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国生物质能产业发展现状及趋势分析


万方数据

第9期

王久臣等:中国生物质能产业发展现状厦趋势分析

工业副产品可用于发电或固体成型,畜禽粪便通常用于 发酵制取沼气,能源作物用于生产生物液体燃料。 2005年中国小麦、玉米、稻谷、棉花、大豆、薯类、油 料等主要农作物产量达5亿tn“,经计算秸秆产量约 6亿t(如图1所示)口“。目前秸秆的用途主要是作为

饲 料、肥料和工业原料以及农村居民生活燃料等,其中有 1.5亿~2亿t可能源化利用。 农产品在加工过程中产生的剩余物主要包括稻壳、 玉米芯、花生壳、甘蔗渣等,年产量约1.3亿t。

户,奶牛和肉牛o.157亿户,蛋鸡和肉鸡o.85亿户,羊 o.26亿户o“,考虑混合养殖、气候和社会经济等因素, 约有1.46亿农户适宜发展沼气““。另一种是集约化规 模饲养,主要在大中型养殖场,对牛(奶牛和肉牛)、猪和 鸡(蛋鸡和肉鸡)采用圈养方式,粪便集中,易于收集。根 据这些畜禽的存栏数、品种、体重、粪便排泄量等因素 (表1),可估算出畜禽粪便资源的实物量。2005年全国 猪、牛、鸡三大类畜禽规模化养殖场约391万处,存栏量 约1.4亿头猪单位o”(换算比例:30只蛋鸡折算成l头 猪,60只肉鸡折算成1头猪,1头奶牛折算成10头猪, 1头肉牛折算成5头猪),畜禽粪便资源的实物量为


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10.9亿t,理论上可生产650亿m3的福气。其中,大中 型(养殖出栏3000头猪单位以上)约11952处,养殖量 约7528万头猪单位。畜禽粪便资源的实物量为 1.38亿t。 中国适宜种植的能源作物主要有甜高粱、木薯、甘 薯、油菜等草本能源作物和麻疯树、黄连木、油棕等木本 能源作物。由于中国人口众多,人均耕地占有面积少,发 展能源作物必须避免与粮争地和与人争粮的问题,种植
图1 中回历年秸秆产量趋势变化圈

Fig,1

Yield of straw in

diffe姗t”ars in

能源作物必须利用未利用土地资源。据测算,中国有各
China

种荒地约2.88亿hm2。其中,宜农荒地l亿hm2;荒草 地o.49亿hm2;盐碱地o.1亿hm2;沼泽地o.04亿 hm2;宜林荒地1.25亿hm2,在上述荒地中约2亿hm2 可用于能源作物的种植口61“。

中国畜禽喂养方式一般分为两种,一种是传统的分 户圈养.主要适用于小型养殖场和家庭,易于发展农村 户用沼气。截至2005年底,中国生猪分散养殖门o.9亿
表l
Table 1

2005年全国猪牛鸡规模化养殖粪便排放情况
on

Excfe唧titious

emission of swine5 cattles and ch_cken

farm in scale in 2005 in China

1.2林业生物质能资源

1.3农产品加工业有机废水 农产品加工业有机废水主要是指酒精、酿酒、制糖, 食品、制药、造纸和屠宰等行业生产过程中排出的废水。 通过对酒精、制糖、啤酒、黄酒、白酒、淀粉、味精、饮料和 造纸等lo多个轻工业行业.以及制药、屠宰、面粉、植物 油、酱油、食品罐头、石化、天然橡胶和糠醛等10多个非 轻工业行业的初步统计,目前全国年产有机废水 25.2亿t,废渣o.7亿t∞…,可获得沼气资源量为 106.8亿m3。

根据2003年第六次全国森林资源清查资料,中国 森林面积约17490.9亿hm2,活立木总蓄量136.2亿 m3。其中,作为森林资源的重要组成部分,灌木林是 4529.7万hm。。据分析,中国目前每年可提供林业资源 约9亿t,其中可作能源用途的资源约3亿t,包括林加 工剩余物约2000万t,薪炭林约2270万t,用材林约 11790万t,灌木林约3390万t,疏林约720万t以及其 他林木废弃物等“…。

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农业工程学报

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1.4城市固体废物

等。目前,养殖场沼气工程的功能已开始从单纯获取能 源和简单的污染物处理逐步转向以保护和改善生态环 境为主。通过养殖场沼气工程的建设,把畜禽养殖业产 生的废弃物转化为可利用的清洁能源(沼气或沼气发 电)和优质有机肥,实现了畜禽粪便的变废为宝和养殖 企业的持续增效,形成了“资源一废弃物一再生资源”的 循环利用模式。 2.2生物液体燃料产业 中国生物液体燃料发展也取得了很大的成绩,特别 是以粮食为原辫的燃料乙醇生产已初步形成规模。 2.2.1燃料乙醇 “十五”期间,中国在河南、安徽、吉林和黑龙江分别 建设了以陈化粮为原料的燃料乙醇生产厂,生产能力达 到102万t/a,并从2002年开始,先后在东北三省以及 河南、安徽、山东、江苏,湖北、河北等九省区分两期进行 了车用乙醇汽油试点和示范,取得了良好的效果。中国 总体上人多地少,农业后备资源不足,在较长的一段时 期内,中国的粮食供应将处于紧平衡状态,使用玉米等 粮食作物为原料发展生物质能的空间十分有限,必须利 用未利用土地资源发展非粮作物的能源作物o“2“。为 保证原料来源,已开发出高品质的“醇甜系列”甜高粱品 种;自主开发的固体、液体发酵工艺和技术已达到应用 水平,并在黑龙江省建成年产5000 t的甜高粱茎秆生 产乙醇示范装置。当前甜高梁乙醇生产技术尚存在一些 问题需要解决,如资源储存、保鲜,如何实现全年连续生 产等。 另外,中国在利用纤维素制取燃料乙醇技术方面也 取得了一定的进展。“2“。国家“863”课题“纤维素废弃 物制取乙醇技术”通过生化法和热转化法的有机结合, 试验规模达到600 t}中石油在吉林燃料乙醇公司开展 了以玉米秸秆为原料的年产3000 t乙醇燃料工业化示 范项目研究论证;河南天冠集团与山东大学、河南农业 大学台作,在纤维素原料预处理和乙醇转化技术开发方 面取得一定的突破;安徽丰原集团与国内有关大专院校 在原料预处理、纤维素酶的培育等方面也取得初步成 果。但是,从总体来说,该项技术尚不成熟,诸如预处理、 纤维素酶和多糖发酵等关键性问题尚待研究解决。
2.2.2生物柴油

城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、 服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成 成分比较复杂,受当地居民的平均生活水平、能源消费 结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因 素影响。2003年,中国城市垃圾清运量达1.486亿t,平 均热值4.20 kJ/kg左右o“。随着城市化水平提高,城市 数量和城市规模的不断扩大,以及经济的发展和人们生 活水平的提高,城市固体废物的排放量也将不断增加。

2中国生物质能产业发展现状
近年来,中国生物质能利用取得了一定的成绩:沼 气产业基本形成;燃料乙醇年生产能力已达到102万 t口“,开发了甜高粱茎秆等非粮作物生产燃料乙醇的技 术;秸秆直燃发电示范工程正式并网运行。 2.1沼气产业 “十五”期问,国家累计投资34亿元专项支持沼气 建设,直接受益农户达374万户。截至2005年底,全国 农村户用沼气池已发展到1807万户,年产沼气总量约 70亿m3,折合标准煤约500万t,可以替代1540万t原 煤;全国建成养殖场沼气工程3556处。年产沼气总量约 2.3亿m3,可替代标准煤约17万t。
2.1.1农村户用沼气

农村户用沼气系统是把人畜粪便投人沼气发生装 置,在厌氧条件下经发酵生成沼气,为农户提供生活燃 料,同时副产的沼液和沼渣可以作为有机肥料部分替代 化肥。经过多年的研发,中国农村户用沼气技术已经成 熟。在池型方面,已经研制出适应不同气候,原料和使用 条件的标准化系列池型。在建池方面,目前广泛采用混 凝土现浇施工工艺.组装式沼气池正在发展,沼气池使 用寿命达到20a以上。在使用管理方面,开发出了各种 方便实用的进出料装置和工具,由大进料大出料发展到 随时进料,自动半自动出料,使沼气池的使用管理变得 更加简单易行。在综合利用方面,形成了北方“四位一 体”、南方“猪沼果”、西北“五配套”等为代表的能源生态 模式。沼气产业规模发展不断扩大,沼气灶具及其配套 产品年生产能力已达到500万套,沼气产品基本实现了 标准化生产,工程实现了规范化设计和专业化施工。此 外,目前还出现了秸秆沼气技术,已在全国100多个村 进行示范推广。 2.1.2养殖场沼气工程 养殖场沼气工程是以规模化畜禽养殖场粪便和污 水的厌氧消化为主要技术环节,集污水处理、沼气生产、 资源化利用为一体的系统工程。主要包括前处理设施、 厌氧消化系统、沼气利用系统、后处理与综合利用系统

目前,中国已有10多家柴油生产厂,大部分以工业 废油和废食用油为原料,生产规模都在2.o万t/a以 下,生产的生物柴油尚未进人运输燃料系统,直接供应 给运输企业或作为工厂和施工机械的动力燃料。生物柴 油生产需要稳定的油脂原料供给,但中国是油脂资源短 缺国家,近年来植物油进口量都在数百万吨,而且还呈 现上升趋势。因此,仿效西方发达国家,依靠扩大油料作

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物种植获取油脂资源,并不符合中国国情。中国宜林地 丰富,应重点发展木本油料作物。近年来,林科院、四川 大学等单位对麻疯树、光皮树、黄连木等能源作物进行 了大量的研究,建立了原料种植、品种选育、油料加工、 生物柴油转化及综合利用的技术推广体系,为产业化发 展奠定了良好的基础[2”州。另外,中国长江中下游地区 约有1861.98万hm2冬闲田,可用于种植油菜。
2.3生物质发电产业

在气化发电方面,中国已研制的中小型生物质气化 发电设备功率从l kw到2000 kw。从气化炉的结构上 看,有开心式气化炉、下吸式气化炉和循环流化床气化 炉。从气体内燃机上看,有单燃料气化内燃机和双燃料 气化内燃机,单机最大功率为700 kw。目前,中科院广 州能源所承担了国家863计划“3 Mw生物质气化发电 工程技术”项目已经通过科技部的验收,在江苏兴化建 设的示范电站装机容量为5 Mw,气化效率最高达 78%,燃气机组发电效率为29.8%,系统发电效率 27.8%,系统运行成本O.40元/kw。 中国沼气发电技术的研究与应用已有几十年的历 史,随着大中型沼气工程建设数量的增加,沼气发电越 来越受到人们的重视。中国一方面积极引进了国外先进 技术。兰州花庄奶牛繁殖中心引进了捷克Tdom沼气热 电联产设备,实现了并网发电,解决了厂区停电和牛粪 污染问题。另一方面,经过科技攻关,国产沼气发电机组 也已基本成熟,维柴、胜动等厂家生产的燃气发电机组, 其技术性能指标已接近国际先进水平。 2.4生物质固体成型燃料 中国生物质固体成型技术的研究开发已有二十多 年的历史,20世纪90年代主要集中在螺旋挤压成型机 上,但存在着成型筒及螺旋轴磨损严重、寿命较短、电耗 大、成型工艺过于简单等缺点,导致综合生产成本较高, 发展停滞不前。进入2000年以来,生物质固体成型技术 取得明显的进展,成型设备的生产和应用已初步形成了 一定的规模,大部分为饲料设备生产厂转型而来;生物 质固体成型燃料目前处于试点示范阶段。

中国生物质发电技术可分为直接燃烧发电、混合燃 烧发电、气化发电和沼气发电。到2005年底,中国生物 质发电装机容量约为2000 Mw。其中,蔗渣发电约
1 700

Mw,垃圾发电约200 Mw,其余为稻壳等生物质

气化发电和沼气发电。蔗渣发电主要集中在广东、广西 和云南等地区,多为糖厂自备电厂,锅炉大多为中压或 次中压层燃炉,亦有使用流化床燃烧炉。 中国第一批秸秆生物燃烧发电厂在河北省石家庄 晋州市和山东省菏泽市单县建设,装机容量分别为2× 12Mw和25 Mw,发电量分别为lI 2亿kw.h和1.56 亿kw?h,年消耗秸秆20万t,其中单县电厂已经点火 运行。国能生物发电有限公司相继在江苏、安徽、河南、 吉林和黑龙江等省投资建设一批生物质电厂,2006年 底约有5个项目投产发电。另外中国节能投资公司拟在 江苏宿迁和句容市投资建设两座生物质直燃发电厂,已 于2005年12月开工,其中宿迁项目已点火投产口…。目 前,秸秆直燃发电技术仍存在着缺乏核心技术和设备、 发电成本偏高、秸秆收储运困难等问题。 国内相关机构也正在开展生物质与煤混合燃烧研 究。清华大学热能工程系与秦皇岛福电集团在75 t/h 燃煤循环流化床锅炉上进行了混燃发电试验,结果表 明,混燃比小于20%时,燃煤锅炉无须任何改进即可稳 定运行。2005年,中国首台煤粉秸秆混燃发电机组在山 东枣庄华电国际十里泉发电厂成功投产。该厂增加一套 秸秆收购、储存、粉碎、输送设备,同时在5号锅炉对角 增加两台秸秆燃烧器,并对供风系统及相关控制系统进 行改造。改造后的锅炉在基本保持原锅炉的性能及参数 不变的情况下,既可以混燃秸秆,也可以单独燃烧煤粉。 按年运行7236 h计算,改造后的机组每年将燃用lo.5 万多t秸秆,相当于减少7.56万t原煤消耗”“”]。但 是,由于存在难以准确计量等问题,混合燃烧无法享受 到补贴电价,制约了此项技术的推广。

3中国生物质转化利用技术评价
从“七五”以来,国家组织生物质能转化利用技术的 科学研究和科技攻关,沼气技术已走在世界前列;秸秆 气化及发电、燃料乙醇、生物柴油等技术均取得明显进 展,但与发达国家相比仍有一定的差距。除了经济发展 水平和政策因素外,缺乏先进、可行的工艺技术支撑,是 直接制约生物质资源大规模高效利用的原因,不同生物 质能利用技术的特点、适用场合和存在问题见表2。从 表中可以看出,直燃发电存在着核心技术未成熟、气化 发电存在着燃气质量低等问题。解决途径包括加大科研 力度,引进国外先进技术等。

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农业工程学报

2007年

4中国生物质能产业发展前景
4.1

设备和工艺技术,高产、优质古油能源作物育种、育苗和 大面积栽培技术,高产木质能源林的育种、育苗和大面 积栽培技术,生物质发电锅炉,小型生物质发电成套设 备,大型沼气工程成套设备,生物基化工产品等。 4.3大型企业积极参与,促进产业进入快速发展阶段 目前,从事生物质能产业的企业不再仅是中小企 业,国有大型企业和跨国公司也参与进来,极大地促进 了产业的发展,生物质能产业呈快速发展趋势。例如,中 粮集团已将生物质能作为其重点发展方向,2006年11 月,中粮集团在广西的20万t/a燃料乙醇项目正式启 动。国能和中国节能投资公司也将生物质直燃发电作为 其重点领域。国能生物质发电公司在江苏、安徽、河南、 吉林和黑龙江等省相继立项投资建设一批生物质电厂, 目前核准项目共22个,其中14个在建、1个投产,预计 到2007年年初,将有5个项目投产发电。此外,许多跨 国公司对中国生物质能产业也逐渐表现出浓厚的兴趣。

良好的宏观政策环境逐渐形成,为生物质能产业

提供了良好的发展机会 自2006年1月1日《中华人民共和国可再生能源 法》生教以来.国家有关部门相继出台了《可再生能源发 电有关管理规定》等配套实施细则,重点支持可再生能 源发电技术;财政部也发布了财税支持政策o”;农业部 也适时发布了《农业生物质能产业发展规划》。上述政策 措施的出台,无疑有利地保证了投资人的利益,生物质 能的开发利用迎来前所未有的历史机遇,这将全面促进
中国生物质能产业的发展。

4.2技术水平不断提高,产品领域深入拓展 随着生物质能开发利用产业的发展,相关技术将得 到长足的发展,主要有:纤维素分解生产乙醇技术,低成 本、高效水解酶技术,工业规模甜高粱生产乙醇的成套

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壬久臣等:中国生物质能产业发展现状及趋势分析

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5结语 综上所述,中国具有丰富的生物质能资源,约有7 亿t标准煤可作为能源利用。中国的生物质能产业发展 初具规模,积累了一些成熟的经验,但不同技术的产业 化现状并不平衡.少数生物质能转化利用技术已经比较 成熟,通过政府提供补贴等经济激励政策.实现了产业 化应用,如农村户用沼气、养殖场沼气工程和秸秆发电 技术;一批生物质能转化利用技术正处于试点示范阶 段,或正进人商业化早期发展阶段,在最近5~15年将 实现产业化,如生物质发电技术、生物质固体成型燃料 技术、秸秆生物气化技术、生物燃料乙醇和生物柴油技 术等;某些利用技术还存在诸如技术及成本等问题,影 响了推广应用,如秸秆热解气化技术和生物质快速热解 技术等。此外,还有一些生物质能转化利用技术正处于 研发阶段。有望在未来20年内取得突破,实现商业化应 用,如纤维素降解制取乙醇等技术。 农村户用沼气、固体成型燃料技术、秸秆生物气化 技术等可为农村居民提供优质的生活用能,替代传统的 低效燃烧方式,未来发展潜力巨大,应根据全国各地的 资源禀赋、生活习惯、经济发展状况,技术成熟程度和经 济性,因地制宜分阶段、分步骤进行发展;生物燃料乙醇 和生物柴油技术发展前景较大,但规模受原料来源所限 (土地资源与国家产业政策的影响);养殖场沼气工程作 为畜禽粪便治理的有效手段,其环境效益高于能源效 益,未来需求量较大;此外,纤维素降解制取乙醇和费托 合成被认为极具发展潜力,将是未来可能的发展方向。 因此,根据中国基本国情,发展生物质产业.一方面 要立足中国农作物秸秆、畜禽粪便和农产品加工副产品 等农业废弃物量大面广、利用率不高、环境污染严重的 现实,坚持以解决农村生活能源为重点,促进农村用能 结构、乡村面貌和生态环境的同步改善,重点发展农村 沼气、秸秆固体成型等技术,剩余部分用于发电;另一方 面,应替代化石能源,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,重点发展生物燃料乙醇 和生物柴油技术。 国家相继出台了促进生物质能产业发展的政策措 施,大型企业积极参与生物质能产业的开发,在国家提 出节能减排的大政策环境下,生物质能产业迎来了前所 未有的发展机遇,必将成为中国国民经济新的增长点之

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Analysis Of the development status and trends of biomass energy industry in China
Wang Jiuchenl,Dai Lin2.Tian Yishui媸,Oin ShIpin92 n.1x扣r£m吼£《sci强ce,T£fh∞Eogy曲d Ed“以ion,M洲st啼of
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Abstract:Development trends of biomass ene79y in the future were analyzed
ation

the basis of c。mprehensive evalu—
resources are

of biomass energy res。urces,industry development and poIicy environment in China.Biomass

rich in China.Biomass ene。gy indust。y begans t。take shape:biogas indust。y was basicaIly formed,fuel ethanol throughput reached l-02 mIllion tons per year,the technology that fueI ethanol was produced by
crops such
as use

of non—food

8weet sorghum stalks was developed and demonstration
to

project of direct furl—fired generation with

straw began to connect

powe。grid.Macro—policy environment

to

promote the development of biomass energy emphasis of biomass

industry gradually formed.
energy

Therefore,the concIusions were concluded that development
on

industry in the future in China would focus

biogas and

biogas powe‘generation,1iquid fuels,biomass

solid pellet fuel and biomass power generation}policles for the development of bi。mass energy industry would be funher 1mproved


the techno【ogy Ievel wouId be fu rther improved.There will be more 1arge—scale enterprises to
sure

participate in this industry;it is national economy.

that biomass ene。gy industry will become



new growth point of Chinese

Key words:biomass}biomass energy}Ko—ene。gy industry;development trend

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