中国生物质能发电发展现状与前景展望

1、2017 年中国生物质能发电发展现状与前景展望一、结构与利用方式(1)(1)中国生物质能资源分布情况智研咨询发布的2017-20222017-2022 年中国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、实现规模化幵发利用 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 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

2、力可达到 1010 亿吨标煤，占我国能源消耗总量的 28%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：公幵资料整理资料来源：公幵资料整理中国生物质能资源分布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

3、原料，这就是图 1 1 和2 2 存在不一致的原因。(2)(2)中国生物质能资源的利用方式1 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 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着名的研究机构主 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

4、能源 设备有限公司，郑州九洲通用液压设备有限公司等。3 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资料来源：公幵资料整理农业大学等。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 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

5、柴油生产厂家 超过 200200 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mt電电IHitt力it怜右低心占tlAZ U飢童协4赳於粵河*审址丑赚宣廉吝肚住叠負农it 4有总必列mtn J艸崎忆，讥申田乩逼料生皑乩庐化工瞬.村tit*龄我均ipiJX-,5,JX-II SZJ-WJA .Lt 1? t w U trti+ AckJt电电込“工桂肓氐婕川芋序虹的；申沖丼学ft广卅世片州巧序.家上却常1歼暂橫衣圭部*1肚州曲思辽応丄乜亚耳或国4 Hitlfl冷肆鼻皈斤也規魄豪t叶;弋电増也上忖內札鼻日 戦奩弘一一+CbMc甘

6、.* 1 t f k* -k rMt. tf等由盅和*i.*咙耳痒可，円对侮料出用化工咚曲*；建番境斗険出国 jt n tt / f 4( 1 iw*4卜tA4 20142014 年全球生物柴油产量近 30003000 万吨，已建和在建生物柴油装置年产 能接近 5005000 0万吨，生物柴油迅猛发展，成为 2121 世纪正在崛起的新兴产业。 我国目前生物柴油产量只有 100100 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

7、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 10001000 万吨，生产生物柴油的企业已超过5050 家，但装置的幵工率不到 30%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，2012013 3年在江苏建设一套 1010 万吨/ /年生物柴油示范装置，同时还筹划在秦皇岛建设一套 1010 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20102010 年启动了“微藻生物柴油成套技术的研发”项目。20142014 年我国生物柴油行业销售市场规模约亿元，同比 20132013 年的亿元增长了 % %近几年我国生物柴油行业

8、市场规模情况如下图所示：2005-20142005-2014 年中国生物柴油行业市场规模情况1资料来源：RespectMarketiRespectMarketi ngResearchngResearch IncInc(1)(1)秸秆发电发展现状20142014 年，我国秸秆资源量约为 9 9 亿吨。秸秆还田、饲料利用、工业原 料约占60%60%约 40%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

9、化成气态、液态和固态燃料以及其他 化工原料或者产品的、生物质能发电发展现状2005隼年 2007 药枕年 3009年 闵抽年 2G1 1 252 年 2曲 J 年 2第诈 H5场規撓；化元 T-年更同比培怅资源。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。我国每年有亿吨林业剩余物、3030 亿吨畜禽养殖粪便、亿吨生活和有机垃圾、逾 1010 亿吨农产品加工废弃物。二、秸秆能源化利用方式除作为农

10、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 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锅炉中直接燃烧产出高 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 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

11、（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 3 种形式。其一，直接液化是指在中低温、咼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，咼温咼压液化是指在咼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（33-50033-500 摄氏度）以及在催化剂存在下进行。其三，

12、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%,55-70%,沼气热值为20-2520-25 兆焦/ /立方米。三、秸秆能源化利用现状第一，秸秆发电20042004 年以来，我国先后核准批复了200200 多个秸秆直燃发电示范项目。截至 20122012 年底，我国生物质发电累计并网容量为58195819 兆瓦

13、，其中，直燃发电技术类型项目累计并网容量为32643264 兆瓦，占全国累计并网容量的 55%;55%;垃圾焚烧发电技术类型项目累计并网容量为24272427 兆瓦，占全国累计并网容量的沼气发电技术类型项目并网容量为206206 兆瓦，占全国累计并网容量的% %可再生能源“十二五”规划明确规定，20152015 年我国生物质发电装机达到万兆瓦，其中农林生物质发电8 8 千兆瓦、沼气发电 2 2 千兆瓦、垃圾焚烧发电 3 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 2X1212 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

14、代电厂机组规模一般为 1 1X3030 兆瓦，采用高压 和超高压技术，与一代技术相比，能耗显着下降，发电热效率显着提高， 其锅炉热效率一般在 85%-90%85%-90%发电热效率可达% %年平均发电标准煤耗约 404g/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， 100100 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 3030 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。20142014 年，我国燃料乙醇产量达到

15、万吨，混配 E10E10 乙醇汽油约 21402140 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 6 省区及湖北、山东、河北、江苏、内蒙古5 5 省区的 3030 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 万吨。国内已建成山东龙力万吨/ /年装置（以玉米芯废渣为原料）与河南天 冠 3 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 5 万吨/ /年醇电联产项目、安徽国 祯和意大利

16、M&M&（公司的合资项目以及河南天冠的 3 3 万吨/ /年纤维素乙醇规 划项目。第三，秸秆沼气据统计，20102010 年我国大型沼气工程有 5 5 万处，沼气产量为 1010 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幵发的技术，已建成以畜 禽粪便为主要原料的蒙牛澳亚牧场 （装机容量兆瓦）、北京德清源（装机容 量 2 2 兆瓦）、山东民和牧业（装机容量 3 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

17、、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3030 公里以上。三是燃料收购组织

18、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幵发，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幵 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

19、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幵发，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

20、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年份秸秆气化（煤气）（处）秸秆生物传化（沼气集中供气）（处）秸秆固化成型秸秆炭化（进）（处）20003720055394272爪创21竹 to 2562200773726505446200(415010252刑917325940201090027351269201L95234 L7577320129b!409H95102201390ti434i Obfl105资料来源：农业部科技教育司（2 2）垃圾发电发展现状我国垃圾焚烧发电起步于 2020 世纪 9090 年代末，发展至今仅二十年

21、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 20022002 年以来，国家和有关部门陆续出台和实施了市政公用事业 的幵放政策、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幵放和市场化经济 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

22、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 20132013 年底我国垃圾发电装机容量达到万千瓦时, 较 20122012 年增长 35%35% 20142014 年我国垃圾发电装机容量万千瓦时。2009-20142009-2014 年中国垃圾发电装机容量丰辽垃丢岌克妄机容盘；帀千瓦可资料来源：公幵资料整理(3)(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

23、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锅炉燃料，农场沼气则用于养殖食堂炊事 燃料，超过 90%90%勺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%20%三、生物质能发电发展潜力与前景(1)(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

24、势，其中，农作物秸 秆发电最具代表性、战略性和可持续性，秸秆的利用改造是幵发生物质能 源的一种有效途径。秸秆是清洁无污染的可再生能源，是最具有幵发利用 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 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：一是利用锅炉直接燃烧生物质 燃料，例如秸秆产生的热量加热锅炉中的水，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

25、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，然后在锅炉等 设备中进行燃烧，推动发电机输出电能。2 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 制定了幵发节能新技术的“月光计划”，6 6 年内投入

26、100100 亿日元幵发通用热气机。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咼可靠性和对自然环境的卓越环保特性。它的咼可 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。在新能源的幵发利用中，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)(2) 垃圾发电发展潜力与前景进入