饲养周期平均为45天,蛋鸡365天。不同类型单位畜禽饲养期内的排泄量Mi、畜禽的数目Qdi、畜粪实物量D,根据湖南省2010年统计年鉴的数据计算得出D为12271.80万t。

1.3林木生物质能

通常的林木生物质能源是指可用于能源或薪材的森林及其他木质资源[17]。林木质生物资源量的估算可通过分类计算各种林木生物质资源来计算,也可以用不同林种的面积、可取薪柴系数以及单位面积产柴量等指标计算得到。基于这2种方法计算了薪炭林、林业生产采伐剩余物、森工加工剩余物和林木抚育间伐量等4种主要类型的林木质资源,见公式(4):式中,FR表示林木生物质资源实物量,Qfi为第i种林木资源量,ri为相应的折算系数。薪柴和林木生物质能的相关参数是据各大林区采伐数据和样地试验数据得到。

1.3.1薪炭林(能源林)的生物质资源量薪炭林是中国五大林种之一,林木生物质能源主要来源就是薪炭林。湖南省的薪炭林经过多年的造林和经营,造林面积已从2000年的新增0.01万hm2至2009年的0.11万hm2,薪炭林蓄积量约260万m3,薪炭林每立方米折重1.17t/m3,因此薪炭林资源量约为260万t。

1.3.2林业生产和更新剩余物资源状况林业生产过程中与森林更新之中产生的剩余物主要有:(1)采伐剩余物。根据各样地数据与大林区采伐数据,采伐剩余物(枝+叶+梢头)约占林木生物量40%。湖南省林木资源3.66亿m3,每立方米折重1.17t/m3,年采伐率按5%算,因此采伐剩余物的资源量约为0.214亿t。(2)木材加工剩余物。2009年湖南全省木材产品产量875.44万m3,其中原木产量815.59万m3。木材加工剩余物资源量为原木的34.4%,其中,锯末占29%,板条、刨花和板皮等占全部剩余物的71%。因此,木材加工剩余物为301.15万m3,每立方米折重0.9t/m3,因此加工剩余物的资源量为271.04万t。(3)林木抚育间伐量。根据国家林业局的相关技术规定,幼林抚育是林业抚育的一个重要环节,中幼林在其生长过程中间伐2~4次。2009湖南中幼林抚育改造出材量31.26万m3,折单位体积重0.9t/m3,因此林木抚育间伐量资源量为28.13万t。

1.3.3灌木生物质资源量由无明显主干、分枝从近地面处开始、群落高度在3m以下、且不能改造为乔木的多年生木本植物群落占优势的植被类型。灌木林分布集中、热值高,是目前利用林木生物质修枝平茬剩余物量较大的资源之一。根据湖南主要灌木单位面积生物量及其树种面积计算,湖南灌木林平茬复壮总生物量0.23亿t。

1.3.4经济林和竹林生物量湖南的经济林面积约为242.09多万hm2,资源量为5.7375×107t[18],即0.05738亿t。在全国的森林资源清查统计中,经济林包括油料林、果树林、特种经济林和其他经济林四大类,其中2008年湖南油茶林面积118.53万hm2,年产茶油12万t,面积和产量均居全国第1位(数据源于湖南林业信息网)。湖南毛竹林的面积84.04万hm2,占有林地面积的8.62%,毛竹总株数16.16亿株(数据源于湖南林业信息网),毛竹数量约单株重量在22.35~22.62kg/株之间,取22.45kg/株来计算其重量,则竹林资源量为:16.16亿株×22.45kg/株=362.79亿kg,即0.36279亿t。因此,经济林和竹林资物量为0.420178亿t。

2生物质能源可获得量的计算方法及其评估

2.1计算方法

2.1.1折标生物质能能总量的计算方法以上得到的各类生物质能实物量,要乘以相应的折标准煤系数后,才能估算出不同种类生物质能的折合成标准能源的总量。如秸秆资源潜在能源量ECR,就是在CR计算过程中引入不同类型农作物秸秆的折标系数ηi[19],其计算公式如下

2.1.2生物质能源可用于能源总量的计算方法折标后的生物质资源量只代表他潜在的蕴藏量,是其最大开发的量。因此在此基础上还需算出可用于能源的总量,即从实际上说可以用来转化成能源生产的生物质能资源量。具体算法在上述基础上再乘以各种生物质能源的可获得系数λi,并用加上标的方法来区别前面的潜在蕴藏量,秸秆生物质能可用于能源的总量:可获得系数λ般来说是由该地区这种生物质资源的多种影响因素决定,如秸秆资源的收集半径,林木资源用于能源的比重大小,畜粪的收集率等。根据中国农村能源行业协会[20]和刘刚的研究和湖南实际,就资源收集潜力来说,畜粪与秸秆的可获得量可近似的取100%,这其中约50%的秸秆、1/3的畜粪可用于能源利用;中国林木资源可获得量可以根据当年实际薪炭林面积、实际采伐原木数、实际森工加工产品数和实际抚育出材量来计算,取其可获得系数为40%,所有林木资源中约1/3用作能源。

2.2折标生物质能总量及可用于能源的总量

2.2.1秸秆和农业加工剩余物的折标能源总量及可用于能源的总量根据前述计算方法,秸秆和农业加工剩余物折标能源总量ECR经计算为:1672.42万tce,ECR''''为836.21万tce。其中CR为3676.84万(t见表1)。

2.2.2畜禽粪便的折标能源总量及可用于能源的总量根据前述计算方法,畜禽粪便折标能源总量ED经计算为:5349.61万tce,ED''''为1783.20万tce。其中D为12271.80万t。如下表2。

2.2.3林木的折标能源总量及可用于能源的总量根据前述计算方法,林木的折标能源总量EFR经计算为:5278.98万tce,EFR''''为706.87万tce。其中FR为9245.15万t。如下表3。从表1~3的不同生物质各种蕴藏量可见,2009年湖南生物质能中可用于能源的总量为3326.28万tce(吨标准煤),同年湖南能源消费总量13331.04万t标准煤,约占其总量的24.95%。

2.2.4湖南农业能源价值评估结果农业的能源价值表现在其生物质能上,因此对湖南生物质能可用于能源的总量的价值评估,就可估算出湖南农业的能源价值。具体计算方法如下:湖南农业可用于能源的能源价值=生物质能的可用于能源的总量(105tce)×当年标煤单价。2009年生物质能可用于能源的总量相当于3326.28万t标准煤,经中国煤炭资源网查得原煤单价(2009年每个季度取3个批次)和相应的原煤热值,经加权平均处理以后,标煤单价为735.82元。2009年湖南生物质能的实际价值=生物质能的可用于能源的总量(105tce)×当年标煤单价=3326.28(105tce)×735.82元=244.75亿元。

3讨论与结论

(1)湖南2009年生物质能的年总蕴藏潜量中,以畜禽粪便和林木为主,两者占86.4%。经估算湖南2009年折标后的生物质能源总蕴藏潜量为12301.01×105tce,其中秸秆和农业加工剩余物、畜禽粪便和林木的蕴藏潜量分别为1672.42tce,占13.6%;5349.61tce,占43.5%;5278.98,占42.9%。

(2)湖南农业的能源价值提升空间巨大。通过前面的计算可得出折标后的生物质能源总量12301.01×105tce,其中在目前的条件下能用于能源的总量仅为3326.28万tce,随着未来技术的改进或进步,农业的可用于能源的总量还有很大的发展空间。

(3)当前农村农作物秸秆和林木等资源大多为传统利用、直接燃烧,效率低下;畜禽粪便亦随意处置,污染严重。本研究试图从价值学的角度来揭示农业蕴含的巨大价值,可为政府、公司或农户决策提供动力支持,有很强的理论意义与实践价值。

(4)以物质量评估方法来评估农业的生物质蕴藏潜量,然后价值量评估方法来衡量其相应的价值,研究思路上具有创新性,但仍有待进一步深化,希望能起抛砖引玉之作用。另外以湖南2009年现存的生物质能为基础,没有考虑到能源植物等的发展潜力,这亦是今后探索的方向。

农业能源利用评审分析责任编辑:陈老师    阅读:人次
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