生物质能发展现状与前景

120-150kg。山东临沂生物质颗粒锅炉是一种利用生物质能作为燃料的锅炉，热效率为85%，每小时至少需要120-150kg的颗粒，才可以使热水在加热管系统中循环以加热散热器以实现加热。

生物质发电作为重要的可再生能源，具有高效、环保、节能、惠农、二氧化碳减排等优点，是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源。生物质具有取之不尽、用之不竭的特点。同时生物质能技术成熟、应用广泛、污染小、安全性高，对于应对全球气候变化、能源供需矛盾、保护生态环境、惠及民生等方面发挥重要的作用，是能源转型的重要力量。根据国家能源局数据显示，截至2019年底，我国生物质发电装机容量达到2254万千瓦，同比增长26.6%2019年生物质发电量为1111亿千瓦时，同比增长20.4%。

从各省的生物质发电产业发展情况来看，东部沿海和广东地区装机容量处于领先地位。截至2019年底，山东省生物质发电装机容量达到324.3万千瓦，安徽省和江苏省分别为195.4万千瓦和203.1万千瓦，广东省装机容量达到239.4万千瓦。截至2019年底，全国25个省(区、市)农林生物质发电累计装机容量973万千瓦，较2018年增长21%，2019年新增装机容量170万千瓦。截至2019年底，农林生物质发电累计装机容量排名前五的省份分别是山东省、安徽省、黑龙江省、湖北省和江苏省，五省份合计装机容量占全国累计装机容量的54.3%。

目前我国生物质能源的总体利用局势是多集中在东部沿海地区，中部西部的比例较低目前总装机量较低但环比增长较高。根据最新国家发改委的文件，未来国家会加大对生物质能源发电的补贴力度，进一步落实全面禁煤的政策，生物质能源在未来仍有巨大的市场潜力并会逐渐发展为成熟的产业。

第一章　总则第一条　为促进农村可再生能源的开发利用，改善农村生产条件，提高农村居民生活质量，保护生态环境，实现农业和农村经济可持续发展，根据《中华人民共和国可再生能源法》等有关法律、法规，结合本省实际，制定本条例。第二条　本条例所称农村可再生能源，是指主要用于农村生产、生活的生物质能、太阳能、风能、水能、地热能、海洋能等非化石能源。第三条　在本省行政区域内开发利用农村可再生能源以及进行相关管理活动，适用本条例。第四条　开发利用农村可再生能源，应当遵循因地制宜、多能互补、节用并举、群众自愿的原则，坚持资源节约与生态环境保护相结合，实现经济效益、社会效益、生态效益的统一。

鼓励各种所有制经济主体参与农村可再生能源的开发利用，依法保护农村可再生能源开发利用者的合法权益。第五条　县级以上人民政府应当将农村可再生能源工作纳入国民经济和社会发展规划，并制定相应的优惠政策和保障措施，扶持农村可再生能源的科研开发和推广应用。

县级以上人民政府应当组织有关部门加强对农村可再生能源开发利用的宣传和教育，充分利用广播、电视、报纸、互联网等各种媒体，普及科学用能和技术推广应用知识。第六条　县级以上人民政府农业行政主管部门负责本行政区域内农村可再生能源开发利用的管理工作。

乡（镇）人民政府负责本行政区域内的农村可再生能源开发利用工作。

县级以上人民政府发展改革、经贸、财政、科技、国土资源、建设、环境保护、质量技术监督等有关部门，应当按照各自职责，做好农村可再生能源开发利用的相关工作。第二章　科研开发第七条　省人民政府应当将农村可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展，纳入科技发展规划和高新技术产业发展规划，组织并支持科研、教学、推广、生产等单位从事农村可再生能源基础性、关键性、公益性技术的研究，促进农村可再生能源开发利用的技术进步。

省发展改革、经贸、科技、财政部门应当在项目安排、创新奖励、政策及资金扶持等方面，支持农村可再生能源的科研开发和成果转化。第八条　县级以上人民政府应当鼓励科研机构、企业和个人研究开发农用太阳能、小型风能、小型水能技术以及沼气贮运、沼气低温发酵、秸秆发酵沼气、秸秆气化、秸秆固化和炭化等生物质资源转化技术，并给予政策及财政支持。第九条　鼓励科技人员通过技术转让、技术承包和技术入股等形式，加快农村可再生能源成果的转化。第十条　省标准化行政主管部门应当会同省农业行政主管部门及其他有关部门，制定全省农村可再生能源产品地方标准和工程技术规范，并组织实施。第十一条　农村可再生能源产品的生产，必须符合国家、行业或者地方标准。没有国家、行业或者地方标准的，生产企业应当制定企业标准，并按规定报当地标准化行政主管部门和农业行政主管部门备案。第三章　推广应用第十二条　各级人民政府应当将农村可再生能源技术推广工作纳入农业技术推广体系，充分发挥农村可再生能源技术推广机构的作用，开展农村可再生能源科学研究、技术指导、技术培训、信息咨询、安全管理等公益性服务，并鼓励和支持农村集体经济组织、企业和个人建立专业服务组织，开展农村可再生能源社会化服务活动。

乡（镇）农业技术推广机构应当确定专职或者兼职人员负责农村可再生能源的推广工作。第十三条　县级以上人民政府财政部门应当对政府设立的农村可再生能源技术推广机构履行职能所需经费给予保证，并在农业技术推广资金中，安排部分资金用于农村可再生能源技术推广项目。第十四条　推广应用农村可再生能源新技术、新产品，应当努力降低相对成本，提高相对效能，有利于生态环境保护和可持续协调发展。

农村可再生能源新技术、新产品，应当在推广地区经过实地试验证明具有先进性、适用性和安全性，由省农业行政主管部门列入推广目录并向社会公告后，方可推广。

鼓励单位与个人参与农村可再生能源新技术、新产品的推广活动。第十五条　生产、销售的农村可再生能源产品和转让的技术，应当实用、安全、方便，易于群众接受。

农村可再生能源产品和技术的生产、销售、转让单位和个人，应当对所生产、销售的产品质量或者所提供的技术负责，并向用户传授安全操作知识，提供售后服务。

禁止生产、销售国家明令淘汰或者质量不合格的农村可再生能源产品。

水资源。

山东省，中国华东地区的一个沿海省份，简称鲁，省会济南。位于中国东部沿海北纬34°22.9′-38°24.01′，东经114°47.5′-122°42.3′之间，自北而南与河北、河南、安徽、江苏4省接壤。

山东中部山地突起，西南、西北低洼平坦，东部缓丘起伏，地形以山地丘陵为主，东部是山东半岛，西部及北部属华北平原，中南部为山地丘陵，形成以山地丘陵为骨架，平原盆地交错环列其间的地貌，类型包括山地、丘陵、台地、盆地、平原、湖泊等多种类型；地跨淮河、黄河、海河、小清河和胶东五大水系；属暖温带季风气候。

截至2020年6月，山东省辖16个地级市，共58个市辖区、26个县级市、52个县，合计136个县级行政区。664个街道、1092个镇、68个乡，合计1824个乡级行政区。

截至2019年末，山东省常住人口10070.21万人，地区生产总值71067.5亿元，人均生产总值70653元。

山东省位于中国东部沿海、黄河下游，北纬34°22.9′—38°24.01′、东经114°47.5′—122°42.3′之间。境域包括半岛和内陆两部分，山东半岛突出于渤海、黄海之中，同辽东半岛遥相对峙；内陆部分自北而南与河北、河南、安徽、江苏4省接壤。 山东东西长721.03千米，南北长437.28千米，全省陆域面积15.58万平方千米。

1．我国的生物质能资源情况

我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源50×108t左右，是我国目前总能耗的4倍。生物质能资源按原料的化学性质分，主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分，则主要包括以下几类：（1）农业生产废弃物，主要为作物秸秆。（2）薪柴、枝丫柴和柴草。（3）农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳。（4）人畜粪便和生活有机垃圾等。（5）工业有机废弃物、有机废水和废渣等。（6）能源植物，包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等。其中来源最广、储量最大、利用前景最可观的是农业生物质和林业生物质这两大类。

1）农业生物质

农业生物质资源包括农产品加工废弃物和农作物秸秆，如图7.13所示。农产品加工废弃物有花生壳、玉米芯、稻壳和甘蔗渣等；农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆等。据统计，我国各地区主要农业生物质的可利用总量约为5.6×108t，排名前三的地区分别是山东、河南、河北，而秸秆类农业生物质资源利用的主要方向为24%用于饲用，15%用于还田，2.3%用于工业，剩余的约60%用于露地燃烧或薪柴。因此，我国的农业生物质资源的应用潜力非常大。

图7.13　农业生物质

2）林业生物质

我国现有森林面积约1.95×108hm2，林业生物质总量超过180×108t，其中可利用的林业生物质资源有以下三类：一类是木本淀粉类资源，如栎类、果实、橡子等；二类是木本油料资源，如油桐、油茶、黄连木、文冠果、麻疯树等；三类是木质燃料资源，如灌木林、薪炭林、林业“三剩物”等。而且，我国还有近4000×104hm2的宜林荒山、荒地可用于种植能源林，还有近600×104hm2疏林地和5000×104hm2郁闭度（指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度）低于0.4的低产林地可用于改造。

目前世界上已有20多个国家在种植“柴油树”。我国河北省武安市马家庄乡连绵起伏的青山上，满山遍野生长着枝繁叶茂的黄连木树，这种树木的果实可以提炼柴油，当地群众将它称为“柴油树”。现在武安市共有这样的“柴油树”10万亩，年提炼柴油产量可达1000×104kg。据介绍，到2012年，武安市计划将“柴油树”发展到20万亩，年产柴油量达到2000×104kg。

2．生物质能资源的利用

主要应用在生物乙醇、生物柴油、生物质固体成型燃料和生物质能发电行业。

1）生物乙醇的应用

生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。我国生产生物乙醇的原料有甘蔗、甜高粱、木薯等高能品种，并建立了年产能力达5000t的甜高粱茎秆生产乙醇的工业示范装置。因传统粮食生产乙醇价格昂贵，为降低生产成本，我国已转向对微生物混合发酵法的研发。国家发展和改革委员会称，到2020年，我国15%生物质燃料将应用在汽车、轮船等行业。

2）生物柴油的应用

可从动植物油，如大豆、油菜、动物油脂以及餐饮垃圾中提炼生物柴油，因其环保性、润滑性、安全性能良好，可与石化柴油混合作为燃料。2005年6月，我国使用自主研发的生物酶法生产生物柴油，技术指标达到欧美生物柴油标准，标志着我国生物柴油研究取得了突破性进展。2010年生物柴油产能达300×104t/年，主要用于交通运输行业。我国提出了在2020年，生物柴油产能达200×104t的目标，已在海南建立了6×104t/年装置，产量居我国首位。

3）生物质固体成型燃料的应用

生物质固体成型燃料是将城市垃圾或农林废弃物，通过外力作用，压缩成型来增加其密度的可燃物质，具有高效、清洁、无污染等优点。图7.14为生物质捆装压缩示意图。我国的生物质成型燃料生产设备有螺旋挤压式、活塞冲压式、模辊碾压式，燃料形状主要有块状、棒状、颗粒状三种。北京奥科瑞丰公司生物质固体成型燃料年产量为60×104t，居全国首位，主要应用在直接燃烧取暖与工业锅炉等方面。

图7.14　生物质捆装压缩

4）生物质能发电的应用

生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。为推动生物质能发电技术的发展，2003年以来，国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东三个秸秆发电示范项目，颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，并实施了生物质能发电优惠上网电价等有关配套政策，从而使生物质能发电，特别是秸秆发电迅速发展。

2008年，蒙牛建成全球最大的生物质能沼气发电厂，得到联合国开发计划署环保基金的大力支持。图7.15为蒙牛生物质能沼气发电厂。

图7.15　蒙牛的全球最大生物质能沼气发电厂

3．生物质能开发利用的主要技术

生物质能开发利用在目前阶段的主要技术有三大类：物理转化、化学转化和生物转化。涉及压缩成型、气化、液化、热解、发酵、水解等具体技术，具体情况如图7.16所示。

1）物理转化

生物质的物理转化是将农林废弃物，如秸秆、锯屑、稻壳、蔗渣等，干燥后在一定压力的作用下，压制成棒状、粒状、块状的成型燃料或饲料。农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，生物质压缩成型主要是靠木质素的胶结作用。木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，是高分子物质，在植物中含量约为15%～30%。当温度达到70～100℃时，木质素开始软化并具有一定的黏度，当温度达到200～300℃时，木质素呈熔融状态，黏度变高，此时施加一定压力就能使木质素与纤维素黏结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，大大降低农林废弃物的体积，便于运输和储存。

图7.16　生物质能开发利用的主要技术

2）化学转化

生物质的化学转化涉及气化、液化和热解等三个方面。

（1）气化：

生物质气化是指在一定的温度条件下，借助氧气或水蒸气的作用，使高聚合的生物质发生热解、氧化、还原等反应，最终转化为CO，H2和低分子烃类等可燃气体的过程。在我国，应用生物质气化技术最广的领域是生物质气化发电（BGPG）。生物质气化发电的成本约为0.2～0.3元/（kW·h），已经接近或优于常规发电，其单位投资约为3500～4000元/kW，仅为煤电的60%～70%，具备进入市场竞争的条件，发展前景非常广阔。

（2）液化：

生物质液化技术是指在高温高压的条件下，进行生物质热化学转化的过程。通过液化，可将生物质转化成高热值的液体产物，即将固态的大分子有机聚合物转化成液态的小分子有机物，生物柴油就是利用生物质液化技术生产出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕榈等在酸性或碱性催化剂和高温的作用下发生酯交换反应，生产相应脂肪酸甲酯或乙酯，再经过洗涤干燥后得到生物柴油。与传统的石化能源相比，其硫和芳烃含量低，十六烷值高，闪点高，具有良好的润滑性，可添加到化石柴油中。

（3）热解：

生物质热解是指利用热能将生物质的大分子打断，从而转化为含碳原子数目较少的低分子化合物的过程，即生物质在完全缺氧条件下，经加热或不完全燃烧后，最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物的过程，而木炭就是利用生物质热解技术生产出的重要产物。木炭产品包括白炭、黑炭、活性炭、机制炭四大类，其中应用范围最广的是活性炭。活性炭是具有发达孔隙结构、强吸附力、比表面积巨大等一系列优点的木炭。在我国，活性炭广泛应用于葡萄糖、味精和医药等产业的生产。

3）生物转化

生物转化技术是指依靠微生物发酵或者酶法水解作用，对生物质进行生物转化，生产出乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料的技术。生物转化的生物质原料包括淀粉和木质纤维素两大类。玉米、木薯、小麦等淀粉类粮食作物是生物转化的主体，但是以农作物为原料转化的产品成本较高，且易受土地和人口的因素限制，产量无法大幅度增加。因此以廉价的农作物废料等木质纤维素为原料的生物转化技术才是解决能源危机的有效途径。然而，木质纤维素的结构和组分与淀粉类原料有很大的不同，解决高效、低成本降解木质纤维素原料的问题是木质纤维素转化产物取代化石燃料的根本途径。