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碳中和:生物质能产业发展的价值和机会

北极星垃圾发电网  来源:东滩智库    2021/11/8 13:35:13  我要投稿  

北极星垃圾发电网讯:生物质能源属于零碳燃料,其中的碳燃料来自大气,燃烧后再回归大气。仅就发电来看,生物质能在新能源中占比非常低,但要加上生物能源的量就比较可观了。生物质能在未来低碳能源结构中将发挥重大作用,欧洲国家把生物质能作为低碳能源的重要内容,相对而言,我国生物质能利用相对不足,未来还存在较大的发展空间。

一、生物质能源利用方式

生物质能主要是指直接或间接地利用自然界的有机物质生产的能源,其具有蕴藏量大、普遍性、易取性、挥发性高、炭活性高、易燃性等特点,主要表现形式有农业生产物及农林废物、生活垃圾、工业有机废物等。生物质能源利用方式主要有以下4种。

固体利用方式:主要分为湿压成型、热压成型和碳化成型工艺三种形式:湿压成型工艺主要是将原料浸泡、降解、挤出水分,然后成型成为燃料块;热压成型工艺主要包括原料粉碎、干燥混合、挤压成型及冷却包装;碳化成型是将原料压缩、热解碳化,得到产品。液体转化利用方式:主要有发酵工艺、生物质液化和机械萃取工艺。发酵工艺将生物质碾碎、催化、发酵、浓缩冷凝得到液体乙醇;生物质液化燃油是以废弃生物质为原料,经热化学液化工艺转化、分离得到;一些含油率高的能源作物直接经过机械方式可以得到的液体燃料。气体转化利用方式:主要有生物化学法和热化学法两种。生物化学生产可燃气体主要指细菌将原料分解、转化为脂肪酸,进行厌氧消化法生产沼气;热化学法高温缺氧的条件下进行干馏,气体产物为“炉煤气”,固体物质,再次裂解,便可产生出高质量的气体燃料。

生物质发电:是利用生物质所具有的生物质能进行的发电,是可再生能源发电的一种,包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。农林生物质发电从发电技术上又可分为直接燃烧发电和混合燃烧发电。

二、发展生物质能源的意义

我国生物质能利用起步晚、利用方式简单、效率较低,开发比较环保、高效燃烧技术,对我国城市和农村地区生活水平的提高以及环境的改善,都具有深远的意义。

1、减少化石能源的利用

生物质燃料乙醇、生物柴油可以部分替代汽油、柴油,从而减少石油消耗,降低石油进口依存度;生物质成型燃料可以代替煤炭使用,生物质发电提供的电量又可以减少火力发电的煤炭使用量,二者可以节约大量的煤炭资源;沼气的推广使用,可以解决居民生活燃料的来源问题。

2、降低温室气体的排放

生物质能源属于清洁能源,生物质能源中有害物质(硫和灰分等)的含量仅为煤炭的1/10左右。同时,生物质能源二氧化碳的排放和吸收构成自然界碳循环,其能源利用可实现二氧化碳零排放。

3、改善人们的居住环境

生物质能源利用农作物秸秆生产生物质成型燃料、禽畜粪便生产沼气、工业有机废水及其他废弃物生产工业沼气与发电,避免了秸秆焚烧产生的空气污染、病菌的传播、饮用水和城市固体废弃物污染,改善居住环境。

三、生物质能产业市场稳步发展

全球生物质能装机容量稳定上升:全球各国积极支持和推动生物质能发电项目的情况下,全球生物质能发电得到迅速的发展,生物质能装机容量稳定的上升。根据IRENA数据报告显示,2019年全球可再生能源发电装机容量达到2537GW,其中全球生物质能发电装机达到124GW,约占4.9%。

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我国生物质能发电产业呈现全面加速的发展态势。据国家能源局数据显示,截止2020年底,全国已投产生物质发电项目1353个,生物质发电新增装机543万千瓦,累计装机达到2925万千瓦,同比增长30.97%。生物质发电量呈逐年稳步上升态势,截止2020年年底,2020全年生物质发电量高达1326亿千瓦时。

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根据国家能源局统计数据,截至2020年底,全国生物质发电累计并网装机2962.4万千瓦。其中,垃圾焚烧发电1536.4万千瓦,农林生物质发电1338.8万千瓦,沼气发电87.2万千瓦。分地区看,2020年山东、广东、浙江、江苏和安徽五省累计生物质发电并网装机均超过200万千瓦,占全国累计并网容量的46.6%。

目前我国主要生物质资源年生产量约为34.94亿吨,实现能源化利用量的约4.61亿吨,未来还存在较大发展空间。预计到2030年我国生物质发电总装机容量达到5200万千瓦,提供的清洁电力超过3300亿千瓦时,碳减排量超过2.3亿吨。到2060年,我国生物质发电总装机容量达到10000万千瓦,提供的清洁电力超过6600亿千瓦时,碳减排量超过4.6亿吨。

四、生物质能发电行业产业链

生物质燃料分布具有地域性、分散性和资源储量的有限性,农业废弃物和林业废弃物可收集量和价格是决定生物质电厂效益的重要因素。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,我国生物质发电装机容量和发电量稳步增长。

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1、生物质发电项目运营

近几年垃圾焚烧装机增速较快,装机容量2015-2020年复合增速为26.9%。垃圾焚烧项目前期投入资金较多,项目建设周期一般为2年左右,回收期一般为5-10年,其中中央和地方给予较多补贴资金。垃圾焚烧运营收入主要来自于上网电费(向电网收取)和垃圾处理费(向政府收取),上网电费一般占比70-80%,垃圾处理费一般占比20-30%。

目前,生物质发电项目对政府补贴依赖较大,从未来发展看,政府对项目精细化运营要求不断提高,中央补贴将可能逐步退出。考虑到我国城市生活垃圾清运量维持稳健增长,未来垃圾焚烧发电将成为生活垃圾无害化处理的刚需,垃圾焚烧发电运营企业可通过提升运营效率、提高处理费等多重手段缓解竞争性配置带来的补贴下降的压力。

2、生物质能发电设备产业

我国生物质发电设备需求规模呈现出较大的变动性,2013年我国生物质发电设备市场规模为102.36亿元,2014年大幅滑坡,设备市场规模下降至33.25亿元。随着产业整合和政策规范,国内生物质发电设备规模逐步回升,2020年垃圾焚烧发电设备市场规模约为168亿元。

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生物质发电设备产业链主要包括生物质发电机组、生物质造粒设备、专门锅炉及发电机、焚烧锅炉等,焚烧炉作为垃圾焚烧处理系统最核心的设备,目前国内外应用较多、技术比较成熟的生活垃圾焚烧炉主要包括炉排炉型焚烧炉、流化床焚烧炉等。目前我国生物质相关上市企业有26家。目前,受技术条件的约束,生物质发电设备需求量尚未完全打开。随着国家对生物质发电的愈发重视,生物质发电设备的应用需求将会越来越大,未来生物质发电设备市场规模持续走高。

五、生物质燃料产业存在较大机会

1、生物天然气产业投资加快增长

2020年中国生物质能产业新增投资约1960亿元。其中,生物质发电新增投资约400亿元,生物天然气新增投资约1200亿元,生物质成型燃料供热产业新增投资约180亿元,生物液体燃料新增投资约180亿元。国家《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》提出,到2025年,生物天然气年产量超过100亿立方米;到2030年,生物天然气年产量超过200亿立方米。

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生物天然气配套设施包括原料的收储运、预处理、发酵转化、净化提纯、燃气及肥料输运等环节,以生物天然气产品、装备、服务体系等环节构成的产业链正在逐步形成,一旦产业链完全打通,预计整个市场规模将达万亿元以上。

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2、生物柴油等产业存在发展机会

我国生物柴油行业尚处于发展初期,行业内多数企业规模小。从全球产量的区域分布来看,2019年,欧盟28国的生物柴油产量达124亿升,而印尼、巴西的产量也在50亿升以上,相较之下,中国的产量仅为6亿升,还有极大的发展空间。

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3、生物质能源技术不断发展升级

以燃料乙醇为例,其技术逐渐由第一代向第二代过渡,第三代技术已在孕育中。第一代燃料乙醇以粮食为原料,技术成熟度高,是目前国内外燃料乙醇商业化生产的主要技术。第二代纤维素乙醇是未来生物燃料乙醇行业的发展方向,但目前运行仍存在预处理效率低、纤维素酶成本高等瓶颈。第三代微藻燃料乙醇技术代表着更超前的研究方向,该技术路线具有光合效率高、生产周期短、吸收大气中CO2等显著优势,目前正处于研发起步阶段。


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