基于ISM的沙区生物质发电产业影响因素分析

罗宝华，张彩虹，牛志蕾

(北京林业大学a.理学院，b.经济管理学院，北京100083)

　　摘要：沙区生物质发电主要是指利用沙生灌木的平茬抚育剩余物进行发电。其产业发展受到发展规划、资源禀赋、法规政策、沙区生态治理、生物质能技术等诸多因素的制约。利用解释结构模型(ISM)分析了该产业影响因素的结构及层级关系。结果表明，资源禀赋和经济激励政策是影响沙区生物质发电产业的直接因素，发电成本、生物质能技术、投融资等是中间层因素，认知观念、发展规划、沙地生态的治理需求是影响沙区生物质发电的深层次原因。在此基础上对中国沙区生物质发电产业给出了相关的政策建议。

　　随着全球能源形势的急剧变化，能源安全、粮食安全和环境污染等问题使得开发利用生物质能源成为21世纪人类的当务之急。大力发展生物质能源既能增加能源供应，又有助于减少环境污染，还能促进农村发展，因此被认为是解决全球能源危机最理想的途径之一。从2006年开始中国生物质发电产业发展迅速，截至2014年底，中国生物质发电装机容量达到850万kW、年上网电量达到370亿kW·h。

　　沙区生物质发电是指通过人工栽植和抚育沙生灌木，结合先进的生物质能直燃发电技术，利用每年平茬的沙生灌木条进行生物质发电。和农作物秸秆相比，沙生灌木(如沙柳、柠条、旱柳、花棒、杨柴、沙嵩等)有着独特的生物学特性：一是每隔3～5年须进行定期平茬，二是具有优异的热化学性能，三是具有灰熔点高、挥发分高、有害成分低的特点，因此比较适宜进行生物质发电。同时，有数据显示截至到2009年底中国的沙地面积达到了204.21万km，占到了国土总面积的21.27％。在可治理沙区通过建立能源林基地和生物质资源培育的机制，利用灌木资源规模发展生物质发电产业，既有利于缓解能源、粮食问题，又有利于在沙区进行生态修复、增加农牧民的收人，是一条十分符合中国国情的林木生物质能源产业发展之路。通过梳理生物质能源发展的研究文献，发现影响中国生物质能源产业发展缓慢的原因主要呈现如下观点：

　　第一，思想观念方面。有学者认为中国生物质能源发展缓慢的原因是由于国家投入相对不足、对生物质能源的发展潜力认识不够、发展思路和对策欠清晰；指出影响中国生物质能源发展的因素有观念、政策、资金、原料、技术、成本、市场、生态环境等。

　　第二，政策制定方面。有学者提出林木生物质能源开发的各个环节均会受到资源利用规定、土地政策、能源与环

　　境政策、经济激励政策、国际条约等多种政策的影响；通过对内蒙古3户典型生物质发电企业实地调查，抽取其多项经济指标数据进行分析研究，找出了制约沙区生物质发电产业发展的瓶颈是部分产业政策不合理以及增值税和所得税优惠政策涵盖面不足。

　　第三，技术管理方面。有学者指出技术研发费用过高、投资风险大和能源使用价格高等市场障碍是生物质能源发展困难的主要原因；用内容分析法通过对3O篇关于生物质能源产业发展的文献研究，统计得出影响生物质能源产业发展的影响因素涵盖技术、研究、原料、产品、政策、企业、产业、市场8个方面。

　　第四，资源环境方面。有学者认为原料短缺、建设投资成本偏高、缺少有效的产业扶持政策是阻碍生物质能源发展的主要原因；从政府政策、环境、土地、农民收入、市场价格、劳动力等方面进行了生物质能产业发展的影响因素分析。

　　第五，市场供求方面。有学者从森林资源的社会总供给和总需求的角度提出现代林木生物质资源的供应能力将受到生态、技术和经济等因素的制约；从产业发展规模、工业体系和产业链、生产成本、技术创新、研究开发能力、生物质利用效率等方面进行了研究。

　　综上可知，影响和制约中国生物质能源发展的因素涵盖资源、技术、市场、政策、观念等方方面面，但是这些影响因素之间是如何相互作用的、它们对生物质能源产业的影响程度如何，以上文献并未作深入分析。拟利用解释结构模型方法(Interpretive Structural Modeling，ISM)对影响中国沙生灌木生物质发电产业的因素进行结构、层级分析，探索各影响因素的作用路径，找出影响其发展的关键阻碍因素，以期为沙生灌木生物质发电产业的顺利发展提供政策建议与理论支撑。

　　1材料与方法

　　1.1研究对象概况

　　位于内蒙古乌审旗的毛乌素生物质热电厂是中国首家以沙生灌木平茬枝条为原料的生物质发电厂，一期装机容量为2×12MW，于2008年底并网调试发电，2009年被国家林业局列为林木生物质能源发展示范项目。毛乌素生物质热电厂采用的是“农牧户+能源林基地+电厂”的发展模式，形成了“吸碳(种植沙柳)、减碳(生物质发电)、捕碳(生产螺旋藻)”的“三碳”经济产业链，每年可减排CO₂5.6万t、抚育和治理1万hm 沙化土地、为沙区农牧民提供5000余个就业岗位。

　　自2009年正式运营以来，共完成沙生灌木能源林基地建设2.4万hm 、累计发电超过7.1亿kW·h、为农牧民增收3.5亿元左右、销售收人达5.3亿元。但是，在项目实现了良好的生态效益和社会效益的同时，其经济效益却相形见绌。截至2013年，累计亏损达2.2亿元，年均亏损0.5亿元。究其原因，原料供应不足是主因。毛乌素生物质热电厂的发电原料以向农牧民收购为主，年收购量只有4～5万t，不能保证两台机组同时发电。同时，原料成本过高、上网电价偏低、相关优惠和扶持政策享受不全、沙地流转不畅、农牧民参与意愿低也都是造成这种局面的重要原因。

　　利用或部分利用灌木作为原料的生物质电厂还有内蒙古通辽市奈曼旗、国能赤峰、黑龙江庆安、内蒙古阿尔山等生物质发电厂，也普遍存在着亏损或薄利的现状。尽管利用沙生灌木进行生物质发电具有诸多效益和广阔的前景，但是在中国发展缓慢，还没有达到应有的发展速度和规模。

　　1.2研究方法

　　1973年，美国Warfield教授为分析复杂社会经济问题开发了一种系统分析方法——系统解释结构模型方法，可利用图论及离散数学的知识将一个关系凌乱、要素复杂的系统分解成多级递阶结构形式，以揭示该系统的内部结构。由于其较为成熟、完善，被广泛应用于教育、企业管理、能源等领域。研究步骤为：问题界定一确定影响因素一构造影响因素的邻接矩阵一计算可达矩阵一分解结构矩阵模型 绘制多级递阶有向图一分析和给出结论。

　　1.2.1沙区生物质发电影响因素选取

　　按思想观念、政策制定等5个方面选取影响中国沙区生物质发电产业发展的14个因素(表1)。

　　1.2.2建立邻接矩阵

　　通过文献分析、专家咨询等确定各影响因素之问的逻辑关系后，建立邻接矩阵。将邻接矩阵记为：

　　1.2.3计算可达矩阵

　　2结果与分析

　　2.1矩阵分解结果

　　2.2递阶结构有向图

　　由沙区生物质发电所选14个影响因素的层次分解结果可知其共分为5层，其递阶结构有向图如图3所示。

　　2.3 ISM模型结果分析

　　从递阶结构模型(表3、图3)可以看出，沙区生物质发电产业的影响因素可以分为5层。

　　第一，所有影响因素通过不同的途径和方式最终指向经济激励政策(S4)和原料供应(S8)两个因素，这说明原料供应、经济激励政策两个因素是影响沙生灌木生物质发电产业的直接原因，为表层因素。发展生物质能源，原料供应是关键。沙生灌木平茬后的可获得量直接限制生物质发电厂的规模化生产，决定是否可以持续稳定地运行。

　　同时，由于沙生灌木生物质直燃发电产业尚处于产业发展的初级阶段，其产业化和商业化程度较低、市场竞争力较弱、经济效益不佳甚至亏损、缺乏持续发展能力。在此情况下，由财政补贴、税收优惠、电价补贴、投资鼓励政策等构成的经济激励政策对保障生物质发电产业的生存和持续发展显得尤为重要。

　　第二，发电成本(S10)、生物质能技术(S7)、投融资(S14)等是中问层因素。其中生物质发电企业的运营管理、生物质能技术、投融资、沙区农牧民经济收人是影响沙生灌木生物质发电电力供给的因素，发电成本、上网电价、能源市场机制是影响沙生灌木生物质发电电力需求的重要因素。而生物质发电企业若能综合利用燃烧过程中产生的副产品和残渣等废弃物，发展高附加值的下游产业来延长产业链，必能达到补贴生产成本、增进效益的目的。

　　第三，对生物质能源的正确认知(S1)、科学合理的发展规划(S2)、沙地生态的治理需求(S9)是影响沙区生物质发电的深层次原因。沙区自然条件恶劣，经济发展比较落后，在广袤的沙地上建设沙生灌木能源林，既能防风固沙，促进生态环境建设，也能利用其平茬枝条进行生物质发电，给当地农牧民带来就业岗位和经济收入，同时还能为当地经济建设和居民生活提供新能源、推进能源结构调整和优化。若对在沙区发展生物质能源的认识不到位，就会根本性地影响到能源发展规划，最终也会影响到沙区的经济发展和生态治理。

　　3结论与建议

　　3.1结论

　　中国的生物质能源处于一个比较尴尬的发展境地。一方面，生物质能源具有良好的经济效益、生态效益和社会效益，在可再生能源中可以说最为重要；另一方面，与其他可再生能源相比，其产业化程度和发展规模却是最差的。影响沙区生物质发电产业发展的因素众多，既有一些客观原因，也有主观认识问题。因此，既要关注直接影响因素，也要查找深层次的原因并对症下药解决问题。

　　3.2建议

　　第一，思想观念层面，需加大宣传力度，提高思想认识，做好发展规划。社会各界甚至部分政府官员对大力开发沙区生物质发电的重要性认识不足。因此，除了在民众中应加强宣讲外，更为重要的是要从上层统一思想，提高认识。要从国家能源战略出发，结合各地区的经济发展、环境状况，因地制宜制定发展规划。特别是要开展可利用土地资源和能源作物资源调查评估，分析原料供需总量和区域分布，在此基础上合理规划生物质发电企业数量和规模，从源头上避免恶性竞争。

　　第二，政策扶持层面，应完善沙区生物质发电产业的政策体系。沙区生物质发电产业还处在产业发展初期，特别需要政府制定具有针对性的支持性政策和措施。沙区生物质发电产业的政策应该涵盖资源、技术研发、上网电价、投资、融资、税收、补贴、市场开拓等各方面。如资源禀赋方面，可给予原料林基地建设补贴、建立区域性林权交易市场、加快沙区宜林地经营权流转改革；在技术研发方面，增加能源林树种良种选育、丰产栽培和加工利用技术的研发经费、或通过提供贴息贷款鼓励关键技术开发、参照农机购置补贴政策建立沙区灌木平茬机械购置补贴政策；又如在生物质发电的生产和销售各环节进一步完善税收优惠政策和加大优惠力度；同农作物秸秆发电企业一样享受增值税即征即退政策等等。

　　第三，资源环境层面，要根本性解决原料来源问题。原料不能持续性供应已成为制约生物质能源产业发展的关键因素。中国沙区土地虽然广袤，但由于很多地区都实行了土地承包经营责任制，而沙区可能出现开发煤田、气田等机会，部分农牧民因此无心出租沙地。沙地租赁问题成为生物质发电企业建立自己的原料基地的一大困扰。因此，应尽快出台荒沙地流转承包经营管理办法，为生物质发电企业规模利用沙地提供保障。此外，还应加大培育红柳、沙柳、沙棘等沙生灌木林的力度，充分保障生物质发电厂的原料供应。

　　3.3不足

　　采用解释结构模型理论对影响沙区生物质发电的14个影响因素进行了结构和层级分析，并指出了影响该产业发展的表层原因、中间层和深层次原因，并对中国发展“沙漠来电”给出了一些相关建议。

　　但由于在影响因素的个数选择、各影响因素相互的影响关系确定等方面存在难以避免的主观因素，因此其研究结果还有值得商榷和改进的地方。比如部分影响因素可以找到相关统计数据，若对这些数据进行多元统计分析来确定各影响因素之间的关系，必能增加结论的可信度。