国外生物质能的开发利用有哪些?
1.美国的应用现状
1973年,美国建立区域性生物质能计划,并相继出台了一系列的政策法规,加快生物质能源的发展,为拥有先进的生物质能源技术的开发奠定了基础。2000年,美国设立了生物质能源研发部门,专项拨款,加大投入力度;2012年出台的新农业法案,以财政补贴的形式促进生产燃料乙醇的原材料——玉米的产量增长,玉米价格上涨使得支撑农产品高价的手段得到了加强;并于2013年4月发布《生物质创新计划项目》,将生物质能开发运用到飞机和船只上。
美国生物质直接燃烧发电技术在1979年已得到应用,当年装机容量仅有22MW。近年来得到迅速发展,2010年装机容量达到10400MW。截至2012年底,生物质能源发电量的75%属于直接燃烧发电,总装机容量达到22000MW,有望在2020年突破40000MW。燃料乙醇是目前世界上备受关注的石化燃料代替品,美国燃料乙醇生产居世界第一位,生产原料主要有玉米、马铃薯等,年产乙醇40×108m3,与该乙醇混合的汽油占该国总耗油量的三成以上。
2.欧盟的应用现状
20世纪爆发的三次“石油危机”,引起了世界范围内的能源恐慌,由此各国纷纷制订可再生能源计划,建立安全、清洁、可持续的新能源产业。欧盟各成员国政府颁布了相应的政策法规,对生物质能的研究和开发给予财政支持。
目前欧洲生物质能发展迅速,主要应用领域有转化生物柴油和生物质能发电,在生物质能供暖方面也有较高的市场化水平。欧盟能够成为全球最大的生物柴油生产基地,得益于其在原料生产、加工制造等环节给予的优惠政策。原料主要来自于欧盟各国自产的菜籽油以及进口的棕榈油和豆油,目前年产量已达世界总产量的65%。从2011年开始,欧洲生物柴油产量连续两年下滑,2012年跌至低谷。因此为确保欧洲各国生物柴油行业的持续发展,自2013年起,欧洲各国政府决定对国外进口生物柴油征收临时反倾销税,压制阿根廷和印度尼西亚等出口国对欧洲市场的影响,从而促进了本土产能的增长。
在生物质能发电方面,政府通过建立分离支持给付系统,使得劳动生产者享有45欧元/hm2(公顷)资金补贴,保障各国发展生物质能原料的供应。芬兰在欧洲建立了最大的生物质能发电站,德国和丹麦主要开发热电联产业,到2005年底,德国建成140多个区域热电联发电厂。
地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t,含能量达3×1021J,因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能,相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大,仅地球上的植物,每年生产量就像当于现阶段人类消耗矿物能的20倍,或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大,但地球上每个国家都有某种形式的生物质,生物质能是热能的来源,为人类提供了基本燃料。
开发“绿色能源”已成为当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的重要手段。至少有14个工业化国家在开发“绿色能源”方面取得了良好成绩,其中有些国家通过实施“绿色能源”政策,在相当大程度上缓解了本国能源不足的矛盾,而且显著改善了环境。
我国拥有丰富的生物质能资源,我国理论生物质能资源50亿吨左右。现阶段可供利用开发的资源主要为生物质废弃物,包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。然而,由于农业、林业、工业及生活方面的生物质资源状况非常复杂,缺乏相关的统计资料和数据,以及各类生物质能资源间以各种复杂的方式相互影响,因此,生物质的消耗量是最难确定或估计的。
近年来,我国在生物质能利用领域取得了重大进展,特别是沼气技术,每年所生产能源己达115万吨油当量,占农村能源的0.24%;由节柴炕灶每年所节约的能量己达52.5万吨油当量。
我国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视,己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目,开展了生物质能利用技术的研究与开发,如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等,取得了多项优秀成果。政策方面,2005年2月28日,第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》,2006年1月1日起已经正式实施,并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明我国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位,并在政策上给予了巨大优惠支持,因此,我国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。
<生物能源>(中国投资咨询网)
第一章 生物质能概述
1.1 生物质能的概念与形态
1.1.1 生物质能的含义
1.1.2 生物质能的种类与形态
1.1.3 生物质能的优缺点
1.2 生物质能的性质与用途
1.2.1 生物质的重要性
1.2.2 与常规能源的相似性及可获得性
1.2.3 生物质能源的可再生性及洁净性
1.3 生物能源的开发范围
1.3.1 植物酒精成为绿色石油
1.3.2 利用甲醇的植物发电
1.3.3 生产石油的草木
1.3.4 藻类生物能源的利用
1.3.5 海中藻菌能源开发
1.3.6 薪柴与“能源林”推广
1.3.7 变垃圾为宝的沼气池
1.3.8 人体生物发电的开发利用
1.3.9 细菌采矿技术的研究
第二章 全球生物质能的开发和利用
2.1 国际生物质能开发利用综述
2.1.1 全球生物质能开发与利用回顾
2.1.2 欧洲各国生物能源研究机构简介
2.1.3 欧盟国家生物质能发展政策分析
2.2 美国
2.2.1 美国生物质能研发概况
2.2.2 美国生物质能的研究领域
2.2.3 美国将大力开发燃料乙醇和生物燃油
2.3 德国
2.3.1 德国生物质能的研发和应用状况
2.3.2 德国积极发展生物质能替代石油
2.3.3 德国生物柴油生产和销售状况
2.4 日本
2.4.1 日本生物质能的研究计划
2.4.2 日本生物质能发电应用状况
2.4.3 日本生物质能源综合战略分析
2.5 其它国家
2.5.1 英国大力发展生物质能产业
2.5.2 瑞典生物质能发展概述
2.5.3 巴西大力开发生物质能源
2.5.4 农业为法国发展生物燃料奠定基础
2.5.5 印度生物质能开发与利用概况
2.5.6 泰国积极拓展生物能源领域
第三章 中国生物质能开发和利用状况
3.1 中国生物质能发展概述
3.1.1 我国生物质能的资源概况
3.1.2 解析我国发展生物质能的动因
3.1.3 我国对生物质能的应用状况
3.1.4 我国生物质能发展的示范工程
3.1.5 我国发展生物质能的主要成就
3.2 全国各地生物质能利用情况
3.2.1 四川省生物质能资源及利用状况
3.2.2 内蒙古生物质能源发展状况及开发建议
3.2.3 湖北省生物质能集约化应用方向与途径
3.2.4 上海生物质能发展环境与建议
3.3 开发与利用生物质能存在的问题与对策
3.3.1 生物质能利用尚存三大瓶颈
3.3.2 消极因素阻碍生物质能的发展
3.3.3 生物质能开发与国外相比存在的差距
3.3.4 我国发展生物质能的主要策略
3.3.5 未来生物质能发展的基本方向
第四章 中国农村生物质能的开发与利用
4.1 农村生物质能的资源状况
4.1.1 我国农村农作物秸秆资源丰富
4.1.2 农村畜禽养殖场粪便资源状况
4.1.3 林业及其加工废弃物资源状况
4.2 农村生物质能源利用状况
4.2.1 我国农村生物质能利用状况回顾
4.2.2 发展农村生物质能对能源农业的意义
4.2.3 我国农村生物质能开发的主要策略
4.2.4 未来农村生物质能发展战略目标
4.3 主要地区农村生物能源利用状况
4.3.1 江苏农村的生物质能利用状况
4.3.2 北京加速农村生物质能源推广
4.3.3 吉林生物质能源项目的使用概况
第五章 生物质能开发与应用技术分析
5.1 生物质能技术的相关介绍
5.1.1 生物质液化技术
5.1.2 生物质气化技术
5.1.3 生物质发电技术
5.1.4 生物质热解综合技术
5.1.5 生物质固化成型技术
5.2 世界生物质能开发技术分析
5.2.1 国外生物质能技术的发展状况
5.2.2 世界种植“石油”作物技术概况
5.2.3 欧洲生物质能开发与利用技术分析
5.3 中国生物质能技术的发展
5.3.1 我国生物质能技术的主要类别
5.3.2 中国生物质热解液化技术概要
5.3.3 我国生物质能技术存在的主要问题
5.3.4 发展我国生物质能利用技术的策略
5.3.5 我国生物质能利用技术开发建议
第六章 生物柴油
6.1 生物柴油简介
6.1.1 生物柴油的概念
6.1.2 生物柴油的特性
6.1.3 生物柴油的生产工艺
6.1.4 生物柴油的优势与效益
6.2 生物柴油生产的原料来源
6.2.1 油菜成为生物柴油的首选原料
6.2.2 用廉价废旧原料生产生物柴油
6.2.3 花生油下脚废料开发出生物柴油
6.2.4 潲水油可以成为生物柴油原料
6.3 国际生物柴油行业分析
6.3.1 世界生物柴油发展迅速的原因
6.3.2 欧盟生物柴油行业发展现状
6.3.3 美国生物柴油行业发展状况
6.3.4 巴西将提前实现生物柴油发展目标
6.3.5 2007年德国将是生物柴油净出口国
6.3.6 2007年马来西亚将提高生物柴油产量
6.4 我国生物柴油产业发展概述
6.4.1 发展生物柴油的必要性和可行性
6.4.2 我国生物柴油产业尚在初级阶段
6.4.3 我国生物柴油技术发展的成就
6.5 2005-2007年生物柴油产业发展分析
6.5.1 2005年“生物柴油”植物栽培获突破
6.5.2 2006年生物柴油产业迎来投资高潮
6.5.3 2007年环保生物柴油试产成功
6.6 生物柴油发展中的问题与对策
6.6.1 我国生物柴油商业化应用的障碍
6.6.2 突破生物柴油产业发展瓶颈的对策
6.6.3 价格和原料供应问题的解决途径
6.6.4 解析生物柴油发展中的法律欠缺
6.6.5 推动中国生物柴油发展的政策建议
6.7 生物柴油产业发展前景分析
6.7.1 生物柴油在国内的商业化未来
6.7.2 我国生物柴油的市场前景广阔
第七章 燃料乙醇
7.1 燃料乙醇简介
7.1.1 燃料乙醇含义
7.1.2 燃料乙醇的重要作用
7.1.3 变性燃料乙醇简介
7.1.4 变性燃料乙醇国家标准
7.2 燃料乙醇生产原料分析
7.2.1 甘蔗是理想的燃料酒精作物
7.2.2 玉米生产燃料乙醇潜力巨大
7.2.3 不同类型原料的综合比选
7.2.4 发展燃料乙醇原料产业的建议
7.3 国际燃料乙醇产业分析
7.3.1 世界燃料乙醇工业发展回顾
7.3.2 欧洲国家推广应用燃料乙醇概况
7.3.3 乙醇燃料在美国的应用推广过程
7.3.4 巴西政府大力发展燃料乙醇工业
7.3.5 全球燃料乙醇替代汽油展望
7.4 中国燃料乙醇产业分析
7.4.1 中国燃料乙醇的生产与应用回顾
7.4.2 中国燃料乙醇推广的实践经验
7.4.3 我国发展燃料乙醇工业的基本原则
7.4.4 燃料乙醇企业面临成本高的难题
7.4.5 发展国内燃料乙醇工业的若干建议
7.5 中国燃料乙醇市场分析
7.5.1 我国燃料乙醇市场简况
7.5.2 燃料乙醇定价与经济性分析
7.5.3 燃料乙醇需求增加使玉米供应出现缺口
7.5.4 推广应用燃料乙醇的经验策略
7.6 燃料乙醇的发展前景和趋势
7.6.1 未来燃料乙醇工业发展前景展望
7.6.2 我国燃料乙醇工业市场前景广阔
7.6.3 木薯制造燃料乙醇的市场前景广阔
第八章 生物质能发电
8.1 国际生物质能发电情况
8.1.1 世界生物质能发电技术日趋成熟
8.1.2 北美地区生物质能发电发展概况
8.1.3 欧盟地区生物质能发电发展分析
8.1.4 生物质能发电未来的前景预测
8.2 中国生物质能发电产业分析
8.2.1 加快生物质发电的必要性和可行性
8.2.2 内地主要生物质发电项目建设情况
8.2.3 发展生物质发电对新农村建设意义重大
8.3 沼气发电
8.3.1 发展我国农村沼气发电的意义重大
8.3.2 我国农村沼气发电的应用技术分析
8.3.3 沼气综合利用发电的经济效益分析
8.3.4 沼气发电商业化发展的障碍与对策
8.3.5 未来我国农村沼气发电的发展前景
8.4 2004-2006年沼气发电项目运行状况
8.4.1 2004年无锡市的沼气发电电量大增
8.4.2 2005年浙江省最大的沼气发电项目成功运行
8.4.3 2006年四川首个沼气发电站在双流建成
8.4.4 2006年徐州建成首家沼气发电工程
8.4.5 2006年兰州大型沼气发电机组试车成功
8.5 秸秆发电
8.5.1 中国秸秆发电发展概况
8.5.2 中国应着力推进秸秆发电事业
8.5.3 国内秸秆发电的技术分析
8.6 生物质气化发电
8.6.1 发展生物质气化发电技术的意义
8.6.2 中国生物质气化发电技术的现状
8.6.3 中小型气化发电技术的现状和问题
8.6.4 生物质气化发电技术的经济性分析
8.6.5 生物质气化发电技术应用市场分析
8.6.6 生物质气化发电技术的发展策略
8.6.7 国家对生物质气化发电的政策支持
第九章 生物质能产业投资分析
9.1 投资生物质能产业的政策环境
9.1.1 我国开发生物质能的有利政策
9.1.2 发展生物质能的财政政策解读
9.1.3 农村能源发展的政策保障与战略思考
9.1.4 我国燃料乙醇工业的相关政策剖析
9.2 投资机会与投资成本分析
9.2.1 中国优先发展的生物能源项目
9.2.2 燃料乙醇行业已成投资热点
9.2.3 国内推广生物柴油的时机成熟
9.2.4 投资生物柴油的经济成本分析
9.3 投资生物质能产业的若干建议
9.3.1 生物质能利用应考虑的几个因素
9.3.2 投资生物质能发电项目亟需谨慎
9.3.3 开发燃料乙醇应关注三大问题
第十章 生物质能利用的发展前景
10.1 全球生物质能的发展前景分析
10.1.1 未来全球将面临能源危机的挑战
10.1.2 全球生物能源利用潜力预测
10.1.3 全球生物质能的发展前景广阔
10.2 中国生物质能的利用前景
10.2.1 我国开发利用生物质能具有广阔前景
10.2.2 我国生物质能资源潜力巨大
10.2.3 中国林业发展生物质能源潜力巨大
10.3 生物质能利用技术的未来展望
10.3.1 生物质能源技术市场前景广阔
10.3.2 未来生物质能应用技术的发展方向
10.3.3 我国生物质能利用技术发展目标
一、生物质热解综合技术
该项技术是生物质在反应器中完全缺氧或只提供有限氧和不加催化剂条件下,高温分解为生物炭、生物油和可燃气的热化学反应过程。可热解的生物质非常广泛,农业、林业和加工时废弃的有机物,都可以作为热解的原料。生物质热解后,其能量的80%-90%转化为较高品位的燃料,有很高的商业价值。农业、林业废弃生物质热解产生的固体和液体燃料燃烧时不冒黑烟,废气中含硫量低,燃烧残余物很少,减少了对环境的污染。分选后的城市垃圾和废水处理生成的污泥经热解后,体积大为缩小,臭味、化学污染和病原菌被除去在消除公害的同时,获得了能源。
热裂解工艺有以下3种类型。
1、慢速热解(烧炭法):主要用于烧木炭业。将木材放在种型式的窑内,在隔绝空气的情况下,加热烧成木炭。一个操作期一般要几天,可得到原料重量30%-35%的木炭,烧木炭法也称木材干馏或碳化。低温干馏的加热温度为50 0-580℃,中温干馏温度为660-750℃,高温干馏温度为900-1100℃。
2、常规热解:是将生物质原料通过常规热解的装置,一般要经过几个小时的热解,可得到原料重量20%-25%的生物炭、10%-20%的生物油。
3、快速热解:是将磨细的生物质原料在快速热解装置中进行,过程经历的时间很短,只有几秒钟,热解产物中生物油的比率明显提高,一般可以达到原料重量的40%-60%,快速热解过程需要的热量以热解产生的部分气体为热源供应。
另外,国内外正在研究“闪激加热”热解气化技术,加热速率越高,热解所获得的气态和液态的燃料产品率越高。
热解所用原料和工艺不同,所得生物炭、生物油和燃料气3种产品的比率及其热值也有差异。
二、生物质液化技术
该技术是以生物质为原料,制取液体燃料的工艺。将生物质转化为液体燃料使用,是有效利用生物质能的最佳途径。其转换方法可分为热化法、生化法、机械法和化学法。生物质液化的主要产品是醇类和生物柴油。
醇类是含氧的碳氢化合物,其分子式为R-OH,其中R表示烷基。常用是甲醇和乙醇。甲醇可用木质纤维素经蒸馏获得,亦可将生物质气化产物一氧化碳与氢经催化反应合成。生产甲醇的原料比较便宜,但设备投资较大。乙醇可由生物质热解产物乙炔与乙烯合成制取,但能耗太高,采用生物质经糖化发酵制取方法较经济可行。一般情况下,乙醇生产成本的60%以上为原料所占。因此选用廉价原料对降低乙醇成本很重要。制取乙醇的原料主要有两类,一类是本质纤维原料,另一类是含糖丰富的植物原料,也可选用农业废弃物,如高梁秸、玉米秸、制糖废渣等。
乙醇作为燃料使用已有很久的历史,1900年英国就出现了以乙醇为燃料的内燃机。70年代以来的能源危机使乙醇燃料又得到发展,据统计,世界上有上千万辆汽车用汽油混合乙醇为燃料。
生物柴油是动植物油脂加定量的醇,在催化剂作用下经化学反应,生成性质近似柴油的酯化燃料。生物柴油可代替柴油直接用于柴油发动机上,也可与柴油掺混使用。生物质液体燃料的可再生性和低污染性使期成为良好的替代能源,作为动力燃料和发电能源有持久的生命力,但目前仍受到石油市场的左右。
巴西利用甘蔗大规模生产乙醇作汽车燃料,以替代进口石油,节约外汇。僵已建有480多家加工厂,年产乙醇127亿升,乙醇汽车累计量达530多万辆。美国利用玉米、马铃薯等生产乙醇,以1:10的比例渗入汽油作汽车燃料,1993年有39个工厂,年产11亿加仑乙醇,每吨玉米可产40加仑乙醇。
三、生物质气化技术
世界上研究应用生物质气化技术发展较快,主要有热解气化技术和厌氧发酵生产沼气技术等。
1、热解气化技术。国外以不同种类的生物质为原料,大都采用压力燃烧气化技术以驱动燃气轮机,还有发生炉煤气甲烷化,流化床气化炉或固定床气化炉热解气化等技术。美国、日本、加拿大、瑞典等国的气化技术已能大规模生产水煤气。
2、厌氧发酵生产沼气,是有机物在厌氧条件下被微生物分解发酵生成一种可燃性气体——沼气,又称生物气。其主要成分是甲烷,含量占60%左右。每立方米沼气的热值相当于1公斤煤的热量。
沼气是1776年由意大利物理学家A??沃尔塔在沼泽发现的。1781年法国人L?穆拉根据沼气产生的原理,将简易沉淀池改造成世界上第一个沼气发生器。但是,资本主义国家在发展工业化、城市化过程中,走了一条“先污染后治理”的路子,对沼气并未引起重视,直至20世纪七八十年代,才越来越引起世界各国的重视。不论是研究、开发、利用厌氧消化技术和大型沼气工程处理城市、工业污泥和垃圾,既治理了污染,又获得了能源。
四、生物质发电技术
1、生物质发电。对于以生物质资源为原料进行发电,工业发达国家已有成熟的技术设备,并形成一定的生产规模。美国采用这种生物质能转型优化方式有三种技术的支持:一是能源林生产技术,包括种子选型、培育和种植。美国利用退耕或轮作的土地种植能源作物,包括树和草,因为这类土地种树或草只需要很少的化肥、农药和管理费用,有利于改良土壤结构,保护水土资源,改善生态环境。二是有专用的加工设备,包括秸秆打捆机、粉碎机、木材削片、整树粉碎等设备和专用的运输工具等。三是生产设备,主要是燃烧炉、蒸汽发电装置等。而毛里求斯、哥斯达黎加等国则大量使用蔗渣发电。
1998年12月英国首座利用特殊培育的柳树为燃料的发电厂在西约克郡奠基。这座新型发电厂使用的主要燃料是生长速度很快的矮柳。该柳树3-4年便可成材。柳树的种植和采伐将使用轮作方式,采伐后立即种植,保证电厂能获得持续的燃料供应。除了柳树外,电厂还可使用农业和渔业废物作为燃料。
2、垃圾发电。随着城市化和食品、医药等工业的发展,城市垃圾迅速增加,许多城市面临着垃圾围城的困扰,大量垃圾堆放占用土地、污染环境。而卫生掩埋、焚化、就也燃烧、堆肥、填低洼地及任意倾弃,衍生出二次污染,危害生态环境和人们的健忘。随着科学技术进步,现代垃圾中被认定为可回收的成分越来越多,因而发达国家,加强了利用垃圾发电的技术研究、开发与应用。
以生物质为载体,由生物质产生的能量,便是生物质能。生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,一种以生物质为载体的能量,它直接或间接地来源于植物的光合作用,在各种可再生能源中,生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。
据科学家估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t,含能量达3x1021J,因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能,相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大,仅地球上的植物,每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍,或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大,但地球上每个国家都有某种形式的生物质,生物质能是热能的来源,为人类提供了基本燃料。
开发“绿色能源”已成为当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的重要手段。至少有14个工业化国家在开发“绿色能源”方面取得了良好成绩,其中有些国家通过实施“绿色能源”政策,在相当大程度上缓解了本国能源不足的矛盾,而且显着改善了环境。
到2020年,西方工业国家15%的电力将来自生物能发电,而目前生物能发电只占整个电力生产的1%。届时,西方将有1亿个家庭使用的电力来自生物能。生物能资源的开发和利用还能为社会创造大约40万个就业岗位。
我国拥有丰富的生物质能资源,我国理论生物质能资源50亿吨左右。目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物,包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。然而,由于农业、林业、工业及生活方面的生物质资源状况非常复杂,缺乏相关的统计资料和数据,以及各类生物质能资源间以各种复杂的方式相互影响,因此,生物质的消耗量是最难确定或估计的。
我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视,己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目,开展了生物质能利用技术的研究与开发,如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等,取得了多项优秀成果。
2005年2月28日,第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》,2006年1月1日起实施,并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明我国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位,并在政策上给予了巨大优惠支持。
人类的文明进步和社会生产力的发展使得人类对能源的需求越来越大,而严峻的能源形势日益成为全世界关注的焦点。地球上亿万年积累的化石能源(石油、天然气、煤等),仅能支撑300年的大规模开采就将面临枯竭。人们终于认识到,化石能源的使用不是无限的。未雨绸缪,利用现代科技发展生物能源,是解决未来能源问题的一条重要出路。人类对能源的依赖和获取正面临着重大转折。
报告目录
第一章 生物质能的概念与地位
1.1 生物质能概述
1.1.1 生物质能的含义
1.1.2 生物质能的种类与形态
1.1.3 生物质能的优缺点
1.1.4 与常规能源相比的特性
1.1.5 生物质能的利用途径
1.1.6 生物质能资源的储量
1.2 生物能源的开发范围掠影
1.2.1 植物酒精成为绿色石油
1.2.2 利用甲醇的植物发电
1.2.3 生产石油的草木
1.2.4 藻类生物能源的利用
1.2.5 海中藻菌能源开发
1.2.6 薪柴与“能源林”推广
1.2.7 变垃圾为宝的沼气池
1.2.8 人体生物发电的开发利用
1.2.9 细菌采矿技术的研究
1.3 生物质能的地位与重要性
1.3.1 是重要的绿色可再生能源
1.3.2 在能源结构中有重要地位
1.3.3 在我国能源体系中的重要性
1.3.4 是中国最廉价高效率的能源
1.3.5 是清洁能源发展的重要方向
第二章 全球生物质能的开发和利用
2.1 国际生物质能开发利用综述
2.1.1 生物质能开发受到世界各国重视
2.1.2 经合组织建议大力开发生物质能
2.1.3 欧盟生物质能开发利用富有成效
2.1.4 欧洲生物质能开发利用现状
2.1.5 欧洲生物质能利用的技术研究及特点
2.2 美国
2.2.1 美国将生物质能列为最重要的新能源
2.2.2 美国生物质能开发利用领先世界
2.2.3 美国要依靠生物能走上能源独立之路
2.2.4 美国将大力开发燃料乙醇和生物燃油
2.2.5 美国的生物燃油政策介绍
2.3 德国
2.3.1 德国生物质能的研发和应用情况
2.3.2 德国积极发展生物质能替代石油
2.3.3 德国加大汽车生物柴油的使用
2.3.4 德国加快开发生物燃油的步伐
2.4 法国
2.4.1 法国制定生物能源发展计划
2.4.2 农业为法国发展生物燃料奠定基础
2.4.3 法国生物甲醇技术开发取得重大进展
2.5 日本
2.5.1 日本生物发电生命力强
2.5.2 日本生物发电应用状况
2.5.3 日本政府的生物能源战略
2.5.4 日本生物质能开发利用的新措施
2.6 其它国家
2.6.1 英国政府加大生物能源投资力度
2.6.2 瑞典的生物质资源与市场
2.6.3 巴西大力开发生物质能
2.6.4 泰国积极拓展生物能源领域
第三章 中国生物质能开发和利用状况
3.1 中国生物质能概述
3.1.1 我国传统的生物质能资源
3.1.2 我国现代的生物质能资源
3.1.3 中国生物质能利用技术与产业化
3.1.4 我国开发生物质能的有利政策
3.1.5 中国优先发展的生物能源项目介绍
3.1.6 中国生物质能替代石油战略起步
3.1.7 利用生物质能应考虑的几个因素
3.2 全国各地生物质能利用情况
3.2.1 四川省生物质能资源及利用
3.2.2 内蒙古生物质能源开发建议
3.2.3 湖北省生物质能集约化应用方向与途径
3.3 生物质能利用技术发展概况
3.3.1 生物质能利用技术的研究现状
3.3.2 中国生物质热解液化技术概要
3.3.3 生物质能转化为液体燃料的技术研究
3.3.4 生物质循环流化床气化发电装置工作流程
3.3.5 生物质气化发电与燃煤发电对比研究
3.3.6 海南生物质气化发电厂综合分析
3.3.7 中国生物质能利用技术开发建议
3.4 生物替代能源的必要性
3.4.1 是替代石油能源危机的必然选择
3.4.2 替代战略将改变我国资源劣势
3.4.3 自主开发生物能源替代石油条件成熟
3.4.4 发展石油替代产业尚须政府总体规划
3.4.5 国外生物燃料替代石油产业的经验
3.5 中国开发生物质能的战略意义
3.5.1 是我国可再生能源系统的重中之重
3.5.2 有利于优化我国的能源结构
3.5.3 是缓解未来能源危机的有效途径
3.5.4 给中国林业发展带来新契机
3.5.5 生物质能进一步发展的四个环节
第四章 中国农村生物质能开发利用状况
4.1 中国农村能源现状
4.1.1 中国农村能源发展建设概况
4.1.2 我国农村能源消费形势分析
4.1.3 我国农村能源需求的典型分析
4.1.4 农村能源供应与消费的结构性变化
4.2 农村的生物质能资源情况
4.2.1 中国农业废弃物资源概况
4.2.2 中国农作物秸秆资源丰富
4.2.3 中国畜禽养殖场粪便资源情况
4.2.4 中国林业及其加工废弃物资源状况
4.2.5 中国农村生物质能发电的资源潜力
4.3 生物质能对于农村的重大意义
4.3.1 在农村能源供应与消费中占重要地位
4.3.2 对于发展能源农业有重大意义
4.3.3 对于农业增效的重大意义
4.4 农村能源面临的挑战与对策
4.4.1 当前农村能源发展仍面临严重挑战
4.4.2 农村发展低碳生物能源的选择与挑战
4.4.3 中国农村生物质能的开发方略
4.4.4 综合利用秸秆能源开发农村循环经济
4.4.5 农村能源发展的政策保障与战略思考
第五章 生物柴油
5.1 生物柴油概念
5.1.1 定义
5.1.2 主要特性
5.1.3 基本优势
5.1.4 生产方法
5.1.5 质量标准
5.1.6 生化柴油的经济性分析
5.2 生物柴油生产的原料来源
5.2.1 油菜成为生物柴油的首选原料
5.2.2 用廉价废旧原料生产生物柴油
5.2.3 花生油下脚废料开发出生物柴油
5.2.4 潲水油可以成为生物柴油原料
5.3 国际生物柴油的发展
5.3.1 国外生物柴油的研究近况
5.3.2 国外生物柴油开发利用概述
5.3.3 国外生物质液化燃料的开发利用
5.3.4 国际生物柴油产业发展迅速
5.3.5 生物柴油的市场竞争力不断提高
5.3.6 国外生物柴油产业现状与发展前景
5.4 世界各国生物柴油生产应用动态
5.4.1 美国生物柴油的产业概述
5.4.2 德国加大开发生物柴油的力度
5.4.3 法国开发出生物能源廉价生产技术
5.4.4 英国大型生物柴油厂开始商业生产
5.4.5 印度生物柴油发展战略解析
5.4.6 巴西生物柴油规划开始实施
5.4.7 马来西亚利用资源优势开发生物柴油
5.5 我国生物柴油产业发展现状
5.5.1 我国生物燃油产业概况
5.5.2 我国生物柴油产业尚在初级阶段
5.5.3 国内生物柴油发展应尽快行成产业
5.5.4 我国生物柴油商业化的障碍与可行性
5.5.5 克服生物柴油产业发展瓶颈的对策
5.6 国内外发展生物柴油相关政策
5.6.1 中国“生物柴油”质量标即将出台
5.6.2 美国生物柴油税优惠政策得到延长
5.6.3 欧盟有关生物燃料的目标计划
5.7 关于生物柴油产业发展的探讨
与传统能源行业相比,生物质能具有可再生、污染低、分布广等特性。严酷的现实已经倒逼着人类社会必须寻找和发展可再生清洁能源,我们中国尤其如此。生物质能源可以覆盖化石能源的全品类,因此这个产业兴旺发展的时机已经成熟。国家能源局此前发布的《生物质能发展“十三五”规划》明确,全国可作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、生活垃圾与有机废弃物等生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤。截至2020年“十三五”规划末,生物质能在可再生能源中占比将达到30%,超过光伏和风电的总和。据了解,我国生物质重点产业将实现规模化发展,成为带动新型城镇化建设、农村经济发展的新型产业。
生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量。这些植物以生物质作为媒介储存太阳能。属再生能源。据计算,生物质储存的能量为270亿千瓦,比目前世界能源消费总量大2倍。人类历史上最早使用的能源是生物质能。19世纪后半期以前,人类利用的能源以薪柴为主。当前较为有效地利用生物质能的方式有: (1) 制取沼气。主要是利用城乡有机垃圾、秸秆、水、人畜粪便,通过厌氧消化产生可燃气体甲烷,供生活、生产之用。(2) 利用生物质制取酒精。当前的世界能源结构中,生物质能所占比重微乎其微。
生物质能是世界上最普遍的一种可再生能源。据估算,地球上每年经光合作用而生成的生物质总量为1440亿~1800亿吨(干重),相当于目前全世界每年总能耗的3~8倍。若把动物排泄的粪便也包括进去,则其数量更大。但是,迄今人们实际利用的生物质能还很少,并且利用的效率也不高。至今,利用的生物质能只占全球总能耗的6%~13%。其中我国约占总能耗的30%,在非洲某些国家则高达60%以上;而发达国家生物质能在总能耗中所占比重较小,像美国只占3%~4%。随着化石能源的日益短缺和高新科技的发展,特别是保护生态环境的迫切需要,研究开发和充分合理利用生物质能,不但越来越显得非常必要,而且也已经具备了这种可能性。世界各国都将发展生物质能技术。比如说,有的国家着重研究生物质的液化问题,以它来代替石油;有的国家则侧重于研究生物质的气化,以提高生物质能的利用效率……
目前,生物燃料主要被用于替代化石燃油作为运输燃料,如替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油。在化石燃料储量逐步下降、环境保护日益严峻的背景下,生物燃料受到各国政府的高度重视。欧盟委员会积极推进生物燃料发展,制定了2015年生物燃料占运输燃料消费总量8%的目标。美国通过法律手段强制在运输燃料中添加生物燃料,具体比例是柴油中添加2%的生物柴油,汽油中添加5%的燃料乙醇。据调查数据统计,2011年8月16日,美国白宫宣布推出一项总额为5.1亿美元的计划,由农业部、能源部和海军共同投资推动美国生物燃料产业的发展。英国政府从2006年起要求生产运输燃油的能源企业必须有3%的原料是来自可再生资源,并且比例将逐年提高。根据国际能源机构(IEA)的数据,2010年全球生物燃料日产量为182.2万桶,2011年降至181.9万桶。 作为应对气候变化战略的一部分,西欧和北美政府强制要求,在未来15年里汽油和柴油中要添加更多的生物燃料组分。修改后的欧盟燃料质量法规定,欧盟汽油中可再生乙醇的含量将从5%倍增至10%,欧盟各国将在加油站出售这种命名为E10的汽油。
世界对生物柴油的需求量有望从2006年的690万吨增长至2010年的4480万吨。到2010年,亚洲有望超过北美、中欧和东欧,成为仅次于西欧的世界第二大生物柴油生产地区。全球生物柴油工业呈现快速增长,2000~2005年产能、产量及消费量年均增长率约为32%,而到2008年产能和需求增速更快,年均增速将分别达到115%和101%,甚至更高。2005~2010年全球生物柴油生产模式也将发生变化,2005年西欧生物柴油产量占全球总产量的75%,2010年将减少至低于40%,主要原因是以亚洲为首的其他地区产量增速加快,亚洲将可能成为第二大生物柴油生产地区,其次是北美地区。从消费情况来看,2005年德国占全球消费量的61%,其他消费国家主要包括法国、美国、意大利和巴西,其消费总和只占到全球消费量的11%。2010年,美国可能成为全球最大的生物柴油市场,占全球消费量的18%,新的大型消费市场将出现在中国和印度,其他国家的消费总和将占到全球消费量的44%。生物燃料的原料来源成为生物燃料可持续发展的重要课题。
东南亚正在崛起成为一个主要的生物柴油生产基地,到2010年更有望成为世界上领先的供应地区。东南亚各国政府和企业纷纷斥巨资发展生物柴油工业,在建的生物柴油工厂遍及各地,也因此成为未来西欧和北美地区生物柴油的主要供货地。棕桐油是东南亚最丰富的自然资源之一,将成为该地区发展生物柴油工业的主要原料。同时,该地区还计划将大量土地开发为新的油棕种植园。东南亚生物柴油工业发展最快的是马来西亚,然后是泰国和印尼,马来西亚和印尼的粗棕榈油合计产量大约占到全球产量的85%。
泰国能源部去年5月份开始实施一项到2012年使生物柴油产量达到255万吨的计划。马来西亚政府表示,2007年,该国生物柴油产量将翻一番多,达到110万吨,工厂将由3家增加至今年的22家,到2008年将达到29家,到2010年,马来西亚生物柴油产量将达到330万吨,成为仅次于美国和德国,与印度并列的世界第三大生物柴油生产国。印尼政府表示,该国生物柴油产量有望从2006年的18万吨增长至2007年的75万吨,到2008年将达到120万吨,该国的生物柴油工厂将由4家增加至今年的15家,到2008年将达到23家。到2010年,印尼和泰国的生物柴油年产量都将达到约130万吨。 目前,巴西所有车用汽油均添加20%~25%的燃料乙醇,并且已有大量使用纯燃料乙醇的汽车。除在本国大力发展生物乙醇工业之外,巴西还积极开展国际“乙醇外交”。今年3月,巴西与美国签订了在西半球鼓励生产和消费乙醇的协定。此外,还同意大利和厄瓜多尔签订了共同开发乙醇项目的合作协定。中国限制使用玉米加工生物燃料之后,引起了巴西工业界的广泛关注,巴西农业部1995年就表示关注中国推广使用乙醇汽油的行动,希望与中国在发展乙醇燃料方面进行广泛的合作。
美国从上世纪70年代开始利用其耕地多、玉米产量大的优势,发展燃料乙醇,目前以玉米为原料生产燃料乙醇的生产工艺已经基本成熟。今年年初布什表示,美国到2012年法定的可再生和替代性能源的总量目标是要达到75亿加仑,到2017年达到350亿加仑,而当前的替代能源每年产量是40亿加仑。因此美国玉米价格节节攀升。随着对燃料汽油需求的不断增加,美国的乙醇加工项目也不断上马,2004—2005被用于生产乙醇的玉米总量是13.23亿蒲式耳,2005~2006达到21.5亿蒲式耳,美国农业部预计,2007年将会有约32亿蒲式耳玉米用于加工成燃料乙醇。
一些企业正在致力于将非粮食类或废弃生物质如秸秆等转化为乙醇,以帮助解决原料供应问题。以木质纤维素为原料生产生物乙醇是技术开发的焦点。木质纤维素来源于农业废弃物(如麦草、玉米秸秆、玉米芯等)、工业废弃物(如制浆和造纸厂的纤维渣)、林业废弃物和城市废弃物(如废纸、包装纸等)。目前世界各国研究利用木质纤维素发酵生产乙醇的科研机构都围绕着这几大关键技术进行攻关,但是目前世界上还没有一家工业规模利用纤维质原料生产燃料乙醇的企业。其主要障碍是酶解成本过高、缺乏经济可行的发酵技术。因此,技术路线的优化组合问题、生产过程中成本降低的问题以及乙醇废糟的综合利用等问题,需要解决。
养殖藻类是另一个潜在的生物燃料原料。一些企业正在开发从藻类中产业化生产合成气和氢气的体系。绿色燃料技术公司与亚利桑那公共服务公司合作,利用以天然气为原料的发电厂排出的二氧化碳养殖可以转化为生物柴油或生物乙醇的藻类。绿色燃料技术公司的技术去年在亚利桑那州的一个发电厂进行了中试并获得了巨大成功。公司计划将该项目范围扩大,并于2008年在亚利桑那州开始商业化生产,然后扩展至澳大利亚和南非。 我国玉米资源比较丰富,2006年产量1.44亿吨,居世界第二位,玉米秸秆年产量达6亿多吨。在全球高度关注能源危机,关注可再生资源开发利用的大背景下,以玉米为原料生产的燃料乙醇、玉米乙烯及其衍生物、可降解高分子材料等,成为企业竞相开发和投资的热点。2006年,我国可再生能源年利用量已达到1.8亿吨标准煤,约为一次能源消费总量的7.5%。掺入10%燃料乙醇的乙醇汽油成为中国能源替代战略的着力点之一。
2001年国内酒精原料中玉米占原料总量的比重为59%,到2006年,这一比重已经上升到79%。目前有关部门正着手研究、开发汽车用甘蔗燃料乙醇。目前我国甘蔗年产量在8500万吨左右,仅产食用酒精50多万吨。若技术攻关成功,成本控制得当,用甘蔗生产燃料乙醇,将会有很好的发展前景。但问题在于,我国甘蔗种植面积十分有限,主要集中在广西、云南等少数几个省份,而且随着国内食糖消费量大幅增加,价格也将一路上扬,生产成本将可能大大高于玉米制造燃料乙醇。国家发改委相关人士也表示,继续推广乙醇汽油是大势所趋,非粮生物能源如红薯、木薯、甜高粱、纤维质乙醇是今后发展的重点,将加大这方面的科研投入力度。而另一方面,相关部委紧急叫停玉米加工乙醇后,政府仍会继续“适度”发展燃料乙醇行业,坚持能源与粮食双赢,在确保粮食安全的前提下,国家会采取一些财税扶持政策,支持燃料乙醇的生产和使用。
(一)我国大型集团公司积极进行生物燃料的研究开发及生产
2006年11月,中国石油集团与四川省签订合作开发生物质能源框架协议,双方将以甘薯和麻疯树为原料发展生物质能源,“十一五”期间将建成60万吨/年燃料乙醇、10万吨/年生物柴油项目。2006年12月,中石油又与云南省签署框架协议,在以非粮能源作物为原料制取燃料乙醇、以膏桐等木本油料植物为原料制取生物柴油等方面进行合作。2007年初,中石油与国家林业局就发展林业生物质能源签署合作框架协议,并正式启动云南、四川第一批能源林基地建设。作为我国石油能源行业的巨头,中石油在生物质能源的频频出手令人瞩目,充分显示了生物质能源对中石油集团发展的战略重要性。中石油总经理蒋洁敏表示,“十一五”末,中石油非粮乙醇年生产能力将超过200万吨/年,达到全国产量的40%以上,同时形成林业生物柴油每年20万吨/年的商业化规模,并建设生物质能源原料基地40万公顷以上。
无独有偶,中粮集团近年也将生物质能源发展提到了战略重地的高度,一时间与中石油并驾齐驱,成鏖战之势。2007年4月6日,紧随中石油之后,中粮集团与国家林业局签署《关于合作发展林业生物质能源框架协议》,双方将重点建设一批能源林基地,开发利用林业生物柴油、燃料乙醇和木本食用油三大产品。
中粮集团在燃料乙醇、生物柴油等方面频频重拳出击,进行企业并购。目前,国家发改委先后批准建设的4套燃料乙醇生产装置。2006年国家审批第5个燃料乙醇生产装置,也是唯一的一个非粮作物燃料乙醇装置——广西15万吨/年木薯乙醇项目正在建设中。
2006年7月,中石化在攀枝花建设了一座10万吨/年的生物柴油装置,配套的能源林基地为40万~50万亩。同月,中石化总投资约1800万元、规模为2000吨/年生物柴油的试验装置在河北建成。2007年4月13日,中石化与中粮集团签订《关于发展中国生物质能源及生物化工的战略合作协议书》,共同发展生物质能源及生物化工,双方将在未来5年内合作建设100万~120万吨/年燃料乙醇的生产装置。
尤其值得注意的是,在政府的帮助下,一些中国公司在海外开办生物燃料加工厂。例如,一家中国企业在尼日利亚投资9000万美元开生物乙醇加工厂,以木薯作原料,年产15万吨,北京出资85%,15%由尼日利亚政府负担。2007年4月12日,国家科技部与意大利环境国土与海洋部签署协议:武汉的生物柴油公司与意大利有关单位合作,在武汉兴建一条将餐馆产生的潲水油、地沟油等废弃油脂,加工成为生物柴油的生产线。这条生产线建成投产后每年可生产3万吨生物柴油,生产成本在5000元/吨左右,与石油柴油相当,发展前景看好。该项目在武汉实施成功后还将向我国的其他大中城市推广。
(二)国家鼓励以非粮食作物进行生物燃料的研发及生产,企业积极响应
国家发改委2006年12月18日下发的《关于加强玉米加工项目建设管理的紧急通知》明确提出,我国将坚持非粮为主积极稳妥推动生物燃料乙醇产业发展,并立即暂停核准和备案玉米加工项目,对在建和拟建项目进行全面清理。通知要求,“十五”期间建设的4家以消化陈化粮为主的燃料乙醇生产企业,未经国家核准不得增加产能。
相关部委鉴于目前危及粮食安全的严峻形势对国内一些地方盲目发展玉米加工乙醇能力的态势实施紧急刹车,令生产企业猝不及防。粮食问题直接关系到整个社会与国家经济的稳定,这也许是国家部委对发展玉米加工乙醇能力紧急刹车的最根本原因。去年玉米和大豆的国际期货价格大幅飙升,受此影响,国内市场的玉米价格也一路走高,国内四大定点乙醇生产厂全部亏损,为了不进一步刺激玉米需求,国家发改委此前已经叫停了一些中小乙醇生产项目。
国家现在和将来都不会鼓励用玉米大规模发展燃料乙醇和工业酒精,但我国有6亿多吨的农作物秸秆,应该展开规模化利用,还有北方的甜高粱及南方的木薯等非粮作物都在国家鼓励利用之列。寻找玉米替代资源,企业已经开始行动。
中粮集团正努力发展木薯、甜高粱和纤维素乙醇,中粮集团的广西15万吨/年木薯乙醇项目正在建设中,计划在今年投产;甜高粱乙醇正在中试阶段,分别在广西桂林和内蒙古五原建设了液态发酵和固态发酵中试装置;在黑龙江肇东建立了500吨/年的纤维素乙醇中试装置,目前正改造生产装置,优化工艺流程,为万吨级工业示范装置的建设奠定基础。到2010年,中粮集团将年产燃料乙醇310万吨,其中玉米乙醇占42%、木薯乙醇占26%、红薯及甜高粱等为原料的乙醇占32%。 诚然,我国有丰富的非粮生物质资源有待开发利用,除了有农作物秸秆、甜高粱、木薯、红薯处,还有甘蔗、甜菜、芒草、柳枝稷等。但这些作物普遍存在收集、贮运的难题,生产中又有技术、工艺、设备不成熟等诸多问题,另外农业生产的季节性和工业化生产连续性的矛盾也是制约非粮食乙醇发展的主要因素。
(一)乙醇燃料的推广促使粮食价格上涨
让人担忧的迹象频频出现。世界一些积极推广乙醇燃料的国家粮食已在上涨,比如美国、巴西、墨西哥和中国等国家。以美国为例,用玉米生产乙醇对粮价上涨起到了促进作用。2006年8月,购买1蒲式耳(等于35.238升)玉米要付2.09美元,但2006年9月、10月、11月和12月,这个价格分别上涨到2.2美元、2.54美元、2.87美元和3美元。2006年美国乙醇燃料工业消耗了美国20%左右的玉米,今年预计增加至25%以上。
在中国,掺入10%乙醇的乙醇汽油成为中国能源替代战略的重要目标,但是粮食和粮食产品与乙醇燃料的争夺也日趋白热化。专业研究机构预测,“十一五”期间,中国玉米缺口在350万吨左右,将由玉米的净出口国转变为净进口国,而加工企业抢购粮源必然会使玉米价格扶摇直上。此外,与其他国家不同的是,中国的玉米都是非转基因,非常适合人畜食用,用来生产乙醇燃料显然大材小用。
(二)反对声音渐起,有研究认为乙醇燃料加剧了环境污染
世界范围内已经有多项研究表明,被标榜为绿色的乙醇燃料并非如人所愿可以保环境,而是更加剧了环境污染。美国斯坦福大学大气科学家马克·雅各布森等人的研究结果表示,乙醇燃料对人和生物健康损害比人们以前想象的还要大,以乙醇为燃料的车辆可能导致更多人罹患或死于呼吸系统疾病。如果用以乙醇为燃料的车辆替代所有的轿车和卡车,美国死于空气污染的人数将增加4%。证明乙醇燃料不“绿”反“黑”的研究结果并非孤例。美国华盛顿州立大学的生物学家伯顿·沃恩的研究小组通过实际调查发现,生产乙醇的过程中造成了另一种环境污染,减少生物多样性和增加土壤的侵蚀。另外,即使用非粮食作物甘蔗来生产乙醇,也要消耗很多的水,每处理1吨甘蔗需要用水3900升(3.9吨水),对环境又增加了负担。
(三)生物乙醇产出效率较低
目前世界上普遍用玉米生产生物乙醇,但是产出效率比较低。即使技术最先进的工厂用100kg玉米也只能生产出约45L乙醇,而且在生产乙醇和栽培玉米等原料作物过程中消耗的能量相当于所产乙醇产生能量的80%,同时也会排放二氧化碳。科学家经过系统测算之后,对生物燃料的经济性产生了疑问。
生物燃料在生产过程中所消耗的能源比它们所能够产生的能源要多,并且生产成本高于它们所替代的石油燃料。能源成本首先包括种植作物所需的化肥,也包括进行转化所需的水、蒸汽及电力。经济成本包括人工、除草剂、灌溉与机械以及化肥。与汽油相比能量密度较低的乙醇还增加了运输成本,并降低了发动机效率。玉米、柳枝稷、木质纤维素、大豆及葵花油等多种生物燃料原料植物的能源与经济性逆差是相似的。所有植物生长都需要二氧化碳,当这些植物作为燃料或者转化为其他用于燃烧用途的燃料时会被再次释放出来。从这个意义上说,生物质对碳吸收与排放的影响是中性的。不过,这没有将耕种、施肥、施杀虫剂、运输、干燥以及转化为可用燃料的过程中的能源消耗考虑进去。其中,化肥是消耗能源的主要方面,工业固氮生产氨的Haber-Bosch工艺需要消耗大量能源,大约每吨氨需要3100万英热单位的能源,如果原料不是天然气,而是煤,或者采用需部分氧化的其他工艺,则每吨氨需要4100万英热单位的能源。磷肥与钾肥生产过程中所消耗的能源要低许多(主要是在机械开采、粉碎、干燥等环节)。化肥在生物乙醇、生物柴油生产过程所消耗的能源中分别占45%、24%。在生物柴油的生产过程中,需要与甲醇进行酯交换反应,而这也要占到所消耗能源的35%。 我国正在拟订生物能源替代石油的中长期发展目标,到2020年,生物燃料生产规模达到2000万吨,其中生物乙醇1500万吨、生物柴油500万吨。如果进展顺利,到2020年,达到3000万吨以上。2006年我国进口石油1.4亿吨,预计2010年进口2亿吨,2020年进口3亿吨。这就能够在2020年以前把我国石油的对外依存度控制在50%以下,提高我国能源安全。中国的生物燃料很丰富,秸秆和林业采伐加工剩余物有10亿吨,合5亿吨标准煤,还有900万公顷木本油料林和薪碳林,30多种油料树种。
“十一五”我国将投入1010亿美元,到2020年实现生物能源占交通能源需要的15%,即1200万吨。我国还计划到2010年种植1300万公顷麻疯树,从中提取600万吨生物柴油。柴油机燃料调合用生物柴油(BDl00)生产标准近日正式颁布,于2007年5月1日实施。这必将大大促进我国生物燃料产业的发展。
但是为避免对粮食生产威胁,我国发展燃料乙醇也正在从粮食为主的原料路线向非粮转变,当然,作为调节粮食供需余缺的手段,玉米燃料乙醇仍将保持适度的规模。从大方向来看,不能再用粮食做燃料乙醇。用非粮物质替代石油将是长远的方向。我国农村劳动力丰富,在田头地角都可以种植纤维素原料植物,更有条件发展。
当2008年国际油价重挫曾一度冲破40美元之时,作为替代能源之一的燃料乙醇的发展前景也令人担心。但燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点,可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放。未来我国燃料乙醇行业的重点是降低生产成本、减少政府补贴,为此,制定生物燃料乙醇生产过程的消耗控制规范,及产品质量技术标准,统一燃料乙醇生产消耗定额标准,包括物耗、水耗、能耗等,是降本增效的有力手段。而未来我国燃料乙醇行业发展的方向是如何实现非粮乙醇的规模化。因此,决定未来燃料乙醇发展前景的关键是成本和技术。
未来,中国政府还将继续适度发展燃料乙醇行业。“十一五”期间,中国燃料乙醇的潜在市场规模将急剧扩大。以中国四家燃料乙醇生产企业的产能来看,远远不能满足未来国内对燃料乙醇的需求,燃料乙醇装置产能扩张不可避免。因此计划到“十一五”末,国内乙醇汽油消费量占全国汽油消费量的比例将上升到50%以上,这意味着届时中国燃料乙醇的产能和产量将会有一个质的飞跃。 中国在生物燃料方面的政策扶持相对较晚,近年随着政府的重视,生物燃料技术迅速提高,市场竞争日趋激烈。截至2010年底,我国生物质固体成型燃料年利用量为50万吨左右,非粮原料燃料乙醇年利用量增加20万吨,生物柴油年产量为50万吨左右。根据《可再生能源中长期发展规划》和《可再生能源发展“十一五”规划》,国家确定的“十一五”生物质能的发展目标为:到2010年,生物质固体成型燃料年利用量达到100万吨,增加非粮原料燃料乙醇年利用量200万吨,生物柴油年利用量达到20万吨。可见我国生物燃料的发展规模距离之前的规划相去甚远,生物质固体成型燃料只完成了1/2,非粮燃料乙醇则仅完成了既定目标的10%左右。总的来说,我国“十一五”期间生物质能源的利用出现“虎头蛇尾”的情况,究其原因主要是国家产业扶持政策没有跟上。截至2012年4月中旬,《可再生能源发展“十二五”规划》已上报国务院,但仍未正式发布。《规划》已初定我国2015年生物燃料乙醇年利用量达到500万吨,与“十一五”的规划目标相比翻了一倍多生物柴油年利用量为100万吨。
为了“十二五”期间不重蹈覆辙,我国有关部门正在积极制定应对措施。根据《可再生能源中长期发展规划》,到2020年,我国生物柴油年利用量达到200万吨,生物燃料乙醇年利用量达1000万吨。而由于化石能源的有限性,开发新型能源已上升为各国的能源战略。目前全球原油可采年限约为46年,而我国石油可采年限仅为15.62年。发展替代能源是解决我国能源供应紧张问题的有效途径。虽然由于原料短缺及价格高涨等原因,目前我国生物柴油的产能利用率较低,有些企业处于部分停产甚至完全停产状态,但随着国家产业扶持政策的出台,“十一五”期间生物燃料“先热后冷”的局面将不再出现,生物柴油行业必将得到长远的发展。
20世纪70年代第一次石油危机爆发后,一直依赖能源进口的丹麦,着手推行能源多样化政策,制定适合本国国情的能源发展战略,积极开发生物能、风能、太阳能等清洁可再生能源。
根据丹麦最新能源计划,到2030年,即使那时石油和天然气资源枯竭,丹麦也能够保持其在能源方面的自足。其能源构成的目标是:风能50%,太阳能15%,生物能和其他可再生能源35%。其中生物能主要指的是秸秆发电。
国际能源机构的有关研究表明,农作物秸秆为低碳燃料,且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低,是一种很好的清洁可再生能源。每两吨秸秆的热值相当于一吨煤,而且其平均含硫量只有3.8‰,远远低于煤1%的平均含硫量。
丹麦是较早利用秸秆发电的国家。丹麦的农作物主要有大麦、小麦和黑麦,这些秸秆过去除小部分还地或当饲料外,大部分在田野烧掉了。这既污染环境、影响交通,又造成生物能源的严重浪费。为建立清洁发展机制,减少温室气体排放,丹麦政府很早就加大了生物能和其他可再生能源的研发和利用力度。丹麦BWE公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术,迄今在这一领域仍保持世界最高水平。在该公司的技术支持下,丹麦1988年建成了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。
同时,为了鼓励秸秆发电以及风能和太阳能等可再生能源的发展,丹麦政府制定了财税扶持政策。对于秸秆发电、风力发电等新型能源,丹麦政府免征能源税、二氧化碳税等环境税,并且优先调用秸秆产生的电和热,由政府保证它们的最低上网价格。政府还对各发电运营商提出明确要求,各发电公司必须有一定比例的可再生能源容量。1993年,政府与发电公司签订协议,要求每年燃用秸秆及碎木屑140万吨。另外,丹麦从1993年开始对工业排放的二氧化碳进行征税并将税款用来补贴节能技术和可再生能源的研究。
目前,丹麦已建立了130多家秸秆生物发电厂,还有一部分烧木屑或垃圾的发电厂也兼烧秸秆。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24%以上,丹麦靠新兴替代能源由石油进口国一跃成为石油出口国。丹麦的秸秆发电技术现已走向世界,并被联合国列为重点推广项目。瑞典、芬兰、西班牙等国由BWE公司提供技术设备建成了秸秆发电厂,许多国家还制定了相应的计划,如日本的“阳光计划”、美国的“能源农场”、印度的“绿色能源工厂”等,它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。其中位于英国坎贝斯的生物质能发电厂是世界上最大的秸秆发电厂,装机容量3.8万千瓦,总投资约5亿丹麦克朗。
在19世纪中叶煤炭发展之前,所有使用的能源都是可再生能源,其主要来源是人力和畜力的形式利用牛,骡,马,水磨和风磨粮食,和柴火。在右边的美国能源使用的两幅曲线图中,直到1900年的石油和天然气的重要性,和风能和太阳能在2010年发挥一样的重要性。
除了核能、潮汐能、地热能之外,人类活动的基本能源主要来自太阳光。像生物能和煤炭石油天然气,主要透过植物的光合作用吸收太阳能储存起来。其它像风力,水力,海洋潮流等等,也都是由于太阳光加热地球上的空气和水的结果。 木材 柴是最早使用的典型的生物质能源,烧柴在煮食和提供热力很重要,它可让人们在寒冷的环境下仍可生存。 役用动物 传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外,亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。 水能 磨坊就是采用水能的好例子。而水力发电更是现代的重要能源,尤其是中国、加拿大等满是河流的国家。 风能 人类已经使用了风力几百年了。如风车,帆船等。 太阳能 自古人类懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。 地热能 人类很早以前就开始利用地热能,例如利用温泉沐浴、医疗,利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。 海洋能 海洋能即是利用海洋运动过程来生产的能源,海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、海洋温差能和海水盐差能等,一些沿海国家的海岸线,就很适合用来作潮汐发电。 生物能 生物质能是指能够当做燃料或者工业原料,活着或刚死去的有机物。生物质能最常见于种植植物所制造的生质燃料,或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。许多的植物都被用来生产生物质能,包括了芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和沼气(甲烷)牛粪等。 国家发改委: 可再生能源就近消纳试点启动
为促进清洁能源持续健康发展,国家发展与改革委员会2015年10月下发通知,明确在甘肃省和内蒙古自治区部分地区开展可再生能源就近消纳试点,以可再生能源为主、传统能源调峰配合形成局域电网,降低用电成本,形成竞争优势,促使可再生能源和当地经济社会发展形成良性循环。
为“明确在可再生能源富集地区率先开展可再生能源就近消纳试点,为其他地区积累经验,是努力解决当前严重弃风、弃光现象的大胆探索,是电力市场化改革背景下促进可再生能源发展的机制创新。”为此,通知要求试点必须有效解决局部地区较为严重的弃风、弃光问题。试点方案应结合地方特点,允许大胆探索,只要政策不违反法律法规,不影响电力安全稳定运行,又有利于实现就近消纳,就可以试行,通过实践检验政策的可行性和有效性。
通知还提出,通过建立优先发电权,提出可再生能源发电的年度安排原则,实施优先发电权交易,并在调度中落实,努力实现规划内的可再生能源全额保障性收购。建立利益补偿机制,鼓励燃煤发电对可再生能源发电进行调节。
发展生物质能源对于缓解能源危机、保护等都有着极其重要的意义,因此生物质能源作为一种能够进行物质生产的可再生能源正日益受到世界各国的青睐和重视。