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生物质燃气大产业时代:替代核电、火电 弥补天然气缺口
2017-01-11 11:48  · 来源:中国矿业报  · 作者:刘晓慧  · 责编:节能环保

  生物质能是一种重要的新能源,其技术成熟,应用广泛,在应对全球气候变化、缓解能源供需矛盾、保护生态环境等方面发挥着重要作用,是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源,成为国际能源转型的重要力量。“十三五”是我国实现能源转型升级的重要时期,是新型城镇化建设、生态文明建设、全面建成小康社会的关键时期。在此背景下,生物质能面临产业化发展的重要机遇。

  2016年10月,国家能源局正式发布《生物质能发展“十三五”规划》。其中明确,到2020年,生物质能基本实现商业化和规模化利用。生物质能年利用量约5800万吨标准煤。生物质发电总装机容量达到1500万千瓦,年发电量900亿千瓦时;生物天然气年利用量80亿立方米;生物液体燃料年利用量600万吨;生物质成型燃料年利用量3000万吨。

  “我国污水排放约400亿吨/年,平均收费不到1元/吨,运行费不过400亿元/年,污水处理支撑起了几十家上市公司。而生物质燃气如果按照500亿立方米/年产能来算,运行费用超过1500亿元/年,投资将超过上万亿元,其市场容量远大于污水处理。”针对生物质燃气产业的发展前景,清华大学环境学院教授王凯军立场坚定地亮出自己的观点——生物质燃气大产业的时代已然到来。

  生物质燃气产业发展可弥补天然气缺口 

  能源安全问题不仅影响经济发展,而且是国家安全的重要组成部分。王凯军在介绍生物质燃气产业发展背景时说,早在几年前,科技部就已经从国家战略高度部署推进了我国生物质燃气产业的发展。《世界能源》杂志提出,预计到2030年,中国天然气需求量将从现在不到2000亿立方米增加到4000亿立方米。除国内生产和进口外,天然气缺口仍将达到2000亿立方米。有观点曾针对国家能源战略大胆提出设想,即其中1500亿立方米的需求量可以通过煤制气来解决,剩下500亿立方米将由生物质燃气弥补。

  据介绍,目前,在世界范围内,许多国家都开始将生物质燃气和可再生能源发展作为国家重大战略。2011年,日本福岛核事故后,德国便开始加快推动能源转型战略,即“2020年彻底关闭其境内的全部核电站,且到2050年前,可再生能源使用比例提高至80%”。瑞典则提出,到2050年前后,生物质燃气将全部取代石化天然气。英国政府和工业界也联合发布了厌氧消化战略和相应的行动计划。

  王凯军坦言,从时间上看,我国提出生物质燃气发展战略已经略晚于上述国家。但是,我国生物质燃气资源量丰富,具有弥补天然气缺口的巨大潜力,且政策支持形势利好。据粗略估算,目前我国生物质燃气资源量近2000亿立方米,到2050年,该数值将超过3000亿立方米。随着生物质燃气产业的发展,预计将会有更多的农业废弃物用于生物质燃气生产。从体量和农业面源污染控制需求上看,农业废弃物气化是今后生物质燃气产业化工作的重点。

  国家能源局在《生物质能发展“十三五”规划》中提出,到2020年建设160个生物天然气示范点,年产量达到80亿立方米;到2030年超过400亿立方米。“这与500亿立方米缺口是基本相吻合的。”王凯军说。

  政策利好推动生物质燃气工程大型化 

  “在生物质产业政策利好的背景下,我国生物质燃气工程大型化转型势在必行。”王凯军介绍说,2003年~2014年,国家投资近400亿元建设近10万座沼气工程,取得巨大成效。然而,以中小型工程为主,单座工程日产气量很低。德国等欧洲国家,均以大型沼气工程为主。据统计,2014年底,欧洲和德国的发电沼气工程数量约为17000个和8000个,平均单个工程日产气量基本都在6000立方米左右,发电装机500千瓦。近年来,欧洲和德国生物天然气工程数量虽然少,发展却很快,分别约为370座和170座,单座平均日产生物质燃气在1万立方米左右。

  “从规模效应上看,建设5000立方米到10000立方米生物质燃气规模的工程是比较合适的。这与国家发改委、农业部及国家能源局发布的数据相吻合。”在王凯军看来,目前,如何顺利实现大型化转型,是生物质燃气产业发展的重中之重。

  大型化转型难题亟待破解 

  据王凯军介绍,目前,我国生物质燃气工程在原料收储运、集中处理、产品销售与利用等环节均不支持规模化生产,这也成为其大型化转型的重大难题。实际上,早在2013年,山东省就已经发起了“十万亿”生物质燃气项目的倡议,并于2015年正式启动了“山东省畜禽污染防治与资源化三级网络体系构建研究”项目。在该项目中,针对不同环节研究解决问题的途径,构建涵盖“收储运-生产处理-产品销售”全链条的“三级网络”体系。第一级网络是指原料的收集、储存、转运系统;第二级网络是指生产处理系统,包括厌氧消化、有机肥生产、沼气精制等;第三级网络是指生物质燃气、肥料的销售利用系统。综合来看,构建面向农业废弃物资源化利用的三级网络系统,是破解生物质燃气工程大型化转型难题的重要途径之一。

  在资源化生产技术网络方面,虽然其发展与应用相对比较成熟,但在大型化转型过程中却仍然面临着技术、反应器、材料和设备的选择难题。对此,王凯军建议,在大型沼气工程建设与推广过程中,应构建几种简单且通用的技术设备模式以替代目前五花八门的选择。

  王凯军说,标准化设计、系列化产品和自动化运行是实现沼气工程产业化发展的必然要求和趋势。在沼气精制方面,无论是化学吸附、变压吸附、物理吸附等传统技术,还是近年来兴起的膜分离技术,其发展都已经非常成熟。例如,山东什邡的高效可移动式撬装沼气精制设备已经能够将脱水、脱硫、脱碳和压缩等单元集成到集装箱内,能缩短施工周期,减少占地面积。在沼渣沼液处理和资源化生产方面,目前开展的相关工作也很多。此外,利用现代网络技术进一步优化与提升资源化生产过程将是今后一个重要的发展趋势。

  生物质燃气更有助于克霾减排 

  关于生物质燃气的利用问题,王凯军说,目前国内外生物质燃气主要用于绿色公交、工业改造和居民燃气等,而农业废弃物生物质燃气在克霾减排中的重要作用也值得关注。相比于火电厂燃煤,散煤燃烧的排放强度集中,低空排放且无任何污染防治措施,对雾霾的“贡献”更加突出。据估算,山东省村镇耗煤量约4500万吨/年,其污染量相当于火电厂燃煤量为4.5亿吨/年至6.75亿吨/年的污染量。

  王凯军说,“如果采用生物质燃气替代散煤燃烧,将对控制雾霾有很大益处。”

  那么,要如何促进生物质燃气产业发展?最后,王凯军对生物质燃气产业发展提出两点展望:一是通过“互联网+三级网络”加速生物质燃气产业的发展。即通过构建生物质燃气产业互联网平台,实现农业废弃物收储运、资源化生产、产品销售利用产业链全生命周期跟踪管控,做到环境效益与经济效益、社会效益共赢。二是生物质燃气发展促进农业产业升级。即以生物质燃气产业发展带动区域养殖、种植、肥料、燃气等行业的优化与升级,最终构建以“农业废弃物收储运-资源化处理-产品销售与利用”三级网络为核心的良性产业生态圈。

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  生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。以工、农业生物质废物为原料生产生物质燃气,可以实现废物减量化,改善农村、城市生态环境,并可生产生物质能。生物质能涵盖于“节能环保”和“新能源”两个战略性新兴产业之中,是一个跨越多个产业的战略性新兴产业。

  当前,我国生物质燃气产业市场正在不断扩大。资料显示,到2015年,我国已建或在建城市废物沼气(含填埋气)工程1261个,其中混合垃圾工程13个,可年处理废物0.06亿吨,生产生物质燃气0.8亿立方米;厨余垃圾工程48个,可年处理废物0.05亿吨,生产生物质燃气2.8亿立方米;市政污泥工程200个,可年处理废物0.067亿吨,生产生物质燃气2.76亿立方米;填埋场工程1000个,可年处理废物1.35亿吨,生产生物质燃气25.9亿立方米。此外,已建或在建工业废渣和废水沼气工程3590个,其中废渣工程290个,可年处理废物0.25亿吨,生产生物质燃气9亿立方米;废水工程3500个,可年处理废水9亿吨,生产生物质燃气45亿立方米。已建或在建生物质燃气生产能力,城市32.26亿立方米、工业54亿立方米、农业75亿立方米,总计161.26亿立方米,占我国天然气年生产量的14.9%,占其年消费量的11%。

  原标题:清华大学环境学院教授王凯军谈生物质燃气产业的发展前景

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