前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇生物質能的來源范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發現更多的寫作思路和靈感。
生物質能的生物質特點:
可再生性:生物質能源是從太陽能轉化而來,可實現能源的永續利用;清潔、低碳:生物質能源中的有害物質含量很低,屬于清潔能源;替代優勢:利用現代技術可以將生物質能源轉化成可替代化石燃料的生物質成型燃料、生物質可燃氣、生物質液體燃料等;原料豐富:生物質能源資源豐富,分布廣泛。根據世界自然基金會的預計,全球生物質能源潛在可利用量達350EJ每年,約為82、12 億噸標準油,相當于2009年全球能源消耗量的73%。生物質能,是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式,即以生物質為載體的能量。直接或間接地來源于綠色植物的光合作用。
(來源:文章屋網 )
關鍵詞:生物質;生物質能;產業;沼氣;生物質發電;生物質燃料;能源作物
1 概 述
近年來,在能源危機、保護環境和可持續發展的呼聲中,可再生的清潔能源以及能源的多元化倍受關注,生物質能成為其中的一個新亮點。
為了促進可再生能源的開發利用,增加能源供應,改善能源結構,保障能源安全,保護環境,實現經濟社會的可持續發展,中國已經制定并實施了《可再生能源法》。可再生能源是清潔能源,是指在自然界中可以不斷再生、永續利用、取之不盡、用之不竭的資源,它對環境無害或危害極小,而且資源分布廣泛,適宜就地開發利用。根據《可再生能源法》的定義,目前主要包括太陽能、風能、水能、生物質能、地熱能和海洋能等非化石能源[1]。中國可再生能源資源非常豐富,開發利用的潛力很大,其中生物質能的開發潛力更大。
生物質能一直是人類賴以生存的重要能源,它目前是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源,在整個能源系統中占有重要地位[2]。據有關專家估計,生物質能極有可能成為未來可持續能源系統的重要組成部分,到下世紀中葉,采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40%以上。
生物質能是蘊藏在生物質中的能量,是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量。煤、石油和天然氣等化石能源也是由生物質能轉變而來的。生物質能是可再生能源,通常包括以下幾個方面:一是木材及森林工業廢棄物;二是農業廢棄物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工業有機廢棄物;六是動物糞便。在世界能耗中,生物質能約占14%,在不發達地區占60%以上。全世界約25億人的生活能源的90%以上是生物質能,直接燃燒生物質的熱效率僅為10%~30%[3]。生物質能的優點是燃燒容易,污染少,灰分較低;缺點是熱值及熱效率低,體積大而不易運輸。
目前世界各國正逐步采用如下方法利用生物質能:1)熱化學轉換法,獲得木炭、焦油和可燃氣體等高品位的能源產品,該方法又按其熱加工的工藝不同,分為高溫干餾、熱解、生物質液化等方法;2)生物化學轉換法,主要指生物質在微生物的發酵作用下,生成沼氣、酒精等能源產品;3)利用油料植物所產生的生物油;4)把生物質壓制成成型狀燃料(如塊型、棒型燃料),以便集中利用和提高熱效率。
“為了緩解中國能源短缺問題,保證能源安全,治理有機廢棄污染物,保護生態環境,建議國家應大力開發生物質能,實施能源農業的重大工程。”中國作物學會理事長路明研究員在接受記者采訪時說[4],“生物能源開發工程應主要包括:沼氣計劃、酒精計劃、秸稈能源利用計劃和能源作物培育計劃等。”
在2006年8月召開的全國生物質能源開發利用工作會議上,國家發展與改革委員會副主任陳德銘提出,今后15年,中國在生物質能源方面將重點發展農林生物質發電、生物液體燃料、沼氣及沼氣發電、生物固體成型燃料技術四大領域,開拓農村發展新型產業,為農村提供高效清潔的生活燃料,并為替代石油開辟新的渠道。
綜上所述,目前,中國生物質能源的產業化利用途徑主要包括以下方面:沼氣利用工程、農林生物質發電、生物固體成型燃料、生物質液體燃料、能源作物培育利用等。
2 中國生物質能產業發展目標
中國農村生物質能是一座待開發的寶藏。根據《可再生能源中長期發展規劃》確定的主要發展目標,到2010年,生物質發電達到550萬千瓦(5.5GW),生物液體燃料達到200萬噸,沼氣年利用量達到190億立方米,生物固體成型燃料達到100萬噸,生物質能源年利用量占到一次能源消費量的1%;到2020年,生物質發電裝機達到3000萬千瓦,生物液體燃料達到1000萬噸,沼氣年利用量達到400億立方米,生物固體成型燃料達到5000萬噸,生物質年利用量占到一次能源消費量的4%[5]。
開發利用生物質能是當前國內外廣泛關注的重大課題,既涉及農業和農村經濟發展,又關系到國家的能源安全。今后5~10年,中國農村生物質能發展的重點是沼氣、固體成型燃料和能源作物。《農業生物質能產業發展規劃》確定的主要發展目標是[6,7]:到2010年,全國農村戶用沼氣總數達到4000萬戶,新建大中型養殖場沼氣工程4000處,生物質能固體成型燃料年利用量達到
100萬噸,能源作物的種植面積達到2400萬畝左右。
據統計,全世界每年通過光合作用生成的生物質能約50億噸,相當于世界主要燃料消耗的10倍,而作為能源的利用量還不到其總量的1%,中國的利用量更是遠遠低于世界平均水平[8]。2005年,中國可再生能源開發利用總量約1.5億噸標準煤(tce),為當年全國一次能源消費總量的7%(其中非水電可再生能源利用占1%),根據政府的規劃目標,到2010和2020年可再生能源利用總量將達到2.7億tce和5億tce,分別占屆時能源消費總量的11%和16%(其中非水電可再生能源利用占2%和5%)[9]。因此,中國生物質能的發展利用空間很大。
3 中國生物質能產業化的發展前景
3.1沼氣利用工程的發展空間
沼氣的利用主要包括沼氣燃氣和沼氣發電。目前,中國農村生物質能開發利用已經進入了加快發展的重要時期。統計顯示,截至2005年底,中國農村中使用沼氣的農戶達到1807萬多戶,建成養殖場沼氣工程3556處,產沼氣約70億立方米,折合524萬噸標準煤,5000多萬能源短缺的農村居民通過使用了清潔的氣體燃料,生活條件得到根本改善[5]。中國已經建成大中型沼氣池3萬多個,總容積超過137萬立方米,年產沼氣5500萬立方米,僅100立方米以上規模的沼氣工程就達到630多處[10]。距離2010年預定目標的發展空間還很大。
中國經過二十多年的研發應用,在全國興建了大中型沼氣工程和戶用農村沼氣池的數量已位居世界第一。不論是厭氧消化工藝技術,還是建造、運行管理等都積累了豐富的實踐經驗,整體技術水平已進入國際先進行列。
沼氣發電發展前景廣闊,但目前還存在一些障礙,如技術障礙、市場障礙、政策障礙等,通過制定發展規劃、加強技術保障體系建設、引入競爭機制,創新投資體系,研究制定促進沼氣發展利用的國家級配套政策,等等。當技術、市場、政策等壁壘被克服后,沼氣發展前景廣闊,產業空間巨大。
3.2生物質能發電的發展前景
目前,生物質發電主要包括沼氣發電、生物質直燃發電、生物質混燃發電、農林秸稈生物質氣化發電、生物質炭化發電、林木生物質發電等。
生物質能源轉化為電能,正面臨著前所未有的發展良機:一方面,石油、煤炭等不可再生的化石能源價格飛漲;另一方面,各地政府頂著“節能降耗20%”的軍令狀,對落實和扶持生物質能源發電有了相當大的默契和熱情。國家電網公司擔任大股東的國能生物質發電公司目前已有19個秸稈發電項目得到了主管部門批準,大唐、華電、國電、中電等集團也紛紛加入,河北、山東、江蘇、安徽、河南、黑龍江等省的100多個縣、市開始投建或是簽訂秸稈發電項目[8]。
煤炭作為一次性能源,用一噸少一噸。而中國小麥、玉米、棉花等農作物種植面積很大,產量很高,而且農作物是可再生資源,相對于現在電廠頻頻“斷煤”、不堪煤價攀升的尷尬局面,推廣秸稈發電具有取之不盡的資源優勢和低廉的成本優勢。
生物質直接燃燒發電(簡稱生物質發電)是目前世界上僅次于風力發電的可再生能源發電技術。據初步估算,在中國,僅農作物秸稈技術可開發量就有6億噸,其中除部分用于農村炊事取暖等生活用能、滿足養殖業、秸稈還田和造紙需要之外,中國每年廢棄的農作物秸稈約有1億噸,折合標準煤5000萬噸。照此計算,預計到2020年,全國每年秸稈廢棄量將達2億噸以上,折合標準煤1億噸,相當于煤炭大省河南一年的產煤量。
為保障生物質發電原料供應,在強化傳統農業生產的基礎上,應大力開發森林、草地、山地、丘陵、荒地和沙漠等國土資源,充分挖掘生態系統的生物質生產潛力。重點加強高效光合轉化作物、速生林木與特種能源植物的培育推廣,大幅度擴大生物質資源的生產規模,逐步建立多樣化的生物質資源生產基地。
大力發展生物質發電正當其時。中國“十一五”規劃要求:建設資源節約型、環境友好型社會,大力發展可再生能源,加快開發生物質能源,支持發展秸稈發電,建設一批秸稈和林木質電站,生物質發電裝機達550萬千瓦。中國可再生能源發電價格實行政府定價和政府指導價兩種形式。其中生物質發電項目上網電價實行政府定價,電價標準由各省(自治區、直轄市)2005年脫硫燃煤機組標桿上網電價加每千瓦時0.25元補貼電價組成[11]。 作為《中華人民共和國可再生能源法》配套法規之一的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》規定,生物質發電項目補貼電價,在項目運行滿15年后取消。自2010年起,每年新批準和核準建設的發電項目補貼電價比上年批準項目遞減2%。發電消耗熱量中常規能源超過20%的混燃發電項目,不享受補貼電價[11]。通過招標確定投資人的生物質發電項目,上網電價按中標確定的價格執行,但不得高于所在地區的標桿電價。
2010年,中國生物質能產量將達到22TWh,生物質發電裝機容量5.5GW,占全國總發電量的0.78%;2020年,中國生物質能產量達到120TWh,生物質發電裝機容量30GW,占全國總發電量的2.6%;2010年和2020年可再生能源發電占發電總量的比例仍然較小,分別為8.63%和11.86%[12]。國家發展與改革委員會計劃到2020年底將可再生能源發電的比例提升到15%~16%。
據農業部提供的數據[13],中國擁有充足的可發展能源作物,如農作物秸稈年產6億噸、畜禽糞便年產21.5億噸、農產品加工業如稻殼、玉米芯、花生殼、甘蔗渣等副產品的年產量超過1億噸、邊際土地4.2億公頃,同時還包括各種荒地、荒草地、鹽堿地、沼澤地等。據中國科學院石元春院士估計,如果能利用現有農作物秸稈資源的一半,生物質產業的產值就可達近萬億元人民幣。截止到2005年底,中國生物質發電量2GW,距離2010年的5.5GW和2020年的30GW還有很大的發展空間。作為唯一可運輸并儲存的可再生能源,憑其優越的先天條件,中國生物質能發電產業具備廣闊的發展空間,擁有巨大的投資價值。
3.3 生物質固體燃料的發展模式
生物質固體成型燃料也是農業部今后的重點發展領域之一。農業部將重點示范推廣農作物秸稈固體成型燃料,重點在東北、黃淮海和長江中下游糧食主產區進行試點示范建設和推廣,發展顆粒、棒狀和塊狀固體成型燃料,并同步開發推廣配套爐具,為農戶提供炊事燃料和取暖用能。
豐富、清潔、環保又可再生的生物質能源過去卻沒有得到重視,而被白白浪費掉。河南農業大學張百良教授分析指出,除去飼養牲畜、工業用和秸稈還田,中國每年還具有4億噸制作成型燃料的資源可以生產1.5億噸成型燃料,可替代1億噸原煤,相當于4個平頂山煤礦的年產量[8]。以農作物秸稈為原料的生物質固體燃料產業規模雖然不是很大,但因目前開發程度低,發展空間仍巨大。
3.4生物質液體燃料的發展模式
3.4.1 生物液體燃料生產大國的典型模式
生物液體燃料具有替代石油產品的巨大潛力,得到了各國的重視,主要包括燃料乙醇和生物柴油。國際油價的持續攀升,提高了生物液體燃料的經濟性,在一些國家和地區已經具有了商業競爭力。目前,巴西燃料乙醇折合成油價約25美元/桶,低于原油價格。2005年,巴西和美國仍然是燃料乙醇的生產大國,分別以甘蔗和玉米為原料,摻混汽油,占其國內車用交通燃料的50%和3%,比2004年分別提高6%和1%。美國在2001~2005年,燃料乙醇產量已經翻了一番,2005年最新的能源法案中又提出,到2010年燃料乙醇產量再增加一倍的目標。歐盟確定了到2010年生物液體燃料在總燃料消耗的比例達到6%的目標[14]。
目前,生產生物液體燃料比較成功的典型模式有巴西模式和美國模式。
1)巴西甘蔗-乙醇模式
巴西是推動世界生物燃料業發展的先鋒。它利用從甘蔗中提煉出的蔗糖生產乙醇,代替汽油作為機動車行駛的燃料。如今巴西乙醇和其他競爭燃料相比,價格上已具有競爭性。這也是當前生物燃料業發展最為成功的典范。巴西熱帶地區的光照使得那里非常適合種植甘蔗。現在,巴西已經是世界上最大的甘蔗種植國,每年甘蔗產量的一半用來生產白糖,另一半用來生產乙醇。
最近幾年,由于過高的汽油價格和混合燃料轎車的推廣,巴西燃料乙醇工業更是得到了長足的發展。混合燃料轎車能夠以汽油和乙醇的混合物為燃料,自從2003年在巴西大眾市場銷售后,銷量節節攀升,目前已經占據了巴西轎車市場的半壁江山。在混合燃料轎車需求的拉動下,巴西燃料乙醇的日產量從2001年的3000萬升增加到2005年的4500萬升,已能滿足國內約40%的汽車能源需求[14]。
用蔗糖生產乙醇是目前世界上制造乙醇最便宜的方法。在未來4年中,巴西計劃將新建40~50家大型乙醇加工廠。為了保證原料供應,甘蔗的種植面積也將不斷擴大。
當前巴西生物燃料發展戰略的成功,并不意味著巴西的蔗糖乙醇會成為世界生物燃料業未來的選擇。因為即使只替代目前全球汽油產量的10%,也需要將巴西現有的甘蔗種植面積擴大40倍。巴西不可能“騰”出這么多土地用于種植甘蔗。另外,由于甘蔗的品種有強烈的地域性,巴西的技術路線在別的國家很難走得通。就連非洲、印度、印度尼西亞都無法照搬,更別說主要地處溫帶的中國了。
因此,巴西模式盡管取得了迄今最大的成功,但卻不是未來世界生物燃料業發展的方向,更不適合地處溫帶、缺少耕地的中國。探索適合中國國情的生物液體燃料發展模式成為當務之急。
2)美國玉米-乙醇模式
美國是主要的燃料乙醇生產國之一,但與巴西不同,它用的不是甘蔗而是玉米。盡管有不少反對的聲音,但美國燃料乙醇的日產量仍從1980年的100萬升增加到現在的4000萬升。目前,美國已投入生產的乙醇生產廠有97家,另外還有35家正在建設當中。這些工廠幾乎都集中在玉米種植帶。
玉米中用于生產乙醇的主要成分是淀粉,通過發酵它可以很容易地分解為乙醇。這正是用玉米生產乙醇的優勢,但這也是人們反對的原因,因為淀粉是一種重要的糧食。2007年美國計劃投入4200萬噸玉米用于乙醇生產,按照全球平均食品消費水平,同等數量的玉米可以滿足1.35億人口一年的食品消耗[14]。
中國現在80%的乙醇的原料是谷類,由于原本過剩的谷物在2000年后產量快速減少,使得燃料乙醇的發展再次面臨挑戰[15]。玉米加工燃料乙醇業過快發展,一些地區甚至玉米主產區已在考慮進口玉米了。國家已經制定相關政策,對玉米加工燃料乙醇項目加以限制,強調發展燃料乙醇要以非糧原料為主,因為谷類供給安全問題對于擁有巨大人口的中國來說,始終應該放在首位。糧食安全始終是國家重大戰略問題。中國糧食不能承受“能源化”之重。中國國情和美國、巴西不一樣,其成功經驗雖有可資借鑒之處,但不能照搬他們的模式。
生物液體燃料方面新技術的研發,在很大程度上取決于解決生物燃料生產的原料供應問題。目前生產液體燃料大多使用的是糧食類作物,如玉米、大豆、油菜籽、甘蔗等。但是從能源的投入、產出分析,利用糧食類作物生產液體燃料是不經濟的。因此,利用木質纖維素制取燃料乙醇將是解決生物液體燃料的原料來源和降低成本的主要途徑之一。
3.4.2中國生物質液體燃料的產業化發展途徑
中國生物液體燃料的發展已初具規模。當前,中國以陳化糧為原料生產燃料乙醇的示范工程,年生產能力已達102萬噸,生產成本也達到了消費群體初步接受的水平。在非糧食能源作物種植方面,中國已培育出“醇甜系列”雜交甜高粱品種,并建成了產業化示范基地,培育并引進多個畝產超過3噸的優良木薯品種,育成了一批能源甘蔗新品系和能糖兼用甘蔗品種。具備了利用菜籽油、棉籽油、木油、茶油和地溝油等原料年產10萬噸生物柴油的生產能力[16]。
1)油菜籽-生物柴油模式
中國農科院油料作物研究所所長王漢中研究員呼吁:國家應大力推廣“油菜生物柴油”。生物柴油相對于礦物柴油而言,是通過植物油脂脫甘油后再經過甲脂化而獲得。發展油菜生物柴油具備三大優點:一是可再生;二是優良的環保特性:生物柴油中不含硫和芳香族烷烴,使得二氧化硫、硫化物等廢氣的排放量顯著降低,可降解性還明顯高于礦物柴油;三是可被現有的柴油機和柴油配送系統直接利用。因此,生物柴油在石油能源的替代戰略中具有核心地位。
目前,發展生物柴油的瓶頸是原料。木本油料的規模有限,大豆、花生等草本油料作物與水稻、玉米等主要糧食作物爭地,擴大面積的潛力不大。而作為生物柴油的理想原料,油菜具有其獨特的優勢。首先適應范圍廣,發展潛力大:長江、黃淮流域、西北、東北等廣大地區都適宜于油菜生長;其次油菜的化學組成與柴油很相近:低芥酸菜油的脂肪酸碳鏈組成與柴油很相近,是生物柴油的理想原料;第三,可較好地協調中國糧食安全與能源安全的矛盾:長江流域和黃淮地區的油菜為冬油菜,充分利用了耕地的冬閑季節,不與主要糧食作物爭地。
根據歐洲油菜發展的經驗和油料科技進步的情況,王漢中預計,只要政策、科技、投入均能到位,經過15年的努力,到2020年,中國油菜種植面積可達到4億畝,平均畝產達到200千克,含油量達到50%左右。屆時,中國每年可依靠“能源油菜”生產6000萬噸的生物柴油(其中4000萬噸來源于菜油,2000萬噸來源于油菜秸稈的加工轉化),相當于建造3個永不枯竭的“綠色大慶油田”[17]。
2)纖維素-乙醇模式
在整個生物燃料領域,當前最吸引投資者的并不是用蔗糖、玉米生產乙醇,或是從油菜籽中提煉生物柴油,而是用纖維素制造乙醇。所有植物的木質部分--通俗地說,就是“骨架”--都是由纖維素構成的,它們不像淀粉那樣容易被分解,但大部分植物“捕獲”的太陽能大多儲存在纖維素中。如果能把自然界豐富且不能食用的“廢物”纖維素轉化為乙醇,那么將為世界生物燃料業的發展找到一條可行的道路。
雖然因技術上的限制,目前還沒有一家纖維素乙醇制造廠的產量達到商業規模,但很多大的能源公司都在競相改進將纖維素轉化為乙醇的技術。最大的技術障礙是預處理環節(將纖維素轉化為通過發酵能夠分解的成分)的費用過于昂貴。但是,要想用纖維素生產乙醇,預處理環節無法回避。技術上的不確定性,迫使制造乙醇的大部分投資仍集中在傳統的工藝--通過玉米、蔗糖生產乙醇,但這些辦法無法從根本上解決當前的能源危機。為了保證能源安全,美國總統布什說,美國政府計劃在6年內把纖維素乙醇發展成一種有競爭力的生物燃料。
因為發展能源不可能走犧牲糧食的道路。盡管現在技術上還存在障礙,但大部分人仍相信,利用纖維素生產燃料乙醇代表了未來生物燃料發展的方向。中國生物質液體燃料的未來也同樣寄希望于用纖維素生產燃料乙醇。一旦技術取得突破,纖維素乙醇產業化發展空間巨大,產值難以估量。但是,各國的國情與能源結構不同,不能寄希望于某個方面來解決,因為任何國家都不可能單靠技術引進發展本國的生物燃料產業。因此,需要因地制宜,多能互補。
3)能源作物-生物液體燃料模式
石元春院士表示,在能源結構的歷史轉型中,中國發展生物質能源有很強的現實性和可行性。目前,中國對石油的進口依存度為近40%;SO2和CO2的排放量也分居世界第一和第二位。中國發展生物質能源不僅原料豐富,而且還有自行培養的甜高粱、麻瘋樹等優良能源植物;燃料乙醇、生物柴油等主產品工業轉化技術基本成熟且有較大的改進空間,成本降幅一般在25%~45%,且目前在新疆、山東、四川等地已取得進展[4]。
發展能源作物不會威脅糧食安全與環保。曾有專家提出能源安全和糧食安全存在矛盾。解決這個問題需要充分認識到糧食安全和能源安全有統一性,發展能源農業將是促進農民增收、調動農民種糧積極性的有效措施。糧食作物和能源作物有很好的互補性。首先,能源作物大都是高產作物,既能滿足糧食安全的需求,又是很好的能源作物。其次,能源農業開發的領域很廣,可以做到不與或少與糧食爭地。能源農業開發的領域,大多是利用農業生產中的廢棄物,如利用畜禽場糞便、農產品加工企業的廢水與廢物開發能源,既能增加農民收入,又能為糧食生產提供優質肥料,是生產清潔能源、促進糧食生產、保證糧食安全和能源安全的雙贏舉措。
除糧食外,中國其他可用于生物質能生產的植物和原料還有很多,如甘蔗、甜菜、薯類等。廣西科學院院長黃日波說,僅廣西的甘蔗資源和木薯資源分別具備年產830萬噸和1300萬噸生物乙醇的生產潛力,加起來超過2000萬噸[15]。
科技部中國生物技術發展中心有關專家指出,根據能源作物生產條件以及不同作物的用途和社會需求,估計中國未來可以種植甜高粱的宜農荒地資源約有1300萬公頃,種植木薯的土地資源約有500萬公頃,種植甘蔗的土地資源約有1500萬公頃[15]。如果其中20%~30%的宜農荒地可以用來種植上述能源作物,充分利用中國現有土地與技術,生產的生物質可轉化5000萬噸乙醇,前景十分可觀。
據農業部科教司透露,為穩步推動中國生物質能源的發展,并為決策和進一步開發利用土地資源提供可靠的數據,該司決定按照“不與人爭糧,不與糧爭地”的原則,開展對適宜種植生物質液體燃料專用能源作物的邊際土地資源進行調查與評價工作,以摸清適宜種植能源作物邊際土地資源總量及分布情況[18]。
以能源作物為原料的生物液體燃料模式發展潛力巨大,將是未來生物質能源發展的方向之一。
4) 林木生物質-生物柴油發展模式
利用中國豐富的林木生物質資源生產生物柴油,將薪炭林轉變為能源林,實現以林木生物質能源對油汽的替代或部分替代,探索兼顧能源建設和生態環境建設的新模式,實現可再生能源與環境的可持續發展。開發林業生物質能產業是林業的一個很有潛力的新產業鏈,既是機會,也是創新,不僅具有巨大潛力和發展空間,更是林業發展新的戰略增長點。
“森林具有可再生資源的屬性。林業是天然的循環經濟。生物質能技術是林業發展的新契機。”專家研究指出,中國生物質資源比較豐富,據初步估計,中國僅現有的農林廢棄物實物量為15億噸,約合7.4億噸標準煤,可開發量約為4.6億噸標準煤[19]。專家預測2020年實物量和可開發量將分別達到11.65億噸和8.3億噸標準煤。中國現有木本油料林總面積超過600多萬公頃,主要油料樹種果實年產量在200多萬噸以上,其中,不少是轉化生物柴油的原料,像麻瘋樹、黃連木等樹種果實是開發生物柴油的上等原料。
中國現有300多萬公頃薪炭林,每年約可獲得近1億噸高燃燒值的生物量;中國北方有大面積的灌木林亟待利用,估計每年可采集木質燃料資源1億噸左右;全國用材林已形成大約5700多萬公頃的中幼齡林,如正常撫育間伐,可提供1億多噸的生物質能源原料;同時,林區木材采伐、加工剩余物、城市街道綠化修枝還能提供可觀的生物質能源原料[19]。
中國發展林業生物質能源前景十分廣闊。中國林業可用來發展生物質能源的樹種多樣,可作為能源利用的現有資源數量可觀。在已查明的油料植物中,種子含油量40%以上的植物有150多種,能夠規模化培育利用的喬灌木樹種有10多種。目前,作為生物柴油開發利用較為成熟的有小桐子、黃連木、光皮樹、文冠果、油桐和烏桕等樹種。初步統計,這些油料樹種現有相對成片分布面積超過135萬公頃,年果實產量在100萬噸以上,如能全部加工利用,可獲得40余萬噸生物柴油[19]。
目前全國尚有5400多萬公頃宜林荒山荒地,如果利用其中的20%的土地來種植能源植物,每年產生的生物質量可達2億噸,相當于1億噸標準煤;中國還有近1億公頃的鹽堿地、沙地、礦山、油田復墾地,這些不適宜農業生產的土地,經過開發和改良,大都可以變成發展林木生物質能源的綠色“大油田”、“大煤礦”,補充中國未來經濟發展對能源的需要[18]。國家林業局副局長祝列克介紹,“十一五”期間,中國主要開展林業生物質能源示范建設,到2010年,實現提供年產20萬噸~30萬噸生物柴油原料和裝機容量為100萬千瓦發電的年耗木質原料。到2020年,可發展專用能源林1300多萬公頃,專用能源林可提供年產近600萬噸生物柴油原料和裝機容量為1200萬千瓦發電年耗木質原料,兩項產能量可占國家生物質能源發展目標30%以上,加上利用林業生產剩余物,林業生物質能源占到國家生物質能源發展目標的50%以上[19]。
可見,林木生物質能源的發展將逐步成為中國生物質能源的主導產業,發展空間巨大,前景廣闊。
4 結 語
國家已出臺的《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五”發展專項規劃》及相關產業政策,明確提出“因地制宜,非糧為主”的發展原則,發展替代能源堅持“不與人爭糧,不與糧爭地”,要更加依靠非糧食原料。從大方向來看,用非糧原料能源替代化石能源是長遠方向,例如薯類和纖維質以及一些植物果實來替代。為避免糧食“能源化”問題[20],必須開發替代糧食的能源原料資源。開發替代糧食資源,如以農作物秸稈和林木為代表的各類木質纖維類生物質,及其相應的生物柴油和燃料乙醇生產技術,被專家們認為是未來解決生物質液體燃料原料成本高、原料有限的根本出路。
生物質能源將成為未來能源重要組成部分,到2015年,全球總能耗將有40%來自生物質能源,主要通過生物質能發電和生物質液體燃料的產業化發展實現。
有關專家也對生物質能源的發展寄予了厚望,認為中國完全有條件進行生物能源和生物材料規模工業化、產業化,可以在2020年形成產值規模達萬億元。
雖然生物質能源發展潛力巨大、前景廣闊,并正在逐步打破中國傳統的能源格局,但是生物質能的產業化發展過程也并非一帆風順,因為生物質原料極其分散,采集成本、運輸成本和生產成本很高,成為生物質燃料乙醇業的致命傷,若不能妥善解決將可能成為生物質能產業發展的瓶頸。
生物質能的資源量豐富并且是環境友好型能源,從資源潛力、生產成本以及可能發揮的作用分析,包括生物燃油產業化在內的生物質能產業化開發技術將成為中國能源可持續發展的新動力,成為維護中國能源安全的重要發展方向。在集約化養殖場和養殖小區建設大中型沼氣工程也將成為中國利用生物能源發電的新趨勢。從環保、能源安全和資源潛力綜合考慮,在中國推進包括以沼氣、秸稈、林產業剩余物、海洋生物、工業廢棄物為原料的生物質能產業化的前景將十分廣闊。
[參考文獻]:
[1] 中華人民共和國可再生能源法.china.org.cn/chinese/law/798072.htm.
[2] 生物質能發展重點確定沼氣固體成型燃料能源作物[EB/OL]. (2007-01-26)[2007-03-18].(來源:人民日報)。
[3] 生物質能的概況. (2006-11-22)[2007-04-02].
[4] 潘 希. 生物質能欲開辟中國農業“第三戰場”。 科學時報,2005-04-30.
[5] 佚 名。我國確定農村生物質能發展戰略目標[EB/OL]. (2006-10-13)[2007-03-18]. 來源: 新華網.
[6] 生物質能發展重點確定沼氣固體成型燃料能源作物[EB/OL]. (2007-01-26)[2007-03-18].(來源:人民日報)。
[7] 師曉京. 農業部正制定《農業生物質能產業發展規劃》,今后重點發展沼氣、固體成型燃料和能源作物[N]. 農民日報,2007-01-26.
[8] 王瓊杰. 日生物質能源能挑起我國未來能源的“大梁”嗎?中國礦業報,2007-03-06.
[9] 世界可再生能源發展現狀及未來發展趨勢分析.[EB/OL]
[10] 譚利偉,簡保權. 生物質能源的開發利用[J]. 農業工程技術.新能源產業,2007,總291期,第3期:18-27.
[11] 《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》[S]. [2007-04-03].
[12] Hu Xuehao. The Development Prospects of Renewable Energy and Distributed Generation in Power System and the Requirement for Energy Storage Technology[R/OL]. 2006 International Conferences on Power System Technology, Chongqing, China, October 22-24, 2006.
[13]中國科學技術信息研究所. 農業生物質資源-待開發的金礦。2006[2007-04-2].
[14] 蔡如鵬. 生物燃料走在路上[J]中國新聞周刊,2006,第48期,第66頁.
[15] 王一娟 徐時芬. 專家為中國生物能源發展獻策--開發替代糧食原料,破解燃料乙醇困局[J]. 經濟參考報,2005-09-30.
[16]農村生物質能利用大有可為[EB/OL] . (2007-02-25)[2007-04-04].
[17] 胡其峰.專家呼吁大力推廣“油菜生物柴油”[N/OL].光明日報, 2005-08-02.
[18] 師曉京. 農業部開展適宜種植能源作物邊際土地資源調查[N/OL]. 農民日報,2007-03-21.
[關鍵詞]生物質能發電;總量目標制度;定價制度;費用分攤機制;財稅政策
[中圖分類號]F206 [文獻標識碼]A [文章編號]1008―2670(2010)03―0029―05
低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟發展模式,是實現經濟可持續發展的必由之路。發展低碳經濟正成為世界各國尋求經濟復蘇、實現可持續發展的重要戰略選擇。我國政府近年來把發展低碳經濟作為經濟復蘇和新一輪經濟增長的重要引擎,這不僅是應對全球氣候變暖、體現大國責任的舉措,也是解決能源瓶頸、消除環境污染、提升產業結構的一大契機。作為低碳產業重要組成部分的生物質能發電產業,其發展對我國實現能源和經濟結構升級具有重要戰略意義。
然而,目前在我國,作為生物質能發電產業主體的生物質能發電企業一直處于虧損經營,這不僅不利于激發投資者投資生物質能的積極性,也不利于我國大力發展可再生能源的國家能源戰略的實現和生物質能產業的長遠發展。因此,結合我國生物質能發電產業的現狀,學習借鑒其他國家生物質能發電發展政策的成功經驗對我國生物質能發電產業有著積極的借鑒意義。
一、基本制度――總量目標制度
制定長遠發展戰略或發展路線圖是世界上大多數國家發展生物質能發電產業的成功經驗之一。許多發達國家發展生物質能發電產業的思路是:國家制定一定階段內生物質能發電的具體發展目標和計劃,在發展目標框架之下,制定一系列的優惠政策,并通過市場經濟的手段鼓勵各界投資和利用。
可再生能源發展總量目標制度(RenewableEnergy Target Policy,簡稱RETP政策)是發展可再生能源最基本的制度。它由兩個要點組成:第一是總量目標,指一個國家以強制性手段對未來一定時間內可再生能源發展總量做出一種強制性規定,是必須實現的一個國家目標。第二是目標的實現途徑,即該制度必須有一系列配套的政策措施或機制以保證所確立的目標得以實現。在這個體系中,總量目標和實現途徑缺一不可。
總量目標的制定,對未來的市場容量和走向起到一個明確的指示作用,特別是通過立法明確表明了政府發展可再生能源的決心,投資者可以清晰地知道國家支持的重點所在,從而有利于引導投資方做出正確決策。從國際經驗來看,進入20世紀90年代以后,一些發達國家先后制定了長期的可再生能源發展目標。如英國和德國都承諾,2010年和2020年可再生能源的比例將分別達到10%和20%;西班牙表示,2010年其可再生能源發電的比例就可以達到29%以上。2009年4月,歐盟公布了《氣候行動和可再生能源一攬子計劃》,設定了到2020年將可再生能源在總能源消費中的比例提高到20%,溫室氣體排放量在1990年基礎上減少20%的目標
生物質能作為可再生能源的重要組成部分,各國發展生物質能發電產業的基本政策就是總量目標制。
二、定價制度
1.固定電價制度
固定電價制度,又稱為強制購買(feed in law),是指政府制定生物質能發電的上網電價并強制要求電網公司必須全額收購生物質能電力。生物質能發電量的多少完全由市場調節,開發商根據市場需求和利潤率的高低自主決定是否介入生物質能的開發。政府授權專門的機構作為監管部門,監管部門根據各種生物質能發電技術的實際發電成本及電力平均價格確定電價,并做定期調整。
目前,世界上建立固定價格體系的國家已經有29個,包括21個發達國家和8個發展中國家。歐洲是主力軍,德國、丹麥等12個歐洲國家實施了固定電價政策,其中德國是實行固定電價制度的典型代表。德國1991年制定了可再生能源購電法,強制要求公用電力公司按零售電價的90%購買生物質能電力。
固定電價制度的優勢在于,若發電價格設定合理,能夠快速促進對于生物質能發電產業的投資,適合于產業的初期發展階段,同時有利于降低可再生能源項目的交易成本,提高政策實施的可行性。但是固定電價制度由于沒有對生物質能發電量提出要求,使生物質能發電產業的發展目標具有不確定性;其次固定電價制度沒有充分利用市場機制,存在資源配置低效率的問題;再次固定電價制度依賴于政府政策的持續性,不利于最大限度地降低生物質能電價,優化電源結構和優選電源項目。
2.招投標制度
招投標制度是指由政府對特定的一個或一組生物質能發電項目進行公開招標,在考慮電價以及其他指標的基礎上確定發電項目開發者的制度。這種機制鼓勵通過多家發電企業參與投標競爭,不僅可以選擇最有能力的發電企業,而且還能促使電力價格、補貼成本大幅度下降,最大限度地節省生物質能發電投資。
招標電價體系的典型是1990―2000年間英國實施的非化石燃料公約(NFFO)制度,采取普遍采購原則,政府只規定可再生能源發電的發展目標和采購的數量、范圍,由投標者確定投資項目。英國非化石燃料公約招標采購制度實現了用較低的成本保證大規模開發可再生能源,使得可再生能源的開發成本大幅度下降。但是,競爭性也帶來了一定的缺點,由于競標得到的價格過低,造成合同的履行率很低,許多投資商不能按照合同建成項目。究其原因主要是最低價格中標制度導致了部分不具備項目建設的開發商中標,項目融資困難,技術難以支撐。招標的另一個缺點是,招標增加了項目準備費用,使其占總投資的比例增大(相對于常規電力項目,可再生能源發電項目總規模小,總投資小),加上幾選一的招標制度,投資者的積極性在經過幾輪招標之后被嚴重挫傷。
3.綠色電價制度
綠色電力價格體系的形成機制是,由政府提出生物質能發電的價格,由能源消費者按照規定價格自愿認購,認購后的證書一般不用于以盈利為目的的交易。這種價格機制,取決于消費者和企業對綠色能源的認同,只有在那些公眾環保意識比較高的國家和地區才有效。國外經驗表明,基于自愿認購方式的綠色電力市場大大推動了發達國家可再生能源的開發。到2002年4月為止,全世界開展綠色電力營銷項目的國家有將近20個,如澳大利亞、奧地利、比利時、加拿大、丹麥、芬蘭、法國、德國、愛爾蘭、意大利、日本、荷蘭、挪威、瑞典、瑞士、英國、美
國,其中大力發展綠色電力市場的典型代表是荷蘭。1995年,荷蘭一家電力公司率先啟動第一個綠色電價項目,之后其他電力公司紛紛效仿。目前,荷蘭家庭用戶綠色電力的參與率已達到9%。同時,美國通過綠色電力等認證來推進可再生能源發電市場的發展,獲得認證的供電商可以在市場營銷中使用綠色電力標志,以吸引特定的用戶群選擇綠色電力服務。
綠色電價制度的優點:容易理解,用戶購買綠色電力是出于保護環境的考慮。用戶對于當地發電企業的可再生能源發電項目的信任度、產品的確切性,使得基于社區的市場開發更容易開展。綠色電價交易的局限性在于,電網因行政區域的自然分割,供電商只愿開發當地可再生能源并設計相應的綠色電價制度,致使開發者占據壟斷地位而可能出現綠色電價不真實反映成本的問題;另一方面,發電企業沒有動力降低成本、提高技術和服務質量。特別是這種方式是以自愿購買為基礎,不具有法律約束,因此與公民的素質、社會文化等相關性很大,普遍推行的難度較大。
4.浮動價格體系
浮動價格體系是以常規電力的銷售價格為參照系,制定一個合適的比例,之后生物質能發電價格隨常規電力的市場變化而浮動;或是制定固定的獎勵電價,加上隨時變化的浮動競爭性市場電價,作為生物質能發電實際獲得的電價。實施這種價格體系的典型代表是西班牙。西班牙1998年做出了一些具體的規定,并根據政策實施的效果,2004年又進行了調整,頒布了436號皇家令,在保證生物質能發電基本收益的前提下,鼓勵生物質能發電企業積極參與電力市場競爭。其中,規定可再生能源電價實行“雙軌制”,即固定電價和競爭加補貼電價相結合的方式。發電企業可以在這兩種方式中任選一種作為確定電價的方式,但只能在上一年年底選擇一次,并持續一年不變。根據2005年情況,政府規定2006年實行的平均參考銷售電價水平為7.6588歐分/(kWh)。2005之后,由于全球能源價格的上漲,西班牙的電力銷售價格(由配電企業根據電力市場供需情況通過競爭進行隨時調整)及電力上網價格也在持續上漲,因此90%以上的生物質能發電企業選擇了第二種方式,在參與電力市場價格競爭的同時也獲得政府的獎勵補貼電價,從而獲得更高的利益。浮動電價體系制度極大地促進了西班牙生物質能發電產業的發展,政策實施效果非常顯著。
三、費用分攤機制
生物質能發電產業具有顯著的社會效益和環境效益,正外部性特征明顯。為了促進公平競爭、規范電力產業的可持續發展,不同的國家采取了不同的成本分攤政策。總體來看,主要有以下三種模式:
1.公共財政支出補貼模式
這種模式是公共政策設計中最常用的模式,增加公共支出引導產業發展和消費者選擇,在財政支出中設立專項資金用以彌補生物質能發電的高成本,等同于政府采購。這種模式的政策執行監管成本最低,財政部門只需按照相關立法部門規定的優惠電價額度向符合條件的生物質能發電企業發放電價補貼,不需要復雜的核算和監管程序。西班牙采用這種成本分攤模式,生物質能發電廠商:享受優惠電價,高出常規電價的部分由政府財政直接補貼。西班牙利用這種費用分攤模式極大地推動了本國生物質能發電產業的發展。這種費用分攤機制的優點在于:穩定性較高,資金來源安全可靠,有利于增強投資者信心,對擴大投資有積極推動作用。但這種模式成功運行的前提條件是政府有充足的預算資金來源,否則會增加財政負擔,使政策難以為繼。
2.電網分攤模式
這種分攤模式將發展生物質能發電技術的額外成本限制在電力部門內分攤,最終由所有的電力消費者共同承擔。采用這種成本分攤模式的成功案例是德國,他們的《可再生能源電力法》(EEG,2000)規定,電網公司必須以優惠價格優先購買經營地域內的生物質能電力,并且有義務記錄和保存生物質能發電上網的相關數據。由于各電網公司經營地域內的生物質能資源稟賦不同,不同電網購買輸送的生物質能電量不同,支付的總成本不同。電網公司和電力零售公司可以提高零售電價彌補發展可再生能源的高成本,所以發展生物質能的額外成本最終是由全體電力消費者共同承擔的。德國的全網分攤模式與他們國家的電力產業格局相適應,在實踐中獲得了成功,極大的促進了德國可再生能源發電產業的快速發展和產業升級,不僅提高了本國生物質能電力的開發利用量,并且在全球生物質能發電產業競爭中居于領先的優勢地位。
如果僅僅以擴大可再生能源發展規模評估德國的成本分攤模式,毫無疑問這種機制是成功的。但是如果從公平性考慮,這種成本分攤模式則顯現出不足。因為在這種制度安排下,生物質能電力的成本由所有電力消費者共同承擔,等同于利用電力加價的方法籌集發展生物質能的成本,電價并沒有正確反映不同電力生產技術的社會成本,比如污染物排放和溫室氣體排放成本,沒有在生產者和消費者中產生正確的激勵信號,這種價格信號失靈導致社會資源配置的失衡,高污染和高排放技術發展規模沒有得到有效控制。此外,如果不對電網公司自身的投資行為加以限制,電網公司有極大的動力購買自己的利益相關者投資的可再生能源發電,獲取優惠電價收益,擠壓獨立發電廠商,不利于產業的公平競爭和長期發展。
3.綠色稅收專項資金模式
綠色稅收體系提倡依靠功能完善的市場機制,即應用適當價格機制和環境費稅等經濟調控政策,達到保護環境和可持續發展的目標,從根本上促進資源節約,促進生產模式和消費模式的轉變,促進人與自然的和諧和可持續發展。綠色稅收模式與傳統的稅收體系不同之處在于:第一,綠色稅收體系引導投資者選擇先進技術,使每單位的產品或者勞動消耗更少的資源,并提高資源的使用效率,促進產業結構從能源密集型向高能源生產率、高附加值轉換;第二,激勵消費者減少物質消費,使消費更加依賴服務業。20世紀80年代開始,丹麥政府將發展生物質能和綠色稅收體系改革相結合,用以補貼生物質能電價的直接稅收來源對民用和商用消耗的化石燃料包括煤炭、天然氣、石油等征收CO2和SO2排放稅,成功地運用綠色稅收籌集資金支持生物質能發電技術的推廣利用。
綠色稅收專項資金制度是一種全面的制度,在全社會建立起一種保護環境的理念,不僅可以作為有效的籌集資金方式支持環境友好型技術的發展,并且實現了溫室氣體和污染物的減排。同時,綠色稅收制度穩定性強,利用綠色稅收的部分收入成立“公共專項資金”是一種有效的融資渠道,為發展可再生能源發電技術提供穩定重要的資金來源,許多國家的實踐經驗已經證明這種優勢是電網分攤模式所不具備的。最后,綠色稅收制度更具有公平性,通過征收能源稅、污染物排放稅等環境稅種,將環境外部成本內部化,體現了“污染者付費”的原則,擴大了成本分攤范圍,體現了環境制度的公平性。
四、財稅政策
1.財政補貼
(1)投資補貼。即對生物質能發電項目的投資者進行直接補貼。由于生物質能產業市場尚未成熟,企業投入較大,所以需要政府強有力的扶持。為此,各國紛紛出臺補貼政策以推動生物質能發電產業的發展。
投資補貼是歐盟國家促進生物質能開發和利用的重要措施。從2004年至2006年,瑞典政府對使用生物質能采暖系統(使用生物質顆粒燃料)的用戶,每戶提供1350歐元的補貼。發達國家的投資補貼額度遠大于發展中國家,其生物質能發電產業的整體發展也比發展中國家更具優勢。
補貼機制的優點是可以調動投資者的積極性、增加生產能力、擴大產業規模;缺點是這種補貼與企業生產經營狀況無關,會抑制企業更新技術、降低成本的激勵。
(2)產品補貼。即根據生物質能發電產品的產量進行補貼。這種補貼的優點顯而易見,即有利于增加產量,降低成本,提高企業的經濟效益,這也是美國、丹麥、印度目前正在實施的一種激勵措施。
(3)用戶補貼。即對消費者進行補貼,使得使用生物質能發電電力的消費者享受政府補貼。需要指出的是,對消費者的補貼也不是固定不變的,而是隨市場的發展和技術的進步而不斷調整。
(4)信貸扶持。低息或貼息貸款等金融政策可以減輕企業還本期利息的負擔,有利于降低生產成本,鼓勵企業進行生物質能發電投資。目前,世界發達國家對于生物質能發電大都實行了信貸扶持政策。例如,西班牙的信貸機構制訂了對個人和企業投資生物質能發電項目的貸款實行利息減免計劃。目前,我國的國家開發銀行已經為生物質能發電項目開辟了綠色通道。國能單縣秸稈生物質能發電項目是國家開發銀行在2005年融資2.1億元支持的我國第一個秸稈發電項目,該項目迄今已經成功運營四年多,成為生物質能發電企業的成功代表之一。
2.稅收政策
稅收政策有兩大類:一類是直接對生物質能發電實施稅收優惠政策,包括減免關稅、減免固定資產稅、減免增值稅和所得稅(企業所得稅和個人收入稅)等;另一類是對非可再生能源實施強制性稅收政策,如對化石燃料征收CO2和SO2排放稅等。
(1)生物質能發電稅收優惠。稅收優惠是各國促進生物質能發展的重要鼓勵政策。2002年,美國參議院提出了包括生物柴油在內的能源減稅計劃,生物柴油享受與乙醇燃料同樣的減稅政策。德國對生物質能實行低稅率的優惠政策,如對乙醇、植物油燃料免稅,對生物柴油每升僅征收9歐分的稅費(而汽油則每升征收45歐分)。
(2)對非可再生能源實施強制性稅收政策。強制性稅收政策,尤其是高標準、高強度的收費政策,不僅能起到鼓勵開發利用可再生能源的作用,還能促使企業采用先進技術、提高技術水平。如瑞典和英國對非可再生能源電力均征收電力稅,都取得了不錯的政策效果。
五、政策借鑒
我國目前實行的生物質能發電定價制度是以燃煤機組發電價格為標桿價格再加上一個固定的電價補貼。該定價制度靈活性差,無法準確反映我國各地區之間的差異和時間的變化,并且固定的電價補貼額太低,無法彌補生物質能發電企業發電成本。其次,我國的生物質能發電核心技術和關鍵設備都需要從國外進口,大大增加了生物質能發電成本,使得我國的生物質能發電企業長期處于虧損經營的狀況,不利于我國生物質能產業的長遠健康發展。再次,我國生物質能發電的費用分攤機制是全網分攤,也就是說電價補貼最終由消費者共同承擔。此外,缺乏專門的專業組織機構負責制定相關的政策措施也是制約我國生物質能發電產業發展的因素之一。
為了促進我國生物質能發電產業的發展,借鑒國外生物質能發電政策的經驗,制定相應的配套措施,特建議如下:
1.盡快公布國家生物質能發電的具體發展目標及相關保障措施。生物質能發電產業作為一個新興產業,目前正處在發展的初期,需要國家制度和政策的大力支持。這里要特別注意,要結合實際制定合理的發展戰略和目標,在鼓勵投資者投資生物質能發電產業的同時,謹防生物質能發電產業過熱。目前,世界范圍內的太陽能產業已經嚴重過剩,這不僅浪費了其他資源,而且不利于可再生能源的健康發展。同時,我國現在的風電發電項目也出現了盲目上馬的現象,究其原因就是國家出臺的鼓勵風電發電的政策吸引了大量投資者,引起了風電開發的熱潮。因此,國家在制定生物質能發電目標和推出相關鼓勵政策時,要注意對投資者進行正確引導,防止過熱。
2.盡快完善我國生物質能發電定價和費用分攤機制。針對目前我國實行的生物質能發電定價中的諸多問題,可以借鑒西班牙的浮動價格體系,這種做法不僅充分利用了市場競爭機制,激勵發電企業改進發電技術,降低發電成本,同時也獲得政府的獎勵補貼電價,鼓勵投資者投資生物質能發電產業。對于我國的生物質能發電的費用分攤機制,我國可以借鑒發達國家的綠色稅收專項資金模式,通過向使用化石燃料等產生大氣污染物的企業征收綠色稅收,來補貼生物質能發電企業。這種費用分攤機制不僅可以促進企業減少化石燃料的使用,增加綠色能源的利用,還明確了權利責任,消除了讓全體電力消費者承擔費用的不合理性。
3.建立生物質能發展專項資金或基金,加大科技投入,促進生物質能發電技術的研發、推廣示范、宣傳培訓等等。目前,世界上生物質能產業發展較快的國家都有國家生物質能研發中心和國家實驗室。我國應該盡快成立國家生物質能技術研發中心,對國家所關注的生物質能發展的重大政策和技術問題進行研究。
4.制定促進生物質能發電產業發展的財稅政策和投融資政策。我國政府應當對生物質能產業推行積極鼓勵的財政政策,實行合理的投資補貼和產品補貼;對于生物質能發電企業可以進行適當的稅費減免,而對于那些排放廢氣多的發電企業提高征稅額。同時,我國政府應該對生物質能發電企業實行信貸支持,鼓勵銀行對生物質能發電企業進行相應的貸款優惠。
參考文獻:
[1] Renewable energy, market & policy trends in IEAcountries [R]. Paris : IEA,2005.
[2] International Energy Agency. Renewables Information2008 Edition[M]. Paris : International Energy Agency ,2008 : 1 -395.
[3] Britiah Petroleum. BP Statistical Bedew of World Energy2008-Renewables[R]. London:British Petroleum, 2008.
[4] 辛欣,英國可再生能源政策導向及其啟示[J],國際技術經濟研究,2005,8(3):13―17,
[5] 鄔雁忠,丹麥可再生能源應用綜述[J],華東電力,2008。36(8):96―97,
[6] 時碌麗,競爭性電力市場環境下可再生能源發電的國際發展經驗和對我國的啟示[J],中國電力,2007,40(6):61-65,
[7] 徐波,張丹玲,德國、美國、日本推進可再生能源發展的政策及作用機制[J],能源政策研究,2007,(5):44―50,
[8] 李俊峰,時碌麗,國內外可再生能源政策綜述與進一步促進我國可再生能源發展的建議[J],可再生能源,2006,(1):1-6,
全球性的能源短缺是當代面臨的一個非常突出的問題。生物質能源是較理想的能源來源,而生物能源之本是農業,開發與利用農業能源是人類未來能源發展的重要方向[1-2]。生物質能具有資源豐富、可再生性和環境友好而逐漸成為一種重要的新興能源[3],是發展低碳經濟的重要途徑。它本質上是太陽能一種形式,以化學能源的形式貯存在生物中,其蘊藏量極大,遍布全世界各個地方[4]。據估計,地球上每年植物光合作用固定的碳達2×1011t,含能量達3×1021J,相當于全世界年耗能量的10倍[5]。近年來,中國學者從多個角度對中國生物質能源展開了許多有益的研究,大體可分4類:一是以劉剛等[6]為代表對中國生物質能源進行全面的定量評價;二是以丁文斌等[7]為代表對單項生物質能的產量潛力進行估算;三是以吳方衛等[8]為代表對中國生物燃料乙醇產業的發展與能源的關系進行了研究,四是以曹歷娟[9]為代表對中國發展生物質能源發展與糧食安全的關系進行了研究。這些研究大多集中在生物質能的產量和潛力及其與能源和糧食的安全上,著重運用不同的方法對生物質能進行了實證分析。這些研究深化了對生物質能源的認識,但目前的這些研究很少從價值量的角度進行,對湖南生物質能源進行物質量與價值量進行評估更是沒有。湖南是一個農業大省,目前農業生物質能資源開發不夠,對其可開發潛力及其價值進行評估是其科學開發、利用的基礎。因此將著重以這些問題為立足點進行一些深入的探討。目前生物質能還不是商品能源,生物質能的相關數據在中國能源平衡表和其他傳統統計口徑中是沒有的,因此對其進行價值評估亦是一個難點。對湖南農業的能源價值進行評估,有助于增強人們對生物質能源的重視,對于制定正確的能源多元化發展戰略與生物質能源發展路徑,尋求經濟與社會、資源與環境的可持續發展,具有重要的理論意義和深遠的實踐意義。
1各種生物質資源實物蘊藏量的估算
農業生物質資源種類繁多,主要包括秸稈、畜禽糞便、林木生物質能等3大類和若干具體指標[10]。由于不同生物質能源的評價指標不同,同時在評估時還必須考慮數據的可獲得性和評價資源的可計量性[11],從而給本研究增加了難度。所計算的實物蘊藏量是湖南生物質能主要資源的全部理論實物產量的總和,可能用于能源的量是理論條件下可以獲得并轉化為有用能的生物質能源資源數量。
1.1秸稈和農業加工剩余物
秸稈,通常指農作物籽收獲后的植株,是農村最主要的農作物副產品[12]。農作物秸稈主要包括糧、棉、油料、麻類和糖料等5大類作物。農作物秸稈資源實物量計算見公式(1):式中,CR為秸稈資源實物量,Qci為第i類農作物的產量,ri為第i類農作物的谷草比系數(RPR),也有學者稱之為“經濟系數”或“產量系數”。秸稈資源估算的關鍵是農作物谷草比系數(RPR)的確定,它是可以通過田間試驗和觀測得到的經驗常數,不同地區、不同品種的農作物可能略有差異,但大致相同[13]。不同的研究者在估算秸稈資源時,所采用農作物谷草比系數的有所不同。綜合已有研究的RPR選擇方法,選取的RPR系數如下:水稻、玉米、小麥、高粱、其他谷物、豆類、花生果、薯類、油菜、芝麻、向日葵、棉花、麻類、甘蔗的ri值分別為:1,2,1.1,2,1.6,1.7,1.5,1,3,2,2,3,1.7,0.1。根據上述不同農作物谷草比系數,利用公式(2):根據湖南2010年統計年鑒及計算得到相應數據,其中高粱與向日葵數據用湖南2009年統計年鑒的數據替代,由于數值與所占比重小,再加上年度變化相對不大,因此對結果幾乎沒有影響。經計算可得出各種不同農作物秸稈資源實物量的值CR為3680.2萬t。
1.2畜禽糞便
畜禽糞便也是一種重要的生物質資源。畜禽糞便經干燥可直接燃燒供應熱能,經厭氧處理還可產生甲烷和肥料。畜禽糞便的日排放系數與生命期總排泄量與動物種類、品種、性別、生長期、飼料、天氣狀況等有關[14]。根據各類畜禽每日糞便產生量和畜禽的飼養周期可以估算畜禽糞便排放量見公式(3):D為畜糞實物量,Qdi為第i類畜禽的數目,di為第i類畜禽每天糞便的產量,mi為第i類畜禽的飼養周期,Mi為第i類畜禽在整個飼養周期內糞便排放總量。值得指出的是,從統計年鑒中收集到的畜禽養殖頭數一般包括出欄和存欄兩部分,且各類畜禽生長期不一樣,因此,年排糞便總量=出欄量×日排放系數×飼養周期+存欄量×日排放系數×飼養周期。存欄頭數的飼養期按全年365天計算,出欄頭數的飼養期參考國外資料和實際調查[15-16],確定如下:生豬一般為180天;肉牛平均飼養期為160天,肉兔與肉禽平均飼養期大致相同,為140天,肉雞飼養周期平均為45天,蛋雞365天。不同類型單位畜禽飼養期內的排泄量Mi、畜禽的數目Qdi、畜糞實物量D,根據湖南省2010年統計年鑒的數據計算得出D為12271.80萬t。
1.3林木生物質能
通常的林木生物質能源是指可用于能源或薪材的森林及其他木質資源[17]。林木質生物資源量的估算可通過分類計算各種林木生物質資源來計算,也可以用不同林種的面積、可取薪柴系數以及單位面積產柴量等指標計算得到。基于這2種方法計算了薪炭林、林業生產采伐剩余物、森工加工剩余物和林木撫育間伐量等4種主要類型的林木質資源,見公式(4):式中,FR表示林木生物質資源實物量,Qfi為第i種林木資源量,ri為相應的折算系數。薪柴和林木生物質能的相關參數是據各大林區采伐數據和樣地試驗數據得到。
1.3.1薪炭林(能源林)的生物質資源量薪炭林是中國五大林種之一,林木生物質能源主要來源就是薪炭林。湖南省的薪炭林經過多年的造林和經營,造林面積已從2000年的新增0.01萬hm2至2009年的0.11萬hm2,薪炭林蓄積量約260萬m3,薪炭林每立方米折重1.17t/m3,因此薪炭林資源量約為260萬t。
1.3.2林業生產和更新剩余物資源狀況林業生產過程中與森林更新之中產生的剩余物主要有:(1)采伐剩余物。根據各樣地數據與大林區采伐數據,采伐剩余物(枝+葉+梢頭)約占林木生物量40%。湖南省林木資源3.66億m3,每立方米折重1.17t/m3,年采伐率按5%算,因此采伐剩余物的資源量約為0.214億t。(2)木材加工剩余物。2009年湖南全省木材產品產量875.44萬m3,其中原木產量815.59萬m3。木材加工剩余物資源量為原木的34.4%,其中,鋸末占29%,板條、刨花和板皮等占全部剩余物的71%。因此,木材加工剩余物為301.15萬m3,每立方米折重0.9t/m3,因此加工剩余物的資源量為271.04萬t。(3)林木撫育間伐量。根據國家林業局的相關技術規定,幼林撫育是林業撫育的一個重要環節,中幼林在其生長過程中間伐2~4次。2009湖南中幼林撫育改造出材量31.26萬m3,折單位體積重0.9t/m3,因此林木撫育間伐量資源量為28.13萬t。
1.3.3灌木生物質資源量由無明顯主干、分枝從近地面處開始、群落高度在3m以下、且不能改造為喬木的多年生木本植物群落占優勢的植被類型。灌木林分布集中、熱值高,是目前利用林木生物質修枝平茬剩余物量較大的資源之一。根據湖南主要灌木單位面積生物量及其樹種面積計算,湖南灌木林平茬復壯總生物量0.23億t。
1.3.4經濟林和竹林生物量湖南的經濟林面積約為242.09多萬hm2,資源量為5.7375×107t[18],即0.05738億t。在全國的森林資源清查統計中,經濟林包括油料林、果樹林、特種經濟林和其他經濟林四大類,其中2008年湖南油茶林面積118.53萬hm2,年產茶油12萬t,面積和產量均居全國第1位(數據源于湖南林業信息網)。湖南毛竹林的面積84.04萬hm2,占有林地面積的8.62%,毛竹總株數16.16億株(數據源于湖南林業信息網),毛竹數量約單株重量在22.35~22.62kg/株之間,取22.45kg/株來計算其重量,則竹林資源量為:16.16億株×22.45kg/株=362.79億kg,即0.36279億t。因此,經濟林和竹林資物量為0.420178億t。
2生物質能源可獲得量的計算方法及其評估
2.1計算方法
2.1.1折標生物質能能總量的計算方法以上得到的各類生物質能實物量,要乘以相應的折標準煤系數后,才能估算出不同種類生物質能的折合成標準能源的總量。如秸稈資源潛在能源量ECR,就是在CR計算過程中引入不同類型農作物秸稈的折標系數ηi[19],其計算公式如下
2.1.2生物質能源可用于能源總量的計算方法折標后的生物質資源量只代表他潛在的蘊藏量,是其最大開發的量。因此在此基礎上還需算出可用于能源的總量,即從實際上說可以用來轉化成能源生產的生物質能資源量。具體算法在上述基礎上再乘以各種生物質能源的可獲得系數λi,并用加上標的方法來區別前面的潛在蘊藏量,秸稈生物質能可用于能源的總量:可獲得系數λ般來說是由該地區這種生物質資源的多種影響因素決定,如秸稈資源的收集半徑,林木資源用于能源的比重大小,畜糞的收集率等。根據中國農村能源行業協會[20]和劉剛的研究和湖南實際,就資源收集潛力來說,畜糞與秸稈的可獲得量可近似的取100%,這其中約50%的秸稈、1/3的畜糞可用于能源利用;中國林木資源可獲得量可以根據當年實際薪炭林面積、實際采伐原木數、實際森工加工產品數和實際撫育出材量來計算,取其可獲得系數為40%,所有林木資源中約1/3用作能源。
2.2折標生物質能總量及可用于能源的總量
2.2.1秸稈和農業加工剩余物的折標能源總量及可用于能源的總量根據前述計算方法,秸稈和農業加工剩余物折標能源總量ECR經計算為:1672.42萬tce,ECR''''為836.21萬tce。其中CR為3676.84萬(t見表1)。
2.2.2畜禽糞便的折標能源總量及可用于能源的總量根據前述計算方法,畜禽糞便折標能源總量ED經計算為:5349.61萬tce,ED''''為1783.20萬tce。其中D為12271.80萬t。如下表2。
2.2.3林木的折標能源總量及可用于能源的總量根據前述計算方法,林木的折標能源總量EFR經計算為:5278.98萬tce,EFR''''為706.87萬tce。其中FR為9245.15萬t。如下表3。從表1~3的不同生物質各種蘊藏量可見,2009年湖南生物質能中可用于能源的總量為3326.28萬tce(噸標準煤),同年湖南能源消費總量13331.04萬t標準煤,約占其總量的24.95%。
2.2.4湖南農業能源價值評估結果農業的能源價值表現在其生物質能上,因此對湖南生物質能可用于能源的總量的價值評估,就可估算出湖南農業的能源價值。具體計算方法如下:湖南農業可用于能源的能源價值=生物質能的可用于能源的總量(105tce)×當年標煤單價。2009年生物質能可用于能源的總量相當于3326.28萬t標準煤,經中國煤炭資源網查得原煤單價(2009年每個季度取3個批次)和相應的原煤熱值,經加權平均處理以后,標煤單價為735.82元。2009年湖南生物質能的實際價值=生物質能的可用于能源的總量(105tce)×當年標煤單價=3326.28(105tce)×735.82元=244.75億元。
3討論與結論
(1)湖南2009年生物質能的年總蘊藏潛量中,以畜禽糞便和林木為主,兩者占86.4%。經估算湖南2009年折標后的生物質能源總蘊藏潛量為12301.01×105tce,其中秸稈和農業加工剩余物、畜禽糞便和林木的蘊藏潛量分別為1672.42tce,占13.6%;5349.61tce,占43.5%;5278.98,占42.9%。
(2)湖南農業的能源價值提升空間巨大。通過前面的計算可得出折標后的生物質能源總量12301.01×105tce,其中在目前的條件下能用于能源的總量僅為3326.28萬tce,隨著未來技術的改進或進步,農業的可用于能源的總量還有很大的發展空間。
關鍵詞:生物質,稻殼,裂解,催化劑,氣相色譜(GC),氣相色譜-質譜聯用(GC-MS),
中圖分類號: S216 文獻標識碼: A 文章編號:
0 引言
近年來,我國的粗放型經濟已嚴重損壞了我國的生態平衡,沙塵暴天氣己嚴重威脅著我國的北部。為了避免我國生態環境的進一步惡化,必須建立一個經濟發展的新時代,這一新時代建立在資源和環境得以持續發展的基礎上,既滿足當代人的需要,又不對后代人滿足其需要構成危害,也即可持續發展的概念[1]。可持續發展的新型資源觀逐步深入人心,在減少資源消耗的基礎上,提高資源的利用率,促進可再生資源的增長,使全球生態系統結構功能保持良好狀態,這已成為世界各國的行動綱領。由上可見,如此迫切的形勢要求我們必須尋求新的能源來源。從長遠觀點來說,我國的能派戰略和世界能源戰略一樣必然要進入以可再生能源為主的可持續發展能源道路[2]。
1 生物質能源及其在能源中的作用
1.1 生物質能的概念
生物質能是以生物質為載體的能量,即蘊藏在生物質中的能量,是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量形式。生物質通常是指以木質素、纖維素、半纖維素以及其他有機質為主的陸生植物(木材、薪材、秸稈等)和水生植物等,是一種穩定的可再生能源資源。生物質能是人類一直賴以生存的重要能源[3]。
1.2 生物質能優點
生物質能源是一種理想的可再生能源,與常規能源相比具有以下特點:
(1) 可再生性,只要太陽輻射能存在,綠色植物的光合作用就不會停止,生物質能就永遠不會枯溺。
(2) 低污染性。生物質硫含量、氮含量低,燃燒過程中產生的SO2、NOx 較低,生物質作為燃料時,二氧化碳凈排放量近似于零,可有效地減少溫室效應。
(3) 廣泛的分布性。缺乏煤炭的地域可充分利用生物質能。所以,利用生物質作為替代能源,對改善大氣酸雨環境,減少大氣中二氧化碳含量從而減少“溫室效應”都有極大的好處。生物質能的低硫和CO2 的零排放使生物質成為能源生產的研究熱點。 因此利用生物質作為替代能源,對改善環境、促進循環經濟發展、提高能源利用率及提高社會的文明程度都有極大的好處[4]。
1.3 國內生物質能現狀
目前,生物質能的利用占世界總能耗的14%,相當于12.57億噸石油。在發展中國家,生物質能占總能耗的35%,相當于11.88億噸石油。目前全世界仍有25億人口用生物質能做飯。取暖和照明。但是生物質利用總量還不到其生產總量的1%,由此可見,生物質能的開發利用前景十分廣闊。生物質能的開發利用有利于改善環境,同時可以滿足我們對能源的需求。由綠色植物派生的生物質包括:城市垃圾、有機廢水、糞便、林業生物質、農業廢棄物、水生植物以及能源植物等。生物質能源轉換技術包括生物轉換、化學轉換和直接燃燒三種。生物質能源轉換的方式有生物質氣化、生物質固化、生物質液化和生物質發電四種。生物質能有這樣一些具體利用形式:沼氣及其綜合利用,節柴灶,生物質固化壓塊成型,生物質熱解氣化,生物質熱解液化,生物質發酵醇類,生物質發電技術,能源植物,生物質發酵產氫。描述了沼氣及其綜合利用,熱解氣化、發酵乙醇、能源植物、壓塊成型、垃圾能源回收和發酵產氫等生物質能源轉換技術。
1.4 生物質資源開發的重要意義
生物質能在工業生產和日常生活中占有相當重要的地位在工業社會以前,生物質能主要作為生活燃料,其用戶是農村居民和城鎮的少數居民。工業社會以后,生物質能的終端用戶除了農村居民外,很重要的一部分是產生生物質廢棄物的企業,如糖廠、木材廠、碾米廠以及廢水和垃圾處理廠等[5]。
生物質能是僅次于煤、石油和天然氣的第四位能源,是人類生存和發展的重要能源之一,在整個能源系統中占有重要地位。全世界約25億人的生活能源的90%以上是生物質能。有關專家估計,生物質能極有可能成為未來可持續能源系統的重要組成部分,到本世紀中葉,采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的35~40%以上。人類面臨著經濟增長和環境保護的雙重壓力,因而改變能源的生產方式和消費方式,用現代技術開發利用包括生物質在內的可再生資源,對于建立持續發展的能源系統,促進社會經濟的發展和生態環境的改善具有重大的意義[6]。
2 生物質轉化利用技術
生物質能技術的研究與開發已成為世界重大熱門課題之一。生物質能新技術的研究開發如生物技術高效低成本轉化應用研究,常壓快速液化制取液化油,催化化學轉化技術的研究,以及生物質能轉化設備如流化床技術等是研究重點,一旦獲得突破性進展,將會大大促進生物質能開發應用。世界各國正逐步采用如下方法利用生物質能:
(1)直接燃燒法
(2)熱化學轉換法,獲得木炭、焦油和可燃氣體等品位高的能源產品
(3)生物化學轉換法
(4)物理轉換法
2.1 生物質的氣化技術
生物質氣化是生物質轉化過程最新的技術之一。生物質原料通常含有70%~ 90% 揮發分,這就意味著生物質受熱后,在相對較低的溫度下就有相當量的固態燃料轉化為揮發分物質析出。由于生物質這種獨特的性質,氣化技術非常適用于生物質原料的轉化。
2.2 生物質的液化技術
生物質是惟一可以轉化為液體燃料的可再生能源,將生物質轉化為液體燃料不僅能夠彌補化石燃料的不足,而且有助于保護生態環境。我國生物質資源豐富,發展生物質液化替代化石燃料有巨大的資源潛力。
(1) 快速熱解液化
(2)加壓液化
(3) 生物質液化產物的性質及應用
2.3稻殼利用生產工藝研究
2.3.1我國稻殼利用的現狀
我國是農業大國,農作物秸稈是農業生產的副產品也是我國農村的傳統燃料。秸稈資源與農業種植業的生產關系十分密切。我國稻谷產區主要分布在長江中下游的湖南、湖北、江西、安徽、江蘇,華南的廣東、廣西、福建以及東北三省。南方以釉稻為主,北方以粳稻為主。我國稻谷產量達到2億噸左右,居世界首位,稻殼作為谷物加工的主要副產品之一,占稻谷籽粒重量的30%左右,稻殼是最難利用、數量最大的農業廢棄物,絕大多數作為廢棄物扔掉,稻殼綜合利用一直是人們希望研究解決的課題。對稻殼成分分析表明,稻殼中含有15%~18%的無定形水合二氧化硅,其它成分主要是碳氫化合物。
2.3.2稻殼熱解產品應用
稻殼熱解產物主要由生物油、不可冷凝氣體和木炭(稻殼灰)組成[7]。
1、生物油的應用。生物油可作為液體燃料直接燃燒或用于渦輪機發電,還可從生物油中提取某些重要的化學品。生物油具有特殊的意義,其相比于生物質原料具有較高的能源密度,并且易運輸,易儲存,可作為燃油鍋爐及加熱設備的現有燃料的替代品。此外,可將生物質油加工改質為生物質柴油、食品添加劑、防腐劑、樹脂等。
2、不可冷凝氣體的應用。由于稻殼熱解得到的不可冷凝氣體熱值較高,可用于生產其它化合物及為家庭和工業生產提供燃料。
3、木炭(稻殼灰)的應用。木炭呈粉末狀,黑色物質。研究表明,木炭具有如下特點:疏松多孔,具有良好的表面特性;灰分低,具有良好的燃燒特性;含硫量低;易研磨。因此生產的木炭(稻殼灰)與堿反應制備活性炭、水玻璃及白炭黑。
3 總結
稻殼裂解氣化的最佳工藝條件是烘干稻殼,溫度在800℃~900℃之間,可定在850℃,反應時間定為2小時,催化劑為白云石。