我国生物质能源现状及前景

第9期王黎春等:我国生物质能源现状及前景15·综述与述评·我国生物质能源现状及前景王黎春,刘钺,杜风光(河南天冠企业集团有限公司,河南南阳47300)摘要:生物质能是一种清洁的、可再生的能源,在我国发展迅速,对我国的能源战略起到很好的支持作用。本文总结了我国生物质能最新的发展状况、技术前景以及政策规划和导向,包括液体燃料、生物气体及生物质发电等分析了发展生物质能面临的困难,提出了合理的建议关键词:生物质能;发展现状;前景中图分类号:TK6文献标识码:A文章编号:1003-3467(2009)09-0015-05Actuality and Prospect of Biomass Energy in ChinaWANG Li-chun, LIU Yue, DU Feng-guangHenan Tianguan Group Co Ltd., Nanyang 473000, China)Abstract: As a kind of cleanly, renewable energy, biomass energy has a rapid development in China. Itplays an important role for Chinese energy strategy. The current situation and technical prospect of bio-mass energy including liquid fuels, biogas and biomass generation etc. are summarized. The prograand guiding for bioenergy in China are introduced and the difficulties in development of biomassare analyzed. Some reasonable suggestions are proposedKey words: biomass energy current situation; prospect电等。从技术上分,生物质能利用包括生物质沼气1生物质能概述技术、生物质气化技术、生物质液化技术生物质固生物质能是可再生能源由于它是从太阳能转化技术生物质发电技术等化而来的,只要太阳不熄灭,生物质能源就取之不中国可利用的生物质能源十分丰富,据初步普尽,用之不竭。生物质能又是一种清洁能源生物质查,中国农业废弃物主要有:农作物秸秆,每年产量能的转化过程是通过植物的光合作用将二氧化碳和约7亿t,可作为能源用途的3亿t,约折合1.5亿t水合成生物质,生物质能的使用过程又生成二氧化标准煤;工业有机废水和畜禽养殖场废水资源理论碳和水形成一个理论上二氧化碳的净排放为零的上可以生产沼气800亿m3,相当于5700万1标准物质循环。生物质能同时也被认为是唯一一种能被煤;薪炭林和林业及木材加工废物资源相当于3亿t存储的太阳能,在替代化石交通燃料方面有不可比标准煤;城市垃圾发电每年可替代1300万t标准拟的优势。煤;此外,一些油料、含糖或淀粉类作物也可用于制生物质能有传统生物质能和现代生物质能之取液体燃料。总体估算,近期每年可以利用的生物分。传统生物质能主要是农村生活用能,如农村烧质能源总量约为5亿t标准煤。饭用的薪柴便是其中的典型例子,这是利用生物质我国幅员辽阔,生物质能资源丰富,发展生物质资源的初级形式。现代生物质能是指那些可以大规能大有可为。根据国家发改委《可再生能源“十模用于代替常规能源亦即矿物类固体、液体和气体五”规划》和国家制定的《可再生能源中长期发展规燃料的各种生物能例如城市废弃物能源化利用、农划》,到2010年,生物质发电总装机容量达到550万村沼气、燃料乙醇、生物柴油等液体燃料、生物质发kW中国煤化工,户用沼气池达到CNMHG收稿日期:2009-0805作者简介:王黎春(1976-),女,经济师,从事乙醇汽油的研发与推广工作,电话:(0371)61581377河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2009年第26卷4000万户,建成大型沼气工程6300处;增加非粮原提升技术含量,消除供应瓶颈,增强产业竞争能力料燃料乙醇年利用量200万t,生物柴油年利用量达目前国家对纤维素乙醇行业的财政优惠政策仅仅是到20万t,生物质固体成型燃料年利用量达到100对非粮示范项目在建设期给予适当贴息,并对竣工万t以上。到2020年,生物质发电总装机容量达到投产后达标的项目给予适当奖励,这远远不能令相3000万kW,生物质固体成型燃料年利用量达到关企业实现良性发展(21。但最近有一系列利好消5000万t,沼气年利用量达到440亿m3,生物燃料息,如200年5月13日,国务院常务会议原则通过乙醇年利用量达到1000万t,生物柴油年利用量达了《促进生物产业加快发展的若干政策》,明确指到200万t。出,以生物能源生物制造等产业为重点,将生物产我网生物质能发展迅速,具体表现在:①生物质业培育成为我国高技术领域的支柱产业,要加大财能发电从无到有。到2008年底,生物质能发电总装税政策攴持力度,建立财政性资金优先采购自主创机为315万kW。②沼气建设发展迅猛。2008年底新生物产品制度,引导社会资金投向生物产业,并积我国户用沼气池已达到2700万口,年产沼气约100极培育生物产品巾场需求。亿m3;建成大型斋禽养殖场沼气工程和工业有机废根据资源和技术条件,我国近期(2010年以前)水沼气工程2500处,年产沼气约20亿m3,为近应发展以非粮淀粉类作物为原料的燃料乙醇,进一8000万人口提供∫优质生活燃料。③燃料乙醇产步提高乙醇生产的经济性;进行甜高梁等糖类原料量跃居世界第三。目前全国生产的燃料乙醇总量为的直接发酵技术示范;加大纤维素乙醇技术研发力160万t左右。④生物柴油境中寻求突破。中国度,争取在纤维素酶水解技术上有所突破。生物柴油产业发展较快,目前已有20余家生物柴油中期(2010~2020年)实现并加大以甜高梁等企业,总设计生产能力超过300万t/a,但原料短缺糖类作物为原料的燃料乙醇的产业化开发利用;在使企业无法展开大规模生产。盐碱地、沙荒地大面积种植耐贫瘠能源作物;争取在2燃料乙醇2015年后实现纤维素乙醇初步商业规模的运行。远期(2020年后)燃料乙醇实现稳定规模化,并自“十五”计划以来,国家出台了一系列石油替探索利用其他更高热值产品(如丁醇);争取在植物代的激励政策燃料乙醇得到了快速发展。日前,全代谢技术取得突破减少木质素含量提高纤维索含国燃料乙醇生产企业有5家,分别是中粮肇东、安徽量,发展能源作物使产业有允足的原料资源保障。丰原生化、吉林燃料乙醇、河南天冠和中粮广西,产预计我国生物乙醇(包括燃料乙醇、纤维素乙量约160万t,其中采用非粮食木薯为原料的燃料乙醇等)的未来发展趋势,到2020、2030和2050年分醇生产能力达到30万t(中粮广西和河南天冠)。别实现1200万t、3600万t和6400万t3。截至目前,在中粮、中石油和河南天冠之外,即3生物柴油使是中石化也尚未拿到新的燃料乙醇项目准生证。困扰整个生物燃料行业发展的问题是,除了国家补生物柴油是清洁的可再生能源,它是以大豆和贴,目前似乎很难找到太好的盈利方式。油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、对于粮食乙醇的发展道路大家的共识就是升工程微藻等油料水生植物以及动物油脂废餐饮油级——从粮食原料逐渐向非粮原料转变。中粮广西等为原料制成的液体燃料,是优质的石化柴油代用和河南犬冠已开始使用木薯原料生产燃料乙醇,品。生物柴油是典型“绿色能源”,大力发展生物柴2008年产量在30万t左右,占整个燃料乙醇产量的油对经济可持续发展推进能源替代减轻环境压18%左右。在纤维乙醇方面,河南天冠已建成3000力、控制城市大气污染具有重要的战略意义/a试验生产线,中粮肇东等已建成百吨级中试生产与常规柴油相比,生物柴油具有下述无法比拟线,对纤维乙醇的商业化运行进行了探索的性能:①优良的环保特性。主要表现在由于生物好的前景并不代表发展将一路顺畅技术成本柴油出种含低二氢化硫和硫化物的排放可减少高等多重因素正在而且还会继续困扰纤维素乙醇行约中国煤化工生物柴油中不含对业的发展,尤其是产业化难。作为一个新的产业仅环境CNMH因而废气对人体损仅依靠市场拉动必然是不够的,需要国家在规范、政害低于柴油;另外生物柴油的生物降解性高,发生泄策上给予扶持;企业则应加大技术创新方面的投资,漏时对环境的危害小。②较好的低温发动机启动性9王黎春等:我国生物质能源现状及前景17能。无添加剂条件下冷滤点达-20℃。③较好的3000万口,生活污水净化沼气池14万处。畜禽养润滑性能。喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低,殖场和工业废水沼气工程达到2700多处,年产沼使用寿命长。④较好的安全性能。由于闪点高,生气约100亿m3,为近8000万农村人口提供了优质物柴油不属于危险品,因此,在运输、储存、使用方面的生活燃料。同时,随着沼气技术不断进步和完善相对安全。⑤良好的燃烧性能。十六烷值高,使其我国的户用沼气系统和零部件基本实现了标准化生燃烧性好于柴油,燃烧残留物呈微酸性,使催化剂和产和专业化施工,大部分地区建立了沼气技术服务发动机机油的使用寿命加长。⑥具有可再生性能。机构,具备了较强的技术服务能力。大中型沼气工作为可再生能源,与石油、煤储量逐渐枯竭不同,通程工艺技术成熟,已形成了专业化的设计和施工队过农业和生物科学家的努力,可供应量不会枯竭。伍,服务体系基本完备,具备了大规模发展的条件。⑦无需改动柴油机,可直接添加使用,同时无需另添与上世纪70年代我国所试行的各家各户搞沼设加油设备、储存设备及对人员的特殊技术训气能源的情况不同的是,现阶段我们倡导的是沼气能源的规模化生产;因此,要发展沼气能源归根结底2005年至2008年,国际油价连续飙升,于是很要解决沼气原料的收集、管道输送、技术支持等三大多企业蜂拥而上,争夺生物柴油市场,全国生物柴油难题。当前发展农村清洁能源的难点问题主要有两年产能万吨以上生产企业26家。然而,油价并没有个方面:一方面是如何保障为配套的农村居民点提持续上涨,而是在连创新高之后急剧下跌。这时,疯供稳定的气源供应。这就要求做好沼气生产原料的狂上马生物柴油的企业开始出现问题,规模小、技术采集工作,从而提供充足的原料保障。沼气的生产差质量没有保证等问题显露无遗。除了国际原油原料主要来源于农居点和种养户的人备粪便及农作的价格回落,国内地沟油价格上升也是生物柴油企物秸秆,只有在人口相对密集及种养大户的周边区业受困的一个重要原因。目前国内生物柴油产业所域,才有可能规模化提供沼气供应。另一方面则是遇到的共同困境是原料供应问题,由于原料分布很管网建设的投入问题。要发展沼气能源,必须做好散,收集采购难度较大;而且,一些非法加工生产其沼气原料的采集管网及沼气输送管网的建设,无论他产品的工厂也在与生物柴油企业争原料,造成了是沼气原料的采集管网还是沼气输送管网建设,本原料价格的上涨。现在行业内整体处于低迷状态,质上都属于农村基础设施建设,具有明显的公共服不少中小规模企业停产,比较成规模的企业也开工务特征,而适当地引入村级经济还使得当沼气能源率不足。的开发利用产生经济效益时,可以反哺村级经济,成人们越来越认识到,建设生物质能源原料基地为村级经济一个新的增长点。的重要性。2006年,中石油与四川省签订合作开发生物质能源的框架协议,双方将以甘薯和麻风树作5生物丁醇为原料,发展生物质能源;同年12月,中石油又和云作为一种以生物为原料生产的可再生能源,生南省签署框架协议合作制取生物柴油:2007年初,物乙醇已广为人们所熟知,随着生物化工技术的不中石油与国家林业局就发展林业生物质能源签署合断发展,一种新生代生物能源一生物丁醇正在进作框架协议,并正式启动在四川、云南的第一批能源入人们的视野。生物丁醇作为一种新生物燃料,与林基地建设源自石油炼制的运输燃料相比,具有显著的环境效为了规范有序地发展生物柴油,《含5%生物柴益,能降低温室气体的环境排放;生物丁醇的蒸汽压油的柴油机调合燃料(B5)国家标准》(送审稱)已力低,与汽油混合对水的宽容度大,适合在现有燃料于今年3月底讨论定稿预计今年底或明年初公布,供应和分销系统中使用;与现有的生物燃料相比,生2010年5月左右将正式实施。专家预测生物柴物丁醇与汽油的混合比更高无需对车辆进行改造,油行业走出低迷还需要两年左右。预计我因生物柴而且混合燃料的经济性更高。油到2020、2030和2050年分别能实现400万t2600万t和4000万t3。中国煤化工能严重不足反映在价格2006年1月的约生物沼气CNMHG万元/以上,目前价格10000元/t左右。我国40%丁醇依赖进口,据到2008年底,全国已经建设农村户用沼气池约权威部门预测,到2011年,我国的丁醇需求将达70河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2009年第26卷万t以上,依赖进口的局面近期难以得到根本性转变6生物质发电从2006年开始,国内陆续有十几家企业开始生据2008年6月~11月电监会组织检查的统计产发酵法丁醇有的是老厂继续生产,有的是新建,数字截至2007年底,全国可再生能源的发电装机也有一些企业正在筹建当中。2008年的数据统计,容量约为15494万kW,占当年全国总装机容量的国内发酵法丙酮丁醇总溶剂产量在21万t左右:包21.6%。其中,生物质能发电装机容量为108万括吉安生化10万Ua,广西桂平金源3万va,金茂kW,占总装机容量的0.15%。全国可再生能源的源3万U/a,通辽中科1万va,吉林中海5000va,发电量为4825亿kW·h,占当年全国总发电量的黑龙江好成5000υ/a,唐山吉东5000∽/a等,除此14.8%。其中,生物质能发电量为42.5亿kW·h,之外,80万Ua的总溶剂生产工厂正在设计当中,在占总发电量的0.13%。接下来的几年,国内发酵法丙酮丁醇总溶剂的产量近几年,生物质发电立项项目增长较快,目前已可以达到100万t/a进入立项程序106项,预计总发电量达3000MW随着世界经济的发展,对石油的需求迅速扩大,以上,平均投资为1.1万元/kW;已发电项目30多石油作为战略物资和不可再生的能源,其价格不断个,其余大部分项月为在建或立项后停建的项H;生上涨,带动丁醇丙酮价格上升,使生物发酵法生产物质能发电项日经济效益较差,靠国家政策补贴予丙醇丁酮总溶剂重新具有了市场竞争优势,发展前以发展,但无法弥补生物质发电的高成本与低收益景良好。丁醇可采用与乙醇相似的发酵流程制取,造成的差价,仍需政策扶持。由于生物质发电与煤不过,与乙醇相比,丁醇生产的成本要高得多,如生电水电等存在成本上的劣势,缺乏市场竞争力,国产丁醇需用较多的原料,较大的蒸发、加热、冷却等家先后两次采取电价补贴政策支持生物质发电的发设施,投资费用较高,整体的生产效率较低。因此,展。2007年~2009年间,共有河北国能成安等八个实现生物丁醇商业化的关键是提高原料加工成丁醇秸秆直燃发电项目获得∫0.1元/kW·h的临时电的转化率加快转化过程。这取决于高效生物催化价补贴,即总计可获得035元/kW·h的电价补剂的开发和生产工艺设计的优化。同乙醇一样,生物丁醇传统生产方法也会消耗大量粮食,为此,科学家正在研究利用多种生物基废7微藻制油料生产丁醇的新技术,解决与人争粮的问题,以非粮在显微镜下,海藻就像一个油葫芦,比油菜籽、作物为原材料生产生物丁醇是未来发展的方向°。花生的含油量高7-8倍,比玉米高十几倍,海洋微目前,生物丁醇产业还处于初级阶段。近年来,藻制取生物柴油是目前国际新能源领域的新方向。由于石油价格不断攀升,不少有战略眼光的企业参如果在中国广阔的沿海和内地水域大规模种植工程与了生物丁醇的研究。英国政府计划加速丁醇和其高油藻类,生物柴油的生产规模可以达到数千万吨。他生物燃料的生产,计划使生物燃料销售份额到微藻资源丰富,不会因收获而破坏生态系统,可大量2010年占所有燃料的5%,到2015年占10%。欧洲培养而不占用耕地。另外,它的光合作用效率高,生最大的石油公司BP公司与大型化工公司杜邦公司长周期短,单位面积年产量是粮食的几十倍乃至上将联手计划于2007年在英国市场上推出他们用作百倍;而且微藻脂类含量在20%~70%,是陆地植汽油组分的第一个产品正丁醇。BP和杜邦与英国物远远达不到的,不仅可生产生物柴油或乙醇,还有食品联合会的成员英国糖业公司合作,将使英国以望成为生产氢气的新原料8甜菜为原料的第一套乙醇发酵装置转产3万Ua不久前,中国科学院与中国石油化工股份有限(900万加仑/a)丁醇。预计到2010年,丁醇燃料可公司联合召开了微藻生物柴油成套技术项目启动在1250个英国石油公司加油站销售。会。中国科学院与中国石化合作开发微藻生物柴油因此发酵法生产丁醇代表着丁醇生产未来的技术中国煤化工5年前后实现户外发展方向。预计到2010年,处于行业领先的公司将中CNMHG吨级工业示范装能设计出优异的生物丁醇制造工艺,使其经济性与置乙醇相当,并开始作为生物燃料销售使用。2009年4月21日由上海市科委立项、上海交第9期王黎春等:我国生物质能源现状及前景通大学生命科学技术学院承担的微藻制油项目取得从原料、生产到销售,生物质能源产业链条的各了小试阶段性成果。科研人员正加紧研发既能产出个环节间都存在诸多问题:能源植物生产中的栽培柴油、又能减排二氧化碳的微藻制油新技术,并准备种植管理、采集、运输等许多环节缺乏有效的组织将成果率先应用于治理燃煤电厂废气。能源植物损耗较大;生产企业周围没有足够的原料河北新奥集团通过微藻固定二氧化碳并制备生供应,原料收购所耗费的人力、物力增加,带来生产物质能源项目,以微藻为原料,成功进行了生物柴油成本的增加;缺乏相关标准和系统攴持,除政府重点和生物燃气的中试,预计在3~5年内逐步实现藻类支持企业外,中小企业的生物质能产品在进入市场生物能源的产业化。该项目以煤电厂和化工厂等二销售中时常受阻等。氧化碳排放大户为基地,对二氧化碳进行就地吸收和资源化利用来生产生物能源。目前,新奥集团已9结束语经在光生物反应器、生物柴油制备等藻类生物质能我国当前在生物质能源领域的发展已取得了显源技术领域取得了十余项具有自主知识产权的技术著的成就但随着国民经济的快速发展,人民物质生成果。活水平的大幅度提高,我国对能源需求亦急剧增长,高成本是目前微藻制油的主要障碍,因为利用同时对生存环境也提出了更高要求。考虑到我国特高等植物和微藻生产生物质能源,其能量都来自于有的国情,将来应发展以纤维素乙醇微藻生物柴油太阳光。地球上单位面积、单位时间内接受到的太及生物燃气(包括沼气)为主的生物质能源体系,积阳光能是在限定范围内的,要生产大量的生物燃料,极拓展生物质能源的新原料来源加快废弃生物质必须依赖于大规模的植物或微藻生产面积;此外还资源的利用将有机污染物治理与生物质能源等产要把这些微藻从广大面积上收集起来冉进行工业品生产相结合,变废为宝,为解决我国H前面临的严加工。因此,生产、收集和运输所耗费的能量与其可重的资源、能源与环境危机提供了一条切实可行的产出的能量之间的比例,是决定生物能源产业发展技术创新路线,其实施与推广将为我国经济可持续的关键。也就是说微藻只有在单位面积上高密度发展提供新的思路具有极其深远的社会、经济与环产出,才是相对于其他高等植物产油的优势关键所境效益。在。但以日前的技术水平,微藻培养也存在单位面参考文献积生产能耗大、投人成本高的问题因此,要使微藻1]杨东海生物质能源—一大有可为的新型能源[EB生物柴油成为真正的替代能源,降低微藻的生产能Ol].http://www.newenergy.orgcn/html/0096/耗和成本至关重要。6240928197.htm,2009-06-24.[2]纤维素乙醇何时盼来发展的春天[EBOL].htp:!8生物质能源产业发展存在的问题com/newenergy/html newenergy132113216435832/.html,2009-05-268.1原料供给不稳定[3]张希良,我国发展生物液体燃料的资源与技术潜力分生产能源需要大量的能源植物做支撑,但是中析[冂].中国能源,2009,(3):10-12国能源作物和能源植物产业尚未形成。如2005年[4]燕来荣.我国生物柴油的发展状况及产业化前景[J]地沟油还有过每吨800元的价格,2007年初已升至客车技术与研究,2009,(3):1-3每吨2000元,2008年又涨到每吨5000元,众多生[5]杜悦英.《B5标准》呼之欲出生物柴油行业洗牌在即物柴油厂家出现了“无米下锅”的景象。[N].中国经济时报,2009-04-24(3)8.2产业化技术不成熟[6]吴成良生物丁醇值得期待[N]人民日报,2008当前,中国纤维素制备燃料乙醇核心技术仍未04-10(6)突破;生物柴油酶转化技术仍未进入商业化大规模7]杨东海生物质能源现状与政策解读[冂.中国新能应用;直接燃烧发电技术急需中小型核心装备;气化源,2009,(5):7-8.发电技术小规模下效率较高,急需提高配套设备的[8]顾永强,微藻制生物柴油前景可期[N]中国经济导稳定性;燃气(沼气)发电技术急需发展低热值生物中国煤化工质燃气发电装置等,许多产业化的生产技术瓶颈问CNMHG目启动冂可再生题还没有解决。[10]张晶,生物质能产业发展难在哪[N].科技日报83产业链条不通畅2009-04-16(1).