中国生物质能源发展前景及就业形势

中国生物质能源发展前景 张裕才 华南农业大学 工程学院 能源专业 201231170128 摘要：当前世界正面临着严重的化石能源危机，生物质能源发展已受到越来越 多国家的关注。文章综述了生物质能源的原料问题、生物质能源的利用形式、 开发生物质能源的相关技术现状、生物质能源的现实运用、生物质能源专业的 就业前景等问题，分析了我国生物质能源产业发展中出现的一些问题。目前， 中国的生物质能源生产已经形成一定规模，国家也通过制定行业标准规范生物 质能源生产，出台法律法规为其提供保障，并运用财税政策推进生物质能源产 业发展。但是，中国生物质能源产业发展还面临原料资源短缺、生物质能源工 业体系不完备、研究开发能力不足、产业化基础薄弱以及产品市场竞争力不高 等问题。展望未来，中国生物质能源产业的发展空间广阔，技术将不断完善， 它将改变中国现有的能源消费结构，净化环境，并推动农村经济发展。 关键词：中国；生物质能源；发展现状；存在的问题 China biomass energy development prospects Zhang Yucai，South China Agricultural University，College of engineering, energy professionals 201231170128 Abstract: at present, the world is facing a serious of fossil energy crisis, the development of biomass energy has been paid more and more attention. In this paper the problem of raw materials of biomass energy, biomass energy utilization, the development of biomass energy, biomass energy technology in the practical use of biomass energy, professional employment prospects, analyzes some problems of the biomass energy industry development in china. At present,Chinese biomass energy production has formed a certain scale, countries through the development of biomass energy production industry standards, laws and regulations to protect it, and the use of fiscal policy to promote the industrial development of biomass energy. However, China biomass energy industry development is facing shortage of raw material resources, biomass energy industry system is not complete, research and development ability is insufficient,industrial foundation is weak and the market competitiveness of the products is not high. Looking to the future, the development of space China biomass energy industry wide, technology will continue to improve, it will change China existing energy consumption structure, purifying environment, and promote rural economic development. Keywords: China; biomass energy; development status; existing problems 1 生物质能量及生物质能源树种 1.1 概 况 生物质能是指蕴藏在生物质中的能量, 主要由绿色植物通过叶绿素将太阳 能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也 是由生物质能间接转变而来的, 但必须经过长时间的地下埋藏才能转化成为可 以利用的能源材料, 近似认为是不可再生能源。而生物质能源是可再生能源, 在 短时间内转化成可以利用的能源材料, 其来源通常包括以下几个方面: 一是木材 及森林工业的废弃物, 如木质地板和家具废料等废弃物; 二是农业废弃物, 如秸 秆等废弃物; 三是水生植物, 如一些藻类; 四是油料植物, 如油菜、油茶、油桐 等植物; 五是城市和工业有机废弃物, 如造纸工业的废弃物等类废弃物; 六是动 物粪便, 如家禽的粪便。在世界能耗中, 生物质能源约占14%, 在不发达地区占 60%以上。全世界约有25 亿人所耗生活能源的90%以上是生物质能。生物质能 的优点是易燃烧, 污染少, 灰分较低; 缺点是热值及热效率低, 体积大而不易运 输和储藏, 同时受季节限制。20 世纪70 年代, 美国的诺贝尔奖获得者卡尔 文提出了“能源林场 ”的概念 , 由此引发了人们对生物质能源树种的重视。生物 质能源树种是指可作为生产生物质能源的林木树种。同其它生物质能源的来源 相比, 林木生物质能源具有能量密度高、种类丰富、一次栽种多年受益的优势, 并且可以发展成为大规模能源化的理想生物资源。因而, 发展能源林和林木能 源化是解决未来能源危机的重要方式之一, 亦是改善生态环境、实现能源可持 续发展的一条重要途径。 1.2 优 势 我国幅员辽阔, 地域跨度大, 覆盖了温带、亚热带和热带雨林地区, 植物资 源十分丰富, 这是发展生物质能源的优势所在。目前, 我国已查明的油料植物有 1 554 种, 分属于151 科 697 属, 种子含油量在40%以上的植物有154 种, 其中 分布广、适应性强、可用作建立规模化生物质燃料油原料基地的乔灌木树种有 30 多种 , 如漆树科的黄连木, 无患子科的文冠果, 大戟科的续随子、麻疯树, 山 茱萸科的光皮树等树种, 这些资源为我国林木生物质能源产业的发展奠定了坚 实的基础。我国山地丘陵多, 山地资源丰富, 山地、高原和丘陵约占国土面积的 69%。木本油料植物作为我国富有特色的生物质能源植物, 具有野生性, 耐旱、 耐贫瘠, 适合栽种于山地中, 以及一次栽植、多年受益的特性, 经济效益可观, 对调整中国农村产业结构、开发山区资源、提高人民生活水平等都具有不可低 估的作用。在现有的经济水平和资源水平的前提下, 结合我国当前退耕还林生 态工程的实施, 应充分利用山地资源, 大规模栽培木本油料植物, 大面积营造生 物质能源原料林, 可加快我国特有的生物质能源产业的发展。 2 中国生物质能源开发利用现状 2.1 概 况 20 世纪 70 年代，国际上第一次石油危机使发达国家和贫油国家重视石油 替代，开始大规模发展生物质能源。生物质能源是以农林等有机废弃物以及利 用边际土地种植的能源植物为主要原料进行能源生产的一种新兴能源。生物质 能源按照生物质的特点及转化方式可分为固体生物质燃料、液体生物质燃料、 气体生物质燃料。中国生物质能源的发展一直是在“ 改善农村能源” 的观念和框 架下运作，较早地起步于农村户用沼气，以后在秸秆气化上部署了试点。近两 年，生物质能源在中国受到越来越多的关注，生物质能源利用取得了很大的成 绩。沼气工程建设初见成效。截至 2005 年底，全国共建成 3764 座大中型沼气 池，形成了每年约 3.41 亿立方米沼气的生产能力，年处理有机废弃物和污水 1.2 亿吨，沼气利用量达到 80 亿立方米。到 2006 年底，建设农村户用沼气池 的农户达 2260 万户，占总农户的 9.2%，占适宜农户的 15.3%，年产沼气 87.0 亿立方米，使 7500 多万农民受益，直接为农民增收约 180 亿元。生物质能源 发电迈出了重要步伐，发电装机容量达到 200 万千瓦。液体生物质燃料生产取 得明显进展，全国燃料乙醇生产能力达到 102 万吨，已在河南等 9 个省的车用 燃料中推广使用乙醇汽油。 2.2 固体生物质燃料 固体生物质燃料分生物质直接燃烧或压缩成型燃料及生物质与煤混合燃烧 为原料的燃料。生物质燃烧技术是传统的能源转化形式，截止到 2004 年底， 中国农村地区已累计推广省柴节煤炉灶 1.89 亿户，普及率达到 70%以上。省柴 节煤炉灶比普通炉灶的热效率提高一倍以上，极大缓解了农村能源短缺的局面。 生物质成型燃料是把生物质固化成型后采用略加改进后的传统设备燃用，这种 燃料可提高能源密度，但由于压缩技术环节的问题，成型燃料的压缩成本较高。 2.3 气体生物质燃料 气体生物质燃料包括沼气、生物质气化制气等。中国沼气开发历史悠久， 但大中型沼气工程发展较慢，还停留在几十年前的个体小厌氧消化池的水平， 2004 年，中国农户用沼气池年末累计 1500 万户，北方能源生态模式应用农户 达 43.42 万户，南方能源生态模式应用农户达 391.27 万户，总产气量 45.80 亿 立方米,相当于 300 多万吨标准煤。到 2004 年底，中国共建成 2500 座工业废 水和畜禽粪便沼气池，总池容达到了 88.29 万立方米，形成了每年约 1.84 亿立 方米沼气的生产能力，年处理有机废物污水 5801 万吨，年发电量 63 万千瓦时， 可向 13.09 万户供气。在生物质气化技术开发方面，中国对农林业废弃物等生 物质资源的气化技术的深入研究始于 20 世纪 70 年代末、80 年代初。截至 2006 年底，中国生物质气化集中供气系统的秸秆气化站保有量 539 处，年产 生物质燃气 1.5 亿立方米；年发电量 160 千瓦时稻壳气化发电系统已进入产业 化阶段。 2.4 液体生物质燃料 液体生物质燃料是指通过生物质资源生产的燃料乙醇和生物柴油，可以替 代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。近年来，中 国的生物质燃料发展取得了很大的成绩，特别是以粮食为原料的燃料乙醇生产 已初步形成规模。 “十五”期间，在河南、安徽、吉林和黑龙江分别建设了以陈 化粮为原料的燃料乙醇生产厂，总产能达到每年 102 万吨，现已在 9 个省（5 个省全部，4 个省的 27 个地（市） ）开展车用乙醇汽油销售。到 2005 年，这 些地方除军队特需和国家特种储备外实现了车用乙醇汽油替代汽油。 3 制约我国生物质能源产业发展的主要问题 3.1 概 况 资源“瓶颈 ” 目前，我国生物质能源产业面临着极大的原料供应问题。例如， 发酵原料来源单一，限制了沼气工程的规模化；非粮原料无法全年供应，影响 了非粮乙醇生产全年均衡生产；而陈化粮等糖类原料产量有限，难以支撑庞大 的乙醇燃料工业体系；生物柴油也面临缺乏适宜非粮边际土地及相适应植物新 品种，尚无提供大量原料能力的尴尬境地。要根据技术发展分阶段、分等级实 现生物质资源的多元化利用，近期以废弃物综合利用为主，中期以废弃物和能 源作物为主，远期以能源植物或藻类资源为主，使其开发利用达到最大化。 3.2 技术障碍 国内沼气工程技术和装备水平相对落后，基本采用湿发酵工艺，沼气高值 化利用发展缓慢；非粮乙醇技术“瓶颈” 还没有突破，一是乙醇浓度低、发酵时 间长、发酵效率低，二是原料综合利用有待提高；纤维素制燃料乙醇均未达到 商业化水平。其原因在于工艺过程复杂，浓酸水解所需酸浓度高、反应时间长、 成本高；稀酸水解对设备要求高，反应副 产物多，对发酵有抑制作用。酶水解缺乏高效的预处理技术和合适的纤维素酶。 缺乏高效发酵半纤维素水解产物五碳糖菌种；生物酶法制备生物柴油目 前也存在着一些亟待解决的问题，脂肪酶对短链脂肪醇转化率低，一般仅为 40% 60%；甲醇和乙醇对酶有一定的毒性，容易使酶失活；副产物甘油和水 难以回收。短链脂肪醇和甘油的存在都影响酶的反应活 性及稳定性，使固化酶的使用寿命大大缩短。同时，生物柴油产品耐低温抗氧 化使用性能差，本身和其副产物高附加值利用开发精细化学品技术落后，导致 产品经济性不高，市场接受能力弱。 3.3 产业模式 一是管理模式存在缺陷，缺乏科学的原料评价体系以及技术规范，生物柴 油无法进入运输燃料系统；二是项目模式有待改进，对小型项目配套政策没有 跟上，使其操作成本高，立项过程复杂；三是经营模式不够完善，民间资本难 以进入，投资风险比较高。 4 生物质能源成本问题 4.1 原料成本 谭跃辉等在研究中指出，我国木质颗粒生产总成本为 243 56 元/t，其中 最大成本所占比重依次为: 原料 36 57%，加工电耗 33 16%，银行还贷付 息 7 83%4 。蒋大龙通过对生物质燃料的成本构成进行分析得出，影响产 品成本的主要因素是原材料成本，且随着其使用价值的凸现和劳动力成本的提 高，燃料的价格有上升的趋势。生物质资源的原料生产与转化技术以及产品市 场等都是可行的5 ，瓶颈是当前生物质能源成本与价格远高于石油基产品， 主要问题是原料来源和成本不稳定、缺乏统筹规划。燃料乙醇生产仍以陈化粮 为原料，难以降低成本，生物柴油生产尚处于起步阶段。 4.2 建设改造以及技术成本 我国生物质颗粒燃料推广应用中存在的问题中最棘手的是木质颗粒生产中 能耗高、设备损耗大、生产成本高9 。2007 年底河南省生物质发电装机达到 6 2 万 kW。存在的问题包括: 电价偏低影响电厂投资建设的积极性; 新建项 目投资成本偏高; 燃料收购成本高，部分项目所在地燃料收购困难。 4.3 风险成本 林木质发电属于火电范畴，其本身也具有火电项目风险的特点。如电力市 场价格、资源转化及可利用性、项目建设及运营周期、项目资金筹措、环境压 力、人员管理等方面; 同时又由于林木质发电不同于传统火电的特殊性，因而 也存在自身的风险倾向和特点13 。由于对原料的可供应潜力估计过于乐观， 造成项目原料供给不足，使原料成本难以控制，导致投产项目难以运营。 4.4 外部环境成本 从能源工业可持续发展的角度出发，发电企业也必须将环境成本内部化， 按照生产成本+ 环境成本来竞价上网。在电力市场条件下，电能作为一种特殊 商品决定了发电企业之间的竞争主要是电价的竞争，发展企业要提高市场竞争 力必须努力降低成本。 5 结 论 综上所述,生物质能源的种类多、处理方法各异,但目前技术比较成熟、马上可以 实现产业化的并不多,大多停留在研究阶段。固体燃料因其特殊的用途而有发展 空间,但其应用领域有限;液体燃料中的燃料乙醇目前已经在使用 ,但仅以淀粉为 原料生产的话其产量不会有大的突破,以纤维生产燃料乙醇和以动植物油或其废 弃油生产生物柴油虽然还存在许多技术以及成本等问题,但在国外有产业化实例, 随着技术的进步和研究的深入,相信相关问题会 得到解决进而实现产业化;生物 质裂解由于耗能巨大,目前在全球范围内还未见产业化实例;气体燃料中的沼气生 产过程不但没有环境污染、而且可降解如农业秸秆、牲畜粪便、厨房垃圾等有 机废弃物,并且生产过程不消