生物天然气:离我们还有多远?

[本报记者 王巧然] 2019-07-12 00:00


 

    前言  如今,循环经济的呼声越来越高,在清洁的可再生能源里面,电力、风能、太阳能等这些物理态能源,由于风力、光伏发电高峰跟用电高峰不一定匹配,难以存储,而生物质化学态能量,可转化为固、气、液态产品,且低污染、分布广泛、总量丰富,使得它成为化石能源的最理想替补能源之一。有预测称,生物质资源清洁、低碳、环保、可再生的天然属性,正在孕育一场新的能源革命。我国生物质资源优势突出,如按资源化、减量化、无害化充分利用和妥善处置这些生物质资源,不仅能够降低对化石能源的依赖,提高能源的使用效率和经济效益,还能降低排放,减轻环境承载的巨大压力。作为后起之秀,发展势头迅猛的生物质能源,目前已经成为资本市场的新宠。但在利用上目前仍多以直接燃烧或应用在发电、制造乙醇汽油燃料等领域,未来生物天然气、生物燃油等有无更大潜力呢?然而,看上去很美的生物质能源的发展,几乎都面临起步艰难、规模不大等困境,循环经济时代,生物质能如何破解成长的烦恼呢?

    垃圾发电

    垃圾发电是把各种垃圾收集后,进行分类处理:对燃烧值较高的进行高温焚烧,产生的热能转化为高温蒸气,推动汽轮机转动,使发电机产生电能;对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理,最后干燥脱硫,产生甲烷气体,再经燃烧,带动发电机产生电能。

    生物柴油

    生物柴油是用未加工过的或者使用过的植物油以及动物脂肪通过不同的化学反应制备出来的一种被认为是环保的生物质燃料。生物柴油具有可再生、可降解、低温启动、环保等优良性能。

    生物航煤

    生物航煤是以可再生资源为原料生产的航空煤油,原料主要包括椰子油、棕榈油、亚麻油等植物性油脂,以及微藻油、餐饮废油、动物脂肪等。与传统石油基航空煤油相比,在全生命周期中碳排放可减少50%以上。

    生物天然气

    生物天然气又称为生物甲烷,是以牲畜粪便、农作物秸秆、城镇生活垃圾、工业有机废弃物等原料,厌氧发酵产生沼气,经经除尘、脱水、脱硫净化提纯后得到的绿色低碳清洁可再生燃气,与常规天然气成分、热值等基本一致,品质相当。

    有机肥料

    生物燃料在生产过程中产生的沼渣沼液做有机肥,不但能够改变中国的农业生态结构,还能使生物质能与现代农业能够形成自然闭环。

    纳入国家能源战略 能否补上燃气市场缺口尚待政策拉一把

    我国是农林大国,发展生物质天然气基础良好,可利用的农作物秸秆、林木废弃物等原料非常丰富,具备规模化、产业化开发利用的资源优势条件。在由中国产业发展促进会生物质能产业分会主办的2019全国规模化生物天然气技术创新交流大会上,中国产业发展促进会副会长兼秘书长于士和介绍,据粗略估计目前我国生物质天然气资源量2000千亿立方米,到2050年超过3000亿立方米,发展潜力巨大。

    近年来我国政府推出了一系列生物质天然气产业发展利好政策,2018年6月发布的《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》提出要实施生物质天然气工程。去年7月国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》也提出在具备资源条件的地方鼓励发展天然气。中国生物天然气产业和发展受到了党中央国务院的高度重视,表明其发展将进入快车道。“这是一个面向未来的新兴战略产业,前景不可限量。”包括新奥燃气等在内的许多企业都看到了商机,纷纷跃跃欲试。

    国家能源局此前发布的《关于促进生物质天然气产业发展指导意见征求意见稿》提出到2030年中国生物天然气将实现稳步发展,规模位居世界前列,年产量超过300亿立方米,占国内天然气一定比例。国家天然气短缺,每年进口大约38%。年替代县域和农村散煤超过5000万吨,年减排二氧化碳超过9300万吨,年处理农作物秸秆超过1.5亿吨,畜禽养殖废弃物超过3.5亿吨,其他城乡有机废弃物超过4000万吨。这是一个伟大的工程目标,是一幅看得见可实现的蓝图。要实现这一蓝图除了国家规划、政策引领之外,就需要科技的创新。既要有从有到有的跟跑式创新,又要有从无到有的原创和跨越,包括技术、方法、模式等。截至2018年,生物质能发电累计装机达到1781万千瓦,生物天然气总产能约达5760万立方米。进入2019年,中国能源转型开始进入快车道,众多新能源行业在各自发展阶段都蓬勃向上,生物天然气也迎来了快速发展的重要年份。根据国家能源局相关指导意见,生物天然气起步发展阶段到2020年,年产量超过20亿立方米;快速发展阶段到2025年,年产量超过150亿立方米;稳步发展阶段到2030年,年产量超过300亿立方米;相关部门将支持生物天然气并入城镇燃气管网。

    今年6月,财政部发布《关于<可再生能源发展专项资金管理暂行办法>的补充通知》,明确可再生能源发展专项资金适用于支持煤层气(煤矿瓦斯)、页岩气、致密气等非常规天然气开采利用。显然国家加大了对非常规天然气发展的支持,相比而言,生物天然气产业相关扶持与激励政策还不够完善,缺乏相关市场保障措施与机制,无法形成稳定的市场需求。

    “《生物质能发展‘十三五’规划》提出,到2020年生物质基本实现商业化和规模化利用,生物天然气产量将达80亿立方米,但目前距离这个目标还很远。”国家可再生能源中心副主任任东明会上介绍,生物质能产业发展仍然缓慢,市场投入主体比较少,产业基础比较薄弱,还没有形成专业化、一体化的投资运行服务体系,商业模式也有待继续探索。任东明建议,将生物质能利用纳入国家能源、环保、农业发展战略,统筹兼顾,协同推进各类生物质能有序发展,特别是相关政策,配套相关的商业市场环境,逐步降低生物质能利用的末端使用成本,扩大生物质能使用规模。生物天然气能否补上我国大气治理的清洁能源天然气的巨大缺口,政策推手至关重要,必要时需要有效的政策拉一把,尤其是我国天然气对外依存度开始增长的关键阶段。

    垃圾资源变废为宝  看得见可实现的蓝图亟须多方合力绘就

    随着民众环保意识的增强和政府对可持续发展和保护环境的重视,我国许多地区渐渐开始开展垃圾分类工作。以前我国对城市垃圾处理采用的主要方式是填埋,约占全部处理量的70%以上,但是未来焚烧垃圾发电将成为最主要的处理方式,如安徽省已发展了很多秸秆、垃圾发电项目。而易腐垃圾,又称湿垃圾环保无害化、减量化、资源化处理,是环境保护、可再生资源利用的当务之急。随着技术发展,湿垃圾处理除了发电还有一种更好的利用途径,那就是发酵制成生物天然气等能源。

    “生物质能产业是变废弃/污染物为高附价值能源和材料的绿色、循环经济典范产业。基于生物质热化学转化技术,在中国建成共计超过年产亿吨级规模的生物合成燃油、年产千亿方级规模的生物合成天然气不是没有可能。” 中国农业大学教授程序说。

    “农业农村部在去年年底和今年年初对中央财政资金支持的64个生物天然气项目进行了追踪调研,其中在运项目只有22个。此外,在建30个,完工未运行7个,未建项目5个。即便是22个在运项目,实际上也只有极少数是满负荷、稳定运行的,多数还处于试运行状态。”农业农村部农业生态与资源保护总站首席专家、中国沼气学会副理事长李景明介绍,2015—2017年期间,国家每年投资20亿元,在全国范围内共支持了近1400处大型沼气工程和64个生物天然气试点项目。三年间,64个生物天然气试点项目中仅有约1/3建成在运。

    试点三年,为何生物天然气发展缓慢、对国内天然气生产总量的贡献率仍然偏低呢?李景明认为,在顶层设计、战略决策方面,众多管理部门不妨有效协作,避免形势利好时“九龙治水”,而一旦困难又互相“礼让”情况出现。

    “生物质天然气是生态文明建设的一部分,要我们全社会共同努力来推动整个产业的发展。”生物质能产业促进会秘书长张大勇表示,肩负国家能源安全和生态文明建设双重任务的生物质天然气,越来越受到关注和重视,但仍然存在产业体系没有形成、补贴政策没有落地、后端消纳无法保障等问题。而发现问题、解决问题是一个产业发展的必经阶段,生物天然气行业要能克服困难才能发展壮大。

    生物质能源产业技术创新战略联盟秘书长、中国科学院广州能源研究所所长助理孙永明认为,生物天然气制备工艺技术基本成熟,在部分关键设备的性能、材料等方面仍有差距,在终端产品的应用上仍然有标准、政策等方面的壁垒。目前国内根据生物质制备生物天然气的工艺链展开的生物天然气技术攻关体系应主要围绕原料拓展和供应、生物天然气高效制备技术及装备、产品高值化技术及装备、终端产品的标准化等方面进行。在原料拓展和供应方面,在利用传统有机废弃物的基础上,开发利用边际土地种植能源植物(作物),开展多元混合原料厌氧发酵;进行高效低成本网络化收储运研究,保证原料稳定供应。在生物燃气高效制备技术及装备方面,多元原料预处理技术及装备;混合高浓度厌氧发酵技术及装备。在过程控制技术及装备方面,全过程在线监控及自动调整技术及装备;系统状态预警和自动应急处置技术及装备。在产品高值化利用技术及装备方面,开展能量多元回收和阶梯利用的气热肥高效联产技术及装备研究;高效低耗和高稳定性的沼气提纯技术及装备;沼肥低成本高附加值加工技术及装备,同时,注重产品的标准化生产和政策引导。通过创新驱动,为行业发展奠定基础做好技术储备。

    破解成长的烦恼  “生物天然气+”构建绿色循环发展新模式

    生物质能目前多以直燃发电为主,产业单一,能源转化效率不高,2017年中国生物质并网装机容量1475.83万千瓦时,年发电量794.57亿千瓦时,其中沼气发电项目仅占2.9%。在生物质的装机容量当中,垃圾发电占比到49%,农林生物质项目发电占48%,沼气发电仅占3%。我国在生物天然气利用方面,2017年的统计还相当于处于一张白纸。

    生物天然气如何更好成长呢?生物质能产业促进会会长陈小平认为,生物天然气发展必须跟农业还有畜禽业相关联,建立生态农业、特色养殖、生物天然气绿色、循环、永续发展新模式。“我们单谈生物天然气的发展是不行的,要把这些结合起来,从中间看发展生态农业特色养殖,可以提供优质的安全食品,农林畜禽粪便、食品加工的废物以及城市有机废物,正是做生物天然气的最好原料。气态产品如生物沼气提纯天然气,成为工业、民用发电、供热制冷以及车、船、飞机清洁燃气重要来源。沼渣跟沼液通过加工可作为生物肥料,用于发展生态农业特色养殖。特别是中国的耕地面临沙化、化肥农药施用过多等问题,建立永续循环农业发展模式,让有机肥回田、回土非常重要。生物天然气跟生态农业养殖业放在一起,发展的路子会更宽广。

    建立生物燃油的原料基地,也可考虑绿色、循环、永续的发展新模式:通过种植高产能源植物,建立生物质燃油基地,然后提纯生物质燃油,如生物合成柴油煤油,用作车船、航空燃油,附加值非常高。生物质燃料整体可以围绕绿色、循环、永续来推进发展。

    建立绿色、循环、永续发展的模式,可以减少空气污染物排放和对化石能源的依赖,不仅符合我国能源安全长期发展战略,还可减少化肥、农药污染,帮助农民就地就业、增加收入……在很多方面,这种可再生能源模式都能产生重大的作用和效果。

    目前中国生物天然气产业化示范已经拉开序幕,全国首批申报示范项目489个,涉及25个省(市),总投资越达900亿元人民币,开发利用前景广阔。陈小平表示, 我们希望有更多的企业,加入生物天然气这个领域中,来推进和寻找新的发展路径。

    随着我国生物天然气生产技术日益成熟,许多企业在政府的支持下不断耕耘。如传统能源大省,农作物秸秆、农产品加工剩余物、养殖业废弃物等方面生物资源非常丰富的河北省,已在衡水、定州、邯郸等一些地方,孕育出了一批探索相对较为成功的沼气示范项目,成为生物天然气发展的热土。曾经受农民焚烧秸秆困扰的安徽省,也在积极探索秸秆发电、垃圾发电项目,取得较好成效。

    探索生物质天然气产业化路径,陈小平认为, 需要从5个方面来进行摸索。第一要建立新的商业模式,河北省是现在生物天然气项目最多的省,有很多不同的模式,需要寻找最适合的模式;另外要突破关键技术形成技术开发能力。中国很多生物天然气项目规模化还没形成,但采用的技术有欧洲的韩国的,如何尽快找到契合中国自身的技术,形成规模能力的突破,这也是充满机遇的尝试;第三行业协会要积极推进建立行业标准,形成产业体系。在任何一个行业一种有效的管理体系的形成,都不能离开政策的支持,管理体系也需要我们在实践中一步一步摸索来实现;另外现在中国的生物天然气规模化才刚刚起步,需要建成一批高标准、高质量、可持续的示范项目。

    “环保带动产业发展。”北京盈和瑞环境科技股份有限公司总经理周建华介绍,我国对环境质量改善的要求提升,要求农业废弃物也得到有效处置,以前企业要花钱收购农业废弃物,现在政府付费处置,企业不用再付费收购,处置需求量明显增加。他认为,仅把生物天然气当作能源是不够的,还要重视其环保属性,作为绿色能源发展看待。

    谋划天然气战略版图的点状布局

    生物质能产业促进会秘书长 张大勇

    生物天然气是以农作物秸秆、畜禽粪便等各类城乡有机废弃物为原料,经厌氧发酵和净化提纯产生的绿色低碳清洁可再生的非常规天然气,是可再生能源领域中重要的“非电”能源,具备可以分布式利用的特点。我国是农林大国,可利用的农林废弃物及畜禽粪污等原料非常丰富,可呈点状布局的生物天然气具备规模化、产业化开发利用的资源优势条件。但受制于低迷的产业环境,生物天然气产业仍然羸弱,大规模产业化发展仍需从战略角度谋划。

    今年中央一号文件提出“聚力精准施策,决战决胜脱贫攻坚”。生物质资源大部分分布在扶贫工作重点针对的农村地区,围绕农林废弃物资源的开发,以能源化利用为主导方向,探索实施“生物质扶贫”模式,是响应中央号召坚决打赢“扶贫攻坚战”的有力举措,可同时实现农民增收节支、采暖炊事用能清洁化和农村环境改善三重功效。“生物质扶贫”模式强调,以农户的农作物秸秆和灌木树枝等生物质为载体,通过组织创新、商业模式创新和技术创新,增强农户的“造血”能力,培育农民的可持续发展能力。当前,通过农作物秸秆等农林生物质可持续利用来推进“生物质扶贫”,已经初步具备实现和推广条件。

    农作物秸秆露天焚烧与畜禽粪污随意排放等有机废弃物污染问题是制约城乡生态环境建设的重要因素。推进生物天然气工程建设可专业化市场化规模化处理城乡各类有机废弃物,实现有机废弃物资源化利用,有效治理农村面源污染及水污染,改善农村人居环境,促进城乡生态文明建设。同时,更是增益天然气供应的新途径,助力沼气产业转型升级的新方向。推进沼气向生物天然气转型升级,是实现沼气高值化商业应用的必由之路。传统沼气工程偏向于农村市场,规模较小,经济效益较差,产业发展依赖于政府补贴,生存能力较弱,未能真正形成市场化发展,加快推动沼气转型升级和生物天然气产业化建设,将其打造成为现代新能源产业,有利于提高沼气能源的市场经济价值,增加绿色生态能源供应,是推动供给侧结构性改革与农村能源革命的重要方向。

    此外,生物天然气有助于发展农业生态循环经济。有机肥能改良土壤、培肥地力、增加农作物产量与农产品质量,加快有机肥推广应用,替代化肥,是推动农业绿色发展的重要举措。生物天然气原料以农业废弃物为主,生产的沼渣沼液可用于制造有机肥,有机肥可还田改良土壤,促进农业绿色发展,是一条“农业—能源—环保—农业”种养结合、绿色低碳、循环可再生的发展道路。加快推进生物天然气发展,有效消纳有机废弃物,增加可再生能源和有机肥供给,形成生态循环经济新产业。

    然而,目前中国生物天然气产业化基础薄弱、商业模式不成熟、产业支撑体系不健全、技术研发能力不足等都是难题。首先,产业化基础薄弱。我国生物天然气产业发展暂未形成规模,投资主体不多,投产项目较少,尚未形成专业化一体化投资建设运行管理服务体系,以及成熟的商业化市场环境。第二,商业模式不成熟。在原料收运方面,畜禽粪便尚未建立有偿处理机制,农作物秸秆收储运模式尚不完善,缺乏专业收储运团队,建立经济可承受的原料收集保障模式仍有待探索。在产品市场方面,生物天然气产品存在较大的市场壁垒,多元化消费体系尚未建立,项目盈利水平不足;生物天然气有机肥的市场尚未完全打开,绿色产品属性有待建立,没有形成有效的市场支撑机制。第三,产业支撑体系不健全。在产业政策上,生物天然气产业相关扶持与激励政策还不够完善,缺乏相关产品强制市场保障措施与机制,无法形成稳定的市场需求,市场可持续拉动力较差;在行业标准体系上,尚未建立完整的行业标准体系目录,存在较大的技术、施工及管理标准空白,未能形成有效的行业指导。在行业监管上,暂未建立原料收运、生物天然气生产及沼渣沼液肥料生产与利用等全过程的环保监管与执法监察体系,规范行业发展。

    作为我国能源安全的重要组成部分,生物天然气迈上产业化发展阶段,但技术、政策、建设、运营等方面仍然存在问题,也亟须政府、行业和企业共同解决。作为服务和引领生物质能行业、连接产业与政府主管部门的生物质能产业促进会,也一直在做着不懈的努力。虽然道路漫长,但我们依然对行业充满信心:如果生物天然气产业配套政策能够落实一部分,按照我们的预计,到2030年,生物天然气发展规模要达到500亿立方米,2035年达到800亿立方米,远超国家能源局的规划。

    (记者王巧然采访整理)

    定州规模化生物天然气示范项目

    定州规模化生物天然气示范项目为河北省目前投运比较成功的生物天然气项目,由四方格林兰定州清洁能源科技有限公司同定州市政府采用PPP模式合作建设,总投资2亿元,2016年4月动工建设,2017年5月建成并投入试运营, 2018年6月,发电机组实现并网,项目正式进入运营阶段,年生产有机肥4.2万吨,发电3200万千瓦时,生产生物天然气392.5万立方米,替代燃煤约1万吨,减少碳排放约12万吨。

    良好的社会效益

    后记

    生物天然气,其实从环保角度看是一种成长性非常好的能源,正如国际能源署2018年10月发布《可再生能源报告•2018》首次分析指出的,生物能源是个“被忽视的巨人”;报告还预测说,未来5年内,生物能源特别是车用生物燃料和生物质供热/取暖将引领全球范围可再生能源的大发展。报告还强调,生物能源在以往能源分析体系中一直是个盲区。而事实上,它对能源的进化、转型意义重大,包括减排温室气体,车用燃料“绿色化”以减轻空气污染,减少石化工业对原油的消费(生物基化学品替代石油/天然气基化学品),增加品种多样化等效应,但却未受到应有的重视。报告的这些宏观分析及观点引起了很大反响。因此, 我们有理由相信,未来生物质能清洁利用的方向和途径,会成为我国加强生态环境保护、解决能源安全问题的关键战略。生物油气的开发利用,早晚将迎来发展的春天。让我们拭目以待吧。

 
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