基于层次分析法的生物燃料发展潜力研究

张程 王双颖 邬金杉

【摘 要】能源作为国家的战略资源，一直是制约国家经济增长和社会发展的重要物质基础。能源安全是国民经济和社会可持续发展的一步。传统的石油化工能耗的急剧增长，使各国的环境污染问题恶化。生物燃料作为一种新的可再生能源，受到了世界各国前所未有的重视。本文建立了一个简单有效的基于政策促进的免税因素、原材料生产成本和原材料产量实际年增长率的层次分析法评价模型，对包括中国、美国、巴西、德国、法国在内的5个国家的生物燃料发展潜力进行了评估和比较。最后，在研究的基础上，对生物燃料的可持续发展提出了自己的建议，指出了未来生物燃料的发展趋势和方向。

【关键词】生物燃料;层次分析法;对比分析

中图分类号： F426.72 文献标识码： A 文章编号： 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

随着世界经济增长，对能源的需求也持续增长，分析生物燃料市场、研究生物燃料开发对环境的影响、预测各国生物燃料的发展潜力，对当今世界各国具有重要的现实意义。

由于近年来生物燃料发展较快，相关研究不多，国内研究也不及国外，研究范围狭窄。目前，国内学术界对生物燃料的研究主要集中在对生物燃料的发展现状、实施政策和未来发展方向的探讨，对生物燃料的发展潜力的研究较少。主要基于定性分析，缺乏严格的定量分析。为此，我们决定用量化的方式去评估各国的生物燃料发展潜力，从而客观地了解生物燃料所处的发展现状和面临的发展问题。

1 变量定义和模型假设

1.1 变量定义（见表1）：

1.2 模型假设

A 仅考虑提及的参考量作為评价依据

B 假设不考虑突发性大规模外部刺激。

2 利用层次分析法（AHP）比较五个国家的生物燃料发展情况

根据文献，生物燃料主要由燃料乙醇和生物柴油组成，而生物燃料的发展主要与成本、国家政策有关。因此，我们将从国家政策和燃料乙醇与生物柴油相结合的角度分析中国、美国、巴西、法国和德国生物燃料的发展潜力。

2.1 数据收集

生物燃料主要由燃料乙醇和生物柴油组成。其中小麦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，我们收集了五个研究国家影响生物燃料的六个指标：税收抵免、原材料增长率、小麦成本、玉米成本、豆油成本和菜籽成本。

数据如下（已通过标准化折算）：

2.2 模型准备

利用上述数据计算各国成本评价得分、政策支持力度评价得分和原材料产量增长率评价得分，用层次分析法建立模型。

第一步：计算各国生物燃料的成本

第二步：计算各个国家成本项得分情况

第三步：计算各个国家政策支持力度得分情况：

第四步：计算各个国家原材料产量增速得分：

得出各国各项得分分布如下：

2.3 模型建立

步骤一、基于9尺度法构建判断矩阵

9尺度法：

构建判断矩阵：

步骤二、建立一致性指标方程：

根据定义，当CI=0时，A是一致的。CI越大，A的不一致性就越严重。

步骤三、建立一致性比例公式：

根据定义，当CR<0.1时，A的不一致度在允许范围内。此时，A的特征向量可以用作权重向量。

步骤四、计算结果：

根据以上规则，我们得到：

所以A的特征向量可用作权重向量。

步骤五、得出各项参考指标的权重。

各国生物燃料发展得分计算式如下：

因此，我们知道最终各国生物燃料发展得分如下：

2.4 比较分析

我们从计算中得出关于各国生物燃料发展潜力的结论如下：

（1）中国的政策支持评分和原材料增长率得分均居首位，但原材料成本得分排在最后。这表明，中国发展生物燃料的主要动力在于政策支持，主要障碍在于原材料生产成本过高。

（2）美国的潜力得分最低是因为美国生物燃料发展处于世界领先地位，因此其增长率得分最低。另外，美国对发展生物燃料的政策支持明显低于其他几个国家，所以得分也不高。

（3）巴西目前在生物燃料方面的发展仅次于美国，因此巴西的增长率评分也很低，同时，巴西也面临政策支持的不足。但是，巴西的地理位置使其可生产的原材料种类丰富且高产，具有独特的优势。

（4）法国和德国类似，原材料产量不足，但是产量增速够快，且具有足够政策支持力度。

最后，根据各国各项指标得分乘以相应权重，我们各国生物燃料发展潜力排序：德国>中国>巴西>法国>美国

3 生物燃料未来

与生物燃料生产和使用有关的问题已在主流媒体和科学期刊上讨论过。其争议包括对经济发展、土壤资源、水资源、生物多样性的影响以及对能源平衡和效率的影响。

特别是在美国，大规模的生物燃料生产，使人们越来越担心生物燃料原材料的生产对全球市场的影响，尤其是对非燃料作物生产的影响。比如，如果你想用乙醇取代目前所有的汽油消费，你就需要更多的土地来生产玉米，而这比目前的农业可用面积还要大。同时，由于過度使用化肥来增加生物燃料原材料的生产可能对水质产生不利影响。

推广生物燃料的核心是技术。对发达国家而言，如果没有适当的技术进步，土地将成为生物燃料开发的主要挑战。对发展中国家而言，如果没有适当的技术进步，基础设施的薄弱和财政资源的有限将成为生物燃料开发的主要挑战。目前比较有前景的做法是：发展中国家评估可用于生物燃料作物的未使用土地，然后与资本市场合作，吸引外来资金投入，在遵守国际燃料质量和可持续性发展标准的前提下，发展生物燃料，并且在国际市场上交易。我们相信，在不久的将来，随着技术的进步，规范化生产的形成，国际市场的开启，生物燃料的需求和产量都会越来越大，人们的生活也将因此获益。