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。
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。
生物质能利用的方式主要是直接燃烧、发电、气化和转变为成型燃料。所谓生物质气化是指利用工业手段将秸秆变成天然气,用秸秆转变而成的天然气虽然与煤相比缺乏竞争力,但是和煤气、天然气相比是具有竞争力的。秸秆气化也可解决小区域集中供气问题。此外生物质成型燃料是替代煤的好产品。成型燃料在我国已实践了几年,技术已比较成熟,如秸秆固化成型是成熟的技术。
近年来,随着对可再生能源的加大开发、利用,生物质能发电得到了快速发展。2016年我国生物质能发电项目装机容量达到1224.8万千瓦,较2015年再增加104.9万千瓦,发电量达到634.1亿千瓦时,相当于2/3个三峡水电。数据显示,目前我国生物质发电项目达到了665个,仅2016年一年内就再添66个项目,成为投资领域的新宠。
图表:2012-2017年生物质能发电项目累计装机容量(单位:GW)
生物质发电成为分布式能源发展新动力
生物质发电在国际上越来越受到重视,在国内也越来越受到政府的关注。根据“十三五”生物质能源发展规划,到2020年,生物质能利用量将达5700万吨标准煤,其中生物质能锅炉供热每小时将达2万蒸吨,生物质能固体燃料年利用量达1000万吨标准煤;生物天然气达100亿立方米;生物质液体燃料总量将达600万吨,其中燃料乙醇400万吨,生物柴油200万吨。
此外,按照可再生能源中长期发展规划要求,到2020年,我国生物质发电总装机容量要达到3000万千瓦。可以认为生物质发电,将是分布式能源发展的又一重大市场。
图表:生物质发电总装机容量预测(单位:GW)
——以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院发布的《中国分布式能源行业商业模式创新与投资前景预测分析报告》。
生物质能是最具发展潜力的可再生资源。按照能源当量计算,生物质能仅次于煤炭、石油、天然气,位列第四,是国际社会公认的能够缓解能源危机的有效资源和最佳替代方式。
2010年我国已成为全球第一能源消费大国。能源结构调整中将优先发展可再生能源,生物质能由于其多种天然优势已成为可再生能源中发展前景最明朗的能源。
据前瞻产业研究院《中国生物质能发电产业产销需求与投资预测分析报告》监测数据显示,2010年生物质电厂累计投资总额586亿元,较上年增长29.60%。
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市(行署)、县(市、区)农业行政主管部门负责本行政区域内的农村可再生能源开发利用和管理工作,具体工作可以委托已设立的农村能源管理机构负责。
乡(镇)人民政府在上级农业行政主管部门的指导下,做好本行政区域内的农村可再生能源开发利用工作。
省农垦总局、分局,省森林工业总局、林业管理局负责垦区内、国有森工林区内的农村可再生能源开发利用和管理工作,具体工作可以委托已设立的农村能源管理机构负责,业务上接受省农业行政主管部门的指导和监督。第五条 县级以上发展和改革、财政、科技、建设、畜牧、环保、林业、国土资源、质量技术监督、工商行政管理、公安消防、劳动和社会保障等有关部门,应当依照有关法律、法规规定和各自的职责,做好农村可再生能源开发利用和管理的相关工作。第六条 农村可再生能源开发利用应当坚持因地制宜、农民自愿,政府引导与市场运作相结合,节约、安全、清洁、方便并举,经济效益、社会效益和生态效益相统一的原则。第七条 各级人民政府对在农村可再生能源科研开发、推广应用工作中做出显著成绩的单位和个人,应当给予表彰奖励。第二章 开发与推广第八条 各级人民政府应当鼓励和支持科研单位、大专院校、群众性科技组织、企业和个人研究先进适用的农村可再生能源技术,节约常规能源,普及农村可再生能源科技知识;鼓励和支持农村用能单位和个人使用先进适用的农村可再生能源技术、设备和产品。
农村可再生能源开发利用的新项目、新技术,由省农业行政主管部门会同省科技行政主管部门组织专家进行可行性论证和评估后,方可推广。第九条 引进省外农村可再生能源开发利用的新技术、新设备、新产品,应当具有国家或者省级有关部门出具的质量检验合格证明或者鉴定证书,报省农村能源管理机构备案。
引进国外新技术、新设备和新产品的,应当符合国家有关规定。第十条 各级农业行政主管部门应当组织推广下列技术:
(一)农林废弃物生物质气化、固化、液化、炭化和发电技术;
(二)利用非耕地种植能源植物和薪炭林营造技术;
(三)利用太阳能取暖、热水、干燥、种植、养殖等技术;
(四)小型风能、微水能和太阳能光伏发电技术;
(五)农村生产生活污水沼气净化技术;
(六)用于农村生产、生活的地热利用技术;
(七)先进适用的农产品加工、太阳房、节能农宅、生物质高效炉灶等生产生活节能技术;
(八)其他先进适用的农村可再生能源技术。第十一条 从事农村可再生能源新技术和新产品推广的单位和个人,应当推广技术成熟、经济合理、安全可靠的技术、设备和产品,加强对用户的技术指导。第十二条 各级人民政府应当把农村可再生能源项目建设纳入村镇总体规划和建设规划,重点支持沼气的开发利用;鼓励农村户用沼气开发利用与日光节能温室、太阳能畜禽舍相结合,在建设沼气池的同时,配套进行改圈、改厕、改厨、改炕灶、改庭院。
各级农业行政主管部门应当组织沼气生产单位和个人对沼渣、沼液实行综合利用,发展有机、绿色和无公害农产品。第十三条 畜禽养殖场、畜禽养殖小区、畜禽屠宰场、酿造厂、豆制品厂等排放有机废水的单位,应当优先采用沼气工程技术处理有机废弃物,实现集中供应沼气、发电或者生产高效有机肥。
引导和支持新建的畜禽养殖场、畜禽养殖小区建设沼气工程等利用和处理废弃物的环保工程。第十四条 各级农业行政主管部门应当协同科技、建设、环保等有关部门,加强对农作物秸秆的综合开发利用,加快推广秸秆气化、固化和热电联供技术,逐年减少秸秆直接用于燃烧的比例。
一、 森林能源
森林能源是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,主要是薪材,也包括森林工业的一些残留物等。森林能源在我国农村能源中占有重要地位,1980年前后全国农村消费森林能源约1亿吨标煤,占农村能源总消费量的30%以上,而在丘陵、山区、林区,农村生活用能的50%以上靠森林能源。
薪材来源于树木生长过程中修剪的枝杈,木材加工的边角余料,以及专门提供薪材的薪炭林。1979年全国合理提供薪材量8885万吨,实际消耗量18100万吨,薪材过樵1倍以上;1995年合理可提供森林能源14322.9万吨,其中薪炭林可供薪材2000万吨以上,全国农村消耗21339万吨,供需缺口约7000万吨。
二、农作物秸秆
农作物秸秆是农业生产的副产品,也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业主要是种植业生产关系十分密切。根据1995年的统计数据计算,我国农作物秸秆年产出量为6.04亿吨,其中造肥还田及其收集损失约占15%,剩余5.134亿吨。可获得的农作物秸秆5.134亿吨除了作为饲料、工业原料之外,其余大部分还可作为农户炊事、取暖燃料,目前全国农村作为能源的秸秆消费量约2.862亿吨,但大多处于低效利用方式即直接在柴灶上燃烧,其转换效率仅为10%一20%左右。随着农村经济的发展,农民收入的增加,地区差异正在逐步扩大,农村生活用能中商品能源的比例正以较快的速度增加。事实上,农民收入的增加与商品能源获得的难易程度都能成为他们转向使用商品能源的契机与动力。在较为接近商品能源产区的农村地区或富裕的农村地区,商品能源(如煤、液化石油气等)已成为其主要的炊事用能。以传统方式利用的秸秆首先成为被替代的对象,致使被弃于地头田间直接燃烧的秸秆量逐年增大,许多地区废弃秸秆量已占总秸秆量的60%以上,既危害环境,又浪费资源。因此,加快秸秆的优质化转换利用势在必行。
三、 禽畜粪便
禽畜粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量的直接燃烧外,禽畜粪便主要是作为沼气的发酵原料。中国主要的禽畜是鸡、猪和牛,根据这些禽畜品种、体重、粪便排泄量等因素,可以估算出粪便资源量。根据计算,目前我国禽畜粪便资源总量约8.5亿吨,折合7840多万吨标煤,其中牛粪5.78亿吨,4890万吨标煤,猪粪2.59亿吨,2230万吨标煤,鸡粪0.14亿吨,717万吨标煤。
在粪便资源中,大中型养殖场的粪便是更便于集中开发、规模化利用的。我国目前大中型牛、猪、鸡场约6000多家,每天排出粪尿及冲洗污水80多万吨,全国每年粪便污水资源量1.6亿吨,折合1157.5万吨标煤。
四、 生活垃圾
随着城市规模的扩大和城市化进程的加速,中国城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。1991和1995年,全国工业固体废物产生量分别为5.88亿吨和6.45亿吨,同期城镇生活垃圾量以每年10%左右的速度递增。1995年中国城市总数达640座,垃圾清运量10750万吨。
城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物,成分比较复杂,其构成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响。中国大城市的垃圾构成已呈现向现代化城市过渡的趋势,有以下特点:一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高;二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分;三是易降解有机物含量高。目前中国城镇垃圾热值在4.18兆焦/千克(1000千卡/千克)左右。
参考资料: 江苏海国节能审计事务有限公司
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》