《生物质能源行业政策及环境分析》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-05-23
  • 生物质能源就是利用生物质通过化学转化生成的生物柴油、生物乙醇、生物天然气等形态的能源。下面进行生物质能源行业政策及环境分析。

    随着国内大力鼓励和支持发展可再生能源,生物质能发电投资热情迅速高涨,各类农林废弃物发电项目纷纷启动建设。我国生物质能发电技术产业呈现出全面加速的发展态势。

    据国家能源局数据显示,2019年一季度,我国生物质发电量为245亿千瓦时,同比增长16.7%。2019年一季度,我国生物质发电新增装机97万千瓦,累计装机达到1878万千瓦,同比增长19.2%,继续保持稳步增长势头。

    生物质能源行业分析表示,生物质能源发电相比燃料乙醇、生物沼气、生物柴油,其具有原料更广泛,产业化技术相对成熟的特点。当前生物质发电项目以直燃发电为主。

    生物质能源发电项目被国家列为《新兴能源产业发展规划》中,预计到2020年,我国非化石燃料占能源消费比重将达到15%以上,其中,生物质发电项目的贡献将达到2.4亿吨标准煤以上。

    生物柴油是可再生能源之一,其主要原料有油菜籽油类油料作物、地沟油、动物油脂、工程微藻类水生油料植物、木本油料植物等。发展生物柴油,可缓解化石燃料的压力,同时有利于保护环境。

    随着我国技术研究的深入,现阶段,我国在海南省、福建省建设了万吨级生产示范项目。相比油料为原料生产生物柴油,利用植物纤维生产生物柴油还处于研究示范阶段,转化成本高,油品不易控制成为了其发展的瓶颈,有待科技投入研究。

    生物质能源产业发展较好的国家美国、巴西、欧盟各国均制定了生物质能源规划。其中,欧盟计划到2020年,可再生能源替代率达到20%,在交通燃料中的替代率达到10%以上。各国为支持生物质能源产业发展,出台了一系列税收优惠、政府补贴、用户补助等激励政策。此外,还通过法律和政府确保生物质能源健康持续发展。

    《可再生能源法》的颁布,为我国生物质能源产业发展提供了法律保障。但行业规章、细则并没有及时的跟进,扶持政策没有具体化。我国应制定操作性较强的生物质能源发展规划、政策,设立专门领导小组,统筹各部门为生物质能源生产企业提供服务,缩短审批时间,实现快速发展。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-04-20
    • 前言:生物质种类多样,属性各不相同,包括农业生物质,林业生物质以及废物生物质等,从这些生物质能的原材料到我们日常生活所需要的能源终端形式如电和热,生物质能供能厂都扮演了十分重要的能源转换功能,在上周的生物质能系列文章中我们对生物质能供能设备也做出了简要的介绍(常见的生物质能工业设施:生物质能发电厂,生物质能供热厂,沼气厂,生物质能热电联产厂,木材供热系统等),今天我们将立足于德国和全球视角,从市场与产业链的角度对生物质能供能领域展开详细的介绍。 生物质能市场的发展现状与趋势 德国市场之电力领域 随着1990年德国《电力供应法》的生效,生物质能走进了德国市场。2003年有了一次质的飞跃,净增加量为700兆瓦。2004年德国对《可再生能源法》(EEG)进行了修订,为能源转型保驾护航,在此之后,德国的生物质能市场开始稳步增长,虽然相较于光伏或风能的增长动力还有一定的差距。由下图可见,2009年电力行业的新增装机量最高,新增的生物质发电量约为1300兆瓦。但值得注意的是,由于2014年《可再生能源法》EEG的再次修订,补贴制度发生了变化,因而从2014年起,德国的生物质能源市场在电力领域的增长出现了大幅下降,原因是政府将重点放在了对已有设备的现代化改造,而不是投入建造更多新的设备,一定程度上避免了过剩生产和资源浪费的现象。 图1:德国生物质能发电市场 德国市场之供热领域 德国生物质能供热市场的发展得到了联邦和州两级政府的资助计划支持,从1999年开始的已经有相应的市场激励计划(MAP),在此之前还有分别为1亿马克和2亿马克的资助项目。有了政府的大力支持,生物质能供热领域的市场一直在蓬勃发展,尤其是颗粒燃烧供热系统如锅炉和火炉。由下图可见,在2006年出现了新增32000个颗粒锅炉首次高峰之后,2007年市场出现了急剧下降,但在之后的2008年该领域又再一次创下了新的记录,增加了43000多个工厂。从那时起,市场年平均增长量都在25,000至43,000台之间波动。 图2:德国生物质能供热市场 除此之外,德国的生物质柴油市场也从2000年起在政策支持下动态发展。在2001年至2008年期间,全德国生物柴油的生产能力从约50万吨增加到了500万吨,翻了整整十倍。但是自2006年起,生物柴油的税率突然提高,德国制造商的市场显著恶化,最终导致了生物柴油的停产。而德国的生物乙醇市场始于2004年,在2009年产量首次超过了50万吨。迄今为止,2015年和2016年的产量最高,约为74万吨。 图3:德国生物质乙醇市场 欧洲市场 截至2015年底,欧洲生物质发电厂的发电总量已超过37000兆瓦,约占全球装机量的38%(约98,000兆瓦),同年新增生物质能装机量为1700兆瓦,约占全球新增总量的27%(6400兆瓦),增长趋势如下图所示。 图4:欧洲生物质市场 在所有的欧洲国家中,德国以绝对的优势在生物质能领域位居榜首,连同瑞典,英国,意大利和芬兰这五个国家,其生物质能总装机量占据了欧洲发电量的65%以上。下图为2015年欧盟生物能源产量排名的前10个国家。 图5:欧洲生物能产量排名 全球市场 自2001年以来,生物质能发电领域的全球市场一直不太稳定。在2005年达到峰值(5,000MW)以后,市场进入了相对饱和的阶段,因而增长一度非常缓慢。但从2009年开始,市场有了明显回暖的迹象。在2016年,全球安装了近8800MW的新电厂用于发电,成为历史之最。根据2017年的统计数据,在全球范围内,利用生物质的发电量超过了550TWh,相当于全球总发电量(25721TWh)的2.1%,且这一比例仍在不断增长。 图6:全球1990-2017年生物质能发电量发展趋势 德国生物质能产业价值链 生物质能产业的价值链跨度从原材料的种植和加工,到各种性能水平工厂的规划和融资(从小型工厂到发电厂),再到工厂的制造和组装以及大型组件(CHP装置,电机)的生产,还包括了工厂的建设运营以及系统维护。这里将对德国的生物质能产业价值链进行简单的介绍。 1.工业生产与制造 生物质能设备供应商 生物能源工厂种类繁多,包括沼气厂,生物质供热厂,木材加热厂,液体生物质发电厂等等,因而制造商和供应商的规模也各异。在木材加热系统领域,除了一些专业公司以外,大型采暖建筑公司也已进入市场。在生物燃料领域,机械和钢铁建筑公司也有很高的活跃度,有生产生物柴油或生物乙醇等生物燃料的能力。 供应商和零件制造商 供应商是生物质能产业价值链的核心部分,尤其包括钢铁建筑,机械工程和电气工程领域的公司。大型部件的制造商,例如发动机,热电厂和发酵罐,储气罐,排气系统,搅拌器等均是生物能源领域的重要供应商。 2.项目规划 项目规划公司 大型工厂的规划和实施通常是由专业的项目规划公司或制造商执行的。除了地点的选择外,项目工程师的任务还包括汇编合适的系统配置,分析项目的获利能力以及执行批准程序等,同时还要对生物质能厂的施工进行监督,并将该系统最终移交给运营商或投资者。 能源行业专业人士 对于用于住宅和公司建筑物的供热/热水的生物质能设备来说(例如木片或原木加热系统),通常还要由能源行业的专业人员,水管工和供暖安装人员来负责该系统的规划。 3.融资与保险 银行和金融机构 根据投资成本的多少和生物质能工厂的规模,项目可以通过公司、项目融资或作为项目财团的一部分来实现,方式为经典的贷款支付利息模式。投资群体包括大型公司,银行合作社,市政公用事业和中小型企业或私人捐助者。 保险公司 在国家和国际层面上生物能源使用的增长会导致对保险服务的需求增加,由于对大型工厂的大规模投资,风险管理也面临着巨大的挑战,从施工到调试直至工厂运行过程中都会出现各种风险,因而保险也是生物质能产业链中必不可少的一份子。 4.安装与维护 建筑公司和设备制造商 生物质能设备厂的建设和电缆的铺设是由建筑公司和工厂建设者负责的,其中一些作为总承包商负责总承包项目的实施。 太阳能服务与维修公司 对于沼气厂和生物质能热电联产厂的运营商而言,无故障运行至关重要,因而系统的运营管理和维护服务必不可少,这部分工作是由系统制造商或外部服务公司负责执行的,会通过定期的特殊测试来检查设备的运营情况 5.认证和测试 独立的认证和测试机构可以为生物能源工厂发电提供服务,从而使其满足设备运行和电网供电的技术要求。 6.生物能源设备的运营 生物质能设备的经营者范围也是多种多样的,从个体经营者(生物质供热,热电联产电厂)到合作社,再到项目计划公司,市政公用事业或大型电力供应商,还包括例如生物柴油或生物乙醇等生物燃料的生产者,均可以参与到生物质能设备的运营中去。
  • 《综合智慧能源科普系列:生物质能》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2023-12-30
    • 一、生物质能定义 生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量,这些植物以生物质作为媒介储存太阳能,属再生能源。据计算,生物质储存的能量比世界能源消费总量大2倍。人类历史上最早使用的能源是生物质能。19世纪后半期以前,人类利用的能源以薪柴为主。生物质能可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。 生物质能发电是将生物质能源转化为电能的一种技术,主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。作为一种可再生能源,生物质能发电在国际上越来越受到重视,在我国也越来越受到政府的关注和民间的拥护。 二、发电原理 生物质发电的原理是将生物质中的化学能通过燃烧转化为高温高压蒸汽的内能,产生的高温高压蒸汽驱动汽轮机转动形成机械能,最终通过发电机将机械能转变为电能。 根据工作原理的不同,生物质能的发电主要有以下几种方式:1)直接燃烧发电;2)将生物质气化,产出可燃性气体发电;3)经过厌氧发酵产出沼气发电;4)将城市生活垃圾焚烧,具体如下: (一)直接燃烧发电技术 生物质直接燃烧发电是一种最简单也最直接的方法,但是由于生物燃料密度较低,其燃料效率和发热量都不如化石燃料,因此通常应用于大量工、农、林业生物废弃物需要处理的场所,并且大多与化石燃料混合或互补燃烧。显热,为了提高热效率,也可以采取各种回热、再热措施和各种联合循环方式。 目前,在发达国家,生物质燃烧发电占可再生能源(不含水电)发电量的70%。我国生物质发电也具有一定的规模,主要集中在南方地区,许多糖厂利用甘蔗渣发电。例如,广东和广西两省共有小型发电机组300余台,总装机容量800MW,云南省也有一些甘蔗渣发电厂。 (二)生物质燃气发电技术 生物质燃气发电系统主要由气化炉、冷却过滤装置、煤气发动机、发电机四大主机构成,其工作流程为:首先将生物燃气冷却过滤送入煤气发动机,将燃气的热能转化为机械能,再带动发电机法发电。 (三)沼气发电技术 沼气发电系统分为纯沼气电站和沼气-柴油混烧发电站。按规模沼气发电站可分为50kW以下的小型沼气电站、50~500kW的中型沼气电站和500kW以上的大型沼气电站。沼气发电系统主要由消化池、气水分离器、脱硫化氢及二氧化碳塔(脱硫塔)、储气柜、稳压箱、发电机组(即沼气发动机和沼气发电机)、废热回收装置、控制输配电系统等部分构成。沼气发电系统的工艺流程首先是消化池产生的沼气经气水分离器、脱硫化氢及二氧化碳的塔(脱硫塔)净化后,进入储气柜,再经稳压箱进入沼气发动机驱动沼气发电机发电。发电机所排出的废水和冷却水所携带的废热经热交换器回收,作为消化池料液加温热源或其他热源再加以利用。发电机所产生的电流经控制输配电系统送往用户。 (四)城市垃圾发电技术 当今世界,城市垃圾的处理是一个非同小可的问题。垃圾焚烧发电最符合垃圾处理的减量化、无害化、资源化原则。此外还有一些其他方式。例如,1992年加拿大建成第一座下水道淤泥处理工厂,把干燥后的淤泥无氧条件下加热到450℃,使50%的淤泥气化,并与水蒸气混合转变成为饱和碳氢化合物,作为燃料供低速发动机、锅炉、电厂使用。 三、生物质发电产业链 生物质发电产业链主要包括上游的原料及设备,其中有生物质原料及相关的发电设备,焚烧炉则是垃圾焚烧处理系统最核心的设备;中游则是生物质能发电的方式;下游则是用电渠道。 四、生物质能的优点与缺点 (一)优点 1.可再生能源:枯死的植物、垃圾和粪便随手可得,使其成为可再生能源。 2.碳中和:在光合作用过程中,大气中的二氧化碳被植物吸收。一旦植物腐烂,碳就会被释放回大气中。这导致释放的生物质和被吸收回的量之间达到平衡。当一些植物腐烂时,会种植其他新植物以中和生物质生产过程中释放的碳量。 3.多种用途:生物质可用于家庭烹饪和取暖,用于干燥农作物和生产沼气。 4.减少空气污染:多年来,生物质已取代化石燃料,减少了环境中的空气污染。 (二)缺点 1.氮氧化物污染:生物质提取过程会产生乙醇,从而增加大气中氮氧化物的含量。 2.环境破坏:生物质比太阳能和风能产生更多的能量。使用生物质能源会释放一氧化碳和二氧化碳等气体,从而导致空气污染。这种气体也会导致全球变暖。 3.设施不足:在季节性供应期间,生物质能源厂面临空间短缺,无法储存来自不同生物质供应源的各种成分。 4.效率低下:一些生物质最终产品必须结合起来才能有效发挥作用。例如,对于完整的发动机燃烧,乙醇与汽油结合。 五、发展现状 根据中国产业发展促进会生物质能产业分会日前发布的《2023中国生物质能产业发展年鉴》,当前,我国生物质能的利用方式主要为生物质发电、生物天然气、生物质清洁供热、生物液体燃料、热解气化等,其中发电仍是最主要的利用形式。 在国家能源局新能源和可再生能源司副司长王大鹏看来,多元化发展、提升产业附加值是我国生物质能转型升级的关键所在。王大鹏指出,在发电利用方面,要继续挖潜,将生物质能发电纳入绿色电力证书的合法范围,推动生物质发电项目利用其灵活、可控的特性参与深度调峰等电力辅助服务,同时,鼓励发电项目因地制宜向热电联产转型升级。在非电利用方面,更要积极稳妥推动生物质天然气、生物质能清洁供暖等试点示范,鼓励大型龙头企业先行先试,培育发展生物质能多元化利用新型市场。 中国工程院院士、国家能源咨询专家委员会副主任杜祥琬指出,生物质能既可以用于发电,又有丰富的非电利用场景,而且是唯一一种可以通过固、液、气多种形态进行利用的非化石能源,要充分利用这一特质对生物质能采用多元全产业链的模式进行开发。杜祥琬指出,以瑞典为例,当前,瑞典生物质能占一次能源的比例达到约34%,通过“生物柴油+生物气+发电”的方式,生物质能在瑞典的碳减排贡献度达到25%左右。“相比而言,我国生物质能仍有较大开发利用潜力。” 六、发展前景 生物质发电总体将保持平稳增长垃圾焚烧发电建设格局向县域延伸,中部等人口密集县级地区将成为投资重点。农林生物质发电受成本高制约明显,新增投资将放缓。沼气发电碳资产开发潜力大,碳减排交易收益将成为新的利润增长点。大力发展可再生能源,是保障世界能源安全和推动能源转型发展的必然要求。“十四五”期间,预计可再生能源发电量在全社会用电量中,占比达到33%,到2030年进一步提升至36%以上。“十四五”期间,电力装机增量超过一半来自风电和光伏,“十五五”前期,新能源装机将超过煤电,成为第一大电源。 生物质能发电是可再生能源乃至新能源的重要组成部分,但是目前由于生物质能发电补贴,政策支持等因素,我国生物质能发电处置项目运营艰难,经济状况欠佳,急需通过碳市场、碳交易获得额外收入,改善经营状况。推进生物质能高效利用,加强生物质发电项目区域协调,完善林业垃圾和生活垃圾集运制度,通过引导生物质能发电向热电联产转型,使行业逐年加大供热收入占比,减少对发电补贴的需求。未来,生物质能将在2030年和2060年为我国碳达峰碳中和做出巨大贡献,不仅促进农业经济的大规模发展,而且在应对气候变化、能源短缺和环境污染等问题发挥积极作用。