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京郊生物質固體成型燃料的區位選擇分析

京郊生物質固體成型燃料的區位選擇分析

高德健,楊志明,郭軻,張蘭,張彩虹

  (1北京大學光華管理學院北京100871;2中關村科技園區海淀園企業博士后科研工作站北大方正集團有限公司分站北京100871;3北京林業大學經濟管理學院北京100083)

  摘 要:區位選擇對于生物質固體成型燃料的發展具有基礎性作用,在合理配置生物質資源,提高資源利用率,緩解原料供應壓力等方面具有重要的意義。文章基于京郊地區生物質固體成型燃料的發展現狀,提出生物質固體成型燃料區位選擇的基本原則,結合京郊地區能源消耗量、農業廢棄物數量、農民人均純收入、相對位置等指標數據,利用典型案例和統計分析相結合的方法,對我國生物質固體成型燃料的區位選擇問題進行探索性研究,并提出相應的結論與建議。

  1引言

  隨著我國經濟快速發展,能源需求量不斷增加,能源短缺、環境惡化等問題日益突出,開發具有清潔環保性、可再生性的生物質能源得到社會各界的廣泛重視。生物質固體成型燃料是生物質能源的一種重要利用形式,具有熱值高、灰分少、污染少等優點,近年來在我國得到迅速發展。然而我國生物質固體成型燃料區位選擇普遍不合理,這嚴重制約了生物質能源的生產和利用效率。為了合理規劃生物質能源布局,政府出臺了相關政策,但是政策效果仍不明顯。政策執行效果不明顯與缺乏相關深入的研究有關,目前關于生物質能源的研究多聚焦于原料資源供需情況及影響因素分析,針對生物質固體成型燃料區位選擇的定量分析還很少。

  生物質固體成型燃料是將生物質原料及作物秸稈、稻殼、木屑等農林廢棄物粉碎后,送人成型器械中,在外力的作用下,壓縮成需要的形狀。生物質固體成型燃料的發展可以提高其運輸和貯存能力,改善其燃燒性能,提高利用效率,實現燃燒過程中的“零排放”。生物質固體成型燃料的生產主要包括兩種形式:一種是分散方式,在廣大農村地區采用分散的小型化加工方式,就近利用農作物秸稈,主要用于解決農民自身用能需要,剩余量作為商品燃料出售;另一種方式是集中方式,在有條件的地區,建設大型生物質固體成型燃料加工廠,實行規?;a,為大工業用戶或城鄉居民提供生物質商品燃料。我國固體生物質資源潛力巨大,據《生物質發展十二五規劃》統計,我國每年農作物秸稈可利用實物量34000萬t,林木木質剩余物35000萬t,共折合標準煤37000萬t。到2015年中國生物質固體成型燃料產量將達到1000萬t左右,到2020年達到5000萬t左右,由此可見,我國生物質固體成型燃料行業發展前景廣闊。

  北京作為我國政治、經濟中心,近年來面臨著嚴重的能源需求和環境污染壓力,這也使得北京成為我國重要的生物質能源需求市場,合理規劃北京生物質固體成型燃料區位,不僅能夠緩解北京日益嚴重的能源和環境壓力,而且對未來我國整體生物質能源區域規劃具有重要的理論和實踐意義,為政府出臺相關政策措施提供重要的科學參考依據。

  本文通過對京郊地區能源消耗量、農業廢棄物數量、農民人均純收入、相對位置等信息數據的實地調研與收集整理,利用典型案例和統計分析相結合的方法,針對我國生物質固體成型燃料的區位選擇問題進行研究。

  2京郊生物質固體成型燃料發展概述

  京郊地區現有耕地1.5萬hm2,森林面積7.4萬hm2,主要種植小麥、玉米等糧食作物和花生、果樹等經濟作物,生物質資源利用潛力巨大,但近年來人口增長較快,郊區農業人口已上升到510萬人,人均資源占有量越來越少(圖1),同時經濟發展迅速,能源消耗和環境問題成為制約京郊地區發展主要因素,因此郊區生物質能源的開發和利用十分必要。

  從生物質資源的狹義定義來看,京郊農村地區固體生物質主要包括麥稈、玉米稈、花生殼、果樹修剪下來的樹枝等農林廢棄物。該地區有著豐富的固體生物質資源,但是目前的使用和處理方式主要是以焚燒、廢棄為主,這樣不僅造成資源的浪費,也嚴重污染了農村環境,影響農村經濟、社會、環境事業的全面進步。京郊地區生物質成型燃料的生產起步較晚,但發展迅速。2007-2008年,通州區的北京菲美得機械有限公司共生產了約60t生物質固體成型燃料。房山區河北鎮的生物質成型燃料加工廠是以鄉鎮或村為單位建立生物質壓縮成型工廠,它主要以周邊農田秸稈和木材加工廠的邊角料為原料,自2007年10月投產以來,每天可生產生物制成型燃料6t左右,主要供給周圍村莊使用,從而減少了運輸成本。2011年,北京奧科瑞豐新能源股份有限公司產能70萬t/年,實際生產約48萬t,在國內處于領先地位。北京市政府也高度重視生物質固體成型燃料的開發和利用工作,通過組織技術研發和推廣示范,制定生物質利用技術標準,大力開發和利用京郊地區固體生物質能源。2007年,北京市政府通過實施“北京市農村生物質能源技術開發與應用示范工程”,從提高固體生物質爐具效率、降低生物質顆粒和爐具價格等方面開展工作,支持平谷、房山、懷柔、延慶等京郊地區開展固體生物質能技術研發和示范推廣作用。2009年3月,北京市新農村建設領導小組綜合辦公室制定了《北京市新農村“三起來”工程建設規劃(2009~2012年)》,該規劃提出2006-2009年北京市共建設生物質固體成型燃料加工廠13個,并在此基礎上投資2500萬元到2012年前建設生物質固體成型燃料加工廠20個,其中10個2000t以上的大中型固體成型燃料加工廠,10個2000t以下的小型加工產(國家能源局,2012)。

  近幾年來,京郊生物質固體成型燃料技術得到明顯進步,生產和應用已初步形成了一定的規模。但總體來說,目前京郊生物質固體成型燃料仍處于起步發展階段,其產業規模距世界先進水平仍有一定的差距,加強京郊固體生物質資源的產業化開發勢在必行;但生物質資源的開發利用涉及多個方面,若不進行統一規劃,各地區不同項目的開展會缺乏溝通與協作,導致資源利用率和投資效率的低下。因此,基于區位選擇理論基于區位選擇理論進行京郊地區的生物質資源合理配置和項目開發選址研究具有重要的現實意義。

  3生物質固體成型燃料區位選擇的基本原則

  生物質能源的區位選擇是指對生物質能源的生產進行優化配置,即根據生物質能源的原料分布、可利用土地情況、交通條件等對生物質能源產業各部門、各生產項目在空間上進行動態組合與布局。生物質固體成型燃料的發展,一方面受到地理位置、資源分布等自然環境因素的制約;同時也受一個地區的勞動力、資金、運輸、科學技術狀況以及市場需求等社會經濟因素的影響。因此,在對生物質固體成型燃料進行區位選擇時,既要考慮將項目設置在地理位置優越、資源分布集中的區域,也要綜合考慮當地的勞動力資源、科技水平以及市場需求等。我國生物質固體成型燃料產業區位選擇應遵循一定的原則,具體如下。

  3.1結合政策導向。因地制宜發展

  生物質固體成型燃料產業屬于新興產業,風險較大,因此在進行產業區位選擇時,應考慮到國家宏觀調控,結合國家政策導向。結合政策導向,因地制宜發展,有利于從宏觀上為生物質固體成型燃料產業選擇最適宜發展的地域,同時為地區選擇最需要的產業部門。首先應按照“不與民爭糧,不與糧爭地”的要求,在我國發展生物質固體成型燃料應該在保證國家糧食及貿易安全的基礎上,立足非糧原料,因地制宜開發邊際性土地,建設生物質固體成型燃料原料供應基地。應充分利用荒地、鹽堿地和冬閑田等不適宜種糧或未充分利用的土地資源,避免能源作物與糧棉作物爭地(胡艷霞等,2009)。

  在具體的產業布局和區位選擇上,各地區應結合國家能源局2012年制定的《生物質能發展“十二五”規劃》的要求,因地制宜地發展。該規劃指出在“十二五”時期,重點在北方采暖地區推廣生物質成型燃料集中供熱,結合城市大氣環境治理,大力推動城市燃煤鍋爐改造為生物質成型燃料鍋爐,減少城市燃煤量,擴大規?;纳镔|成型燃料市場;在人口居住分散、不宜鋪設燃氣管網的農村地區,推廣戶用生物質成型燃料,解決戶用炊事及采暖用能(陳絹,2012)。各地區在結合國家政策導向發展生物質固體成型燃料的同時,應衡量不同地區的收益,并對投資進行風險分析,綜合產業的經濟性和目標市場,最終確定區位選擇。

  3.2應靠近原料基地

  確定各種因素和布局機制共同作用下的產業布局是產業區位選擇的關鍵,產業布局指向的類型通常分為能源指向、原料地指向、消費地指向、勞動力指向、交通運輸樞紐指向以及高科技指向等。由于農村地區的農林剩余物具有分散性和季節性的特點,目前只要依靠人工和小型機械進行原料收集工作,運輸主要依靠農用車等通用運輸工具,缺乏完整的專業化原料收集、運輸、儲存和供應體系,原料收集難度大,因此生物質固體成型燃料產業布局指向類型應屬于原料地指向。

  生物質成型燃料具有原料適應范圍廣、規模適應性強、易于運輸儲存等特點,作為供熱燃料,是一種經濟實用的方式。鑒于生物質固體成型燃料產業布局的原料地指向類型,在進行該產業的區位選擇時,應結合土地資源狀況,研究分析原料供需總量和分布特點,盡量將加工廠安排在原料基地附近,同時綜合考慮當地的交通運輸條件,一方面可以減少原料在儲存、運輸過程中的浪費;另一方面,縮短生物質固體成型燃料產品和副產品的運輸距離和倉儲空間,可節約部分能源和成本,提高生物質固體成型燃料產品的價格優勢。

  3.3兼顧經濟、生態和社會效益相統一

  效益驅動機制是產業區位選擇機制中的主體部分,無論是杜能、韋伯的理論中,所強調的都是如何實現區域效益最大化。企業作為區位選擇的主體,驅動的機制就是經濟效益,其在區位選擇更傾向于資本增值較快、風險較小的區域。但是我國生物質固體成型燃料的開發主要是為了緩解我國能源供應和環境惡化等問題,因此,在進行區位選擇時,在發揮該產業的經濟效益的同時,還應兼顧生態效益和社會效益,要注重生產過程中的生態保護,農村剩余勞動力就業問題的解決以及農村循環經濟發展的促進作用。因此,從我國的實際情況出發,應將社會效益、經濟效益和生態效益進行系統的、綜合的平衡,合理規劃生物質固體成型燃料的區位選擇。

  4區位選擇模式設計

  4.1指標與權重的選擇

  區位論是研究經濟行為的空間選擇及空間內經濟活動組合的理論。區位選擇是通過研究區位單位空間配置的外部約束因素,實現生產資源在一定區域內的優化配置與組合,進而獲得最大產出。

  分析生物質固體成型燃料區域選擇最重要的是對影響該產業空間分布的因素進行綜合評價,包括地理位置、自然條件、資源分布、勞動力、社會經濟條件、科學技術狀況等。這些因素對產業空間分布的作用各不相同,但又往往同時起作用。因此,在考慮具體生物質固體成型燃料的區位選擇和產業布局時,不能孤立地、機械地看待各個因素,要因時、因地、因生產特點制宜,把各個因素統一起來分析。

  4.1.1評價指標的選擇

  根據分析,影響生物質能產業發展的主要因素有潛在市場需求、購買意愿、資源基礎和政府推動各方面。因此,區位選擇時,使用的評價指標就重點反映了在4個方面。

  能源消耗量。當前京郊農村地區尚沒有大面高德健等:京郊生物質固體成型燃料的區位選擇分析積使用生物質固體能源產品,無法根據歷史數據預測其市場需求。而作為傳統石化能源的替代品,其現實消耗量在一定程度上能夠反映固體燃料的市場需求。

  農民人均純收人。由于各種原因的存在,目前生物質能源產品的市場價格客觀上普遍高于傳統能源,只有人均純收入較高的農戶才會嘗試和選擇使用。該指標既能較好地反映消費者的購買力,又能反映其購買動機,因此,它可以用來作為反映農戶購買意愿的指標。

  農林廢棄物。在一個產業發展的初期,區位的選擇要么是市場導向,要么是資源導向,這些都是出于降低成本的考慮。由于我國生物質能在技術方面尚不成熟,降低成本是提高其競爭力的主要途徑。正因為資源量的多少直接影響企業的原料供應成本,因此,作為其原料的農業廢棄物自然就成為衡量一個地區資源基礎的指標。

  相對位置。任何課題的開展,首先要對現狀進行評價,更重要的是要有導向作用。發展生物質能產業既是順應時代的需要,也是北京市形象建設的一部分,理應得到北京市各級政府的大力支持。而且距離市中心越近,支持的力度就應該越大。因此,可以用相對位置指標來反映政府的推動。

  4.1.2指標權重的確定

  本文綜合對我國部分已建成和在建的生物質固體成型燃料項目的實際調研情況和相關研究課題中專家對區域評價指標的打分情況,確定了各項評價指標的權重系數(江澤慧,2011)。見表1。

  4.2數據的收集與標準化

  4.2.1數據的收集

  能源消耗量、農民人均純收入來自于北京市統計信息網;相對距離根據北京市地圖(比例尺為1:2000000)~得,表示當地政府距離北京市政府的直線距離,因為最遠處延慶縣距離北京市210km,所以,這里每個縣區的相對距離在數值上等于210,即其政府所在地距離北京市政府的距離;農業廢棄物由農業秸稈和果園樹枝兩部分構成,農業秸稈量由農作物產量按1:1比例換算得到,果園樹枝量由果樹種植面積按照每1/15hm2年產400kg樹枝量求得。由于果樹樹枝的市場收購價約為秸稈的兩倍,因此,農業廢棄物數量為農業秸稈量加上二倍的果樹樹枝量求得。

  4.2.2數據的標準化

  在以上選定的能源消耗量、人均純收入、農業廢棄物和相對位置各項評價指標中,由于各個指標度量單位存在很大差別,為了使得指標數據具有可參照性并參與評價計算,需要對各項指標數據進行標準化處理,以統一量綱。數據的標準化是將數據按比例縮放,通過函數變換將其數值映射到某個數值區間,使之落入一個小的特定區間。數據的標準化有中心法、極差法和均值法三種,其中均值法被認為是一種較好的保持差異的處理方法,因此,我們采用均值法進行標準化處理,其計算公式為:標準化變量=樣本觀測值/樣本均值。各區縣有關指標的標準化數據見表3。

  4.3區位分類與選擇

  根據表3中的綜合指標值排名,可以將北京市郊區農村分為三類區域(表4)。其中順義區和房山區得分分別為1.65和1.57,屬于I類區域;大興區、平谷縣、通州區得分分別為1.16、1.10、1.07,屬于Ⅱ類區域;其它區域得分位于0.56和0.92之間,屬于Ⅲ類區域。建議對于不同的區域,北京市各級政府應有差別化的政策傾斜。

  4.4評價方法的檢驗

  運用聚類分析對以上評價方法進行驗證。利用SPSS對表3中各區縣指標的標準化數據進行系統聚類分析,得出結果見表5??梢钥闯?,第一類總體情況最優,第二類次優,第三類最差;屬于第一類的有房山區、順義區,屬于第二類的有通州區、大興區,屬于第三類的有昌平區、平谷縣、懷柔區、門頭溝區、密云縣、延慶縣。由此可見,我們使用的評價方法得出的結論與聚類分析基本上是一致的。

  5結論與建議

  結合上述聚類分析結果,京郊地區農業、能源等相關部門對于最優發展區域的順義區和房山區,應給予相應的資金、技術以及政策等方面的支持,促進其生物質固體成型燃料的迅速發展。對于次優發展區域的通州區和大興區,應通過樹立典型試點鄉鎮和模范區縣進行推廣發展,最終帶動昌平區、懷柔區等第三類區域的生物質固體成型燃料的發展。

  我國生物質固體成型燃料產業雖然起步較晚,但發展迅速,具有良好的前景。區位選擇對于生物質固體成型燃料的發展具有基礎性作用,有利于合理配置資源,提高資源利用率,緩解原料供應壓力。生物質固體成型燃料區位選擇應結合政策導向,因地制宜發展;靠近原料供應基地;同時兼顧經濟、生態和社會效益相統一等三個原則,實現生物質固體成型燃料區位選擇模式的合理設計。在設計某一區域的區位選擇時,應在深入調研了解該地區開發生物質固體成型燃料產業的資源、經濟、技術條件以及相應的市場需求及運行機制的基礎上,科學地選取評價指標并確定各項評價指標的權重系數,同時進行數據標準化處理,根據綜合指標值排名,將該地區適宜發展生物質固體成型燃料的區域進行分類。

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