生物质能产业化前景分析.pdf

第2 期总第1 8 8 期 农业科技与装备N o 2T o t a lN o 1 8 8 2 010 年2 月 A g r ic u l t u r a lS c ie n c e T e c h n o l o g ya n dE q u ip m e n t F e b 2 0 1 0 生物质能产业化前景分析 冯丽敏 辽宁职业学院 辽宁铁岭1 1 2 0 0 1 摘要 发展农业生物质能产业 对缓解化石能源供应紧张局面 优化能源结构 保障国家能源安全 建立稳定的能源供应体系具有 重大意义 介绍生物质能的特点 阐述我国生物质能的利用现状 分析生物质能发展前景及其产业化制约因素 提出生物质资源开 发要结合农业产业结构调整来布置产应业区域 尽快完善产业链条 集中力量解决产业化过程中的关键问题 加快我国生物质能 产业化进程 关键词 能源 生物质能 产业化 制约因素 中图分类号 Q 8 1 9 文献标识码 A文章编号 1 6 7 4 1 1 6 1 2 0 1 0 0 2 0 0 0 8 一0 4 能源是人类社会发展的支柱 随着世界经济的快 速发展 对能源的需求量飞速增加 根据B P 公司的 预测 按照目前的开采量计算 全世界石油储量只能 开采4 0a 天然气为6 5a 煤炭1 6 5a f 能源短缺已 经成为制约世界经济发展的重要因素 为此 寻求可 再生能源倍受世界各国关注 生物质能源作为可再生 能源 是目前世界能源消耗总量仅次于煤炭 石油和 天然气的第四大能源 在整个能源系统中占有重要的 地位 我国能源资源总量较为丰富 但人均占有量低 人均煤炭 石油和天然气储量分别仅为世界平均水平 的5 6 3 7 7 和7 1 近年来 随着我国经济社会 的快速发展 能源需求持续增长 供求矛盾日益突出 2 0 0 5 年我国一次能源生产总量为2 0 6 亿t 标准煤 能源消费总量达到2 2 3 亿t 标准煤 石油净进口量 1 4 亿t 对外依存度超过4 0 有关专家测算 如果 充分利用我国目前的农业生物质能资源 可新增5 亿 t 左右标准煤 约占全国一次能源生产总量的2 4 积极发展农业生物质能产业 对缓解化石能源供应紧 张局面 优化能源结构 保障国家能源安全 建立稳定 的能源供应体系具有重大意义 因此 我国生物质 能的开发已被列入围家能源发展战略规划中 1 生物质能源的特点 生物质能源是通过光合作用而形成的各种有机 体 是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形 式 它可转化为常规的固态 液态和气态燃料 替代煤 炭 石油和天然气等化工燃料 可永续利用 具有环境 收稿日期 2 0 1 m m l 0 9 作者简介 冯丽敏 1 9 6 5 女 副教授 高级工程师 从事机械 工程方面的教学 4 研究工作 友好和可再生双重属性 发展潜力巨大 生物质能具 有以下特点 一是可再生性 生物质能是在光和水作 用下可以再生的唯一有机资源 但是 如果超过其再 生量 生长量 固定量 就会造成资源枯竭 所以可再 生的前提是通过种植林木等措施填补利用掉的部分 二是可储存与替代性 因为生物质是有机资源 所以 对于原料本身或其液体 气体燃料产品进行储存是有 可能的 而液体或气体燃料运用于已有的石油 煤炭 动力系统中也是可能的 三是储量巨大 森林树木的 年生长量十分巨大 相当于全世界一次能源的7 8 倍 如果实际可利用的量按该数据的1 0 推算 就可 以满足能源供给的要求 因此 生物质除了储备能源 还有流通能源的意义 四是维持碳平衡 生物质燃烧 释放出来的C O 可在再生时重新固定和吸收 因此不 会破坏地球的C O 平衡 生物质按照其来源可分为生产型和未利用资源 型两大类 生产型生物质包括糖质类 淀粉类 纤维素 类 烃类 油脂类和淡水类 海洋类 微生物类 未利用 资源型包括农 林 牧 水产类等废弃物和企事业 生 活类的污泥 垃圾 粪便等 2 生物质能源利用现状及前景 2 1我国生物质能源的利用现状 我国农业生物质能资源主要包括农作物秸秆 畜 禽粪便 农产品加工副产品和能源作物等 发展潜力 巨大 空间广阔 2 0 0 8 年我国主要农作物秸秆产量6 亿t 可作能源利用量约为3 亿t 预计到2 0 1 0 年我 国主要农作物秸秆产量将达7 8 亿t 畜禽粪便年产 量约3 0 亿t 农产品加工副产品 稻壳 玉米芯 甘蔗 渣等 总量超过l 亿t 能源作物甘蔗年产量86 0 0 万 t 甜高粱茎秆年产量60 0 0 万t 木薯年产量7 3 0 万 t 甘薯年产量超过l 亿t 油菜年产量l3 0 0 万t 2 0 1 0 年第2 期冯丽敏 生物质能产业化前景分析 9 近年来 国家高度重视生物质能的开发和利用 颁布了 可再生能源法 可再生能源产业发展指导 目录 可再生能源发电有关管理规定 可再生能 源发电价格和费用分摊管理试行办法 可再生能源 发展专项资金管理暂行办法 和 关于发展生物能源 和生物化工财税扶持政策的实施意见 等法规及配套 规章 制定了2 0 多项农村沼气 秸秆综合利用 燃料 乙醇等国家及行业标准 在国家政策扶持和引导下 中央和各地不断加大资金投入力度 加强科研开发与 技术攻关 开展不同形式的试点示范 有力地促进了 农业生物质能产业的发展 2 1 1 沼气产业快速发展经过多年的研究开发 我 国户用沼气技术居国际领先水平 发展规模居世界前 列 沼气产业已从单纯的能源利用发展成为废弃物处 理和生物质多层次综合利用 并与养殖业 种植业广 泛结合 在农村生产和生活中发挥了重要作用 北方 四位一体 南方 猪沼果 西北 五配套 等能源生 态模式逐步优化完善 大中型沼气工程技术日趋成 熟 初步具备产业化条件 十五 期间 中央投资3 4 亿元专项支持沼气建设 直接受益农户达3 7 4 万户 目前 全国农村户用沼气已累计发展到22 0 0 万户 年产沼气约9 0 亿m 3 建成养殖场沼气38 0 0 处 年产 沼气约2 5 亿m s 同时 通过沼气建设 初步形成了一 支农业生物质能产业发展队伍 到2 0 0 8 年 我国农村 能源的管理机构近40 0 0 个 从业人员近1 5 万人 农业生物质能产业发展的研究 生产 营销队伍等不 断扩大 2 1 2 农作物秸秆能源化利用初见成效秸秆的主 要能源化利用方式为直接燃烧 气化和同化成型等 到2 0 0 8 年底 我国农村地区已累计推广省柴节煤炉 灶1 8 9 亿户 普及率达7 0 以上 全国已建设秸秆集 中供气站5 3 9 处 生物质燃烧发电具有一定规模 全 国生物质发电装机容量约为2 0 0 万k W 其中甘蔗渣 发电约1 7 0 万k W 目前 由国家核准的生物质规模 化发电项目近5 0 处 总装机15 0 0M W 其中单县和 宿迁两处秸秆直燃发电示范项目已经竣工投产 我国 生物质固化成型燃料技术的研究 生产和开发呈现良 好的发展势头 并已开始小规模试点 2 1 3 生物液体燃料初具规模当前 我国以陈化粮 为原料生产燃料乙醇的示范工程年生产能力达1 0 2 万t 利用玉米生产燃料乙醇的加工能力不断扩大 通 过试点 消费群体初步接受 生产成本不断降低 据测 算 我国现行的燃料乙醇生产成本约为35 0 0 元 t 技 术水平较高的企业可降到30 0 0 元 t 以下 为我国石 油替代产业书写了良好开篇 在非粮食能源作物方 面 我国已培育出 醇甜系列 杂交甜高粱品种 建成 了产业化示范基地 培育并引进多个公顷产量超过 4 5t 的优良木薯品种 育成一批能源甘蔗新品系和糖 能兼用甘蔗品种 建成了高新技术产业化示范基地 筛选出适合甘蔗清汁发酵的菌株和活性干酵母菌 株 我国已具备利用菜籽油 棉籽油 乌桕油 木油 茶油 地沟油等原料年产1 0 万t 生物柴油的生产能 力 近年来 我国在双低油菜与杂种优势利用结合技 术方面达到国际领先水平 在油菜 油葵等主要作物 上已开发出高含油量种质 含油量高达5 1 6 此外 为了不与食用油和工业用油争原料 还开发了麻疯树 果实 黄连木籽以及利用季节性闲地种植油菜等生产 生物柴油技术 初步具备了产业化发展的条件 2 2 我国生物质能源产业规划 我国从扩展农业功能 促进区域经济发展 缓解 能源紧张 改善生态环境 促进可持续发展的角度出 发 坚持构建循环农业 推动农业废弃物资源化利用 的原则 提出了 可再生能源中长期规划 有关数据 见表1 表1可再生能源中长期规划厨 T a b l e1M e d iu ma n dl o n g t e r mp l a n sf o rr e n e w a b l e e n e r g ys o u r c e 3 生物质能源产业化的制约因素 3 1技术因素 除沼气技术较为成熟外 其余技术仍处于产业化 发展初期 特别是缺乏具有自主知识产权的核心技 术 我国秸秆固化成型燃料技术存在成型机模具磨 损严重 运行稳定性差 使用寿命短 能耗较高 配套 炉具亟待完善 秸秆收集储运和预处理技术不完善 机械化水平低以及相关标准缺乏等问题 生物质气化是将组成生物质的有机部分氧化 进 而转化为C O H C O 等气态产品的过程 生物质自 身通常含氧量超过4 0 能量密度偏低 所有在气化 过程中引入氧的气化方式 包括空气气化 富氧气化 和氧气一水蒸汽气化 均向体系添加氧 导致未经分 1 0农业科技与装备 2 0 1 0 年2 月 离的燃气低热值低 水蒸汽气化和超临界水催化气化以水为介质 在 向气化产品中引入氧的同时能得到氢气 从而不会显 著降低燃气的热值 具有极高的生物质气化与能量转 化效率 同时 这类制氢技术具有较强的有机物无害 化处理能力 反应条件比较温和 产品能量品位高等 优点 开发经济可行的催化剂 探索典型的反应条件 和反应过程机制是目前的技术关键 气化过程中焦炭和焦油是不可避免的副产物 其 中焦油的存在给整个气化工艺带来很大的麻烦 一是 影响气化效率 二是液态焦油容易与水 焦炭 灰尘粘 结在一起堵塞管道 影响气化系统运行 三是焦油中 的有机物对金属材质和P E 塑料材质的管道均具有 较强的腐蚀作用 工艺上要求气化中焦油含量控制在 1 0m g m 以下 目前焦油的处理已成为生物质气化转 化法的技术关键 如果能把气化过程产生的焦油在冷 凝前转化为可燃气 既可提高气化效率又可降低燃气 中的焦油含量 对发展和利用生物质气化技术具有重 要意义 生物气化技术中脱去焦油的办法分为两类 即次 级处理法和初级处理法 次级处理法泛指燃气在气化 器外的脱焦净化装置 包括焦油热裂解或催化裂解以 及其他物理分离手段 湿法或干法 焦油热裂解无催 化剂 10 0 0 12 0 0 且易产生烟灰 催化裂解在催 化剂存在的条件 7 5 0 9 0 0o C 下产物和燃气成分相 似 催化裂解法是除去可燃气中的焦油最有效 最先 进的方法 成为国内外研究的热点 但是次级处理法 需要额外增加设备 运行费用高 初级处理法指在气 化器内采取措施减少焦油形成或对焦油进行现场裂 解处理 由于初级处理法工艺简单 设备成本低 受到 越来越广泛的重视 焦油处级处理的关键是优化气化 器的设计及各种操作参数 温度 气化介质 当量比 停留时间等 另外 探索在气化器内添加催化剂以改 善气化效率和促进焦油进一步裂解的研究也成为人 们的研究热点 但是初级处理法催化剂难以回收 应 选用非常廉价的催化剂 因此人们除利用石油工业的 催化剂外 主要使用一些天然产物 目前常用的有白 云石 U a C O M g C O 碱金属催化剂和镍基催化剂等 以粮食和植物油脂为原料制取乙醇和生物柴油 的生物质液化技术已经成熟 但受我国的粮油资源 成本等因素的限制不可能大规模生产 利用木质纤维 素水解转化为糖类是生物质液化技术的产业化方向 稀酸水解工艺是目前将纤维素和半纤维素转化 为糖类物质的常规方法 由于木质纤维素结构复杂 含有一定量的果胶质 色素和酚类化合物等 水解产 物除糖外 还会产生其他副产物 如有机酸 糠醛和羟 甲基糠醛 芳香醇等1 3 1 这些副产物对后续生物转化过 程中细胞生长和目标产物生物合成会产生强烈的抑 制作用 降低发酵效率 酶解法是目前降解木质纤维 研究的热点 目前最关键的问题是纤维素酶的成本太 高 技术攻关的方向是以基因工程手段选育高产纤维 素酶 木素酶菌种 同时通过研究纤维素原料的预处 理技术和固体发酵技术解决目前存在的成本高和污 染大的问题 3 2 经济因素 在不考虑化石能源对生态 环境造成的负面影响 的情况下 目前大多数生物质能产品的成本仍高于化 石能源产品的成本 例如 除巴西以甘蔗为原料生产 的燃料乙醇成本可以与汽油相竞争外 其他国家生物 燃料的成本都比较高 我国以甜高粱 木薯等为原料 生产的燃料乙醇每吨成本约为4 0 0 0 元 而目前等效 热值的汽油成本仅为33 0 0 元左右 3 3 其他因素 3 3 1 扶持政策尚不完善国家虽已颁布了 可再生 能源法 但法律体系还不完善 在财政 金融 市场开 放等方面缺乏合理有效的激励政策 例如 以非粮食 作物为原料的生物液体燃料还无法进入市场和享受 政府补贴 生物质能的定价机制还没有体现出环境效 益的因素 相关政策之间也存在着协调性差 政策难 以落实等问题 目前还没有形成支持农业生物质能产 业持续发展的长效机制 3 3 2 投入严重不足生物质能属于高新技术和新 兴产业 其技术研发和市场培育需要大量资金投入 但目前投融资渠道较为单一 除农村户用沼气等部分 领域外 国家及地方政府财政投入严重不足 部分领 域研发能力弱 技术水平较低 制约了技术创新和产 业化发展 3 3 3生产运行机制仍需探索农业生产的季节性 和分散性与农业生物质能生产的连续性和集中性之 间存在矛盾 目前 部分企业按照工业化方式考虑生 产规模 而对探索原料收集形式 收集半径考虑不足 造成原料供应困难 影响了生产合理运行 4 结语 随着经济的发展 生物质能作为最具发展潜力的 清洁能源 其产业化将在未来社会经济发展中发挥重 要作用 通过研究配套政策 突破技术关键和明确市 场需求 结合我国原料分布特点 确定合理的生产规 模 积极探索生物质能开发途径 构建 下转第8 页 2 0 1 0 年第2 期冯丽敏 生物质能产业化前景分析 l l 上接第1 1 页 原料供应 生产加工 产品利用的完整 产业链 必将加快我国生物质能产业化进程 生物质资源开发要结合农业产业结构调整来布 置产业区域 充分利用企业的技术平台 发挥企业和 科研院所的积极性 集中力量解决产业化过程中的关 键问题 在重点推进生物质能源产业化的同时 尽快 完善产业链条 形成生物质能产业优势 加大生物质 能源开发的投入 建立健全生产运行的管理机制 完 善生物质能源产业化示范补贴政策 提高利用生物质 能源的积极性 参考文献 1 1 刘飞翔 刘伟平 基于能源安全与环境思考的生物质能产业发展 J 科技与产业 2 0 0 9 1 0 2 6 2 8 1 2 李德林 李雪辉 滕俊江 等 生物质能高效利用研究进民 J 广州化T 2 0 0 9 8 9 1 1 3 J 呼涛 生物质能产业化应成为我国能源可持续发展新动力 J 农村实用技术与信息 2 0 0 6 1 2 3 7 P r o s p e c t so fB io m a s sE n e r g yI n d u s t r ia l iz a t io n F E N GL im in L ia o n in gV o c a t io n a lC o l l e g e T ie l in gI A a o n in g11 2 0 0 1 C h in a A b s t r a c t T h ed e v e l o p m e n to fa g r ic u l t u r eb io m a s se n e r g yin d u s t r yc a r r ie sa g r e a ts ig n if ic a n c et oa l l e v ia t in gt h es h o r t a g eo ff o s s ile n e r g y s u p p l y t oo p t im iz in ge n e r g ys t r u c t u r e s a f e g u a r d in gn a t io n a le n e r g ys e c u r it y a n de s t a b l is h in gs t a b l ee n e r g ys u p p l ys y s t e m I nt h isp a p e r t h ew r it e rp r o d u c e st h ec h a r a c t e r is t ic so fb io m a s sa n db io m a s se n e r g yu t il iz a t io nino u rn a t io n a n da n a l y z e st h ep r o s p e c t sf o rt h ed e v e l o p m e n ta n din d u s t r ia l iz a t io no fb io e n e r g yc o n s t r a in t s m e a n w h il e itp m p o s e gm e a s u r e st oa c c e l e r a t et h ein d u s t r ia l iz a t io no fC h in a s b io m a s se n e r g y K e yw o r d s B io m a s se n e r g y I n d u s t r ia l iz a t io n C o n s t r a in tf a c t o r t f t 已 e t t 已 E t t t t f E t 上接第7 页 3 结语 在对花生合理施用氮 磷 钾肥的基础上 施用硫 肥可以改善花生生育性状 增加叶绿素含量 单株结 果枝比对照增加O 8 1 8 个 单株饱果数增加2 3 3 j 2 个 百粒质量增加2 6 3 3g 产量增加1 3 3 1 7 8k s 6 6 7m 2 增产率为4 0 5 3 增产效果明显 差异达 到显著水平 增加经济效益4 9 2 6 3 2 元 6 6 7m 2 效 果明显 参考文献 1 杨杰 章明清 花生硫肥效应与施用量研究 J 1 福建农业科技 1 9 9 9 3 3 4 2 谭宏伟 谢如林 周柳强 等 广西水稻 玉米施用不同硫肥效应研究 J 安徽农业大学学报 2 0 0 0 2 1 1 4 4 1 4 6 3 朱兆明 马友华 高寿峰 等 中国农业硫信息系统探讨阴 中国农学通报 2 0 0 4 2 0 2 2 1 8 2 2 1 E f f e c t so fS u l f u rF e r t il iz e ro nP e a n u tO u t p u ta n dE c o n o m icB e n e f it s L IY a n f a n g H a ic h e n gA g r ic u l t u r eB r o a d c a s tS c h o o lo fL ia o n in gP r o v in c e A n s h a nL i