基于熵權TOPSIS的林木生物質能源區域發展潛力的評價研究

于 丹，張 蘭，張彩虹

（北京林業大學經濟管理學院）

基于熵權TOPSIS的林木生物質能源區域發展潛力的評價研究

于 丹，張 蘭，張彩虹

（北京林業大學經濟管理學院）

林木生物質能源區域發展潛力的評價是林木生物質能源合理、有效開發和利用的基礎及前提，影響著其未來的發展規模、發展戰略以及發展可持續性。基于2013年中國31個省區相關數據，引用PSR理論模型構建林木生物質能源區域發展潛力的綜合評價指標體系，結合熵權法和TOPSIS法對各省市的林木生物質能源發展潛力進行評價，將各省市林木生物質能源的發展潛力分為優秀、良好、一般和較差4個等級，指明阻礙其發展的主要原因，并提出相應的對策建議，為產業發展和相關政策制定提供參考依據。

林木生物質能源；區域發展潛力；PSR模型；TOPSIS

隨著能源緊缺和環境問題的日益凸顯，尋找新型可再生能源來替代傳統化石能源已成為亟待解決的問題。林木生物質能源的可再生性、高效清潔性、環境友好性帶給其巨大的發展潛力。當前林木生物質能源產品主要包括林木生物質液體燃料、林木生物質氣體燃料、林木生物質固體燃料以及林木生物質發電［1］。根據國家發展與改革委員會發布的《中國資源綜合利用年度報告（2014）》顯示，2013年，我國生物質發電裝機規模達到850萬kW，截止到2012年，生物質成型燃料年利用量約800萬t，折合標準煤約400萬t，生物燃料乙醇產量24.96億t，生物柴油產量約9.29億t［2］。目前，我國正處于林木生物質能源的初步發展階段，林木生物質能源發展潛力的評價是林木生物質能源合理、有效開發和利用的基礎及前提，影響著其未來的發展規模、發展戰略以及發展可持續性，然而各地區的發展階段和外部環境差異較大，不能同一而論，因此，將林木生物質能源的發展潛力以行政區劃的省、自治區、直轄市來進行劃分，針對每個省市不同的特點，對林木生物質能源進行區域發展潛力評價具有重要意義。

發展潛力的評價多基于《21世紀議程》［3］中提出的可持續發展指標體系，從人口、環境、自然資源、社會基礎、經濟狀態、產業發展和科技創新等方面進行評價，眾多學者已將其應用在旅游、生態、食品等研究領域［4-7］。目前，國內外對林木生物質能源發展潛力的評價研究多集中于幾個方面:一是對全球林木生物質能源資源總量的估算［8-9］和未來資源供給能力的預測［10-11］；二是對我國林木生物質能源的資源總量及可獲取量的估算［12-14］；三是對于我國林木生物質能源產業發展潛力的評價分析［15-17］。而對于我國林木生物質能源發展潛力按省市劃分進行估算和評價的研究較為少見，且缺乏定量化評價分析。因此，本文在以往研究基礎上，引入PSR理論模型，即“壓力-狀態-響應”（Pressure-State-Response，簡稱為PSR）模型，構建林木生物質能源區域發展潛力的綜合評價指標體系，并利用客觀賦權的熵權法和多元決策分析的TOPSIS法（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，簡稱為TOPSIS）對中國31個省（市、區）進行實證分析，以期為其未來產業發展定位和政策制定提供參考。

一、林木生物質能源區域發展潛力評價指標體系

PSR模型主要是用壓力-狀態-響應的邏輯思維選取指標，主要回答發生了什么、為什么發生以及將怎樣做3個問題。PSR模型是評估資源利用和持續發展的模型之一。其中壓力指標用以表示造成發展不可持續的人類活動，狀態指標用以表示可持續發展過程中的系統狀態，響應指標用以表示人類為促進可持續發展進程所采取的對策。

本研究利用傳統的PSR概念模型的思路，將模型中可持續發展的對象設為林木生物質能源發展潛力，從林木生物質能源和發展潛力的內涵出發，以科學性、系統性和層次性為指標設計原則，將林木生物質能源發展潛力評價指標體系分為壓力指標、狀態指標和響應指標3個準則層。文中的壓力指標主要回答了造成林木生物質能源不能持續發展或不發展的原因，狀態指標主要回答了林木生物質能源得以發展的原因，響應指標主要回答了發展林木生物質能源需要采取的措施。

本文將壓力指標劃分為人口壓力、環境壓力和資源壓力。人口壓力反映的是我國的林木生物質能源發展還處于初級階段，林木生物質能源當前的產能無法滿足由于人口擴張而導致的需求增加，對林木生物質能源的發展潛力起到負向作用。對于環境壓力，由于林木生物質能源具有環境友好性，現今不斷惡化的環境問題必將促進林木生物質能源的發展，但本文將環境放入壓力指標中，因此將環境壓力取為倒數，將環境壓力變為阻礙林木生物質能源發展的指標。資源壓力反映的是由于傳統的化石能源價格低廉，在能源市場占有較高的份額，使得林木生物質能源缺乏市場競爭性，直接對林木生物質能源的發展潛力產生負向影響。

狀態指標劃分為資源狀態、經濟狀態和產業狀態。林業資源的儲備是林木生物質能源得以發展的先決條件，只有具備了豐富的森林資源，才能保障生物質能源的更好發展，本文中資源狀態主要反映生產林木生物質能源所需要的森林資源儲量，與林木生物質能源的發展潛力有正向關系。經濟狀態是能夠反映國家整體經濟情況的指標，國家總體的經濟狀態可以反映發展林木生物質能源的經濟實力，對林木生物質能源的發展潛力起到正向作用。產業狀態代表了林木生物質能源現今的發展程度，以及其他能源產業的發展程度對林木生物質能源產生的競爭。其中，林木生物質能源產業狀態對林木生物質能源的發展潛力起到正向作用，而其他能源的產業狀態則對林木生物質能源的發展潛力起到負向作用。

響應指標劃分為社會響應和科技響應。推進林木生物質能源發展離不開社會基礎設施建設、財政投入、科技發展及政策的推進。文中社會響應體現了社會基礎設施的建設和國家對于節能環保產業的財政支持力度，科技響應體現了地區整體的科技發展水平，每個指標對林木生物質能源的發展潛力都起到正向作用。本文在林木生物質能源區域發展潛力評價指標體系中選取的具體指標內容如表1所示。

表1　林木生物質能源區域發展潛力評價指標體系及權重

二、熵權TOPSIS法

TOPSIS法是多目標決策分析中一種常用的有效方法，又稱為優劣解距離法。其基本原理是通過計算得出各指標的最優解和最劣解，確定各指標與最優解、最劣解的加權歐式距離，找到一個與最優解距離最近、與最劣解距離最遠的最優方案，作為評價方案優劣的標準。TOPSIS方法可以客觀真實地反映各方案之間的差距，具有原理直觀、計算簡便、數學意義明確等特點，而且對樣本資料無特殊要求［18］。本文將其和客觀賦權的熵權法相結合，使得計算結果更為有效、客觀，具體工作原理和步驟如下。

1）構建標準化決策評估矩陣。構建多目標決策問題的初始指標評價矩陣，該矩陣有m個地區，有n個評價指標:

對正向指標進行歸一化處理，對逆向指標進行歸一化處理，

式中:i=1，2，…，m；j=1，2，…，n。

2）計算各指標權重。設xij為第i個地區中的第j項指標的觀測數據，用熵權法確定各指標權重，具體結果見表1。首先計算各指標的熵值。計算第i個地區的第j項指標的特征比重:

然后可求出第j項指標的熵值:

最后求出第j項指標的熵權:

3）構建加權的決策評估矩陣。設yki為第k個指標下的第i個指標標準化數據的加權值，xki為第k個指標下的第i個指標規范化處理后的值，wk為第k個指標對目標層的熵權，則

三、我國林木生物質能源區域發展潛力評價實證結果及分析

本文選擇2013年指標數據作為基礎數據，數據來源于《中國統計年鑒》《中國林業統計年鑒》《中國能源統計年鑒》及《2015年可再生能源數據手冊》。其中，人均CO2排放量是根據IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，聯合國政府間氣候變化專門委員會，簡稱為IPCC）公布的CO2排放系數計算而得。

通過上述計算方法，得出各地區林木生物質能源發展潛力整體指標與最優解的貼近度，以及其他指標與最優解的貼近度，具體結果如表2和表3所示。

表2　總體評價結果和準則層各指標與最優解的相對貼近度及排序

表3　要素層各指標與最優解的相對貼近度

根據上述計算結果可將中國31個省（市、區）的林木生物質能源發展潛力分為4個等級，如圖1所示。通過上述計算結果可以發現，各省的總體評價結果與二級指標的評價結果及排序并不完全一致。

林木生物質能源發展潛力優秀的省市有湖南、廣東、江蘇、山東、浙江、江西和云南，總體評價與最優解的貼近度均在0.3以上。其中，湖南是林業大省，森林資源儲備較高，且具有較好的經濟和產業發展，使得其林木生物質能源發展潛力位列全國首位。廣東省的壓力指標最小，同時其基礎設施建設、科技資金投入與創新能力遠遠領先于其他省份，因此廣東省的林木生物質能源發展潛力位列全國第二。同樣，江蘇、山東和浙江面臨發展林木生物質能源的壓力較小，且狀態指標和響應指標均排在全國前列。江西和云南雖然林木生物質資源較為豐富，具有較高的經濟和產業水平，但是還應該加大對科技的財政投入力度，擴充高科技人才，提高整體的科技創新能力。

林木生物質能源發展潛力良好的省市有河南、內蒙古、湖北、安徽、河北、四川、福建、廣西、山西、新疆、遼寧和黑龍江。這一等級的地區分布較為分散，從分析結果可以看出，這些省市大致分為3種情況。其中，河南、湖北、福建發展林木生物質能源所面臨的壓力較小，且其他發展較為均衡，處于全國較好水平。內蒙古、河北、山西、新疆、遼寧和黑龍江面臨的發展林木生物質能源的壓力極大，但支撐林木生物質能源發展的條件較好，例如，山西省是煤礦大省，其發展林木生物質能源所面臨的阻礙非常大，但是其發展林木生物質能源所需要的資源基礎、經濟產業和科技發展都處于較好水平，因此，單從林木生物質能源的發展潛力角度來講，山西省處于較好水平。安徽和四川的經濟發展相對同水平的其他省市較弱，應大力促進經濟的發展才能保障林木生物質能源的推進。而廣西省雖然面臨的壓力較小，且資源豐富，經濟和產業發展也較好，但是其科技響應較差，應該進一步提升科技創新能力，培養高薪技術人才。

林木生物質能源發展潛力一般的省市有上海、陜西、天津、貴州、北京、甘肅、寧夏、吉林、重慶和青海。在北京、天津、上海3個直轄市中，天津的人口壓力較大，雖然3個直轄市在經濟、科技和基礎設施發面都具有明顯的優勢，但是由于特殊的行政區域劃分，自然資源面積非常小，因此發展林木生物質能源的潛力一般。其他省份除了要克服發展林木生物質能源所面臨的阻礙的同時，還要提高全省總體的經濟實力和科技創新能力，例如提高居民消費能力，促進產業發展帶動經濟增長，加大節能環保財政支出。

林木生物質能源發展潛力較差的省市有海南和西藏。這兩個地區雖然面臨的發展壓力很小，但其他條件均位于全國末位，發展林木生物質能源較為困難。

四、結論與啟示

本文將中國31個省（市、區）的林木生物質能源發展潛力作為研究對象，根據林木生物質能源發展現狀及影響因素選取41個初始指標，通過相關性分析最終確定28個指標，并以PSR模型為理論模型構建林木生物質能源區域發展潛力的評價指標體系，結合熵權TOPSIS法對各省市發展林木生物質能源的潛力進行了排序，將其分為優秀、良好、一般和較差4個等級。

通過分析可知，林木生物質能源發展潛力優秀的有湖南、廣東、江蘇、山東、浙江、江西和云南7個省市，這些省市不僅在人口、環境等方面發展阻礙小，而且具備豐富的森林資源儲備，在社會經濟、能源產業、交通運輸、財政投入以及創新技術方面的發展都處在全國高水平行列。

而對于林木生物質能源發展潛力相對較差的省市，主要存在這樣幾個問題:①地域限制。由于特定的地理環境，導致很多省市地區具有的發展林木生物質能源的森林資源儲備較少，因此不能很好地發展林木生物質能源。②市場競爭力缺乏。由于一些省市盛產煤炭、石油和天然氣等化石能源，而化石能源的價格要遠遠低于林木生物質能源產品，使得林木生物質能源沒有良好的市場競爭力，制約其發展。③科技水平低。林木生物質能源在生產和消費過程中，都離不開科技的進步和發展，而一些省市提高科技創新能力的力度較弱，從而導致了林木生物質能源產業發展緩慢。④地區經濟和產業發展落后，財政投入力度不足。發展林木生物質能源，地區經濟和產業支持力度是基礎，只有具備充足的資金和強勁的市場需求才能促進其良好發展。因此，各省市需因地制宜，有針對性地制定區域發展策略，合理開發和利用資源，推進林木生物質能源的健康發展。

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（責任編輯 何曉琦）

Evaluation on Regional Development Potential of Forest Biomass Energy Based on TOPSISM ethod

YU Dan，ZHANG Lan，ZHANG Cai-hong
（School ofEconomics&Management，Beijing Forestry University，100083，P.R.China）

Evaluation on regional development potential of forest biomass energy is foundational and prerequisite for reasonably and effectively developing and utilizing the forest biomass energy，which affects its future development scale，development strategy，and development sustainability.Based on the data of 31 provinces and regions in China in 2013，this paper constructed a comprehensive evaluation index system for the regional development potential of forest biomass energy using PSR（Pressure-State-Response）theorymodel，and then evaluated the development potential of forest biomass energy in each province and city while combining the entropy weight method and TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）method.The development potential of forestbiomass energy in each province and region was graded into 4 levels of excellent，good，general，and poor.Further，this paper pointed out themain reasons that hindered the development of forest biomass energy，and proposed the corresponding countermeasures and suggestions，aiming at providing some

for the industry development and the related policy-making.

forest biomass energy；regional development potential；PSR model；TOPSIS

F326.2

A

1671-6116（2016）-03-0050-06

10.13931/j.cnki.bjfuss.2016007

2016-03-20

國家社會科學基金項目“林木生物質能源發展潛力評價與產業形成機制研究”（11CGL060）。

于丹，碩士生。主要研究方向:投資經濟與風險管理。Email:dandan_0317@126.com 地址:100083北京林業大學經濟管理學院。

責任作者：張彩虹，教授，博士生導師。主要研究方向:林業經濟與生物質能源發展研究。Email:zhangcaihong@263.net 地址:100083北京林業大學經濟管理學院。