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生物质发电丨能源局印发《生物质能发展“十三五”规划》(附我国生物质发电发展现状与市场分析)
 

 

  各省(区、市)及新疆生产建设兵团发展改革委(能源局)国家电网公司、南方电网公司,中石油、中石化、中海油集团公司,中节能、中广核集团公司:


  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,国家能源局组织编制了《生物质能发展“十三五”规划》,现印发给你们,请结合实际认真落实。


  附件:生物质能发展“十三五”规划


  国家能源局


  2016年10月28日


生物质能发展“十三五”规划


前 言


  生物质能是重要的可再生能源,具有绿色、低碳、清洁、可再生等特点。加快生物质能开发利用,是推进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。


  “十二五”时期,我国生物质能产业发展较快,开发利用规模不断扩大,生物质发电和液体燃料形成一定规模。生物质成型燃料、生物天然气等发展已起步,呈现良好势头。“十三五”是实现能源转型升级的重要时期,是新型城镇化建设、生态文明建设、全面建成小康社会的关键时期,生物质能面临产业化发展的重要机遇。根据国家《能源发展“十三五”规划》和《可再生能源发展“十三五”规划》,制定《生物质能发展 “十三五”规划》(以下简称“《规划》”)。


  《规划》分析了国内外生物质能发展现状,阐述了“十三五”时期我国生物质能产业发展的指导思想、基本原则、发展目标、发展布局和建设重点,提出了保障措施,是“十三五”时期我国生物质能产业发展的基本依据。

目录


一、发展现状和面临形势 1

(一)发展基础 1

(二)存在问题 4


二、指导思想和发展目标 6

(一)指导思想 6

(二)基本原则 6

(三)发展目标 7


三、发展布局和建设重点 9

(一)大力推动生物天然气规模化发展 9

(二)积极发展生物质成型燃料供热 12

(三)稳步发展生物质发电 13

(四)加快生物液体燃料示范和推广 16


四、保障措施 18


五、投资估算和环境社会影响分析 20

(一)投资估算 20

(二)环境效益 20

(三)社会效益 20


一、发展现状和面临形势


(一)发展基础


  1、国际发展现状


  (1)发展现状


  生物质能是世界上重要的新能源,技术成熟,应用广泛,在应对全球气候变化、能源供需矛盾、保护生态环境等方面发挥着重要作用,是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源,成为国际能源转型的重要力量。


  生物质发电。截至2015年,全球生物质发电装机容量约1亿千瓦,其中美国1590万千瓦、巴西1100万千瓦。生物质热电联产已成为欧洲,特别是北欧国家重要的供热方式。生活垃圾焚烧发电发展较快,其中日本垃圾焚烧发电处理量占生活垃圾无害化处理量的70%以上。


  生物质成型燃料。截至2015年,全球生物质成型燃料产量约3000万吨,欧洲是世界最大的生物质成型燃料消费地区,年均约1600万吨。北欧国家生物质成型燃料消费比重较大,其中瑞典生物质成型燃料供热约占供热能源消费总量的70%。


  生物质燃气。截至2015年,全球沼气产量约为570亿立方米,其中德国沼气年产量超过200亿立方米,瑞典生物天然气满足了全国30%车用燃气需求。


  生物液体燃料。截至2015年,全球生物液体燃料消费量约1亿吨,其中燃料乙醇全球产量约8000万吨,生物柴油产量约2000万吨。巴西甘蔗燃料乙醇和美国玉米燃料乙醇已规模化应用。


  (2)发展趋势


  一是生物质能多元化分布式应用成为世界上生物质能发展较好国家的共同特征。二是生物天然气和成型燃料供热技术和商业化运作模式基本成熟,逐渐成为生物质能重要发展方向。生物天然气不断拓展车用燃气和天然气供应等市场领域。生物质供热在中、小城市和城镇应用空间不断扩大。三是生物液体燃料向生物基化工产业延伸,技术重点向利用非粮生物质资源的多元化生物炼制方向发展,形成燃料乙醇、混合醇、生物柴油等丰富的能源衍生替代产品,不断扩展航空燃料、化工基础原料等应用领域。


  2、国内发展现状


  我国生物质资源丰富,能源化利用潜力大。全国可作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和能源作物、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2015年,生物质能利用量约3500万吨标准煤,其中商品化的生物质能利用量约1800万吨标准煤。生物质发电和液体燃料产业已形成一定规模,生物质成型燃料、生物天然气等产业已起步,呈现良好发展势头。


  生物质发电。截至2015年,我国生物质发电总装机容量约1030万千瓦,其中,农林生物质直燃发电约530万千瓦,垃圾焚烧发电约470万千瓦,沼气发电约30万千瓦,年发电量约520亿千瓦时,生物质发电技术基本成熟。


  生物质成型燃料。截至2015年,生物质成型燃料年利用量约800万吨,主要用于城镇供暖和工业供热等领域。生物质成型燃料供热产业处于规模化发展初期,成型燃料机械制造、专用黑豹加速器下载制造、燃料燃烧等技术日益成熟,具备规模化、产业化发展基础。


  生物质燃气。截至2015年,全国沼气理论年产量约190亿立方米,其中户用沼气理论年产量约140亿立方米,规模化沼气工程约10万处,年产气量约50亿立方米,沼气正处于转型升级关键阶段。


  生物液体燃料。截至2015年,燃料乙醇年产量约210万吨,生物柴油年产量约80万吨。生物柴油处于产业发展初期,纤维素燃料乙醇加快示范,我国自主研发生物航煤成功应用于商业化载客飞行示范。




(二)存在问题


  生物质能是唯一可转化成多种能源产品的新能源,通过处理废弃物直接改善当地环境,是发展循环经济的重要内容,综合效益明显。从资源和发展潜力来看,生物质能总体仍处于发展初期,还存在以下主要问题:


  一是尚未形成共识。目前社会各界对生物质能认识不够充分,一些地方甚至限制成型燃料等生物质能应用,导致生物质能发展受到制约。


  二是分布式商业化开发利用经验不足。受制于我国农业生产方式,农林生物质原料难以实现大规模收集,一些年利用量超过10万吨的项目,原料收集困难。畜禽粪便收集缺乏专用设备,能源化无害化处理难度较大。急需探索就近收集、就近转化、就近消费的生物质能分布式商业化开发利用模式。


  三是专业化市场化程度低,技术水平有待提高。生物天然气和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。纤维素乙醇关键技术及工程化尚未突破,急待开发高效混合原料发酵装置、大型低排放生物质黑豹加速器下载等现代化专用设备,提高生物天然气和成型燃料工程化水平。


  四是标准体系不健全。尚未建立生物天然气、生物成型燃料工业化标准体系,缺乏设备、产品、工程技术标准和规范。尚未出台生物质黑豹加速器下载和生物天然气工程专用的污染物排放标准。生物质能检测认证体系建设滞后,制约了产业专业化规范化发展。缺乏对产品和质量的技术监督。


  五是政策不完善。生物质能开发利用涉及原料收集、加工转化、能源产品消费、伴生品处理等诸多环节,政策分散,难以形成合力。尚未建立生物质能产品优先利用机制,缺乏对生物天然气和成型燃料的终端补贴政策支持。


二、指导思想和发展目标


(一)指导思想


  全面贯彻党的十八大、十八届三中、四中、五中全会和中央经济工作会议精神,坚持创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,紧紧围绕能源生产和消费革命,主动适应经济发展新常态,按照全面建成小康社会的战略目标,把生物质能作为优化能源结构、改善生态环境、发展循环经济的重要内容,立足于分布式开发利用,扩大市场规模,加快技术进步,完善产业体系,加强政策支持,推进生物质能规模化、专业化、产业化和多元化发展,促进新型城镇化和生态文明建设。


(二)基本原则


  坚持分布式开发。根据资源条件做好规划,确定项目布局,因地制宜确定适应资源条件的项目规模,形成就近收集资源、就近加工转化、就近消费的分布式开发利用模式,提高生物质能利用效率。


  坚持用户侧替代。发挥生物质布局灵活、产品多样的优势,大力推进生物质冷热电多联产、生物质黑豹加速器下载、生物质与其他清洁能源互补系统等在当地用户侧直接替代燃煤,提升用户侧能源系统效率,有效应对大气污染。


  坚持融入环保。将生物质能开发利用融入环保体系,通过有机废弃物的大规模能源化利用,加强主动型源头污染防治,直接减少秸秆露天焚烧、畜禽粪便污染排放,减轻对水、土、气的污染,建立生物质能开发利用与环保相互促进机制。


  坚持梯级利用。立足于多种资源和多样化用能需求,开发形成电、气、热、燃料等多元化产品,加快非电领域应用,推进生物质能循环梯级利用,构建生物质能多联产循环经济。


(三)发展目标


  到2020年,生物质能基本实现商业化和规模化利用。生物质能年利用量约5800万吨标准煤。生物质发电总装机容量达到1500万千瓦,年发电量900亿千瓦时,其中农林生物质直燃发电700万千瓦,城镇生活垃圾焚烧发电750万千瓦,沼气发电50万千瓦生物天然气年利用量80亿立方米生物液体燃料年利用量600万吨生物质成型燃料年利用量3000万吨。




三、发展布局和建设重点


(一)大力推动生物天然气规模化发展


  到2020年,初步形成一定规模的绿色低碳生物天然气产业,年产量达到80亿立方米,建设160个生物天然气示范县和循环农业示范县。


  1、发展布局


  在粮食主产省份以及畜禽养殖集中区等种植养殖大县,按照能源、农业、环保“三位一体”格局,整县推进,建设生物天然气循环经济示范区。



  2、建设重点


  推动全国生物天然气示范县建设。以县为单位建立产业体系,选择有机废弃物丰富的种植养殖大县,编制县域生物天然气开发建设规划,立足于整县推进,发展生物天然气和有机肥,建立原料收集保障、生物天然气消费、有机肥利用和环保监管体系,构建县域分布式生产消费模式。


  加快生物天然气技术进步和商业化。探索专业化投资建设管理模式,形成技术水平较高、安全环保的新型现代化工业门类。建立县域生物天然气开发建设专营机制。加快关键技术进步和工程现代化,建立健全检测、标准、认证体系。培育和创新商业化模式,提高商业化水平。


  推进生物天然气有机肥专业化规模化建设。以生物天然气项目产生的沼渣沼液为原料,建设专业化标准化有机肥项目。优化提升已建有机肥项目,加强关键技术研发与装备制造。创新生物天然气有机肥产供销用模式,促进有机肥大面积推广,减少化肥使用量,促进土壤改良。


  建立健全产业体系。创新原料收集保障模式,形成专业化原料收集保障体系。构建生物天然气多元化消费体系,强化与常规天然气衔接并网,加快生物天然气市场化应用。建立生物天然气有机肥利用体系,促进有机肥高效利用。建立健全全过程环保监管体系,保障产业健康发展。


(二)积极发展生物质成型燃料供热


  1、发展布局


  在具备资源和市场条件的地区,特别是在大气污染形势严峻、淘汰燃煤黑豹加速器下载任务较重的京津冀鲁、长三角、珠三角、东北等区域,以及散煤消费较多的农村地区,加快推广生物质成型燃料黑豹加速器下载供热,为村镇、工业园区及公共和商业设施提供可再生清洁热力。




  2、建设重点


  积极推动生物质成型燃料在商业设施与居民采暖中的应用。结合当地关停燃煤黑豹加速器下载进程,发挥生物质成型燃料黑豹加速器下载供热面向用户侧布局灵活、负荷响应能力较强的特点,以供热水、供蒸汽、冷热联供等方式,积极推动在城镇商业设施及公共设施中的应用。结合农村散煤治理,在政策支持下,推进生物质成型燃料在农村炊事采暖中的应用。


  加快大型先进低排放生物质成型燃料黑豹加速器下载供热项目建设。发挥成型燃料含硫量低的特点,在工业园区大力推进20蒸吨/小时以上低排放生物质成型燃料黑豹加速器下载供热项目建设,污染物排放达到天然气水平,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量不高于20㎎/m3、50㎎/m3、200㎎/m3,替代燃煤黑豹加速器下载供热。建成一批以生物质成型燃料供热为主的工业园区。


  加强技术进步和标准体系建设。加强大型生物质黑豹加速器下载低氮燃烧关键技术进步和设备制造,推进设备制造标准化系列化成套化。制定出台生物质供热工程设计、成型燃料产品、成型设备、生物质黑豹加速器下载等标准。加快制定生物质供热黑豹加速器下载专用污染物排放标准。加强检测认证体系建设,强化对工程与产品的质量监督。


(三)稳步发展生物质发电


  1、发展布局


  在农林资源丰富区域,统筹原料收集及负荷,推进生物质直燃发电全面转向热电联产在经济较为发达地区合理布局生活垃圾焚烧发电项目,加快西部地区垃圾焚烧发电发展在秸秆、畜禽养殖废弃物资源比较丰富的乡镇,因地制宜推进沼气发电项目建设。



  2、建设重点


  积极发展分布式农林生物质热电联产。农林生物质发电全面转向分布式热电联产,推进新建热电联产项目,对原有纯发电项目进行热电联产改造,为县城、大乡镇供暖及为工业园区供热。加快推进糠醛渣、甘蔗渣等热电联产及产业升级。加强项目运行监管,杜绝掺烧煤炭、骗取补贴的行为。加强对发电规模的调控,对于国家支持政策以外的生物质发电方式,由地方出台支持措施。


  稳步发展城镇生活垃圾焚烧发电。在做好环保、选址及社会稳定风险评估的前提下,在人口密集、具备条件的大中城市稳步推进生活垃圾焚烧发电项目建设。鼓励建设垃圾焚烧热电联产项目。加快应用现代垃圾焚烧处理及污染防治技术,提高垃圾焚烧发电环保水平。加强宣传和舆论引导,避免和减少邻避效应。


  因地制宜发展沼气发电。结合城镇垃圾填埋场布局,建设垃圾填埋气发电项目积极推动酿酒、皮革等工业有机废水和城市生活污水处理沼气设施热电联产结合农村规模化沼气工程建设,新建或改造沼气发电项目。积极推动沼气发电无障碍接入城乡配电网和并网运行。到2020年,沼气发电装机容量达到50万千瓦。


(四)加快生物液体燃料示范和推广


  1、发展布局


  在玉米、水稻等主产区,结合陈次和重金属污染粮消纳,稳步扩大燃料乙醇生产和消费根据资源条件,因地制宜开发建设以木薯为原料,以及利用荒地、盐碱地种植甜高粱等能源作物,建设燃料乙醇项目。加快推进先进生物液体燃料技术进步和产业化示范。到2020年,生物液体燃料年利用量达到600万吨以上。


  2、建设重点


  推进燃料乙醇推广应用。大力发展纤维乙醇。立足国内自有技术力量,积极引进、消化、吸收国外先进经验,开展先进生物燃料产业示范项目建设适度发展木薯等非粮燃料乙醇。合理利用国内外资源,促进原料多元化供应。选择木薯、甜高粱茎秆等原料丰富地区或利用边际土地和荒地种植能源作物,建设10万吨级燃料乙醇工程控制总量发展粮食燃料乙醇。统筹粮食安全、食品安全和能源安全,以霉变玉米、毒素超标小麦、“镉大米”等为原料,在“问题粮食”集中区,适度扩大粮食燃料乙醇生产规模。


  加快生物柴油在交通领域应用。对生物柴油项目进行升级改造,提升产品质量,满足交通燃料品质需要。建立健全生物柴油产品标准体系。开展市场封闭推广示范,推进生物柴油在交通领域的应用。


  推进技术创新与多联产示范。加强纤维素、微藻等原料生产生物液体燃料技术研发,促进大规模、低成本、高效率示范应用。加快非粮原料多联产生物液体燃料技术创新,建设万吨级综合利用示范工程。推进生物质转化合成高品位燃油和生物航空燃料产业化示范应用。


四、保障措施


  1、协同推进。将生物质能利用纳入国家能源、环保、农业战略,加强协调、协同推进,充分发挥生物质能综合效益,特别是在支持循环农业、促进县域生态环保方面的作用,推进生物质能开发利用。研究将生物质能纳入绿色消费配额及交易体系。


  2、优先利用。落实国家有关可再生能源优先利用和全额保障性收购的要求,建立生物质能优先利用机制,加强对燃气、石油和电网企业公平开放接纳生物质能产品的监管,确保生物天然气、液体燃料、生物质发电无障碍接入燃气管网、成品油销售网及城乡配电网。


  3、加强规划。将规划作为项目开发建设的主要依据,统筹生物质各类资源和各种利用方式,以省为单位编制生物质能开发利用规划。以县为单位编制生物天然气、生物成型燃料开发利用规划,做好与环保、农业等规划衔接。编制生物质热电联产区域专项规划。在规划指导下,积极推进生物质能新技术和新利用模式的示范建设。


  4、加大扶持。发挥中央和地方合力,完善支持生物质能利用政策措施体系。制定生物质发电全面转向热电联产的产业政策。研究出台生物天然气、生物质成型燃料供热和液体燃料终端补贴政策。积极支持民间资本进入生物质能领域。引导地方出台措施支持现有政策之外的其他生物质发电方式。


  5、加强监管。会同有关部门加强对生物质能项目建设和运行监管,保障产品质量和安全,加强标准认证管理,做好环保监管,建立生物质能行业监测平台和服务体系。加强工程咨询、技术服务等产业能力建设,支撑生物质能产业可持续发展。


五、投资估算和环境社会影响分析


(一)投资估算


  到2020年,生物质能产业新增投资约1960亿元。其中,生物质发电新增投资约400亿元,生物天然气新增投资约1200亿元,生物质成型燃料供热产业新增投资约180亿元,生物液体燃料新增投资约180亿元。


(二)环境效益


  生物质能产业具备显著的环境效益。预计2020年,生物质能合计可替代化石能源总量约5800万吨,年减排二氧化碳约1.5亿吨,减少粉尘排放约5200万吨,减少二氧化硫排放约140万吨,减少氮氧化物排放约44万吨。


(三)社会效益


  “十三五”期间,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。预计到2020年,生物质能产业年销售收入约1200亿元,提供就业岗位400万个,农民收入增加200亿元,经济和社会效益明显。


我国生物质发电发展现状与市场分析


一、生物质能结构与利用方式


(1)中国生物质能资源分布情况


  智研咨询发布的《2017-2022年中国生物质能发电市场研究及发展趋势研究报告》显示,生物质能技术主要包括生物质发电、生物液体燃料、生物质成型燃料、生物质燃气、生物制氢技术等。目前,世界上技术较为成熟、实现规模化开发利用的生物质能利用方式主要包括生物质发电、生物液体燃料、沼气和生物质成型燃料等。我国生物质能资源丰富,具有巨大的发展潜力,已呈现出规模化发展的良好势头。目前我国可利用生物资源量可转换为能源的潜力约5亿吨标煤,随着造林面积的扩大和经济社会的发展,我国生物质资源转换为能源的潜力可达到10亿吨标煤,占我国能源消耗总量的28%。目前我国生物质能技术研发水平总体上与国际处于同一水平,在生物质气化及燃烧利用技术、生物质发电、垃圾发电等方面 居领先水平,但是存在生物质能产业结构不均衡、生物质成型燃料缺乏核心技术、燃料乙醇关键技术有待突破等问题。


中国风能太阳能、水能、生物质能资源分布


  资料来源:公开资料整理


  中国生物质能资源分布

  资料来源:公开资料整理


  我国生物质能原料分布明显不均,主要集中在东南西北中间带,最大的是广西地区。生物质资源包括农业、林业生产和生活过程中产生的所有生物质,生物质能原料主要指的是畜禽粪便、餐厨垃圾、能源作物、农产品废弃物四种可获取的原料,这就是图1和2存在不一致的原因。


(2)中国生物质能资源的利用方式


  1、生物质发电领域


  在生物质发电方面,国能生物发电集团和凯迪电力股份有限公司是我国生物质发电的领军企业。国能生物发电集团是目前全球最大的生物质发电专业公司。


  2、生物质成型燃料领域


  在生物质成型燃料方面,我国生物质成型燃料比较著名的研究机构主要包括中国林业科学院林产化工所、西北农林科技大学、南京林业化工 研 究所等。生物质成型设备厂家,如清华大学国能惠远生物质发展有限公司,北京盛昌绿能科技有限公司,广州迪森热能公司、辽宁华光生态工程技术研究所,江苏正昌粮机股份有限公司,河南省能源研究所,洛阳恒生能源设备有限公司,郑州九洲通用液压设备有限公司等。


  3、生物质燃气领域


  国内沼气行业比较知名的研究机构主要有中国科学院广州能源研究所、农业部沼气研究所、农业部规划设计研究院、成都生物研究所和东北农业大学等。知名 领军企业主要包括杭州能源环境工程有限公司、青岛天人环境股份有限公司和北京盈和瑞环保工程有限公司等。


  4、生物液体燃料


  我国燃料乙醇知名企业主要有吉林燃料乙醇有限公司、河南天冠企业集团有限公司等。以纤维素类生物质为原料生产燃料乙醇的国内企业主要有山东龙力生物科技有限公司、安徽丰源集团、河南天冠集团等。在生物柴油方面,我国主要是以小企业居多。截至目前,全国生物柴油生产厂家超过200家,主要代表企业有海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建能源发展公司等。


中国生物质能产业相关企业情况表

  资料来源:公开资料整理


  2014年全球生物柴油产量近3000万吨,已建和在建生物柴油装置年产能接近5000万吨,生物柴油迅猛发展,成为21世纪正在崛起的新兴产业。我国目前生物柴油产量只有100多万吨,远远不能满足市场需求。每年需求从国外进口大量生物柴油。


  当前,我国生物柴油原料的供应问题十分突出,资源没有得到合理的引导和配置。以地沟油为代表的废弃油脂原本是生物柴油的主要原料,却在高额利润的诱惑下,大量流向食用油市场。虽然国内餐饮废油每年潜在的供应量已达到1000万吨,生产生物柴油的企业已超过50家,但装置的开工率不到30%。中石化正在积极地推广生物柴油新技术,加快工业装置的建设速度,2013年在江苏建设一套10万吨/年生物柴油示范装置,同时还筹划在秦皇岛建设一套10万吨/年生物柴油示范装置。为了长远解决生物柴油的原料来源问题,中石化与中国科学院2010年启动了“微藻生物柴油成套技术的研发”项目。


  2014年我国生物柴油行业销售市场规模约112.9亿元,同比2013年的68.37亿元增长了65.1%,近几年我国生物柴油行业市场规模情况如下图所示:


2005-2014年中国生物柴油行业市场规模情况

资料来源:Respect Marketing Research Inc


二、生物质能发电发展现状


(1)秸秆发电发展现状


  2014年,我国秸秆资源量约为9亿吨。秸秆还田、饲料利用、工业原料约占60%,约40%可以能源化利用(含农村生活用能)。


  一、秸秆是生物能源的重要组成部分之一


  生物能源是仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源,在世界能源系统中占有重要地位。生物能源是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的可再生能源,是唯一可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其他化工原料或者产品的资源。


  生物能源主要来自三个方面:一是农业资源,包括农业作物、农作物收获时残留秸秆、农业加工业的废弃物等二是林业资源,包括森林生长和林业生产过程提供的能源资源、木材采运和加工过程中的废弃物、林业副产品废弃物三是城市生活餐厨垃圾和工业有机废弃物。


  我国每年有0.8亿吨林业剩余物、30亿吨畜禽养殖粪便、1.5亿吨生活和有机垃圾、逾10亿吨农产品加工废弃物。


  二、秸秆能源化利用方式


  除作为农村生活能源外,秸秆能源化利用方式主要有秸秆固化、秸秆炭化、秸秆气化、秸秆发电、秸秆液化、秸秆沼气等。而适合产业化的方式主要是秸秆发电、秸秆液化、秸秆沼气。


  第一,秸秆发电


  秸秆发电是以农作物秸秆为原料的一种发电方式,根据秸秆利用方式的不同,主要有以下 2种技术路线: 秸秆直接燃烧发电和秸秆气化发电。


  其一,秸秆直接燃烧发电是指把秸秆原料送入黑豹加速器下载中直接燃烧产出高压水蒸汽,通过汽轮机的涡轮膨胀做功,驱动发电机发电。目前,秸秆直接燃烧发电技术主要有2类:水冷式振动炉排燃烧发电技术和流化床燃烧发电技术。


  其二,秸秆气化发电,首先使生物质原料在缺氧状态下发生热化学反应转化为气体燃料(一氧化碳、氢气、甲烷),然后将转化后的可燃气体由风机抽出,经冷却除尘去焦油和杂质后,供给内燃机或者小型燃气轮机,带动发电机发电。


  第二,秸秆液化


  秸秆液化是指通过物理化学或生物学方法,使秸秆中的木质素、纤维素等转化为醇类可燃性油或其他化工原料主要分为直接液化、高温高压液化、微波液化3种形式。


  其一,直接液化是指在中低温、高压并有催化剂参与情况下,将生物质转化为液体的热化学反应过程,通常有还原性气体(例如氢气、一氧化碳等)参与反应。


  其二,高温高压液化是指在高压下发生热化学反应的过程,典型的液化工艺是在较高的压力和温度(33-500摄氏度)以及在催化剂存在下进行。


  其三,微波液化是指利用微波辐射使小分子极性物质产生物理效应,从而加速反应改变反应机理或启通新的反应通道。


  第三,秸秆沼气


  秸秆沼气是指以秸秆为发酵原料,在隔绝空气并维持一定温度、湿度、酸碱度等条件下,经过特定细菌的发酵作用产生的气体。沼气是一种混合气体,主要成分是甲烷,其次为二氧化碳、氧气、氮气和硫化氢等,其中甲烷含量为55-70%,沼气热值为20-25兆焦/立方米。


  三、秸秆能源化利用现状


  第一,秸秆发电


  2004年以来,我国先后核准批复了200多个秸秆直燃发电示范项目。截至2012年底,我国生物质发电累计并网容量为5819兆瓦,其中,直燃发电技术类型项目累计并网容量为3264兆瓦,占全国累计并网容量的55%垃圾焚烧发电技术类型项目累计并网容量为2427兆瓦,占全国累计并网容量的41.71%沼气发电技术类型项目并网容量为206兆瓦,占全国累计并网容量的3.54% 。《可再生能源“十二五”规划》明确规定,2015年我国生物质发电装机达到1.3万兆瓦,其中农林生物质发电8千兆瓦、沼气发电2千兆瓦、垃圾焚烧发电3千兆瓦。


  我国目前建设、运行的生物质发电厂普遍采用二代技术。一代生物质发电厂机组规模一般为2×12兆瓦,采用中温中压技术,存在能耗较高、发电热效率偏低等问题二代电厂机组规模一般为1×30兆瓦,采用高压和超高压技术,与一代技术相比,能耗显著下降,发电热效率显著提高,其黑豹加速器下载热效率一般在85%-90%,发电热效率可达30.4%,年平均发电标准煤耗约404g/千瓦时。从当前生物质电厂的运行来看,主要是原料供应缺乏保障,100公里范围内布局了多家生物质电厂,大多电厂的原料收购经济半径超过30公里以上,收购成本较高。


  第二,秸秆液化(纤维素乙醇)


  纤维素乙醇在我国仍处于产业化起步阶段,其关键技术主要是高效预处理技术与装备、低成本纤维素酶制剂的生产和戊糖发酵菌种技术。


  2014年,我国燃料乙醇产量达到233.2万吨,混配E10乙醇汽油约2140万吨,接近当年汽油总消费量的四分之一,目前已在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽、广西6 省区及湖北、山东、河北、江苏、内蒙古5 省区的30个市试点车用乙醇汽油,实现了乙醇汽油的封闭运行。纤维素非粮乙醇产量仅3.2万吨。国内已建成山东龙力5.15 万吨/ 年装置(以玉米芯废渣为原料)与河南天冠3万吨/年的乙醇-沼气联产示范装置,以上两套装置均未采用戊糖/己糖共发酵生产乙醇技术。在建及规划的项目包括中粮集团采用自主知识产权预处理工艺及戊糖/己糖共发酵技术的5万吨/年醇电联产项目、安徽国祯和意大利M&G公司的合资项目以及河南天冠的3万吨/年纤维素乙醇规划项目。


  第三,秸秆沼气


  据统计,2010 年我国大型沼气工程有5万处,沼气产量为10亿立方米。我国沼气建设逐步由小型、分散化、经济效益差的农村户用沼气向规模化的沼气工程发展。近几年,通过引进并结合自主开发的技术,已建成以畜禽粪便为主要原料的蒙牛澳亚牧场(装机容量1.26兆瓦 )、北京德清源(装机容量2兆瓦)、山东民和牧业(装机容量3兆瓦)等大型沼气并网发电项目。


  我国沼气净化提纯制取生物天然气正处于起步阶段,部分净化提纯关键技术还需从国外引进,目前在广西南宁、山东博兴、内蒙古通辽等地已建成沼气净化提纯制取生物天然气示范项目。


  四、秸秆能源化利用应注意的问题


  秸秆能源化利用产业发展是一项横跨不同行业、不同学科的系统工程,要加强科研投入,在考虑能源安全、减排等社会、环境因素下,也要兼顾经济效益,因地制宜,分阶段选择技术上成熟的秸秆能源化利用模式。


  第一, 燃料的充足供应是生物质电厂正常运行的关键因素


  当前秸秆发电普遍经济效益较差的原因:一是电厂布局不合理。在同一生物质经济供给半径内,存在多家生物质电厂,或其他生物质能源加工企业,导致这些企业之间恶性竞争生物质原料,增大了运行成本。二是燃料运输半径过大,收购生物质原料的半径超过30公里以上。三是燃料收购组织措施不合理,导致收购成本过高。实践证明,生物质电厂发电技术可靠,生物质原料供应保障,以及收购储运价格是确保生物质电厂获得经济效益的关键。


  第二,沼气利用应注重装备开发,强调高值化利用解决经济性问题


  我国沼气产业以往因受“环保主导”模式以及工艺技术的约束,多数大中型沼气工程的技术经济指标普遍低下,不具备经济上的可持续性,在秸秆规模化转化沼气工程技术上与国外差距较大。未来国内沼气应重视开发标准化和成套化装备,重点解决高干物浓度发酵、多元原料共发酵、中/高温发酵过程中产生的问题。沼气应向高值化利用途径方向发展,如净化后沼气发电,尤其是净化提纯后用作车用燃气,解决自身经济性问题。


  第三,纤维素乙醇应继续降低成本,发展“醇-电-沼气联产”工艺


  纤维素乙醇产业发展的关键问题是协同预处理技术开发,降低酶制剂成本,提高戊糖转化乙醇效率。虽然该产品仍旧处于产业化实践阶段,但从国内外示范装置现有情况来看,运行测试基本达到预期,具备产业化推广条件。上述技术经济性评价也表明,从能量转化效率、产品价值及效益等角度分析,纤维素乙醇竞争力更强。随着生物技术的进步,产酶菌株的效率、酶的活性以及共发酵菌株的糖醇转化效率会不断提高,酶制剂成本与能耗会不断下降,纤维素乙醇成本更有竞争力,成为最具发展潜力的秸秆能源转化产品。从能源转化角度来看,对秸秆最好的利用方式应该是以生产液体燃料纤维素乙醇为主,醇-电-沼气联产,实现原料的梯级利用,带动产业持续健康发展。


中国农村秸秆优质化利用情况

资料来源:农业部科技教育司


(2)垃圾发电发展现状


  我国垃圾焚烧发电起步于20世纪90年代末,发展至今仅二十年时间,但随着我国城镇化进程和城市人口的增加,我国城市生活垃圾对环境造成的压力不断加大,垃圾无害化处理技术已越来越引起我国重视并快速发展起来。由于垃圾焚烧较之传统的垃圾填埋或堆肥法具有处理速度快、节省大量用地、实现资源综合利用等优点,随着垃圾焚烧技术的不断提高,垃圾焚烧处理已逐渐成为我国东南沿海经济发达地区的主要处理方式。


  特别是2002年以来,国家和有关部门陆续出台和实施了市政公用事业的开放政策、特许经营政策、投资体制改革政策、鼓励非公经济政策等一系列相关的改革政策措施,加快了市政公用行业的改革开放和市场化经济的发展。作为最为传统的市政公用事业,垃圾处理领域也改变了政府单一的投融资渠道,而走向了投资主体多元化和融资渠道多样化的发展道路。


  根据统计数据:截至2013年底我国垃圾发电装机容量达到340.03万千瓦时,较2012年增长35%。2014年我国垃圾发电装机容量430.8万千瓦时。


2009-2014年中国垃圾发电装机容量

资料来源:公开资料整理


(3)沼气发电发展现状


  沼气发电技术是一项利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物(例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等),经厌氧发酵处理产生的沼气,驱动沼气发电机组发电,并可充分将发电机组的余热用于沼气生产的综合技术。该技术不仅提供电能这一清洁能源,同时解决了沼气工程中的环境问题,消耗了大量废弃物,减少了温室气体排放,属于典型的资源循环利用项目,具有良好的经济效益和环境效益,在农村地区推广潜力巨大。


  虽然我国沼气发电已经初具规模,但沼气发电利用比例极低,提升空间巨大。欧美国家沼气工程产生的沼气基本用于发电或提纯代替天然气而在我国,工业企业将沼气用于黑豹加速器下载燃料,农场沼气则用于养殖食堂炊事燃料,超过90%的沼气没有得到高效利用,垃圾填埋场亦存在沼气大规模放空的处理方式,填埋气回用率低于20%。


三、生物质能发电发展潜力与前景


(1)秸秆发电发展潜力与前景


  目前,我国生物质能源发展呈现出蓬勃的发展态势,其中,农作物秸秆发电最具代表性、战略性和可持续性,秸秆的利用改造是开发生物质能源的一种有效途径。秸秆是清洁无污染的可再生能源,是最具有开发利用潜力的新能源之一,具有良好的社会、经济和生态效益。秸秆发电是秸秆优化利用的最主要形式之一,呈现快速增长的趋势。目前秸秆发电大体上可以分为以下几种方式。


  1、建造利用秸秆燃烧来发电的中小型电厂


  目前生物质能发电技术主要有两大类:一是利用黑豹加速器下载直接燃烧生物质燃料,例如秸秆产生的热量加热黑豹加速器下载中的水,使水汽化,推动汽轮机发电机组来发电。这类技术与常规的煤燃烧发电相类似,只是用秸秆来代替煤。


  另一类是气化发电技术,由气化炉和煤气内燃发电机组来发电。利用生物质气化炉将秸秆转化为可燃气体,燃气经过分离净化,然后在黑豹加速器下载等设备中进行燃烧,推动发电机输出电能。


  2、分散式的小型发电机组


  由于建造中小型电厂存在的问题,分散式的小型发电机组逐渐受到人们的重视,尤其是在我国广大农村更有推广的条件。这里将着重介绍与秸秆发电关联密切的斯特林发电机和新型的热声发电机,它们为生物质发电机器的小型化提供了可能。


  斯特林机又名热气机,是一种闭式回热循环发动机,它具有高效率、低噪声、低污染以及多能源适应性等特点。由于世界石油资源日趋短缺,对环境保护的要求日益强烈,目前各国都很重视对斯特林机的研究。日本制定了开发节能新技术的“月光计划”,6年内投入100亿日元开发通用热气机。


  斯特林机可以适用于多种燃料。从高品质的石油、天然气等,到低品质余热废热,甚至可燃垃圾等,都可以作为斯特林机的驱动热源。


  热声发电机基于热声效应而工作,是一种新型的能源转换机械。热声发电机的突出优点是其高可靠性和对自然环境的卓越环保特性。它的高可靠性来源于系统中完全没有运动部件或者运动部件极少它的环保特性来源于它的工作介质是常见的惰性气体,对大气臭氧层无破坏,没有温室效应,也没有可燃性。与斯特林机类似,热声发电机也采用外燃加热的方式。热声驱动的发电机装置,通过设计合理的燃烧装置,将秸秆燃烧驱动热声发电机发电。


  在新能源的开发利用中,秸秆发电具有重要的意义,对于建设小康社会,节能减排具有深远的影响。伴随着煤炭、石油和天然气等化石能源的逐渐枯竭,寻找新能源已成为一个紧迫的任务。秸秆作为一种绿色和可再生的能源,其作用将会越来越突出,这不仅关系到环境保护的问题,还关系到国家的能源战略问题。


(2)垃圾发电发展潜力与前景


  进入21世纪以来,随着环境问题的日益加剧,节能、环保成为各国的发展主题,垃圾处理也迎来了产业发展的机会。全世界垃圾年均增长速度为8.42%,而中国垃圾增长率达到10%以上。全世界每年产生4.9亿吨垃圾,仅中国每年就产生近1.5亿吨城市垃圾。中国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨,城市有三分之二被垃圾包围。预计2015和2020年中国城市垃圾年产量将达2.60亿吨和3.23亿吨。在中国人多地少、能源紧缺,城市化进程快速发展的现实情况下,选择垃圾发电无疑是符合国情最明智的选择。


2013-2022年垃圾发电行业产值规模预测

资料来源:公开资料整理


(3)沼气发电发展潜力与前景


  假设沼气60%用于发电,则2014年144亿立方米的沼气产生量估算,可产生150亿千瓦时电量,对应装机200万千瓦,达到现有规模的4倍以2020年915亿立方米沼气资源量估算,扣除自用沼气300亿立方米资源外,可用于沼气发电的气量达到615亿立方米,产生922.5-1230亿千瓦时电力(每立方米沼气产生1.5-2千瓦时电力),装机容量能达到1537.5-2050万千瓦,达到现有沼气装机规模的15倍以上。


  目前在我国,如果要实现工业化,沼气的生产原料主要来自于4个方面:畜禽养殖场粪污、工业有机废水、市政污水的污泥和生活垃圾填埋场的垃圾填埋。上述4类沼气发电市场开发在我国均处于起步初期,市场空间仍较大。具体来看,畜禽养殖和工业废水类项目由于规模小或运营主体多为原有业主等原因,专业运营市场空间较小,未来的市场主要集中于设备领域市政污水沼气多用于污水处理厂自用电补给或动力补给,多以原有业主投资运营,大规模第三方运营市场空间不大,未来市场也多集中于设备领域。垃圾填埋气领域则相对项目规模较大、且国内已有一定规模的第三方运营商出现,运营市场值得期待。



日期:2017/8/16 阅读:2851次
 

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