我国生物质能技术产业化基础的研究

1、我国生物质能技术产业化基础的研究 1、我国生物质能资源 我国拥有丰宫的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源50亿吨左右。目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。然而，由于农业、林业、工业及生活方面的生物质资源状况非常复杂，缺乏相关的统计资料和数据，以及各类生物质能资源间以各种复杂的方式相互影响，因此，生物质的消耗量是最难确定或估计的。鉴于它目前对全球能源需求所做的贡献超过其他任何形式的可再生资源，对其进行简单定量分析和描述是非常必要的。 近年来，高产的能源作物作为现代生物质能资源已引起广泛关注，如甜高粱、甘薯、木薯、芭

2、蕉芋、绿玉树、巨藻等，众多科研机构和科技企业参与其中，以大力发展我国的生物质能资源，将为生物质能源产业化提供可靠的资源保障。 1.1传统生物质能资源 1.1.1农作物秸秆 我国作为一个世界上的农业大国，农作物的种类很多，而且数量也较大。水稻、玉米和小麦是三种主要的农作物，其产生的废弃物，秸秆是我国主要的生物质能资源之一。1995年，我国农作物秸秆总产量为6.04亿吨，可获得系数为85，约5.13亿吨，相当于3.1亿吨标准煤，其中水稻、玉米和小麦秸秆约2.5亿吨标准煤，占秸秆总产量的84.3左右。近年来，随着农村经济的发展，我国的农作物秸秆产量也在逐年递增，平均年增长率为2.33。如1980年，

3、生物质能资源量约为2亿吨标准煤，到1995年达到3.1亿吨标准煤。按此增长率，到2000年，我国生物质能资源量应达到3.4亿吨标准煤。 在我国，农作物秸秆主要作为生活燃料，饲料、肥料和工业原料。据不完全统计，在1995年农作物秸秆6.04亿吨总产量中，其中约有15.0，即0.91亿吨的秸秆被用来直接还田造肥；有25.0，即1.51亿吨的秸秆被作为饲料；约9.0，即0.54亿吨的秸秆被用作工业原料。除此之外，约51.0，即3.08亿吨的农作物秸秆可以作为能源用途，其中已有1.9亿吨的农作物秸秆被中国农民在民用炉灶内直接燃烧用来炊事和取暖，其余约1.2亿吨则被废弃在田间地头或在田间直接焚烧掉，不仅

4、浪费了资源，也严重地污染了环境。 1.1.2薪柴 薪柴是几个世纪以来人类所用的主要能源，它不仅可用于家庭，”还可广泛应用于工业。我国有1.286亿公顷森林面积，森林覆盖率13.4。根据统计数据，我国现有林木积蓄量达8亿立方米以上据1989年的森林资源调查，我国有444万公顷的薪炭林，占森林总面积的3.72。在一项国家植树计划中，到2000年，我国将再种植600万公顷薪炭林，也就是说，届时我因的薪炭林总面积将达到l,000万公顷。据估计，我国在“七五”期间年平均薪材产量约为1.23亿吨，约折071亿吨标准煤；“八五”期间年平均薪材产量为1.7亿吨，约折0.98亿吨标煤 以上是以理论合理采樵所估算

5、的结果，而薪柴的实际消费量要大得多，主要因为过度采樵所致。70年代，农村生活燃料严重短缺，造成林木植被破坏，薪柴的过耗量已由9,000万吨，生态环境日趋恶化至90年代中期，由于我国能源工业的发展，尤其是乡村煤炭工业、农村电气化和可再生能源的发展，缓解了农村能源短缺的局面，薪柴的过耗量降为3,000万吨。据调查，1995年共有4800万户农民以使用电炊、液化石油气、天然气、沼气等优质能源为主要的或部分的生活用能。 1.1.3禽畜粪便 禽畜粪便是另一类生物质能资源，资源量与畜牧业生产有关从畜禽粪便的可获得性来分析，我国主要的畜禽是牛、猪和鸡。根据这些畜禽品种和体重等因警以及畜禽平均一昼夜的排粪量，

6、可以估算出1995年全国畜禽粪便可获得资源的实物量为8.5亿吨，折合0.78亿吨标准煤目前，可收集用于生物质能生产的禽畜粪便资源主要来自大中型畜禽养殖场据估算，1995年我国大中型养殖场粪便污水可获得量16亿吨，约1150万吨标准煤 但是，我国的禽畜粪便很少用于能源消费，主要用于农业肥料，只在西臧、青海、宁夏和内蒙等少数民族地区由于燃料短缺，才通过风干宜接燃烧的方法利用禽畜粪便为燃料，约1000万吨此外，有少量用作农村沼气原料，约700万吨 而我因大中型奶牛、猪、鸡养殖场约有6000多家，每天排出的大量粪尿及冲洗污水80多万吨，是环境的一个主要污染源但目前处理的数量还很有限，目前，全国只有20

7、%的粪便污水受到不同程度的厌氧或耗氧处理，其中采用沼气厌氧工程的仅为10左右，多为养牛场和养猪场，80 左右的养殖场则直接将粪水排人各类水体环境 1.1.4工业有机废弃物 工业有机废弃物可分类为工业固体有机废弃物和工业有机废水两类在我国，工业固体有机废弃物主要来自木材加工厂、造纸厂、糖厂和粮食加工厂等，包括木屑、树皮、蔗渣、谷壳等。工业有机废水资源主要来自食品、发酵、造纸工业等行业 我因的木材加工生产线都是跑车带锯制材生产线，锯材规格质量较差，合格率仅为50左右。如按平均原木出材率为70、据材利用率为60计算，1995年全国木材剩余物的数量应为3,700万立方米，约占木材生产总量的55。 19

8、95年，我国造纸业纸浆产量1,268万吨，机制纸和纸板产量2812万吨，估计消耗木材量约万立方米，产生的木材剩余物约万立方米。 1995年，我国甘蔗产量为6540万吨，主要集中在广西、广东和云南三省，其中70 以上用作制糖业原料，甘蔗糖产量约450万吨，产糖率10.5，蔗渣年产量约4,000万吨。 1995年，由粮食加工行业排出的谷壳量达4,000万吨，除小部分用于酿酒、饲料和能源外，其余绝大部分论为废弃物，成为该行业的环境负担。 1993年，工业规废水的cod年排放量约720万吨，其中约250万吨cod来自60亿吨高浓度有机废水 1.1.4城市固体有机垃圾 随着经济的快速发展，近年来我国城市

9、化水平提高很快，城市数量和城市规模都在不断扩大，到1995年，全国城市总数已达640个，其中小于20万人口的城市占有最大比例，占58.3，20万50万人口的城市有192个，占30，而大于200万以上的仅有10个，占1.6与此同时，我国城镇垃圾的产生量和堆积量均在逐年增加，年增长率在10左右，1995年，垃圾清运量达10.8亿吨。按年增长率在10计，到2010年，城市垃圾资源总量将达到2.3亿吨。充分利用垃圾的资源价值，变废为宝，是今后中国大多数城市所要面临的问题之一。 城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物，成分比较复杂，其构成主要受居民生活水平

10、、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响。在我国，垃圾中有机成分一般在3060之间，最高达到95，如深圳。总之，在经济发展快、城市化水平高的地区（如北京、上海、广州、深圳等），垃圾的分布及有机物、无机物成分构成已呈现向现代化大都市过渡的趋势。 我国垃圾处理起步较晚，垃圾无害化处理能力较低，曾出现垃圾包围城市的严重局面。近年来，环境卫生行业有了较大的发展，使城镇垃圾处理水平提高，垃圾包围城市的现象有所缓解。据1994年统计，全国城市拥有各种环卫机械约34,400辆，垃圾处理率达35.8，建成无害化处理场609座，垃圾的无害化处理能力和处理率近几年来增长十分显著。“八五”期间国家即拨款近千

11、万元、贷款数千万元用于开展城市垃圾堆肥、填埋、焚烧及资源化利用的科研、开发和示范项目的建设。 目前中国采用的垃圾处理场与资源化技术同世界其他国家一样，主要采用卫生填埋、堆肥、焚烧等方法，其中大部分城市垃圾采用堆放、简易填埋处理，卫生填埋、机械化堆肥、焚烧处理也有部分应用。 1.2现代生物质能资源 现在，人们逐步认识到矿物能源的不可改变重大缺陷，即资源的有限性，以及大量使用矿物能源所造成日益沉重的环境压力。在可以预见的将来，矿物能源不可避免地要退出历史舞台。人类必须寻求新的替代能源，才能维持正常的生存条件，进入更加繁荣发达未来社会。这一思潮和观念正在成为发展现代生物质能源工业的巨大推动力。所谓现

12、代生物质能资源主要指专门为能源生产工业提供生物质原料而发展的生物质能资源，如能源植物等。事实上，基于能源植物的能源农业和能源林业等概念已经在国内外形成，并通过试验、示范逐步成熟。有些现代生物质能源工业技术已经成熟，并进人推广应用阶段，如巴西甘蔗乙醇燃料等。 1.2.1薪炭林 以能源为目的的植树造林在我国的发展历史已有二十几年。在70年代，农村能源的普遍短缺，除70以上的秸秆用于烧柴外，还必须以掠夺性林木砍伐来满足农村居民的日常生活需求，严重地破坏了生态环境和林木资源。为制止农村能源短缺局面的延续，恢复和改善农村生态环境，我国政府启动了薪炭机划，开始了大规模植树造林活动。到1995年，森林覆盖率

13、已从50年代初期的8提高到了1995年的13.9，其中薪炭林保有量已达到540万公顷，加上其它森林，每年可生产薪材约1亿吨标准煤。未来20年国家将再投资建设1,600万公顷薪炭林，届时每年将产生3亿余吨薪材。 事实上，能源用林和造纸用林之间实质上并无太大的差别，二者的目标都是既要产量高而又要使生长期（轮伐期）短。应当注意，燃料木材生产不必同其他木材生产分离开。从商用林中砍伐下过密的林木可以用作燃料，而建筑上用的轻质木料也可以从能源用林里获得。 1.2.2草本作物 甜高梁作物作为一种能源作物正受到人们的极大关注。它的气候适应性强，种植方法简单，有很好的遗传可变性，而且全世界很多地方都掌握了种植甜

14、高梁的经验。高梁的耐千旱性比玉米强，很强的土壤适应性，对营养的要求也较低。一些杂交品种的产量已达到10吨谷物/公顷，外加100吨含糖茎秆l公顷。我国自“七五”开始就开展了甜高粱作物的研究，高梁生产乙醇，淡季时再用乙醇作为制糖的原料。 木薯、甘薯和芭蕉芋作为生产乙醇的替代原料已引起世人们的注意。木薯可以在酸性和贫脊的土地里种植，而甘蔗则只能在比较适宜的环境下生长。在巴西，为了推动乙醇生产，木薯被当作甘蔗的补充代用品。1995年，我国甘薯种植面积952万公顷，年产甘薯3260万吨，集中产地在四川、山东、河南和安徽等省，主要作为粮食、饲料和酿酒业原料。四川省已计划利用甘薯生产大省的优势，实施甘薯生产

15、燃料乙醇发展计划，现已完成可行性研究。 1.2.3植物性油料作物 植物油本身（或与柴油混和）可作为内燃机燃料。绝大多数油料作物都有非常强的适应性和思寒性，种植技术简单，植物油贮存和使用安全。现已对40种不同的植物油在内燃机上进行了短期评价试验，它们当中包括豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜籽油、棕桐油和蓖麻于油。世界很多地方都有种植向日葵的经验，因此许多试验计划都是利用葵花于油。 我国油料作物的种植面积为1,310万公顷，含油籽粒年产量2,250万吨，主要食用。我国科学家对一些野生油料植物进行能源利用研究，如光皮树等。 1.2.4含碳氢化合物植物 已有人提议直接利用植物生产汽油和其他碳氢化合

16、物。例如，为了从 euphorbia lathyris中提取分子量非常接近石油的碳氢化合物和产生副产品糖，已在加利福尼亚开展了对euphorbia lathyris的研究。在有灌溉的条件下，每公顷土地每年可以获得2吨油和5吨糖。为了评价这种方法的经济可行性，在世界其他地方至少已进行了5次尝试，但不同的研究者所获得的结果却不同。我国在“十五”期间己开展绿玉树的研究，试图培育一种能够通过光合作用直接生产液体烃类燃料的植物，目前己在“十五” 863计划中立项实施。 2、我国生物质能技术及产业化发展现状 2.1 背景 人类正面临着巨大的能源与环境压力。当今的能源工业主要是矿物燃料工业，包括煤炭、石油和

17、天然气。一方面，矿物能源的应用推动了社会的发展，其资源却在日益耗尽：世界石油探明储量约1,270亿吨(1991)、世界煤炭探明储量约1.4万亿吨(1986)，按目前技术水平和开采量计算，石油可开采40年，煤炭可开采200年，天然气可开采60年；另一方面，矿物能源的无节制使用，引起了日益严重的环境问题，如导致全球气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈碳平衡、释放有害物质、引起酸雨等自然灾害。 在我国，近二十年来，随着人口和经济的持续增长，能源消费量也在不断增长。从1980年，我国一次能源消费量为6.02亿吨标准煤，其中煤炭占72.2，石油20.7，天然气3.1%，水电4.0；到1999年，我国一次能源

18、消费量达到12.2亿吨标准煤，其中煤炭占67.1、石油 23.4%,天然气 2.8和水电 6.7昆同时，矿物能源的消费会产生大量的污染物：co，so2，co2 and nox是大气污染的主要污染源之一。 据估计，我国由矿物燃料消费所每年排放的地总量可达22.7亿吨，相当于6.2亿吨碳排量，是全球ghg总排量的11.8左右。我国在新世纪将面临能源与环境问题的严峻挑战，开发和利用拥有巨大资摊障、环境友好的替代能源是事关我国国民经济可持续发展、国家安全和社会进步的重大课题。 生物质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量约相当于世界主要燃料消耗的10从

19、而作为能源的利用量还不到其总量的l。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放，回到自然界中。另一方面，由于过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，更加剧了上述环境和全球气候恶化。 通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力，从而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保护矿产资源，保障国家能源安全，实现co2减排，保

20、持国家经济可持续发展的目的。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40来自生物质能源，一主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的产业化发展实现。 我国基本上是一个农业国家，农村人口占总人口的70以上，生物质一直是农村的主要能源之一，在国家能源构成中也占有重要地位。 在我国，1979年以前农村能源消费量的70以上来自生物质能源；1998年，仍有30的农村能源来自生物质能源。但大多生物质能源以直接燃烧的利用方式为主，燃烧效率低于10，造成了巨大的资源浪费和环境污染。 所以；生物质能源技术发展的原始驱动力在于能源市场的需求和环境保护的压力。我国政府及有关部门对生物

21、质能源利用极为重视，70年代初，我国为解决农村能源短缺的问题，大力开发和推广户用沼气池技术、节柴炕灶和薪炭林，为农村能源建设和农村经济发展做出了重，大贡献。 90年代，我国政府一直将生物质能利用技术的研究与开发列为重点科技攻关项目研究开发了生物质气化集中供气、气化发电、沼气发电、甜高粱茎秆制取乙醇燃料、纤维素废弃物制取乙醇燃料、生物质裂解油、生物柴油和能源植物等现代生物质能技术。在国家“十五” 863计划中，多项生物质能利用新技术研究课题被列为重点课题，这些技术的研究与开发将为今后我国生物质能产业化发展提供技术支撑。 2.2主要成就 我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视，己连续在四个国家

22、五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。 在70年代和80年代，我国针对农村能源严重短缺状况，主要发展了户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林营造、大中型沼气系统等技术。到1998年，全国推广了省柴节煤炉（灶）1.85亿户；发展户用沼气688万户（其中10.9万户为集中供沼气）；大中型沼气工程748处；城市污水净化沼气池5万处，总池容209万立方米；大中型沼气发电装机容量770千瓦，年发电量130万千瓦时；新营造薪炭林560万公顷。

23、农村能源总消费量为4.7亿吨油当量，其中约40为生物质能源，达2亿吨标准煤，其中农作物秸秆约1.2亿吨标准煤和薪柴约0.84亿吨标准煤。 90年代以后，主要发展了生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等新技术。 目前，村镇级秸杆气化集中供气系统近300处，供气户数3万余户；mw级生物质气化发电系统已推广应用20多套。 “十五”期间，我国政府再度将生物质能技术确定为国家后续能源重点发展内容，列入国家高科技发展计划（863计划），其中，生物质气化发电技术要建设4兆瓦规模的研究示范工程；甜高粱茎秆制取乙醇燃料技术将建设年产 5,000吨乙醇规模的工业示范工程；纤维素废弃物制取乙醇燃料技术己进

24、入年产600吨规模的中试阶段；生物质热裂解液化技术进入年产300吨粗油规模的中试阶段。此外，还开展了生物柴油、植物油、能源植物、生物质快速裂解等方面的探索性、创新性研究。 2.3应用状况 到1998年，我国在生物质能利用领域以取得重大进展，特别是沼气技术，每年所生产能源己达115万吨油当量，占农村能源的0.24（表1）；由节柴炕灶每年所节约的能量己达52.5万吨油当量。 如上表所示，近年来我国发展了一些新的生物质能转换技术，并投入小规模应用。如气化系统已有820余台套应用于户用和集中供气提供炊事用能或木材烘干或发电等最终用途；有800余台压缩成型机用于处理稻壳或秸秆生产固体燃料。新技术的能源产

25、量己达254万吨标准煤。 2.4示范工程 在过去连续“七五”、“八五”和“九五”（l9801995）三个“五年计划”中，生物质能转换技术在我国可再生能源开发领域占有重要地位，相继建设、运行了一批优秀的示范工程。 2.5存在问题及原因 虽然我国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩，技术水平却与发达国家相比仍存在一定差距，如： 1、新技术开发不力，利用技术单一。我国早期的生物质利用主要集中在沼气利用上，近年逐渐重 视热解气化技术的开发应用，也取得了一定突破，但其他技术开展却非常缓慢，如生产乙醇、 热解液化、直接燃烧等。 2、由于资源分散，收集手段落后，我国的生物质能利用工程的规模很小；为降低投资，大

26、多数工 程采用简单工艺和简陋设备，设备利用率低，转换效率低下。 3、经费投入过少，使得研究的技术含量低，多为低水平重复研究，最终未能解决一些关键技 术，如：厌氧消化产气率低，设备与管理自动化程度较差；气化利用中焦油问题给长期应用带 来严重问题；沼气发电与气化发电效率较低，二次污染问题没彻底解决。 此外，在我国现实的社会经济环境中，还存在一些消极因素制约或阻碍着生物质能利技术优势。 3.1沼气 沼气技术主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水，是发展较早的生物质能利用技术。80年代以前，发展中国家主要发展沼气池技术，以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料如印度和中国的家用沼气池；而

27、发达国家则擦发展厌氧技术处理，禽畜粪便和高浓度有机废水荷兰ic公司采用新的自循环厌氧技术已使啤酒废水厌氧处理的产气率达到10m3/m3.d的水平，从而大大节省了投资、运行成本和占地面积美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2,000万美元，日产26万立方米沼气，用于发电、回收肥料，效益可观，预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18兆瓦，今后10年内还将投资1.5亿英镑，建造更多的垃圾沼气发电厂 3.2生物质发电 生物质发电在发达国家己受到广泛重视，主要工艺分三类：生物质锅炉直接燃烧发电、生物质煤混合燃烧发电和生物质气化发电在奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家，生物质能在总

28、能源消耗中所占的比例增加相当迅速 芬兰是欧盟国家利用生物质发电最成功的国家之一。 奥地利成功地推行了建立燃烧木材剩余物的区域供电站的计划。生物质能在总能耗中的比例由原来大约23激增到1999年10，并打算在本世纪末增加到25。 到目前为止，该国已拥有装机容量为12兆瓦的区域供热站8090座，年供应100x100000焦耳的能量。 瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求，以大大提高其转换效率。1991年，瑞典地区供热和热电联产所消耗的燃料，26%是生物质。 美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，1992年，利用生物质发电的电站约有1

29、,000家，发电装机容量已达650万千瓦，年发电42亿度，消耗4,500万吨生物质燃料。美国还重视本质能源在林产品工业中的应用，1980年，美国14家最大的林产品公司利用木质燃料提供了自身所需要的70的能量。19801986年，绝大多数新建的林产品制造厂均从本身的剩余物中获得了所需的几乎全部的能量。 目前，发达国家大型生物质发电系统主要采用igcc技术，主要问题是系统造价高。例如，意大利12兆瓦的生物质igcc示范项目的发电效率约为31.7，但建设成本高达25,000元/千瓦，发电成本达1.2元/度。近年来，发达国家也进行了其它技术路线的研究，如比利时和奥地利的生物质气化外燃式燃气轮机发电技术

30、，美国的史特林循环发电技术等，在提高发电效率的前提下降低生产成本。 3.3以生物质为原料生产液体燃料 由生物质生产液体燃料已引起广泛的关注。生物质液体燃料主要包括乙醇、裂解油、植物油等，可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。近二十年来，巴西一直利用其丰富的甘蔗资源大力发展乙醇燃料。巴西在 70年代中期，为了摆脱对进口石油的过度依赖，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划。到 1991年，乙醇产量达到 130亿升，在 980万辆汽车中，近400万辆为纯乙醇汽车，其余大部分燃用20的乙醇汽油混合燃料。巴西还在原苏联的援助下已建设了数十座木材水解乙酸厂一营建水解原料林基地。俄国是利用植物原料生产乙醇产

31、品最早的国家，水解乙醇产量已达35万吨，水解乙醇成本约为粮食乙醇成本的70，在经济上是合理的。近年来，在水解技术方面也取得许多新成就，如强化水解，提高水解渗滤速度，改善水解液蒸发、热能回收以及新菌种培养等。新技术的不断应用，将使水解乙醇液体燃料在经济上更加具有竞争力。 美国能源部早在1978年就制订生物质燃料计划，涉及原料预处理、发酵及工艺研究，主攻目标之一是制取乙醇燃料。建立了年产2500吨乙醇燃料的示范厂，近年来，美国农业部林产品研究所、北卡罗来纳州立大学、纽约大学等都在进行这方面的研究。最近，美国能源部还支持了一个投资居大的纤维素乙醇中试及产业化攻关项目，旨在利用木材、稻草、玉米秸等纤维

32、索废料生产燃料乙醇，其中仅发展高效纤维素水解酶技术的公司就获得能源部的3200万美元的政府拨款资助。80年代以来，日本通产省化学技术研究所、高崎原子能所、大阪工业技术试验所、协和发酵工业（株）、日立制作所、京都大学大木材所等均在多方面进行生物质能源的开发研究，并己兴建由纤维素生产乙醇综合工厂。 生物质裂解液化技术己被认为是最具发展潜力的生物质能技术之一。国际能源署（iea）组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的十余个研究小组包括batelle、mit等国际著名大学及实验室进行了十余年工作，到1995年初，己有20余套工业示范装置在运行中，最大处理能力为日处理生物质100吨。加拿大西安大

33、略大学开发的生物质直接超短接触液化技术，大规模工业化生产成本仅为50加元吨（约合300人民币元吨），是生物质液化技术重大突破，其技术经济评价表明，目前的生产成本已可与常规的石化燃料相竞争。此外，interchem建造了大型涡旋反应器。加料流量达1,35o公斤/时；德国tubingen大学开发了低温裂解装置处理城市垃圾，加料流量达2,000公斤l时；美国太阳能研究所建立了不同工艺的生物质裂解油试验装置，产油率达70左右。 近年来，植物油作为发动机燃料的试验又在兴起，以期能部分代替柴油，节约石油资源。英国正在研究应用基因技术，改良油菜品种，以期能够提高单位种植面积产量，结果表明，每公顷可收获3,0

34、00公斤油菜籽，加工后可获得1,375升的生物柴油。巴西在1980年曾颁布了一项应用植物油燃料的国家计划，目的在于加快植物油代替柴油的进程，重点利用包括蓖麻油、椰子油、可可油在内的多种植物油，计划替代1620的柴油用量。1991年澳地利在阿沙赫地区兴建了一座年产10,000吨生物柴油的生产线。美国、法国和德国等一些发达国家都在加紧植物油能源利用的开发和研究工作。 3.4能源作物 欧盟认为，种植能源型作物（其中包括轮伐期短的速生林木）是解决欧盟农业生产过剩问题的唯一有效办法。为了探讨这种办法的有效性，欧盟已制订并实施了leben计划在巴西，按树已被广泛用作能源（木炭生产l能源用林的覆盖面积总计约

35、200万公顷。另外还有200万公顷的林地种植着用于其他目的（主要是用于加工木浆、造纸）的树种，其中包括按树、松树及其他本地的或引进的树种。按树从种植到成树砍伐一般需7年的时间。砍伐后还会自然再生，通常是在重新栽种之前反复砍伐两次或更多次。 据报道，每公顷林地的年产量可达3050吨。 甘蔗是世界很多地方都可以生长的作物，传统上都是用它作为生产糖和乙醇的原料。除此之外，它还是潜在的纤维素原料。澳大利亚利用他们新培育的优良甘蔗，通过对甘蔗中的糖份进行发酵，每吨甘蔗可生产90升乙醇。在巴西，已有12个效益最好的乙醇厂，其种植的甘蔗产量己达到89吨/公顷，每吨甘蔗的乙醇产量为79升，这相当于每公顷土地每

36、年的乙醇产量超过7,000升。我国年产甘蔗 6,000万吨以上，主要用于制糖业。 耶路撒冷莱蓟（atichoke）是一种块茎状植物，原生长在北美东部。它的生命力极强，能忍受恶劣条件，尤其是能在干旱、寒冷和土质相对贫瘠的条件下生长，是一种适合于在条件不良地区种植的优良品种。块茎内含有丰富的聚含物二二菊粉，它们在酸或水解酶的作用下生成果糖，然后将果糖发酵便生成乙醇。根据法国和美国的试验结果，每吨块茎可以生产85升乙醇，若每公顷生产40吨块茎，就相当于每公顷生产出300400升乙醇。 另外，除了块茎,每公顷还可以生产78吨干叶蔓，由于它们能做燃料，因而可为乙醇加工过程提供部分能源。 甜高粱是普通高粱

37、的变种，美国、巴西、南非、阿根廷、印度等国，都开展了培育和种植甜高梁及其生产燃料乙醇方面的研究与开发。甜高粱的汁液糖锤度已超过了当地的甘蔗品种，单位面积产糖量达到甜菜产糖量的2.52.7倍。自七十年代后期，我国陆续从国外引进了“丽欧”、“凯勒”、“雷伊”等若干个优良品种，并改良和试种成功。此外，甜高粱经压榨产生的纤维素残渣也可生产乙醇，如澳大利亚的“意达利”甜高粱，首茬每亩纤维残渣产量就达360公斤，二茬还可生产207公斤，也就是说每亩甜高粱可生产567公斤纤维素残渣，可产137升乙醇。这可使乙醇厂实施全年运行生产，即在甜高粱收获季节加工甜高粱秆生产乙醇，在冬季可用高粱籽粒和茎秆残渣或其他作物

38、秸秆生产乙醇，这将大大提高酒厂的设备利用率和经济效益。以色列为确定甜高粱作为糖料作物进行了一系列的研究，结果表明，甜高粱的汁液质量良好，每亩可产糖230330kg。欧洲生物能工业协会与中国农村能源行业协会已签署意向，拟在我国内蒙古呼和浩特和山东东营扩大甜高粱示范工程。 您现在的位置： 首页 新能源知识 生物质能 正文 我国生物质能技术产业化基础的研究 2003-11-26 15:02:00 2002年中国生物质能技术研讨会 4、生物质能源产业化的主要条件 4.1 市场 根据各项生物质能技术发展水平以及应用现状，可将我国生物质能技术分为五类： 1、成熟技术，已形成相当的应用规模，包括节柴炕灶和户

39、用沼气池等技术。 2、基本成熟技术，经推广应用阶段，进入产业化初期，包括生物质气化集中供气、禽畜粪便和 有机废水厌氧处理和生物质压缩成型技术等技术。 3、基本成熟技术，正在推广应用，包括生物质气化发电、甜高粱茎秆制取乙醇燃料和淀粉质原 料生产乙醇燃料等技术。 4、示范研究技术，需关键技术突破和政策支持，包括4兆瓦生物质气化发电、纤维素废弃物制取 乙醇燃料、生物质裂解液化和生物柴油等技术。 5、探索性技术，处于实验室研究探索阶段，包括生物质快速裂解液化、高产能源植物选育和纤 维素酶水解生产乙醇燃料等技术。 从上述对各种生物质能技术的发展状况的分析表明，目前具备进入产业化发展条件、需要企业投资支持

40、的技术主要包括生物质气化发电、甜高粱茎秆制取乙醇燃料和淀粉质原料生产乙醇燃料等技术。 4.1.1 生物质气化发电 1999年，我国电力生产总量为12,600亿度，人均用电不到1,000度从年，只有韩国的1/5左右，而人均生活用电更低，只有110度/人年左右。同时，我国1998年还有1万多个无电村，无电人口达5,000多万。总体上，我国电力的生产增长低于全国经济的增长，近几年的电力生产弹性系数都是在0.40.6之间。可以预计，随着我国经济的继续高速发展，特别是农村用电需求的启动，随时可能出现局部地区电力紧张状况。 虽然我国电力的生产成本平均为0.28元/度，售电成本大约为0.3元/度。 但由于我

41、国地域辽阔，电力输送距离较长，输配电成本较高（约占6左右），终端用户电价大都高于035元/度。在沿海地区，终端用户电价在0.50.7元/度之间，中西部地区的农村电价也在0.5元/度左右，相对于我国现有的消费水平来说还是较高的。 所以，因地制宜地利用当地生物质能资源，秸秆、薪柴、谷壳和木屑等，建立分散、独立的离网或并网电站拥有广阔的市场前景。如果有50的农林废弃物作为电站燃料，可发电4,000亿度，占目前我国总耗电量的30以上。 4.1.2生物质乙醇燃料 随着社会的进步，人类对石油的依赖越来越强烈，石油供应与消费的平衡关系制约着各国及至全世界的经济发展，可以说，石油就是国家的命脉。自1995年，

42、我国已由石油出口国转变为石油进口国，净进口量为1,200万吨，1997年净进口量增加到4,000万吨，到2000年，我国石油消费量已达到2亿吨左右，狰进口量已达到7,000万吨，相当于1976年全国石油消费的总量。据一项基于我国人口和经济状况的能源需求预测表明，到2050年达到54亿吨标准煤，是1997年的4倍，显然，石油进口的大幅度增长是不可避免的，将逐步形成我国能源供应方面的巨大安全隐患。 生物质乙醇燃料具有很多优点，首先是一种不含硫及灰份的清洁能源，可以直接代替汽油、柴油等石油燃料，作为民用燃烧或内燃机燃料，易与现今工业应用及民用接轨。 在我国，可用于生产乙醇燃料的原料比较丰富，优先利用

43、的是有大量的库存粮食。1999年我国的粮食产量为5.1亿吨，粗略估计，作为食物、工业原料和饲料的消耗量约4.2亿吨，每年库存粮食近亿吨。这些库存粮食因长期积压变质而无法处理，若以生产乙醇燃料予以消耗，可生产近3,500万吨乙醇，其能量相当于2,500万吨汽油。 4.2技术 在我国，“八五”期间国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关专题，取得了相当成果：采用氧气气化工艺，研制成功生物质中热值气化装置；以下吸式流化床工艺，研制成功100户生物质气化集中供气系统与装置：以下吸式固定床工艺，研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置；以流化床干馏工艺，研制成功1,000户生物质气化

44、集中供气系统与装置。“九五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题，重点研究开发1兆瓦大型生物质气化发电技术、小型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。 4.2.1沼气发酵技术 沼气技术在我国大规模发展己有20多年的历史，至今技术水平已取得大幅度提高，并在我国广泛应用。例如，新的户用沼气池系统比以前效率更高、更方便、投资更少。传统沼气池的沼气产量一般低0.1立米/立米.天，而新式沼气池的沼气产量一般可达到0.20.4立米/立米.天。我国还发展了多种厌氧消化工艺和反应器，如混合式反应器、厌氧过滤器、污泥床反应器和固定床反应器等。这些技术已广泛地应用于处理食品工业、

45、发酵工业、制糖工业和制药工业的有机废水、生活污水及禽畜粪便等。沼气产气率一般在0.56立米/立米天之间，cod去除率在7086之间。 4.2.2气化及发电技术 近年来，我国的生物质气化技术有了长足的进步。根据不同原料和不同用途主要发展了三种工艺类型。第一种是上吸式固定床气化炉，其气化效率达75，最大输出功率约1,400兆焦/小时。该系统可将农作物秸秆转化为可燃气，可生产800立方米可燃气，通过集中供气系统供给印户居民炊事用能。第二种是下吸式固定床气化炉，其气化效率达75，最大输出功率约620兆焦/小时。该系统主要用于处理木材加工厂的废弃物，每天可生产2,600立方米可燃气，作为烘干过程的热源。

46、第三种是循环流化床气化炉，其气化效率达75，最大输出功率约2,900兆焦小时。该系统主要处理木材加工厂的废弃物，如木粉等，为工厂内燃机发电提供燃料，其1兆瓦电站系统已三亚成功运行3年，并在全国推广20余套。 4.2.3热裂解技术 通过热裂解工艺，各种生物质均可转化为三种能源产品：可燃气、木炭和生物油。控制不同的反应条件，如温度、原料、压力、滞留时间等，可实现改变三种产物的比例。典型的热裂解系统每处理1,000公斤生物质一般可生产200250立方米可燃气、250 600公斤炭粉和200300公斤生物油。 4.2.4压缩成型技术 我国发展的压缩成型机基本可分为两种：镙杆成型机和冲压成型机。镙杆成型

47、机在我国已有10多年的发展历史，目前已在运行的系统约有600多台，其技术关键是镙杆的使用寿命。由辽宁省能源研究所用特种材料研制的镙杆已经问世，其连续使用时间已达500小时。冲压成型机目前尚在研究阶段。 4.2.5生物质液体燃料技术 我国的一些研究机构正在致力于发展新的生物质能转换技术，开展了利用纤维索废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术，在中间试验中取得预期结果；利用甜高粱茎秆汁液制取乙醇燃料技术在我国也取得可喜进展，已获得高产甜高粱品种“沈农甜杂二号”，已推广种植面积达数万亩，同时还开发了相应的高效乙醇发酵技术；“九五”期间，还开展了生物质直接液化生

48、产生物油、野生油料植物分类调查及育种基地的建设。 4.2.6传统乙醇生产技术 利用淀粉质原料生产乙醇是一项传统技术，工艺上相当成熟由于利用粮食为原料生产乙醇的成本过高，价格上对石油燃料没有竞争性；同时，我国可利用耕地有限，粮食生产以满足人们食用为主，以粮食为原料生产乙醇缺乏可靠的资源保障；所以，该项技术一直未应用于乙醇燃料生产。但是，近年来我国粮食增收，已囤积大量陈粮，我国政府决定以陈粮生产燃料乙醇，并在河南和吉林两省开展试点示范。 4.3政策 我国政府极为重视生物质能等可再生能源的产业化发展，已在法律上明确其在现代能源中的地位，在政策上给予了巨大优惠支持。 中华人民共和国节约能源法第二条规定

49、：能源，是指煤炭、原油、天然气、电力、焦炭、煤气、热力、成品油、液化石油气、生物质能和其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。第三十八条规定：各级人民政府应当按照因地制宜、多能互补、综合利用、讲求效益的方针，加强农村能源建设，开发、利用沼气、太阳能、风能、水能、地热等可再生能源和新能源。 中华人民共和国电力法第五条规定：电力建设、生产、供应和使用应当依法保护环境，采取新技术，减少有害物质排放，防治污染和其他公害。国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源发电。第四十八条规定：国家提倡农村开发水能资源，建设中、小型水电站，促进农村电气化。国家鼓励和支持农村利用太阳能、风能、地热能、生物质能

50、和其他能源进行农村电源建设，增加农村电力供应。 根据国家法律，我国对可再生能源的开发利用实施或将逐步实施一系列激励政策，对生物质能产业化发展同样适用的政策主要包括： 4.3.1补贴政策 我国关于可再生能源发展所涉及的补贴政策主要包括中央政府补贴和地方政府补贴。 （1）中央政府补贴 * 事业费补贴。为了鼓励可再生能源技术的发展和推广，中央财政不仅为中央和地方的专门管理 机构的运转提供了经费，同时也为这些部门的活动提供了曲。 * 研究与发展补贴。中央政府通过国家计委和科技部对可再生能源技术的科技攻关提供资金。其 中科技部“九五”期间的科技攻关费用约6，000万元用于可再生能源的发展，平均每年约 1

51、,500万元。“十五”期间，包括科技攻关、863计划和973计划都为可再生能源发展通过了大 量的经费支持，总额已超过到3亿元人民币。 * 投资贴息补贴中央政府通过相关部门由中央财政对可再生能源技术的发展项目提供贴息。例 如，国家经贸委每年拥有1.2亿元人民币的贴息贷款用于支持可再生能源产业发展。 * 项目补贴。中央政府也通过不同的渠道对可再生能源技术进行补贴，如户用沼气系统、省柴灶 推广，小水电、小风电机和光伏发电示范和推广工作等。 （2）地方政府补贴 地方政府的补贴在可再生能源技术发展中起着重要的、甚至是决定性的作用。包括对当地可 再生能源管理、推广示范和研究部门的支持。由于资源条件和对可再

52、生能源发展认识的差异，各 地政府对可再生能源的补贴政策也有较大差异。4.3.2税收政策 （1）关税 尽管中国没有关于生物质能技术的产品进口采用低税率的明文规定，但在实际执行中可参照风力发电和其他可再生能源技术所享受的政策：主要部件和整机与光伏发电的组件进口的关税都享受了优惠税率。1996年风力发电设备关税税率为12（不含塔架），而实际执行的税率为：零部件进口税率为3；发电机组进口税率为12（实际执行税率为6）。由双边援助或多边援助，用于边远地区供电系统或扶贫项目的光伏发电系统一般可以申请免税。除了进口关税外。所有进口设备需在进口关税的基础上再征收增值税和增值税附加税。中国进口风力发电机组的最高

53、关税税率为6，总的进口环节税率最高为26。 （2）增值税和增值税附加 目前，对可再生能源还没有制定统一的增值税优惠政策，但其有三个例外：一是人工沼气的增值税按13计征；二是水利发电增值税税率按6计征；三是规定风力发电的增值税也按6计征。增值税附加一般是地方征收的税种，包括城镇建设附加费和教育附加费，征收的水平一般为811。以风力发电为例，根据电力部的规定，风力发电的增值税采取价外计征的征收办法。其计算公式为：增值税附加额一增值税额*增值税附加税率。 （3）所得税 为鼓励和扶持一些企业的发展，新的企业所得税条例规定了两项减免优惠政策：一是民族区域自治地方的企业需要照顾和鼓励的，经省级人民政府批准

54、，可以实行定期减免和免税；二是法律、行政法规和国务院有关规定给予减税免税的企业依照规定执行。例如，国务院批准的高新技术产业开发区内的高新技术企业，按15的税率征收所得税；新办的高新技术企业自投产年度起免征所得税两年；企业利用废气、废水、废渣等废弃物为主要原料进行生产的，可在五年内减征或免征所得税等等。对于中外合资企业，所得税法规定，凡合营期在10年以上的合资经营企业，一律给予2年免税和3年减半征税。 一般说来，可再生能源企业的所得税上缴地方财政，地方政府拥有减免所得税的权力。对中外合资、合作和独资企业实行的税收“三免两减”的政策，一般是对所得税而言的。当企业使用银行贷款时，所得税可以税前还贷或

55、税后还贷。采取税前还贷，实际上是对企业减免所得税的一种方式。减免所得税的另一种方式是加速折旧，减少企业帐面利润。 （4）地方税 地方税种主要有所得税，增值税附加，土地占用税等，目前还没有采取针对可再生能源企业的减免所得税政策出台，只是一些地方考虑以加快设备折旧的方式来减少企业的所得税赋。内蒙古对风能系统采取了降低增值税附加税率的措施（由8降低为3），大部分地区对风电机占地采取了减免土地税和土地划拨政策，实际上风机征地是零费用。 4.3.3价格政策 这里主要指可再生能源发电的电价问题。中国的电价是由政府的物价部门制定的，电力部门无权随意改变电价水平。采用集资、中外合资以及外商独资等方式新建电厂，

56、可以给予还本付息电价政策。可以按成本、税金、合理利润核定售电价格，经与电网和地方政府协商、物价和主管部门批准后执行。这项措施有利于吸引社会各界的资金办电，特别是合资、独资经营电厂的积极性。例如，1995年股份、合资、外企发电厂的售电价格比全国平均售电价格分别高出 4、38、197。 4.3.4低息贷款政策 国家经贸委的农村能源专项贴息贷款，原则上可用于所有的可再生能源产业的发展。自1987年国务院建立农村能源专项贷款以来，使用该款安排了500多个可再生能源发展项目，主要扶持了下列生物质能源产业化和商业化的活动： * 大中型沼气工程。先后贷款近2亿元，扶持了100多个在中型沼气工程及其配套设备的

57、专业化生 产。 * 省柴节煤灶。扶持了60多个专业化省柴节煤灶生产厂。 * 蔗渣发电。将蔗渣热电联产列入了利用“双加”贷款的“九五”计划，总投资将超过1亿元。 除此之外，还支持了生物质气化、生物质压缩成型等其他生物质能源技术的产业化发展项目。 除了农村能源专项贷款外，国家经贸委的技术改造专项贷款也可以用于支持生物质能的产业化发展。 4.3.5信用担保政策 随着可再生能源技术应用的发展，利用国外资金和商业化贷款的机会增多。许多情况下可再生能源企业需要贷款进行建设。银行系统逐步商业化的情况下，企业信用担保往往会成为能否获得银行贷款的重要条件。尤其是，中国近年来实行了资本金制度，要求业主必须拥有30的资本金，方能获得银行贷款。在风力发电场建设的初期，政府部门都对这些企业进行了信用担保。1994年银行系统体制改革，政府部门不能为企业进行信用担保，这些职能由银行承担，但是政府对企业信用担保的影响仍然十分重要。例如，