生物质发电行业的前景怎么样啊?
我国生物质能资源非常丰富,发展生物质发电产业前景广阔。一方面,我国农作物播种面积有1.6亿公顷,年产生物质约7亿吨另一方面,我国现有森林面积近2亿公顷,森林覆盖率20.36%,每年可获得生物质资源量约8亿至10亿吨。此外,我国还有5400多万公顷宜林地,可以结合生态建设种植农植物,这些都是我国发展生物质发电产业的优势。发展生物质发电产业是构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系,突破经济社会发展资源环境制约的重要途径。
前瞻产业研究院发布的《中国生物质能发电行业深度调研与投资战略规划分析报告》研究显示,2006-2012年,我国生物质发电装机容量逐年增加,由2006年的140万千瓦增加至2012年的800万千瓦,年均复合增长率达33.71%,表明我国生物质发电行业发展较快。但是,我国的生物质发电主要停留在示范项目阶段,并未形成大规模合理利用。生物质发电在我国电力生产结构中占比极小,在我国新能源发电结构中占比仅为1/10左右。
前瞻产业研究院生物质能发电行业研究小组分析认为,在这一系列目标的引导下,“十二五”期间我国将迎来生物质发电厂建设的高潮,为涉及生物质发电的企业将带来积极影响。同时,随着国家对生物质能发电产业的政策扶持力度的不断加大,生物质能产业将步入快速发展的高峰期。
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进入21世纪以来,我国面临的能源安全和环境生态保护问题日趋严峻,可再生能源已经成为能源发展战略的重要组成部分以及能源转型的重要发展方向。根据可再生能源应用的不同领域,电力系统建设正在发生结构性转变,可再生能源发电已开始成为电源建设的主流。生物质发电技术是目前生物质能应用方式中最普遍、最有效的方法之一。
装机容量世界第一
生物质能是重要的可再生能源,开发利用生物质能,是能源生产和消费革命的重要内容,是改善环境质量、发展循环经济的重要任务。为推进生物质能分布式开发利用,扩大市场规模,完善产业体系,加快生物质能专业化多元化产业化发展步伐。截至2020年底,全国已经投产生物质发电项目有1353个。
在国家大力鼓励和支持发展可再生能源,以及生物质能发电投资热情高涨,各类生物质发电项目纷纷建设投产等推动下,我国生物质能发电技术产业呈现出全面加速的发展态势。2020年,生物质发电新增装机543万千瓦,累计装机达2952万千瓦。我国生物质发电装机容量已经是连续三年列世界第一。
生物质发电主要包括农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电。2020在,在我国生物质发电结构中,垃圾焚烧发电累计装机容量占比最大,达到51.9%其次是农林生物质发电,累计装机容量占比为45.1%沼气发展累计装机容量占比仅为3.0%。
生物质能发电量稳定增长
近年来,我国生物质能发电量保持稳步增长态势。2020年,中国生物质年发电量达到1326亿千瓦时,同比增长19.35%。
从发电量结构来看,垃圾焚烧发电量最大,2020年中国垃圾焚烧发电量为778亿千瓦时,占比为58.6%农林生物质发电量为510亿千瓦时,占比为38.5%2020年沼气发电量为37.8亿千瓦时,占比为2.9%。
随着生物质发电快速发展,生物质发电在我国可再生能源发电中的比重呈逐年稳步上升态势。截至2020年底,我国生物质发电累计装机容量占可再生能源发电装机容量的3.2%总发电量占比上升至6.0%。生物质能发电的地位不断上升,反映生物质能发电正逐渐成为我国可再生能源利用中的新生力量。
垃圾焚烧发电量将持续增长
在我国生物质发电结构中,垃圾焚烧发电累计装机容量占比最大。国内生活垃圾清运量和无害化处理率保持持续增长,对于垃圾焚烧的需求也在日益增加。为满足垃圾焚烧消纳生活垃圾的需求,随着垃圾焚烧发电市场从东部地区向中西部地区和乡镇转移,垃圾焚烧发电量将持续增长。
农林生物质发电项目利用小时数从2018年开始逐年走低,主要原因是可再生能源补贴拖欠对农林生物质发电项目影响较大。根据统计,2019年农林生物质发电利用小时数超过5000h的项目未188个,总装机为526万千瓦。据此判断约50%的项目在承受电价补贴拖欠的压力下,仍坚持项目运营。2020年农林生物质发电新增装机容量也有所下降,为217万千瓦。
山东生物质发电全国领先
总体上来看,生物质发电整体呈现东强西弱的局面。东部和南部沿海地区发展较好。
2020年,全国生物质发电量排名前五位的省份是山东、广东、江苏、浙江和安徽,发电量分别为365.5万千瓦、282.4万千瓦、242.0万千瓦、240.1万千瓦和213.8万千瓦。
2020年,全国生物质发电新增装机容量排名前五位的省份是广东、山东、江苏、浙江和安徽,分别为67.7万千瓦、64.6万千瓦、41.7万千瓦、38.9万千瓦和36.0万千瓦。
—— 更多数据请参考前瞻产业研究院《中国生物质能发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
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生物质锅炉技术、工程热力学、流体力学、传热学、控制理论、测试技术、生物质能发电技术、固态废物利用等。
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在生物质能热动发电企业进行实习。
二、生物质能应用技术专业未来从事什么工作主要面向电力、生物质能热动等行业,在设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发岗位群,从事电力工程技术,电力、热力生产和供应,农村能源利用,石油炼制生产,专用机电设备修理等工作。 http://Www.CreDitSaiLing.Com
本专业培养德、智、体、美全面发展,具有良好职业道德和人文素养,掌握生物技术及其产业化、工艺技术过程和工程设计基本知识,具备生物质能发电应用能力,从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发等工作的高素质技术技能人才。
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。
生物质发电主要是利用农业、林业和工业废弃物为原料,也可以将城市垃圾为原料,采取直接燃烧或气化的发电方式。
近年来中国能源、电力供求趋紧,国内外发电行业对资源丰富、可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源的开发利用给予了极大的关注。于是生物质能发电行业应运而生。
世界生物质发电起源于20世纪70年代,当时,世界性的石油危机爆发后,丹麦开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来,生物质发电在欧美许多国家开始大发展。
中国是一个农业大国,生物质资源十分丰富,各种农作物每年产生秸秆6亿多吨,其中可以作为能源使用的约4亿吨,全国林木总生物量约190亿吨,可获得量为9亿吨,可作为能源利用的总量约为3亿吨。如加以有效利用,开发潜力将十分巨大。
为推动生物质发电技术的发展,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3个秸秆发电示范项目,颁布了《可再生能源法》,并实施了生物质发电优惠上网电价等有关配套政策,从而使生物质发电,特别是秸秆发电迅速发展。
最近几年来,国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底,国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万千瓦。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。可以看出,中国生物质发电产业的发展正在渐入佳境。
根据国家“十一五”规划纲要提出的发展目标,未来将建设生物质发电550万千瓦装机容量,已公布的《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标。此外,国家已经决定,将安排资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。总的说来,生物质能发电行业有着广阔的发展前景。
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。
生物质能应用技术主要研究化学、新能源、生物质能等方面的基本知识和技能,进行生物质能的开发与利用以及相关设备的安装、调试、运行、维护等。常见的生物质有:落叶、木屑、秸秆、稻壳、生活污水、畜禽粪便、沼气等。
生物质能应用技术专业简介
生物质能应用技术是中国普通高等学校专科专业。
该专业主要培养拥护党的基本路线,适应社会主义市场经济建设需要,德、智、体、美全面发展,服务于新能源产业,具备较系统的生物质能专业的基本理论、基本知识及基本技能,能在新能源技术、生物质能技术与装备领域从事设计与制造、装备开发与集成、经营与管理等方面工作,具有创新精神、实践能力和创业精神的应用型工程技术人才。
课程体系:《电工电子技术》、《机械制图》、《热工基础》、《流体力学基础》、《有机化学》、《能源化学》、《化学工程基础》、《现代生物质能利用技术》、《生物质锅炉燃烧技术》、《热工测试技术》。
就业方向:新能源类企业:生物质能开发、生物质能利用。
生物质能应用技术专业好就业吗该专业就业主要面向电力、生物质能热动等行业,在设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发岗位群,从事电力工程技术,电力、热力生产和供应,农村能源利用,石油炼制生产,专用机电设备修理等工作。
生物质能发电作为新型能源已经受到了广泛的重视,在我国也成为了未来的主要能源发展方向之一。
对于生物质能发电工艺形式,将其总结为三种:一是直接燃烧发电,二是气化发电,三是生物质-煤混合燃烧发电。
立本研究员认为,随着国家对于生物质能发电产业扶持力度的加大和产业自身的不断发展,未来将会有越来越多的企业加入到生物质能发电的行列中来。
1、规划推动生物质发电爆发式增长
最新发布的《可再生能源“十二五”规划》中明确表示,2015年我国生物质发电装机达到1300万千瓦,其中农林生物质发电800万千瓦、沼气发电200万千瓦、垃圾焚烧发电300万千瓦,分别为2010年装机量的4.0、2.5和6.0倍,将带来行业的爆发式增长,按农林生物质和垃圾发电厂装机容量约为3万千瓦计算,相当于5年内要分别新建农林生物质和垃圾发电厂200和83座,总投资超过900亿元;沼气电厂规模一般较小,新建的数量更多。
2、民企有望加入生物质能发电产业
目前一些生物质发电企业的赢利水平不很乐观,主要原因是生物质发电行业技术水平参差不齐,管理水平有高有低,各地项目资源量和供应模式情况差异很大,因此赢利水平差别较大。
国家“十二五”期间将对民营企业发展加大支持力度,民营生物质发电企业的融资贷款有望得到支持,以帮助其解决资金问题、加快产业投资发展。在国家支持下,有魄力、有能力同时又熟悉当地情况的民营企业家投资生物质发电厂有很大的优势。
生物质发电主要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、垃圾填埋气发电及沼气发电等多种类型。
生物质发电由于生物质发电所需的能量是燃料燃烧所散发的能量,对于燃料的质量要求不高,许多被其他行业淘汰下来的劣质燃料也可以投入使用,因此生物质发电历来就有变废为宝的说法。生物质发电足够稳定,不需要地区与环境的限制,只要能够保证燃料的充足。
生物质发电厂就能够按时按量发电。生物质发电的处境却也不容乐观。作为一个刚刚起步的行业,生物质发电并没有能力完成自负盈亏。生物质发电在更多意义上属于福利发电,这一属性决定了它很难独自完成资金的回笼,更多时候生物质发电的资金回流靠的是政府的资金补贴。
生物质能发电特点
1、生物能发电的重要配套技术是生物质能的转化技术,且转化设备必须安全可靠、维修保养方便;利用当地生物资源发电的原料必须具有足够的储存量,以保证持续供应;所有发电设备的装机容量一般较小,且多为独立运行的方式。
2、利用当地生物质能资源就地发电、就地利用,不需外运燃料和远距离输电,适用于居住分散、人口稀少、用电负荷较小的农牧区及山区;生物质发电所用能源为可再生能源,污染小、清洁卫生,有利于环境保护。
文/段劼 李海英 贾黎明
近期,国家发改委连续发布了《“十四五”生物经济发展规划》(以下简称《生物经济规划》)和《“十四五”可再生能源发展规划》(以下简称《可再生能源规划》)。《生物经济规划》是我国首部生物经济五年规划,也是“生物经济”概念的首次提出,聚焦面向人民群众在医疗 健康 、食品消费、绿色低碳、生物安全等领域更高层次需求和大力发展生物经济的目标。生物能源是《生物经济规划》中的战略性新兴产业,与生物医药、生物农业、生物安全一起被列为生物经济的四大重点发展领域。《生物经济规划》中提到,发展生物能源对维护国家能源安全、粮食安全、生态安全,实现乡村振兴与绿色发展具有重要意义。《可再生能源规划》中指出发展生物质能源对于碳达峰和应对气候变化具有重要作用,是保障国家能源安全的重要选择,是我国生态文明建设、可持续清洁能源发展、建设生态宜居美丽乡村的客观要求。林业生物质能源发展正处于大有可为的战略机遇期。
林业生物质能源产业是生物经济与可再生能源的重要组成部分
《生物经济规划》中将生物能源定位为生物经济的支柱产业,目标是推动化石能源向绿色低碳可再生能源转型。《可再生能源规划》明确提出了将推动林业生物质能源多元化开发,包括生物质发电、生物质能清洁供暖、生物天然气和非粮生物质液体燃料四种类型,与《生物经济规划》中提到的生物能源领域产业发展类型一脉相承。此外,《生物经济规划》还明确了林业生物能源领域产业发展可采取的工程路径,包括:定向选育、推广和应用高产、高抗、速生的油料和能源林新品种,因地制宜开展生物能源基地建设,加强热化学技术创新,推动高效低成本生物能源应用在有条件的区域开展纤维素乙醇、生物柴油、生物天然气产业示范,打通生物质原料收集等重要环节,提高生物燃料生产规模建设以生物质热电联产、生物质成型燃料及其他可再生能源为主要能源的产业园区支持有条件的县域开展生物质能清洁供暖替代燃煤,稳步发展城镇生活垃圾热电联产,推进生物质成型燃料、沼气等生物质能清洁取暖在有条件的地区开展生物柴油推广试点,推进生物航空燃料示范应用。
我国国情特殊,富煤贫油少气,当前原油对外依存度超过70%,能源安全问题突出。同时,我国人口基数大,18亿亩耕地的红线不能突破,发展生物质能源不可能像国外一样使用粮食原料,必须以“不与人争粮、不与粮争地”为原则。依托我国46亿亩林地发展林业生物质能源是最佳选择,可以促进对化石能源的加速替代,保障国家能源向低碳、零碳方向发展,同时兼顾生态、粮食、能源和 社会 多重效益。
林业生物质能源具有可再生、储备量大、能值高、绿色低碳、能源转化类型多、安全等特点,是生物经济产业和可再生能源的重要组成部分,是绿色低碳能源银行。林业生物质能源不仅能促进实现碳中和,部分产业还可实现负碳排放。两个《规划》是在我国迈向“双碳”目标和第二个百年目标的背景下提出的,为我国林业生物质能源提供了巨大的发展机遇。
北林能源中心致力林业生物质能源产业发展
自2013年以来,依托于北京林业大学“国家能源非粮生物质原料研发中心”和“林业生物质能源国家国际 科技 合作基地”等科研平台,在国家自然科学基金、 科技 部 科技 基础资源调查专项和国家国际 科技 合作项目等支持下,北林林业生物质能源研发团队经过10年多系统研究,助力“能源林”写入新版《森林法》,牵头编制了《能源林培育技术规程》《油料能源林培育技术规程》和《纤维素乙醇能源林培育技术规程》等3项林业行业标准,协助国家林草局生物质能源办起草发布了刺槐、灌木、文冠果、元宝枫、欧李、山桐子等7项能源原料林可持续培育指南。在高能效先进生物质原料林可持续经营技术和“林油一体化”产业可持续发展模式等方面取得了重要标志性科研成果,为落实两个规划奠定了雄厚的技术基础。
(1)高能效先进生物质原料林可持续经营技术
为解决限制我国林业生物质能源产业发展原料短缺这一瓶颈问题,在 科技 部国家国际 科技 合作项目和教育部重大项目培育项目等的支持下,北林团队以刺槐、柠条、沙棘、沙枣、胡枝子、紫穗槐、三倍体毛白杨B301、欧美107杨、文冠果、无患子、黄连木等11个主要能源原料树种为研究对象,创新形成了高能效先进生物质原料林可持续经营技术。团队基于雄厚的前期研究基础,依托 科技 部“林业生物质能源国家国际 科技 合作基地”,与德国哈尔博格学院、西班牙马德里理工大学等一流高校的相关机构,围绕燃料型、燃油型能源原料林可持续经营技术开展了务实合作,形成了刺槐和杨树能源林高密度超短轮伐培育技术体系,生物质收获量比原有培育模式提高20%以上;形成了立地-树种(品种)适配、合理密度确定、平茬复壮等灌木能源林培育技术体系,生物量提高35%,还可形成能-饲联产产业体系;建立了我国主要燃油树种高含油率、高皂苷含量优良种质资源筛选技术,可实现多目标利用最优种质精确选择,并形成了系列新品种;形成了无患子、文冠果等主要燃油树种种质资源经济性状与立地适配、冠形及花果精准调控等原料林高效标准化培育技术,果实原料产量比现有措施分别提高47.4%和51.0%提出了国际接轨的能源原料林培育经济、环境、能耗可持续评价指标体系和评价技术。以上技术为保障林业生物质能源产业原料稳定供应奠定了坚实基础。
文冠果高产单株
刺槐高密度超短轮伐原料林
杨树高密度超短轮伐原料林
柠条饲能兼用原料林
(2)“林油一体化”产业可持续发展模式
为解决我国林业生物质能源产业原料供应不足、原料林培育技术体系不完善、产品单一、企业投资回报期长等问题,北京林业大学团队牵头,联合我国林业生物质能源龙头企业开展了“林油一体化”产业可持续发展模式及相关因素研究。以无患子、小桐子、光皮树等油料能源树种为研究对象,创新提出了“优良无性系种植园原料林培育模式+多联产产业链可持续发展模式”。研究表明:无患子无性系种植园的果实产量是实生林的2.3倍,经济效益是实生林的3.3倍,林油-皂-碳多联产产业链扭转了仅生产生物柴油的亏损局面1吨无患子干果的净收益可达3.5万元;1吨无患子生物柴油的碳足迹为-11.5t CO2eq,相比石化柴油,温室气体减排量达15.2 t CO2eq/t。除此之外,研究还形成了我国自主创新的“林油一体化”生产工艺及多联产路线图提出了符合我国国情的优先享受营造林普惠财政补贴政策、国家种业和良种优惠政策、财税优惠政策等7条产业可持续发展扶持政策建议。该模式为我国乃至世界林业生物质能源“林油一体化”产业发展提供了一条优化路径,对推进我国林业生物质能源产业高质量发展具有重要现实意义。
林业生物质能源生物产业发展展望
十多年来,北林林业生物质能源研发团队已基本摸清了适合各主要气候区的各类型最优能源原料发展树种,并围绕这些树种构建了原料高产稳产培育技术体系,在各能源林树种主要发展区域建立了优良种质资源收集与种植试验基地,作为技术支撑单位有效带动了一大批坚定开展林业生物质能源相关领域研发与推广应用的企业。同时,在国家林业和草原局的带领下,建立了“无患子产业国家创新联盟”“国家林草刺槐工程技术研究中心”等。这些平台的建立打通了 科技 成果转化通道,形成了林业生物质能源产业的良性合作和推广转化机制,在我国林业生物质能源原料树种良种选育和原料林培育、应用开发、绿色精深加工等方面实现了“政产学研用”的有机结合,为逐步形成有效的林业生物质能源市场化开发机制奠定了重要基础。
两个《规划》的发布为我国林业生物质能源的发展提出了纲领,也为“能源中心”的 科技 创新指明了方向。“十四五”期间,“能源中心”制定了8大专项计划共27条具体措施,将重点在油料能源林、固体燃料能源林及纤维素能源林等方面开展理论和技术突破,并开创淀粉能源林、新型林草生物质能源等新领域,在行业标准化建设方面继续发挥积极作用,扩大在生物质能源领域的国内外影响力,助力我国生物经济与林草生物质能源事业高质量可持续发展,最终为服务国家“双碳”战略和维护我国能源安全发挥重要作用。(作者单位系北京林业大学国家能源非粮生物质原料研发中心)