2020年国考面试热点:生物质能遇瓶颈 专家呼吁了什么?
面试热点相关背景
“一是高昂转化成本和低廉产品价值之间的矛盾,二是巨大市场需求和技术成熟度较低之间的矛盾,这两者是解决当前生物质转化利用技术发展的关键矛盾。”在日前召开的2019生物质能专委会学术年会上,中科院广州能源所所长马隆龙的这句话点出了当前生物质能面临的难题。在由暴发期进入瓶颈期的关键阶段,国内几乎所有与生物质能相关的顶尖专家齐聚济南,以学术年会的形式探讨“生物质能源将何去何从”的命题。专家们认为,在市场和政策加持下,生物质突破瓶颈还需在发力基础研究领域,并推动技术成熟以适应市场需求。
面试热点独家解析
生物质是通过光合作用产生的动植物、微生物及其产生的废弃物。利用生物质通过化学转化生成的生物柴油、生物乙醇、生物天然气等形态的能源便是生物质能源。专家们认为,生物质能源是全球继石油、煤炭、天然气之后第四大资源库,也是唯一可再生碳资源,是国际上替代化石能源的主要选项。
“前途是光明的,道路是曲折的。”在中国工程院院士、中国林科院林产化学工业研究所所长蒋剑春看来,以林业剩余物、木材废弃物、农业秸秆为代表的农林剩余物弃之为害,用之为宝,其转化为能源的潜力为4.6亿吨标准煤,但已利用量约为2200万吨标准煤,约占2018年中国能源消耗总量的0.47%。生物质“占比低”源于技术层面的挑战。
“由于生命的复杂性,生物质资源从微观和宏观层面具有天然的复杂性。”马隆龙的这句话也意味着,“组分多样和结构复杂使得生物质资源的利用技术挑战更高。”一般而言,生物质资源可通过热化学转化、生化转化、催化转化为燃气、沼气、乙醇、基础化学品等。但目前生物质资源多以肥料化、饲料化、燃料化为主(三者共73.4%)。因为生物质与石化原料化学组成差异较大,其含氧、含水较高,导致生物质转化技术对催化过程的催化剂、生化过程的微生物具有较高要求,大多数技术仍处于实验室研发及中试阶段,产业规模化程度较低。
蒋剑春和马隆龙的发言,指向一个观点:生物质利用技术总体处于集中攻关和实验示范阶段,即技术不成熟同时,技术集成度低,导致生物质不能大规模利用。而具有官方背景的国家发改委能源研究所可再生能源发展中心主任任东明则从政策、商业模式等层面解读生物质能面临的问题。他以农林生物质发电项目为例,这个项目存在着原材料供给保障难、相关财税补贴政策落地难等问题再以生物天然气项目为例,其存在着市场投资主体少,产业基础薄弱,商业模式不成熟等难题。
尽管面临着不少难题,但以“循环再生、清洁低碳”为卖点的生物质能源在“市场广阔,政策支持”的背景下,还是吸引着国内外众多科研力量。
我国是世界第一造纸大国,一度占全球28%份额,但我国造纸工业纤维资源对外依存度达到40%以上。缺口如何弥补?答案是农林剩余物利用。利用微生物或其产生的酶对制浆原料进行预处理后再与相应的机械处理相结合,这便是生物机械制浆技术。生物基材料与绿色造纸国家重点实验室主任陈嘉川带来的“基于造纸平台的农林废弃物纤维资源的绿色转化技术”在研制出专用生物酶制剂、生物反应器等核心技术之后,已经入产业化阶段山东省科学院能源所完成的“基于热解气化的生物质分质分级热化学转化技术”创造性发明了生物质复合式低焦油分级气化工艺和装置,克服了传统生物质气化技术存在的焦油含量高的行业难题。
技术层面的难题还需要加大研发去解决。中科院广州能源所所长马隆龙认为破解当前生物质难题的关键,是发展多元化利用,并推进技术创新。而这句话也成为与会专家们的共识。
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生物质资源以林业和农业废弃物为主
我国生物质资源丰富,主要包括农业废弃物、林业废弃物、畜禽粪便、城市生活垃圾、有机废水和废渣等,每年可作为能源利用的生物质资源总量约相等于4.6亿标准煤。其中农业废弃物资源量约4亿吨,折算成标煤量约2亿吨林业废弃物资源量约3.5亿吨,折算成标煤量约2亿吨其余相关有机废弃物约为6000万吨标准煤。
生物质发电保持稳步增长势头
随着国内大力鼓励和支持发展可再生能源,生物质能发电投资热情迅速高涨,各类农林废弃物发电项目纷纷启动建设。我国生物质能发电技术产业呈现出全面加速的发展态势。据国家能源局数据显示,2019年,我国生物质发电累计装机达到2254万千瓦,同比增长26.6%我国生物质发电新增装机473万千瓦我国生物质发电量1111亿千瓦时,同比增长20.4%,继续保持稳步增长势头。
生物质能占可再生能源比例逐步扩大
从我国能源结构以及生物质能地位变化情况来看,近年来,随着生物质能发电持续快速增长,生物质能装机和发电量占可再生能源的比重不断上升。具体表现为:2019年我国生物质能源装机容量和发电量占可再生能源的比重分别上升至2.84%和5.45%。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。
垃圾燃烧发电占比不断提高
根据中国产业发展促进会生物质能产业分会于2019年6月30日发布的《2019中国生物质发电产业排名报告》数据,截至2018年,我国已投产生物质发电项目902个,并网装机容量为1784.3万千瓦,年发电量为906.8亿千瓦时。
其中:我国农林生物质发电项目为321个,并网装机容量为806.3万千瓦,较2017年增加了51个项目、105.5万千瓦装机容量。而垃圾发电项目已达到401个,并网装机容量为916.4万千瓦,较2017年增加了63个项目、191.3万千瓦装机容量。
垃圾焚烧发电项目401个,并网装机容量916.4万千瓦,年发电量为488.1亿千瓦时,年处理垃圾量1.3亿吨。
沼气发电项目180个,较2017年增加44个装机容量为61.6万千瓦,较2017年增加11.7万千瓦年发电量、上网电量分别达到24.1亿、21.4亿千瓦时,较2017年各增加2亿、2.1亿千瓦时。
2018年农林生物质发电全行业发电设备平均利用小时数为4895小时,同比2017年减少774小时。装机容量增加约105.5万千瓦,但是发电量和上网电量和2017年基本持平,主要原因一是部分企业转为热电联产,供热量增大二是行业原料成本固定,但是盈利能力减弱,发电补贴未能及时下发,部分企业资金链紧张,最终导致停产。自2017年开始,垃圾焚烧发电装机增速明显高于农林生物质发电,装机装量超过农林生物质发电。到2018年,垃圾焚烧发电装机容量高于农林生物质发电约110万千瓦,上网电量高于农林生物质发电约35.7亿千瓦时。
——以上数据来源于前瞻产业研究院《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》。
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。
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。
法律分析:未来我国生物质能源利用预计走规模化、产业化发展道路。国家将建立健全的生物质收存体系、开展生物质试点示范、完善激励政策,来推动生物质利用的产业化进程。由国家发改委修订发布的《产业结构调整指导目录(2019年本)》中有数项生物质相关产业列入鼓励类目录,涉及生物天然气、生物质能清洁供热、燃煤耦合生物质发电、非粮生物质燃料,以及相关技术开发与设备制造等多个领域。包括《产业结构调整知道目录》在内的各项国家相关政策进一步明确了生物质能的定位——生物质能不仅是能源,在“大气污染防治攻坚战”“蓝天保卫战”以及“乡村振兴”战略的实施中,生物质能利用是关键一环,也为生物质行业发展带来了前所未有的发展机遇。各企业也需大力推动生物质能利用新技术研究和产业化,以及关键设备的自主化,提高利用和转化效率,提高综合效益。积极推动生物质能规模化发展,建立健全专业化建设管理模式,充分发市场机制作用,抢占市场份额,尽快形成具有较大规模和较高技术水平的新型产业。
法律依据:《中华人民共和国循环经济促进法》第三十四条 国家鼓励和支持农业生产者和相关企业采用先进或者适用技术,对农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工业副产品、废农用薄膜等进行综合利用,开发利用沼气等生物质能源。
给祖国母亲庆过生之后,我国北方各省将进入到一年一度的取暖季。
每到这时,人们除了和寒冷斗智斗勇之外,总会发现“看山不是山,看水不是水”的日子开始多了起来。这倒不是因为人生境界的提升,实在是“雾霾在眼前遮住了帘,不好掀开”。
众所周知,由于城市里的大楼越建越高,阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱。静风现象的增多,本就不利于大气中悬浮微粒的扩散稀释,再加上冬季燃煤取暖需求迅速上升,导致污染物排放和空气中悬浮物开始大量增加。每到此时,全国各省就开始严阵以待,誓要在保证民生供暖的基础上,打赢蓝天保卫战!
正是在这样的背景下,从2016年底开始,一场以“削减燃煤、清洁供暖”为目标的“煤改电、煤改气”行动开始轰轰烈烈的展开。初衷虽好,然而受限于我国“富煤贫油少气”的资源禀赋和农村当前经济能力、房屋结构、技术可行性、取暖效果等因素影响,我国的“煤改气、煤改电”推行之路出现严重问题。
据了解,要实行“煤改气”,每户居民完成煤改气采暖设备加燃气管道安装费至少需支出8000元左右,虽然前期政府会有补贴,但补贴期过后,天然气壁挂炉冬季采暖同样贵的吓人,每年数千甚至上万的成本对于城市居民尚且是一笔不小的支出,更何况是“煤改气”的主要推行地区——农村。
此时,“煤改气”推行出现了第一道坎:改得起却用不起,不愿用,甚至不敢用。随着“煤改气”的大面积落地,大家突然发现,用不起还不算最大的问题,最大的问题是——根本没气用。
据三大石油公司数据,在煤改气大力推行的2017年,全国天然气缺口超过110亿立方米,天然气供应堪忧。在这种情况下,部分地区不仅取暖受限,甚至日常生活都受到了影响:微弱的火苗使得烧火做饭成了问题,外卖火爆,菜市场却冷清,更滑稽的是,电磁炉厂家怎么也没想到,煤改气竟然将自家产品的销量推向了高峰……
那一年,天然气保供的严峻性甚至超过了污染治理本身。在此背景下,就地取材、利用生物质供热是清洁取暖方式逐渐进入了人们的视线。
实际上,我国生物质能具有极大的发展潜力,过去几年,我国农林生物质和垃圾发电都在稳步发展,并且,利用生物质供热的“煤改生”是农村替代散煤供暖的更好选择。
我国生物质资源丰富,包括农业废弃物、林业废弃物、城市生活垃圾、有机废水和废渣等,每年可作为能源利用的生物质资源总量约相等于4.6亿标准煤。“煤改生”的路径不仅能够实现清洁供暖,还能让同时解决垃圾污染,实现废物利用。
更重要的是,生物质热电联产或者生物质供热具有多方面的优势:
如今,“煤改生”作为县域及农村更有优势的燃煤供暖替代方案,开始越来越受到重视。自2017年起,国家陆续出台多项政策支持生物质能清洁供暖的发展,生物质清洁供暖正逐步驶入发展快车道:
2017年末,国家发改委、国家能源局联合发布了《关于促进生物质能供热发展的指导意见》,为生物质能供热、乃至清洁能源供热展开新的篇章;
2018年2月,国家能源局下发《关于开展“百个城镇”生物质热电联产县域清洁供热示范项目建设的通知》,强调要推进区域清洁能源供热,减少县域(县城及农村)散煤消费,有效防治大气污染和治理雾霾;
2018年11月,国家能源局发布了《国家能源局关于做好2018-2019年采暖季清洁供暖工作的通知》,提出了积极扩大可再生能源供暖规模,根据各地生物质资源条件,支持发展生物质热电联产或生物质锅炉供暖,以及分散式生物质成型燃料供暖。
今年7月3日,国家能源局再次发布《关于解决“煤改气”“煤改电”等清洁供暖推进过程中有关问题的通知》,明确提出要拓展多种清洁供暖方式,主推清洁煤、生物质供暖。《通知》强调,在农村地区,应重点发展生物质能供暖,同时解决大量农林废弃物直接燃烧引起的环境问题。
如今,生物质能清洁取暖已然等到了发展契机。面对一个如此广阔的市场,如何才能抓住机会?如何才能实现突破?
2019年11月6日-7日,中国产业发展促进会联合国际能源署(IEA)将在北京举办以“共筑生态文明之基、同走绿色发展之路”为主题的“2019全球生物质能创新发展高峰论坛”。在这里,你将找到这个问题的答案。
论坛由中国产业发展促进会生物质能产业分会(以下简称“生物质能产业促进会”)承办,将邀请国内外政府机构、科研院所、行业组织、领军企业和行业知名专家等出席会议并做主题演讲,同时,还将举办生物质能科技装备展和生物天然气工程建设运营技术培训活动。
作为中国生物质能源领域最值得期待的年度行业盛会,预计将有500家以上企业参展参会,上万人观展。目前,行业内排名靠前的众多知名企业已报名参展参会,多位企业高层将登台演讲。届时,让我们一同探讨生物质能清洁供暖的发展机遇一同破解目前面临的产业难题。
清洁能源,即绿色能源,是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源,它包括核能和“可再生能源”。2019年9月20日,国家能源局发展规划司司长李福龙表示,目前正在研究“十四五”能源发展规划,将继续壮大清洁能源发展。
传统意义上,清洁能源指的是对环境友好的能源,意思为环保,排放少,污染程度小。但是这个概念不够准确,容易让人们误以为是对能源的分类,认为能源有清洁与不清洁之分,从而误解清洁能源的本意。清洁能源的准确定义应是:对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系。
可再生能源,是指原材料可以再生的能源,如水力发电、风力发电、太阳能、生物能(沼气)、地热能(包括地源和水源)海潮能这些能源。可再生能源不存在能源耗竭的可能,因此,可再生能源的开发利用,日益受到许多国家的重视,尤其是能源短缺的国家。
2019年9月20日,国家能源局发展规划司司长李福龙表示,正在研究“十四五”能源发展规划,将继续壮大清洁能源发展。
应对能源危机7步走
要对能源进行战略性的规划和布局,以确保我国的能源保障能力。对此,张有生提出了7点意见:
一、积极把握发展节奏,形成高效的能源生产体系。这是我国能源战略的优先选择。 [5] 不能一边拼命进口,一边大肆浪费,这是不可持续的。从经济学的角度来看,我们现在的需求扩张还没有对油价上升做出足够的反映,其中有多种原因,比如说国内依靠不断增加的基础设施建设投资,拉动的经济高速增长,也拉高了石油需求。因此,要加强顶层设计和总体规划。
二、合理利用能源,积极引导消费,控制消费总量;中国人均能源资源拥有量偏低;能源效率较低而能耗较高;化石能源特别是煤炭的大规模开发利用对生态环境造成污染;这些现状都影响能源安全,并制约中国能源工业的发展。
这些问题是由国际能源竞争格局、中国的生产力水平所决定的,也与产业结构和能源结构不合理、能源开发利用方式粗放、相关体制机制改革滞后密切相关。需要大力推动能源生产和利用方式变革,不断完善政策体系,方能实现能源与经济、社会、生态全面协调可持续发展。
特别是石油的合理消费应该是我国的长期能源战略和政策目标,需采取多种措施节约能源。从经济学上讲,无论是可循环资源还是不可循环资源,都是稀缺的,发展节约资源的循环经济就是可以实现资源合理配置的一种经济发展模式。
除此之外,要充分重视价格对需求的调节作用,石油输出国采取补贴,美国放任自由发展,低税收,而欧洲和日本则采取高税收的态度来抑制过度消费。而我国既要补贴,压低油价,又想搞节约,又想搞安全,这是两难选择。要积极倡导适合我国国情的,有价值的、有社会文化内容的,又是方便舒适的生活和消费方式。
三、坚定地推进能源领域改革,加快构建有利于能源科学发展的体制机制,改善能源发展环境,推进能源生产和利用方式变革,保障国家能源安全。
首先是加快能源法制建设。中国高度重视并继续积极推进能源法律制度建设,正在研究论证制定能源法以及石油储备、海洋石油天然气管道保护、核电管理等方面的行政法规,修改完善《煤炭法》、《电力法》等现行法律法规,推进石油天然气、原子能等领域的立法工作。
其次是完善市场体制机制。中国积极推进能源市场化改革,充分发挥市场配置资源的基础性作用。凡是列入国家能源规划的项目,除法律法规明确禁止的以外,均向民间资本开放。鼓励民间资本参与能源资源勘探开发、石油和天然气管网建设、电力建设,鼓励民间资本发展煤炭加工转化和炼油产业,继续支持民间资本全面进入新能源和可再生能源产业。
再次,加强能源行业管理。重视能源发展的战略谋划和宏观调控,综合运用规划、政策、标准等手段实施行业管理。
四、布局合理,积极做好原油等资源储备。一些措施可能要提前有所布局,我们要从石油运输通道,包括现在伊朗、霍尔木兹海峡提到的封锁问题。这些因素都应该通盘考虑。我们还应该坚持能源进口的多元化方向。一方面要考虑经济性,另一方面也要充分考虑不要把鸡蛋放在一个篮子里。
五、健全及时灵活的应急响应机制。以避免因遭受意外灾害而带来的能源供应中断现象,提高我国能源应急反应能力。
六、协同保障,形成国际能源外援的多元化的供应体系。多样化的能源供应体系是非常重要的,我国化石能源增加有限,要实现煤、水、石油、页岩气等多种能源并举的应用体系。
在能源合作上,我们应当树立互利合作、多元发展、协同保障的新能源安全观,统筹国际国内两个市场、两种资源,准确把握合作机遇,加强与周边国家开展能源合作,在开放的格局中维护国家能源安全。同时,大力发展新的太阳能、风能、生物质能等可再生能源,要有长期的发展战略去使它逐步地从现在比较弱小,逐渐地能够起到实质性的替代作用。掌握最先进的核、水、电技术,推进能源多元清洁发展、培育战略性新兴产业。
七、增加我国在世界能源治理的话语权,参加并影响世界能源主体,引导世界能源市场。2012年年初,世界未来能源峰会上温家宝总理提出,“各国应考虑在G20的框架下,建立全球能源市场的新机制。”
这被外界看作是在全球能源大变局之下中国高层的应对思路,在坚持立足国内的同时,为了满足国内能源的供应缺口,中国仍将坚持实施“走出去”战略,加强海外油气资源的合作开发。完善国际合作体制机制,深入参与全球能源治理。加强与世界各国的沟通合作,共同应对国际货币体系,过度投机、垄断经营等因素对能源市场的影响,维护国际能源市场及价格稳定。
在此基础上,我们水电的专业人士却可以发现,能源研究机构对于我国水电的减排作用,挖掘的还不够充分。我们认为:水电在未来的我国发电总量中的比重,决不应该仅占12%,而是要远高于目前的18%,甚至可以达到20%以上。
如果我们能够证明:我国的水电在未来发电能源中的比重,可以达到20%,那么能源研究所已有的预测结论,是不是就可以修正为:到2050年我国的“风电占比50%,太阳能占到23%,水电占到20%,核电6%和火电0%。”了呢?
进而我们可以发现2050年我国实现100%非化石能源发电的问题,基本上不必担心。因为,能源研究所的减排路线图是“风电占比50%,太阳能占到23%”,再加上我国巨大的水电潜力,完全可以“用更多的水电,取代火电”。
由于世界第三级青藏高原的存在,我国水电资源非常丰富,绝对是世界第一。目前,我国水电的装机(3.56亿千瓦)和年发电量(1.3万亿千瓦时)基本都占到了全球的四分之一以上,我国水电与世界第二之间的差距,至少都在3倍以上。
然而,目前 社会 上很多人(甚至包括一些研究能源问题的专家)都认为我国水电可开发潜力已经所剩无几了。这是因为,直到世纪之交,我国正式公布的水电可开发资源量也不过只有1.7万亿度/年。2006年的水电资源普查之后,更正后公布的数字为2.47万亿。几年之后,2016年的十三五规划就上升到了3万亿。
水电资源勘测的这种复杂性、困难性,往往使得可开发的资源量上升的空间很大。即便我们以十三五规划正式颁布的比较保守的3万亿/年来计算,我国目前(截至到2019年底)所开发利用的水电资源还不到44%。
如果我们能达到目前发达国家水电开发的(大约70%到90%的)平均水平,那么未来我国的水电,至少还有一半以上的开发潜力。初步估算,届时我国水电至少每年可以提供2.6万亿度的电能。
这个电量对我国能源的作用有多大?假设我国的用电达到峰值的时候,按照14亿人口,每人每年8000度电的需求,大约也就是每年11.2万亿度电。(目前我国各种用电峰值的研究预测,最高的也不过就是12万亿度左右)。
也就是说我国的水电(2.6万亿度的年发电量)将可以在未来我国用电最高峰的电力构成中,至少应该能提供20%以上的电能,远高于目前的18%。总之,我国的资源禀赋显示:未来我国水电所能发挥的作用,不仅不会比目前少,而且还要有所上升。
除了丰富的资源量,中国领先世界的水电技术也成为资源开发的坚实基础。
2004年,我国水电总装机容量突破1亿kW,超越美国成为世界第一。虽然我国的水能资源极为丰富,但我国水电开发建设的任务极其艰巨、繁重,因此我国水电开发的过程中所遭遇到的困难,所需要解决的难题,也几乎是前所未有的。
可以说,从我国改革开放加速水电开发建设时候起,我国的水电就已经开始了向世界水电 科技 制高点的攀登。目前,世界上最大的水电站是我国的三峡;最高的碾压混凝土坝(203m)是我国的黄登水电站;世界上最高的混凝土面板堆石坝(233m)是我国的水布垭水电站;最高的双曲拱坝(305m)是我国的锦屏一级水电站。我国正在建设的双江口水电站的堆石坝,高度将达到312m,建成后将成为全世界第一的高坝,刷新所有的世界纪录。
建设这些世界之最的水电站大坝,需要一系列尖端的工程技术支撑。可以说在所有这些工程技术方面,我国都已经走在了世界前列。在水电机组制造方面,目前不仅世界上单机容量70万kW的水轮发电机组绝大部分都安装在中国,而且单机容量达到80万kW和100万kW的水轮发电机组,也只有中国才有。
这种结合了现代 科技 的水电开发技术,使得我国的水电开发能力不断增强,可开发的资源量也不断的在扩展。加上我国现有的远距离、超高压、特高压输电技术,理论上我们的水电开发已经没有制约性的技术障碍。
总之,今天我国的水电已经是当之无愧的世界第一。无论从规模、效益、成就,还是从规划、设计、施工建设、装备制造水平上,都已经是绝对的世界领先。一般人可能想象不到,中国水电领先世界的程度,其实远超经常宣传的高铁、核电等行业。我国的高铁、核电等技术虽然已经非常先进,但是在国际市场上还是有竞争对手的。但是在水利水电领域的国际招标中,目前几乎所有具备实力的竞争者都是中国的公司。我国这种全行业的绝对领先,在我国 历史 上是否能绝后我们不知道,但肯定是空前的。
发达国家的水电开发程度,为何普遍都在70%到90%多,平均也有80%以上呢?其实,发达国家他们当年在开发水电的时候,国际上还没有什么碳减排的要求。然而,他们的水电,之所以都要开发到较高的程度的根本原因,主要在于 社会 现代化文明的发展,特别需要通过水电的开发来解决调控水资源的问题。
例如,美国著名的胡佛大坝、田纳西流域梯级水电开发的主要原动力,其实都是 社会 发展需要有效的调控水资源。所以,这些国家在满足了水资源的调控需求之后,往往就不再去进一步开发其它水电资源了。
而一些想靠开发水电解决能源问题的国家的水电开发程度,则普遍会更高些。例如:法国、瑞士等国的水电开发利用程度都超过了95%。总之,无论是哪种情况,国际 社会 的普遍经验说明,如果一个国家水电开发程度低于70%的话,那么这个国家的水资源调控问题,很难解决好。
因为,一个国家的水电开发程度往往都与水资源的开发程度成正比。所以,水电开发如果不能达到一定的程度,这个国家的水资源问题肯定也解决不好。目前,由于我国水电开发程度还不足44%,因此,我国的水资源调控的矛盾也就十分突出。
我国的国土面积和水资源总量都与美国差不多,但是,我国目前的水库蓄水总量只有9千多亿立方米,而美国是13.5万亿。我们大约还需要增加50%的水库总库容,才能达到美国那样的水资源调控水平。
然而,美国的人口还只是我国的1/5左右。也就是说,如果我们不能超过美国的水电开发程度的话,我国的水资源调控矛盾,绝对是无法解决好的。
总之,我们也可以这样说,即使我国不再需要用水电提供能源,但为了调控水资源我们也必须要把我国的水电开发程度提高到80%以上才行。否则,水资源的调控矛盾解决不好,我们建成小康 社会 的目标将难以实现。更何况目前我们还面临着巨大的减排压力,实现能源革命电力转型,最终兑现巴黎协定的减排承诺,已经迫在眉睫。
根据我国发改委能源研究所和国家可再生能源中心所发布的《我国2050高比例可再生能源发展情景暨路经研究》报告的预测结论:到2050年我国风电和太阳能发电的装机分别可达到24亿和27亿千瓦。
按照可能的年运行小时(风电2200多,太阳能1400多)估算。届时我国的风电大约每年可提供5万多亿度电能,太阳能也能提供接近4万亿度。有了这9万多亿的电能,再加上水电的2.6万亿,就已经超过了我国用电最高峰时的峰值11.2万亿度。
更何况届时我们还要有2亿多千瓦的生物质能可以发挥作用。也就是说,即使我们完全不考虑核电的作用,我国未来也可以用100%可再生能源的发电,来满足我国全部的用电需求。
不仅如此,水电还能够肩负起非水可再生能源发电调峰的重任。
众所周知,水电的可调节性肯定要比火电、核电都要好得多。所以,如果能源研究所的减排路线图切实可行,不存在解决不了的调峰矛盾,那么我们用水电替代其中火电的方案当然就更不会有问题了。
此外,我们还应该注意到:目前,尽管化学储能的技术无论从技术上还是成本上,确实都还难以满足商业化的要求,但是国内外的研究机构,为什么都还敢断言说2050年全球就实现100%的由可再生能源供电,无论在技术上还是经济上都是可行的呢?
笔者认为,其最重要的原因之一就在于可再生能源家族中含有功能特殊的水电。水电是最优质的可再生能源,可以为风、光等可再生能源的大量入网,提供重要的保障作用。目前,世界上所有能够实现百分之百由可再生能源供电的国家,基本上都离不开水电的有效调节。
大家知道,挪威因为水能资源丰富,一直都依靠水电保障全国99%以上的用电需求。今年年初,葡萄牙也完成了一个多月完全由可再生能源供电的成功尝试。葡萄牙高达52%的水电比重就是重要的支撑。
就连宣布了退出巴黎协定的美国的总统特朗普,在考察挪威,发现了水电的重要作用之后,也曾经表示过,他有可能会通过开发美国水电的潜力,重新考虑加入巴黎协定。这其实就是水电在未来的高比例可再生能源体系中,具有特殊的重要作用的一种体现。
当然,我们也必须承认,世界上的水能资源本身(总量有限)确实不能满足人类的能源电力需求,但是,由于科学开发的水电有很好的调节型,可以为大量的风、光等可再生能源的入网提供保障。这样一来,水、风、光互补发电,情况就大不一样了。
在现实中,风、光发电的间歇性与水电的季节性之间,通常有很强的互补关系。例如,我国四川省的凉山州,通过水、风、光互补,2016年凉山州除了满足自己的用电需求之外,给我国东部地区的送电超过1300亿度(这大约相当于当年上海市用电量的70%)。如果,未来的送电通道建设能有保障,预计2020年凉山外送电量可达2000亿度。也就是说通过水、风、光的互补发电,凉山州一个州所产生的可再生能源,除了满足自己的需要之外,还可以满足一个像上海这样大城市的全部用电需求。
目前欧洲很多的国家之所以能达到较高比例的可再生能源,也是因为欧洲的水电开发程度经高。而我国目前之所以还不得不以煤炭发电为主的根本原因之一,也正是由于我国的水电开发程度还不够高,水电的调节性能难以得到充分的发挥。
此外,在化学储能技术没有出现重大突破之前,水电家族中抽水蓄能电站的重要作用也不能忽视。为了给电网调峰,日本的抽水蓄能装机规模早就超过常规水电。假设到2050年化学储能的技术,仍然不能出现重大的突破,我们大不了再多建一些抽水蓄能。事实上,我国大量梯级开发的水电站(以及一些散落在全国各地的小水电)很多只要稍加改造,加装上能抽水的泵,都可以改造成混合式的抽水蓄能电站。
总之,仅从发电量来分析,我国到2050年实现完全由可再生能源供电,应该是完全可行的。再加上水电这种资源和它所具有的某些优质特性,在2050年实现百分之百的由可再生能源供电,无论在技术上还是经济上都是可行的。
1. 水库移民
很长时期以来,移民问题一直都是水电开发的主要制约因素,但其实移民的难点并非是由水电开发造成的。现实中凡是需要大量移民的大型水库水电站,其实都是有着重要的水资源调控功能的多功能水电站。而这些电站的最主要作用,可能并不是发电,而是水资源的调控。
例如三峡工程的首要目标是防洪和供水,而不是发电。如果仅仅是为了发电,三峡可以分别建成一系列的径流式水电站,这样几乎可以不用移民而产生等量发电。
没有了任何防洪、供水等水资源调控功能的三峡工程无法解决我国长江灾害的心腹大患,当然不能考虑。然而上百万的移民成本,全都要靠一个水电站的发电效益来解决,几乎也是无解的开发难题。
我国通过建立三峡基金,先后投入了一千多亿元解决了我国三峡建设的投资难题。理论上相当于国家出资建设了三峡水库,企业投资建设了三峡大坝和发电站。
现在回过头来看,这是国家参与大型水电开发的最成功范例。三峡水电的上网电价只有0.26元/度,比火电的平均上网电价要低近0.1元。三峡的年发电量大约为1000亿,这样一算三峡除了每年给国家的上交的利税和效益之外,仅这种隐性的电价补偿,就接近100亿(相当于对三峡基金的一种回报)。也就是说,大约发电十几年之后,国家对于三峡水库的投资,就相当于完全收回了。
然而,三峡水库所创造的效益又有多大呢?
三峡防洪供水的巨大效益仅仅通过一次防止特大洪灾就足以让我们刮目相看。2012年三峡水库所拦蓄的洪水峰值,已经超过了1998年。1998年我国长江特大洪水所造成的经济损失大约是2000多亿,死亡1600余人。
由于我们有了三峡水库的拦蓄,面对更大的洪峰,我们不仅不再需要百万军民的严防死守,而且也不再有任何人员的伤亡。可以说三峡当年防洪错峰所避免的洪灾损失,就已经超过了国家对三峡水库投资的数倍。只不过水利工程的经济效益,往往都是公益性的,你可以计算出来,但却无法实际收取到。
大型水电站的水库移民困难,其实是一种公益性开发的矛盾。让某一个企业自己依靠发电效益去解决,往往是非常困难的事情。如果采用三峡这种的国家参与开发的模式,问题就变得非常简单,容易。
世界上各国的大型水电开发项目,基本上都是国家行为。例如美国的大型水电全部都要由联邦政府的所属机构投资开发,从不容许商业开发者参与。
电力市场化改革之后,我国很多优质的项目即使依靠开发企业的电费收益,也能解决好移民的投资。但大多数具有水资源调控功能的大型水库电站的建设,都应该是公益性的。尽管这些项目的移民投资收益,几乎可以说是一本万利的。如果交给企业进行商业化的开发,可能就难以运作。
例如我国目前还争议巨大的龙盘水电站建设需要移民10万余人。这个重要的大型调蓄水库电站所创造的水资源调蓄能力几乎可以达到200亿/年。虽然其防洪功能还比不上三峡,但其供水的能力甚至可以超过三峡。
如果因为某个企业没有能力依靠电费解决移民搬迁的费用,就耽误了龙盘水电站的开发建设。那么就相当于今后上千年,我国的长江中下游每年汛期要增加200亿立方米洪水的压力,同时枯期还要减少了200亿水资源的供应。
同样的问题还体现在龙滩水电站二期扩建上。如果因为移民的费用无法由电费担负,就停止了龙滩二期的开发。那么我国南方的珠江流域,每年将要增加上百亿洪水的压力,同时枯水期又将减少上百亿水资源的供应。
每年几百亿的水资源保障,才是我们水库移民问题的本质。我们需要跳出水电商业化开发中移民难的惯性思维,避免丧失了我国水资源开发的大好时机。
2. 生态环保
除了移民问题,生态环保也一直被认为是水电开发的巨大障碍。
对于水电破坏生态的偏见,曾有很多文章专门介绍过,这是当年美苏争霸政治斗争留下的后遗症。1996年在联合国的可持续发展峰会上,也曾经一度因为当时的水电生态问题的过度炒作,否定了大型水电的可再生能源地位。但随后在2002年的峰会上,大会又一致同意做出了更正,恢复了大型水电的可再生能源地位。为什么会这样?因为,水电尤其是大型水电是当前人类 社会 替代化石能源第一主力。
仔细分析不难发现:所有水电破坏生态的问题,几乎无一不是局部的、针对某一特定物种的某种炒作。而水电实实在在所解决的,却是人类 社会 最大的生态难题——过量的使用化石能源所造成的气候变化。
因此,只要站在人类 社会 可持续发展的高度,几乎没有人敢否认,开发水电才是当前最重要的生态建设。当年的联合国峰会就是因为考虑到了气候变化,而立即纠正了对水电的偏见和误导宣传。
受到国际 社会 对水电误解的影响,我国以往的环保部门和环保人士也一度对水电开发的生态环境问题耿耿于怀。但是,改组后的生态环保部,已经开始担负了防止气候变化的职责。
前不久美国马里兰大学和我国国家发改委能源研究共同颁布的中国煤电退役报告非常明确地指出:我国若要实现《巴黎气候协定》中2摄氏度的减排承诺(2100年达到净零排放),就必须在2050至2055年退役全部的传统煤电;如果要实现1.5摄氏度的减排承诺(本世纪下半叶实现净零排放),就必须在2040至2045年间退役所有的传统煤电。
解决火电的碳排放问题,几乎是世界各国公认的兑现《巴黎气候协定》的最大难点。目前,世界各国都普遍认为,要实现《巴黎气候协定》的零碳目标,火电尤其是煤电只有退役一条路。
在今后20年的时间内,退役我国全部的煤电,大量的风、光发电入网,没有一定量的水电调节保障,怎么可能支撑起电力系统的正常运行。
可以确信在不远的将来,只要我国真的要兑现巴黎协定,我们负责这项工作的生态环保部,肯定会和当年的联合国可持续发展峰会一样,从根本上转变对水电的态度。因为水电在能源革命中的地位和作用是无可替代的重要。
3. 开发成本
随着我国水电开发的深入和向西部转移,资源的开发难度以及输电的距离都在增加。因此导致大部分即将开发的水电项目,普遍存在着还贷期上网电价过高的难题。
西部水电开发成本高的问题,其实也不应该是真正的发展障碍。由于目前企业投资核算的周期,最长也不能超过30年,所以我国西部深山中待开发的水电项目,几乎都存在着初期上网电价难以接受的难题。然而,只要还贷期一过,水电站的发电成本马上又变得非常低。
当前所谓西部水电开发的高成本障碍,其实只是一个算账方法的规则问题。这对于具体开发企业,虽然是无法逾越的难题,但对于一个国家来说,从政策上解决这种矛盾,应该说是轻而易举的简单。
从全生命周期来看,水电几乎是最经济的能源。目前,不仅我国的水电上网电价平均比火电低很多,而且全世界各国的电价,几乎都是水电多的国家的电价都比较低。
除此之外,随着 社会 的进步,很多发达国家都已经进入低利率甚至负利率的时代。而我们目前水电投资,还都是要以高达6%左右的贷款利率计算成本。可见,西部水电开发的高成本,其实只是形式上的、暂时的。而实质上,水电才是我们人类 社会 最经济的电力来源之一。
在新一轮的西部大开发中,如果我们仅仅因为资本收益的计算,不利于投资者的短期回报,而丧失了为 社会 提供最优质、最经济的电力的大好机遇,那无疑将是我们的巨大失误。总之,我们的 社会 主义市场经济应该更有利于保障 社会 的整体和长远利益,因此,通过建立专项基金或者利用财税手段,解决这类矛盾并非难事。
如上文所述,我国水电在新时期高质量的发展,不仅切实可行,而且还可以说是我国经济和 社会 可持续发展的必由之路。然而,当前由于我国 社会 舆论对能源电力转型的认识不到位,煤电退出 历史 舞台的问题,至今还没有被摆上议事日程。因此,目前我国严重的电力产能过剩,所导致的水电弃水的难题,依然制约着当前水电的发展。
这种状况只能是暂时的。一旦我们整个 社会 意识到以煤电的退出和可再生能源的大发展为标志的能源革命电力转型,是我国实现小康 社会 并兑现巴黎协定承诺的基本前提,电力转型的情况随时都可能会发生大变。水电作为我国可再生能源大发展的基础和保障,时刻要为这一天做好准备。总之,水电的特性就决定了,我国水电的高质量发展一定要和我国 社会 的进步和可持续发展同呼吸、共命运。
国际能源署(IEA)对2000 ~ 2030年国际电力的需求进行了研究,研究表明,来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA 的研究认为,在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电增长得都要快,年增长速度近6%,在2000 ~ 2030年间其总发电量将增加5倍,到2030年
它将提供世界总电力的4.4%,其中生物质能将占其中的80%。
中国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划,并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》,重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。在国家的大力扶持下,中国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。新能源(或称可再生能源更贴切)主要有:太阳能、风能、地热能、生物质能等。
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》