基于層次分析法的生物燃料發展潛力研究

張程 王雙穎 鄔金杉

【摘 要】能源作為國家的戰略資源，一直是制約國家經濟增長和社會發展的重要物質基礎。能源安全是國民經濟和社會可持續發展的一步。傳統的石油化工能耗的急劇增長，使各國的環境污染問題惡化。生物燃料作為一種新的可再生能源，受到了世界各國前所未有的重視。本文建立了一個簡單有效的基于政策促進的免稅因素、原材料生產成本和原材料產量實際年增長率的層次分析法評價模型，對包括中國、美國、巴西、德國、法國在內的5個國家的生物燃料發展潛力進行了評估和比較。最后，在研究的基礎上，對生物燃料的可持續發展提出了自己的建議，指出了未來生物燃料的發展趨勢和方向。

【關鍵詞】生物燃料;層次分析法;對比分析

中圖分類號： F426.72 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0092-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.044

【Abstract】As a national strategic resource，energy has always been an important material basis to restrict national economic growth and social development.Energy security is a step of sustainable development of national economy and society.The rapid growth of energy consumption in traditional petrochemical industry has aggravated the environmental pollution problems in various countries.As a new renewable energy，biofuels have received unprecedented attention in the world.In this paper，a simple and effective analytic hierarchy process（AHP）evaluation model based on policy-driven tax-free factors，raw material production costs and actual annual growth rate of raw material production is established.The development potential of biofuels in five countries，including China，the United States，Brazil，Germany and France，is evaluated and compared.Finally，on the basis of the research，the author puts forward his own suggestions for the sustainable development of biofuels，and points out the development trend and direction of biofuels in the future

【Key words】Biofuels;Analytic hierarchy process;Comparative analysis

0 引言

隨著世界經濟增長，對能源的需求也持續增長，分析生物燃料市場、研究生物燃料開發對環境的影響、預測各國生物燃料的發展潛力，對當今世界各國具有重要的現實意義。

由于近年來生物燃料發展較快，相關研究不多，國內研究也不及國外，研究范圍狹窄。目前，國內學術界對生物燃料的研究主要集中在對生物燃料的發展現狀、實施政策和未來發展方向的探討，對生物燃料的發展潛力的研究較少。主要基于定性分析，缺乏嚴格的定量分析。為此，我們決定用量化的方式去評估各國的生物燃料發展潛力，從而客觀地了解生物燃料所處的發展現狀和面臨的發展問題。

1 變量定義和模型假設

1.1 變量定義（見表1）：

1.2 模型假設

A 僅考慮提及的參考量作為評價依據

B 假設不考慮突發性大規模外部刺激。

2 利用層次分析法（AHP）比較五個國家的生物燃料發展情況

根據文獻，生物燃料主要由燃料乙醇和生物柴油組成，而生物燃料的發展主要與成本、國家政策有關。因此，我們將從國家政策和燃料乙醇與生物柴油相結合的角度分析中國、美國、巴西、法國和德國生物燃料的發展潛力。

2.1 數據收集

生物燃料主要由燃料乙醇和生物柴油組成。其中小麥和玉米是燃料乙醇的主要原料，大豆油和菜籽是生物柴油的主要原料。因此，我們收集了五個研究國家影響生物燃料的六個指標：稅收抵免、原材料增長率、小麥成本、玉米成本、豆油成本和菜籽成本。

數據如下（已通過標準化折算）：

2.2 模型準備

利用上述數據計算各國成本評價得分、政策支持力度評價得分和原材料產量增長率評價得分，用層次分析法建立模型。

第一步：計算各國生物燃料的成本

第二步：計算各個國家成本項得分情況

第三步：計算各個國家政策支持力度得分情況：

第四步：計算各個國家原材料產量增速得分：

得出各國各項得分分布如下：

2.3 模型建立

步驟一、基于9尺度法構建判斷矩陣

9尺度法：

構建判斷矩陣：

步驟二、建立一致性指標方程：

根據定義，當CI=0時，A是一致的。CI越大，A的不一致性就越嚴重。

步驟三、建立一致性比例公式：

根據定義，當CR<0.1時，A的不一致度在允許范圍內。此時，A的特征向量可以用作權重向量。

步驟四、計算結果：

根據以上規則，我們得到：

所以A的特征向量可用作權重向量。

步驟五、得出各項參考指標的權重。

各國生物燃料發展得分計算式如下：

因此，我們知道最終各國生物燃料發展得分如下：

2.4 比較分析

我們從計算中得出關于各國生物燃料發展潛力的結論如下：

（1）中國的政策支持評分和原材料增長率得分均居首位，但原材料成本得分排在最后。這表明，中國發展生物燃料的主要動力在于政策支持，主要障礙在于原材料生產成本過高。

（2）美國的潛力得分最低是因為美國生物燃料發展處于世界領先地位，因此其增長率得分最低。另外，美國對發展生物燃料的政策支持明顯低于其他幾個國家，所以得分也不高。

（3）巴西目前在生物燃料方面的發展僅次于美國，因此巴西的增長率評分也很低，同時，巴西也面臨政策支持的不足。但是，巴西的地理位置使其可生產的原材料種類豐富且高產，具有獨特的優勢。

（4）法國和德國類似，原材料產量不足，但是產量增速夠快，且具有足夠政策支持力度。

最后，根據各國各項指標得分乘以相應權重，我們各國生物燃料發展潛力排序：德國>中國>巴西>法國>美國

3 生物燃料未來

與生物燃料生產和使用有關的問題已在主流媒體和科學期刊上討論過。其爭議包括對經濟發展、土壤資源、水資源、生物多樣性的影響以及對能源平衡和效率的影響。

特別是在美國，大規模的生物燃料生產，使人們越來越擔心生物燃料原材料的生產對全球市場的影響，尤其是對非燃料作物生產的影響。比如，如果你想用乙醇取代目前所有的汽油消費，你就需要更多的土地來生產玉米，而這比目前的農業可用面積還要大。同時，由于過度使用化肥來增加生物燃料原材料的生產可能對水質產生不利影響。

推廣生物燃料的核心是技術。對發達國家而言，如果沒有適當的技術進步，土地將成為生物燃料開發的主要挑戰。對發展中國家而言，如果沒有適當的技術進步，基礎設施的薄弱和財政資源的有限將成為生物燃料開發的主要挑戰。目前比較有前景的做法是：發展中國家評估可用于生物燃料作物的未使用土地，然后與資本市場合作，吸引外來資金投入，在遵守國際燃料質量和可持續性發展標準的前提下，發展生物燃料，并且在國際市場上交易。我們相信，在不久的將來，隨著技術的進步，規范化生產的形成，國際市場的開啟，生物燃料的需求和產量都會越來越大，人們的生活也將因此獲益。