生物质能发展现状与前景

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》。

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》

目前农作物秸秆综合利用主要有5种途径：一是作为农用肥料；二是作为饲料；三是作为农村新型能源；四是作为工业原料；五是作为基料。\x0d\x0a1、秸秆还田。 （1）作用。农作物秸秆还田是补充和平衡土壤养分，改良土壤的有效方法，是高产田建设的基本措施之一，秸秆还田后，平均每亩增产幅度在10%以上 （2）弊端。秸秆还田最大的问题在于难以将秸秆梨耕到土壤中。即使秸秆被成功地梨耕到土壤中，在犁沟中的秸秆股形成过程中也可能引发问题，即不能以足够速度进行分解，而在下一次耕作时露出地表。此外，犁沟中的秸秆股也将会阻碍作物的根系向土壤深层生长。 （3）秸秆还田方法包括：① 秸秆覆盖或粉碎直接还田；② 利用高温发酵原理进行秸秆堆沤还田；③ 秸秆养畜，过腹还田；④ 利用催腐剂快速腐熟秸秆还田，在秸秆中添加一定量的生物菌剂及适量的氮肥和水，再经高温堆沤，可使秸秆腐熟时间提早15～20天。实践证明，机械化粉碎秸秆还田是秸秆综合利用的主要技术措施和手段。\x0d\x0a2、秸秆饲料。 （1）秸秆富含纤维素、木质素、半纤维素等非淀粉类大分子物质。作为粗饲料营养价值低，必须对其进行加工处理。处理方法有物理法、化学法和微生物发酵法。经过物理法和化学法处理的秸秆，其适口性和营养价值都大大改善，但仍不能为单胃动物所利用。秸秆只有经过微生物发酵，通过微生物代谢产生的特殊酶的降解作用，将其纤维素、木质素、半纤维素等大分子物质分解为低分子的单糖或低聚糖，才能提高营养价值，提高利用率、采食率、采食速度，增强口感性，增加采食量。如生物有机肥，秸秆可以作为培养土使用，同一些饲料细菌培养后，作为花草、蔬菜的肥料。 （2）秸秆饲料的主要加工技术主要包括：① 直接粉碎饲喂技术；② 青储饲料机械化技术；③ 秸秆微生物发酵技术；④ 秸秆高效生化蛋白全价饲料技术；⑤秸秆氨化技术；⑥ 秸秆热喷技术。\x0d\x0a3、秸秆能源 。 （1）生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在世界能源总消费量中占14%。我国每年农作物秸杆资源量约占生物质能资源量的近一半。安徽省好多县就建有火力发电厂，主要是武汉的凯迪电力公司投资建设。 （2）农作物秸秆能源转化的主要方式是秸秆气化。除秸秆气化以外，秸秆还可以用来加工压块燃料、制取煤气。\x0d\x0a4、建材、轻工和纺织原料。 秸秆是高效、长远的轻工、纺织和建材原料，既可以部分代替砖、木等材料，还可有效保护耕地和森林资源。秸秆墙板的保温性、装饰性和耐久性均属上乘，许多发达国家已把“秸秆板”当作木板和瓷砖的替代品广泛应用于建筑行业。此外，经过技术方法处理加工秸秆还可以制造人造丝和人造棉，生产糠醛、饴糖、酒和木醣醇，加工纤维板等等。\x0d\x0a5、秸秆基质。秸秆用作食用菌基料是一项与食品有关的技术。食用菌具有较高的营养和药用价值，利用秸秆作为生产基质，大大增加了生产食用菌的原料来源，降低了生产成本。目前利用秸秆生产平菇、香菇、金针菇、鸡腿菇等技术已较为成熟，但存在技术条件要求较高的问题，用玉米秸和小麦秸培育食用菌的产出率较低。

对于生物质这个词大家都有肯能感到陌生， 所以我们先解释一下这个名词， 生物质是指 利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机 物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生 物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作 物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除 粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素） 、农产品加工业下脚料、农林废 弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。特点：可再生、低污染、分布广泛。 因为生物质中含有能量， 因此引伸出生物质能这个词， 生物质能就是太阳能以化学能形式贮 存在生物质中的能量形式， 即以生物质为载体的能量。 它直接或间接地来源于绿色植物的光 合作用，可转化为常规的固态、 液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源， 同时也是唯一一种可再生的碳源。 国内生物质的资源分布 因为生物质包括植物、动物和微生物，所以在分析生物质资源分布的时候，我们只考虑 植物的分布。我国农林生物质资源丰富、数量巨大,较常见的有秸秆、稻壳、薪材、锯末和 甘蔗渣等。 据统计,我国农作物秸秆可收集量约为 4.5 亿 t/年， 折合标准煤 1.8 亿 t， 稻壳 5000 万 t，折合标准煤 2000 万 t ；林业加工过程产生的木质废弃物约 2400 万 m3，折合标准煤 150 万 t ；各种天然薪材的合理提供量为 1.4 亿 t ，折合标准煤 0.74 亿 t。 农业生物质资源 我国是农业生产大国,农业生物质资源丰富。 每年的农业生产废弃物的产量约为 6.5 亿 t， 到 2010 年产量可达 7.3 亿 t，可产生 12EJ 的能量。农业生物质资源主要包括农作物秸秆和 农产品加工废弃物。农作物秸秆是我国广大农村地区传统的生活用能，其中水稻、玉米和小 麦秸秆占到 84.3%；农产品加工废弃物有稻壳、玉米芯、花生壳和甘蔗渣等。1999 年，我 国各地区主要农业生物质可利用量的合计总量达 5.6 亿 t。 列前 10 位的地区是： 山东、 河南、 河北、江苏、黑龙江、吉林、四川、湖北、安徽和内蒙古。其中，秸秆类生物质的主要流向 为 15%还田，24%饲用，2.3%用于工业，近 60%用于薪柴或露地燃烧。因此，我国农业生 物质资源具有巨大的应用潜力。 林业生物质资源 我国现有森林面积为 1.75 亿 hm2，其蓄积量为 124.56 亿 m3。2002 年，全国造林面积 为 777.10hm2，比上一年增长 56.8%。我国陆地林木生物质资源总量在 180 亿 t 以上，可用 于生产生物质能源的主要是薪炭林、 林业废弃物和平茬灌木等。 林业生物质能资源在我国农 村能源中占有重要地位。2002 年，我国农村消耗的林业生物质能资源约 1.66 亿 tce,占农村 能源总消费量的 21.2%。在丘陵、山区和林区等区域，农民 50%以上的生活用能依靠林业资 源。1999 年，我国林业生物质产量列前 10 位的地区是：黑龙江、内蒙古、四川、云南、吉 林、江西、湖南、广西、广东和山西。另外，我国有宜林荒山荒地约 4692.71 万 hm2，可以 开发种植高产能源植物。 （资料来自于百度百科） 我国生物质能源的利用现状 我们国家生物质能源的资源十分丰富， 然而我国生物质能源的开发利用起步较晚， 随着 近些年的研究和开发，经取得了明显的效果。但总体来说主要是作为燃料提供热能或发电、 农田有机肥料及多种化工产品等。 生物质作为燃料或发电 （1）直接燃烧 我国 9 亿多农村人口的生活用能大部分依赖于生物质能源。 然而直接燃烧热效率低， 目 前生物质的直接燃烧利用着重于研究开发提高燃烧的热效率， 减少有害物排放， 如研究开发 各种锅炉等用能设备上。生物质的燃烧，国外用于商业化发电，我国在这一方面仍需进一步 完善。 直接燃烧主要包括炉灶燃烧、压缩成型燃料燃烧、联合燃烧和焚烧垃圾。炉灶燃烧是传 统农村人们的用能方式， 因效率比较低而逐渐被淘汰。 压缩成型燃料燃烧是将生物质压缩成 型，使其密度增大，性能接近煤，相当于锅炉直接燃煤技术，而且尾气排放污染小，进行发 电很有发展前景， 其中颗粒成型燃烧尤适合家庭或暖房取暖。 联合燃烧是燃煤掺入生物质燃 烧，可减少二氧化硫及氮的氧化物的排放。焚烧垃圾是锅炉在 800—1000℃高温下燃烧垃圾 可燃组分， 释放热量供热或发电。 目前我国现代生物质能中用于直接燃烧的高效燃烧锅炉有 200 多台,效率均可达 80%，有几十家垃圾焚烧炉正常运行。 垃圾顾名思义是一种环境污染物，其实它是“放错位置的财富” ，许多国家和地区，已 经形成垃圾产业，垃圾的资源化既可以减轻环境污染，又可以缓解资源短缺。近年来，国外 不断开发出新型发电技术如城市生活垃圾发电，据试验焚烧 500t 垃圾可以发电 1 万千瓦? 时。匈牙利建造的一座大型垃圾发电厂，有 4 个垃圾燃烧室，每个燃烧室可燃烧 15t 垃圾? 电站既发电又给附近用户提供了高达 250℃的蒸汽。垃圾发电在丹麦、瑞典、德国、法国、 日本、英国等国家也得到重视和应用。污泥发电，日本东京大学发明了一种使污泥固化的方 法，据试验固化污泥每千克有 4000 大卡热量，相当于低质煤的发热量，用它进行发电，既 可节约能源，又可保护环境卫生。但是我国垃圾资源的产业化尚未形成。 我国生物质能直接燃烧发电处于起步阶段， 仍具有较大的发展潜能， 美国利用生物质如 废木材和农业废弃物燃烧发电技术已经成熟，其发电设备装机容量为 736MW。 （2）利用转化技术 生物质能源的开发利用， 按照转化产物的形态可分为生物质的液化和气化， 液化与气化 通常采用生物技术和热化学两种方法。 生物质的液化， 生物质的热解液化技术在我国目前尚处于试验研究阶段。 我国各大院校 如浙江大学对生物质废弃物在回转窑中的热解特性， 以及各种碱金属和相关无机元素在生物 质热解中的析出行为进行了研究， 上海理工大学、 东南大学等也正在从不同的角度对生物质 液化技术进行研究。 研究生物质液化是为了提高液体产物的产率， 减少固体残留物和气态产 物的量获得品质更高的液体产品。 生物质热解液化所得液体燃料习惯上称为生物柴油， 可以直接作为燃料使用， 也可以转 化为品位更高的液体燃料或价值更高的化工产品。 生物柴油的研究与开发起步晚， 有望在今 后几十年中迅速发展起来，形成生物柴油产业。统计数据表明，我国乙醇产量的 1/3 以木薯 为原料,2004 年广西乙醇产量为 30 万 t,其中木薯生产乙醇总量达到 10 万 t。利用生物质生 产酒精方面巴西和美国成绩很突出。 研究结果表明木薯作为燃料乙醇原料的综合效益居第二 位,它是生产生物乙醇的首选原料,目前科技工作者在木薯乙醇生产中已经开发出诸如连续 发酵、差压精馏等可与玉米乙醇生产相媲美的技术。黑龙江、吉林和河南三省建设陈化粮为 燃料乙醇生产工程,主要原料为玉米、甘薯等,并已在全国十余个城市开展了掺和 10%乙醇的 汽油醇燃料应用示范工作。 生物质的气化,我国生物质生产沼气研究工作开展的较好,利用秸秆和粪便通过发酵,产 生沼气后照明和生活用燃料。目前,我国特别是四川等地在农村已普遍使用了较为实用的沼 气池。沼气开发利用主要有农业沼气,工业沼气,城市下水道污水沼气,城市垃圾沼气。生物 质气化产物主要包含甲烷、乙烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等,这些产物可用做生活燃气 或工业用气。生物质气化是生物质热转化技术中历史最长、最具实用性的一种技术,但生物 质气化气存在的最大弱点,即气体中 H2/CO 值较低。 我国在技术与装置开发方面自 1990 年代 以来,已取得了一系列的成果,如主要集中于生物法和热化学转换法生物质的制氢技术,中国 科学院广州能源研究所开发研制的各式气化炉 ,可用于清洁供热供电和供气,部分产品已经 出口东南亚各国。 目前二甲醚的合成主要通过煤气化、 天然气气化以及重渣油气化等途径获 得的合成气来合成。 据报道,该研究所研究出利用生物质间接液化一步法合成二甲醚的方法。 发明专利是一种利用沼气重整生物质气化气合成二甲醚的新方法,工艺涉及生物质的高效洁 净利用领域,提供了一种完全由生物质高效清洁利用合成燃料二甲醚的绿色合成方法。?? 生物质转化成其他化工产品 上海大学环境与化学工程学院固体废物研究中心,利用水热技术对甘蔗渣、树叶和菜皮 ?种生物质垃圾的转化产物和机理进行了研究。结果表明,生物质转化得到的产物中含有大 量的腐植酸物质。这类腐植酸物质可以作为生态肥料,腐植酸含量能达到 45%左右具有良好 的肥效和经济价值。广西大学生物技术学科的研究人员针对此难题经过两年的攻关,成功地 研制了利用污泥制造成高效无污染的生态有机肥的技术,生产的肥料不仅能使农作物产量有 较大的提高,而且使果蔬的品质有极大的提高,深受农民的普遍青睐。2000 年该技术转让给 上市公司桂林集琦集团,当年便实现产业化。 我国农村生产沼气过程中,同时得到发酵液、 渣 等厌氧发酵残留物,作为农田的有机肥料,效果很好,从而使得生物质能源得到充分利用。我 国木薯生产乙醇技术趋于成熟,乙醇除了作为运输燃料替代汽油,还可以生产冰醋酸、 乙烯及 其下游产品。生物质的催化合成甲醇技术发达国家,如美国、日本、英国、法国、德国、俄 罗斯等,早在 10 年前就已开展了技术攻关研究。朱灵峰等研究者开展了此项研究工作,填补 了我国此研究领域的空白。 结果表明,解决了催化剂失活问题,秸秆类生物质热化学法制得的 低热值燃气通过适当处理制备的合成气,可直接催化合成甲醇。生物质能的研究工作逐渐转 向热解产品的深加工开发,如活性炭、 木醋液等应用研究领域。 木焦油是国际紧俏产品,木醋 液可形成多种化工产品。 （资料来源江西林业科技报 2006 年第 5 期） 开发和利用生物质能源已成为世界许多国家开源节流、化害为利和保护环境的重要措 施。据联合国环境保护机构发表的一份调查报告说，至少有多个工业化国家在开发利用“绿 色能源”方面取得了显著成绩，其中有些国家通过实施“绿色能源”计划，在很大程度上缓 解了本国能源紧缺的矛盾?同时有效地改善了环境。 而我们国家在拥有丰富的生物质资源时， 我们更要合理的开发与利用， 改善利用生物质 能源的技术，提高能源利用效率，使我国在利用生物质能源方面更加完善，最终使生物质能 源成为我国重要能源的之一。