生物质能发展现状与前景
我国生物质成型燃料仍处于发展初期,受限于农村市场,专业化程度不高,大型企业主体较少,市场体系不完善,尚未成功开拓高价值商业化市场。迄今,生物质能一直处于“一入能源深似海,从此碰壁是常态”的尬尴局面。但事实上,生物质能是新兴的生态能源,包含任何可再生或可循环有机物质,科学合理地对其开发和利用,能够拥有千亿级的产业市场。
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。
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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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。
中国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。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。这表明中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。2007年,国家发展与改革委员会制订的《中国对应气候变化国家方案》确认,2010年后每年将通过发展生物质能源减少温室气体排放0.3亿吨CO2当量。因此,中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。
中国已经开发出多种固态填充床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处,年生产生物质燃气2,000万立方米。
近年来,中国生物油技术的开发取得较大进展。2013年4月24日,中国成功地进行了首次1号生物航空煤油飞机试飞。 这使中国成为继美国、法国和芬兰之后,第四个拥有这项技术的国家。该技术以生物质或废弃食用油为原料,通过转化和提纯制造航空煤油等高附加值产品。它不仅在技术上可行,也为解决所谓“地沟油”回流餐桌的问题提供了新的技术途径。目前面临的成本问题有望在大规模量产时逐步解决。
总体而言,中国生物质能源技术的发展和市场发育还不够完善,生物质能利用技术的整体技术水平与发达国家还有差距,市场亟需规范。但随着环保立法的加强和技术进步,生物质能源行业将会得到快速发展。
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。
在地球上面,我们之前的“蒸汽时代”,靠的是煤作为燃料。但是,缺点很明显,比如说煤的数量有限,属于不可再生能源,而且燃烧后会产生污染环境的气体,对我们的地球家园影响十分地不好。所以,我们发现出了一种清洁能源,那么它就是生物质能,它有很多优点,当然也有许多缺点,下面我就来列举一下。
优点:
1、取之不尽,用之不竭。
生物质能是一种十分清洁的能源,它是如何形成地呢?它就是将太阳能以化学能地形式储存在生物体内的一种能量形式。太阳能,我们都知道,取之不尽用之不竭,地球上的生物也有很多,所以这种能源是无穷无尽的,它不像煤一样,总有一天会用完。
2、是一种很清洁的能源。
生物质能由于它独特的特性,使用后不会产生有害气体。而且它是植物通过光合作用而产生的一种能源,使用后产生的二氧化碳能够参与到光合作用当中,能够在自然界中循环,不会对自然界产生伤害。生物质能的使用,符合绿色发展的理念,是一种十分清洁的能源。
但是,任何事物都有利弊,生物质能除了以上优点以外,还有以下缺点。
1、热值低。
与煤炭产生的热量相比,生物质能产生的热值实在是低。燃烧相同质量的煤与生物质,生物质产生的能量或许只有煤的三分之一。
2、建造成本高。
不像燃烧煤炭或其他物质一样,只需要一把火即可。但是要想生物质能投入使用,需要建设很多措施,所以,使用生物质能建设成本很高。
总之,我认为,我们还是要大力发展生物质能的,尽管它现在依然有许多缺点,但是,随着技术的提高,我相信这些缺点会被解决。
生物质能的利用,一是生物质能的能源化;二是生物质能资源的人工化、转基因化,此乃可以改变野生资源采集上的不确定性,从而实现最大程度的可控性,和有效性;再就是生物质能利用技术的先进性和实用性,从而使得该项技术得以实施,并且有一个良好的发展前景。