吉林省新能源产业发展比较研究

二、国内外生物质能源产业比较研究

欧洲生物质能利用技术是上世纪七十年代以来,为了应对石油危机逐步发展起来的。目前,生物质能利用技术已成为最受欧盟国家重视的可再生能源技术。在各国支持可再生能源发展的政策推动下,生物质能利用技术发展很快,生物质能在能源中比例迅速提高,特别是生物质颗粒成型技术和直燃发电技术应用已非常广泛。

(一)国内外生物质发电的比较研究

上世纪70年代以来,生物质发电技术已成为国外重要的研究开发课题。美国是世界上生物质发电装机容量最大的国家。2001年,欧盟发布了《促进可再生能源电力生产指导政策》,要求到2010年欧盟电力总消费的22%来自可再生能源,并规定出了各成员国要达到的目标,如德国为12﹒5%、丹麦为29%、瑞典为60%、意大利为25%。芬兰生物质发电量占本国总发电量的11%,是世界上比例最大的国家。丹麦秸秆发电技术世界领先,已建成十几家大型秸秆直燃发电厂,还有一部分烧木屑或垃圾的发电厂也能兼烧秸秆,装机容量约20万千瓦,约提供全国电力的5%。利用木材加工和森林等多种林业废弃物,建设热电联产(CHP)电厂是北欧国家重要的生物质供热发电方式。

发展中国家农林生物质资源丰富,随着经济的发展,环保意识的加强和各项支持生物质发电产业发展政策的陆续推出,生物质发电技术和产业也取得了一定成就。巴西生物质发电主要以甘蔗渣为主,约占94﹒5%;木屑约占4﹒67%;稻壳约占0﹒86%。印度生物质发电也是以甘蔗渣为主,其他多以各种枝材、秸秆为原料。东南亚国家也建设了一些利用棕榈壳、稻壳等农业废弃物发电的项目。

西方国家生物质发电政策:(1)通过立法的方式要求电网企业按确定的电价全额收购。如瑞典的固定电价制度,对生物质发电采取市场价格补贴。(2)投资补贴是欧盟国家促进生物质能开发和利用的重要措施。如瑞典每年从政府预算中支出技术研发和商业化前期技术的示范项目补贴。(3)减免税费:欧盟各国都对可再生能源的利用免征各类能源税。(4)配额制度:对电力生产商规定在其电力生产中必须有一定比例的电量来源于可再生能源,目前,瑞典、丹麦和意大利都在推行可再生能源配额制。

如果中国生物质能利用量达到5亿吨标准煤,就可解决目前中国能源消费量的20%以上,每年可减少排放二氧化碳的碳量近3﹒5亿吨,二氧化硫、氮氧化物、烟尘减排量近2,500万吨,将产生巨大的环境效益。尤为重要的是,中国的生物质能资源主要集中在农村,大力开发利用农村丰富的生物质能资源,可促进农村生产发展,显著改善农村的村容村貌和居民生活条件,将对建设社会主义新农村产生积极而深远的影响。我国生物质直燃发电尚处于起步阶段,尽管出台了一些优惠政策,但目前效益仍不容乐观,市场竞争力较弱,由于电价问题、原料收储、成本问题,很多企业处于半停产状态。

我国在2006年实施《可再生能源法》明确规定秸秆发电厂发电量由电网全额收购,对运行满15年内给每度电0﹒25元的电价补贴,进口设备的关税、进口环节增值税全免。各地方还因地制宜制定其他补贴政策给秸秆发电厂提供一个极好的市场切入点,使秸秆发电厂一定时间内免除一定风险。

经验借鉴:其他国家生物质发电产业发展顺利,一方面是依赖于人们对生物质发电重要性的足够认识,另一方面是依赖于先进的技术和国家强有力的政策支持。发达国家对生物质发电的激励政策主要体现在对生物质发电给予科研投入、投资补贴、低息贴息贷款、上网电价补贴、减免税费等方面。此外,从资源利用上紧紧与当地生物质资源特点相结合,在原料收、储、运形成了一个完备的体系。

(二)国内外秸秆固化的比较研究

我国生物质秸秆成型技术研究开发始于20世纪80年代,国外生物质固化成型燃料技术研究始于20世纪30年代,英国、美国、德国日本等国相继研究了稻草、甘蔗渣、棉杆等秸秆燃料。从1980年起,联合国粮农组织已召开过三次利用农业剩余物秸秆生产人造燃料的会议。仅瑞典就有生物质颗粒加工厂10多家,单个企业的年生产能力达到了20多万吨。生物质固体颗粒的热值相当于劣质煤炭,除通过专门运输工具定点供应发电和供热企业外,还通过袋装的方式在市场上销售,成为许多家庭首选生活用燃料。清华大学研发的生物质常温固化成型技术,通过独创的纤维碾切搭接技术,在常温下把粉碎后的生物质材料压缩成高密度成型燃料。由于不需要在加热的条件下生产,能耗比国外同类产品降低50%,成型设备体积减少70%,综合生产成本降低60%以上。

成型后的秸秆颗粒燃料密度为0﹒8~1﹒4,热值3200~6000大卡,灰份为5﹪左右,含硫量在5‰以下,是高挥发酚的固体燃料,燃烧率达95﹪以上,残留灰份是优质的钾肥,可还田改良土壤。以玉米秸秆颗粒燃料为例:将玉米秸秆颗粒燃料加入配套的生物质燃料炉中燃烧,其燃烧率是燃煤锅炉的1﹒3~1﹒5倍。因此,一吨玉米秸秆颗粒燃料的热量利用率与一吨煤的热量相当。秸秆固化成型燃料清洁卫生,价格低廉,易燃烧,其1﹒38吨相当于1吨标煤的热值;加热升温比煤炭快,炉渣少,易清理。因此,秸秆固化成型燃料是煤炭、液化气、传统秸秆很好的替代能源,具有很大的市场发展前景。

(三)国内外秸秆气化的比较研究

目前,欧美发达国家对生物质气化技术也进行了多年的研究,主要采用生物质循环流化床气化技术,主要用于生物质蒸汽燃气联合循环发电项目。由于欧美等发达国家森林覆盖率高,生物质资源多为木材以及林业加工废弃物,这些示范工程的原料以木材和经过预处理后的生物质原料为主。对于松散的秸秆等原料则需要增加相当大的原料预处理成本,这大大增加了其运行成本和费用,所以国外的生物质气化技术主要用于大型化发电,且朝着规模化、自动化、集成化方向发展,但工艺复杂,造价昂贵。

我国国内目前固定床气化炉具有劳动强度低、原料适应性强的特点,但其气化强度低、不能连续运行,且自动化程度较低。目前主要应用在村庄集中供气和小型气化发电项目,基本是国家示范项目,尚不具备广范应用的效益。虽然目前有众多的户用生物质气化炉企业,但关键技术还不过关,户用型秸秆气化技术尚处于完善过程中,不建议在我省农村大力推广。

(四)国内外秸秆液化的比较研究

从目前的生物质能利用情况来看,以粮食生产燃料乙醇和以油菜籽生产生物柴油发展最为迅猛。最具代表性的是美国和欧盟。美国采取大幅度补贴政策,刺激了乙醇燃料生产的加快发展。据美国农业部统计,2009年美国用来生产乙醇燃料的玉米消耗量已达到1﹒07亿吨,占其当年玉米产量的39%。2003年,欧盟又发布了《欧盟交通部门替代汽车燃料使用指导政策》,要求生物液体燃料,包括生物柴油和乙醇,在汽车燃料消费中的比例要达到:2005年为2%,2010年为5﹒57%,2015年为8%。2009年欧盟共生产了约825万吨生物柴油,预计2010年生物柴油产量达到945万吨。日本也在积极挖掘秸秆的燃料转化潜力,已研制出从秸秆所含纤维素中提取酒精燃料的技术,向着秸秆的科学化、实用化迈出了新步伐。

欧盟国家对于生物质液体燃料的支持,除了提出明确的配额要求外,最重要的政策措施就是免征燃料税。目前,欧盟国家的汽油价格约为每升1欧元,其中三分之二为燃料税,而对于使用生物燃料乙醇的免征燃料税。虽然目前在欧洲乙醇燃料比汽油成本要高近一倍,但通过这种税收政策,较好地促进了生物液体燃料的发展。

中国本身是一个贫油国家,目前进口石油依存度高达44%,未来几年,将进一步提高到60%。对进口石油的过度依赖,必然威胁到中国的国家安全。燃料乙醇作为替代石油的一种新能源,符合国家的能源安全战略。从我们国情出发,农业的首要任务是解决十三亿人口的吃饭问题,确保国家粮食安全和主要农产品有效供给。因此,我们在发展生物质能源方面,不可能走与欧美发达国家相同的路线,我们发展的重点应放在研究和开发利用以秸秆、农业废弃物等为原料的生物质能源,走中国特色生物质能源开发道路。同时,应结合我国生物质能源燃料的分布特点,因地制宜,采用灵活多变的政策,充分发掘生物质能源的潜力。(www.chuimin.cn)

(五)畜禽粪便利用(沼气)国内外比较研究

经过几十年的发展,我国农村沼气从无到有,从小到大,特别是2000年以来,呈现了健康快速发展的态势。截至2008年底,全国农村户用沼气已达3050万户,沼气用户数增速不断加快。主要原因是因为宏观环境在不断改善,党和国家高度重视农村沼气发展,先后出台了一系列的法律法规,建立了比较完善的标准体系。各级农村能源主管部门及有关科研机构与企业加大了技术公关力度,取得了一系列科技成果。农村沼气服务体系也朝专业化方向发展,各项管理制度和工作机制不断完善,使得沼气建设的综合效益日益显现。

1﹒国外沼气发展比较研究

随着能源和环境问题的日益突出,沼气技术作为一种处理废弃物并能回收能源的环境工程技术,在世界上受到了越来越多的关注。2007年欧洲沼气产量达到590万吨油当量,其中德国为191万吨油当量,英国为170万吨油当量。瑞典、德国、英国、美国等发达国家在沼气业发展方面各具特色,代表了国际沼气产业现状。(详情见表1)

(1)欧洲发展现状。在欧洲国家中,德国是发展中小型农场沼气工程的典型代表,主要应用小型农场发电。1992年德国沼气发电工程数量是139处,2000年1050处没2003年3000处,2006年3500处。沼气发电总量到2008年达到1300mw。德国养殖业主要以饲养奶牛和猪为主,一般沼气工程都是为发电而建。瑞典在开发沼气与利用方面有特色,主要利用动物加工副产品、动物粪便、实物废弃物生产沼气,还专门培育用于产沼气的麦类植物。现有227家沼气工厂,年产相当于11﹒1万吨原油的能量,占全国能耗的1﹒44%,另外,瑞典还使用沼气作为汽车燃料。英国人均沼气产量在欧洲是第一位,2004-2005年度,沼气发电占可再生能源发电的35﹒9%。

(2)美国沼气发展现状。美国主要在垃圾填埋气领域发展沼气,目前垃圾场是美国沼气生产的主要来源,占总数的34%。2007年,美国垃圾管理公司已在北美运行281个垃圾场,其中已有100个具有沼气转换能源的能力。

(3)亚洲沼气发展现状。目前亚洲各国以发展农村户用沼气池为主,大中型沼气尚处在起步阶段。印度自1981年开始实施沼气发展计划,提供财政资金推动农村沼气推广。到2005年已建成380万个户用沼气池。尼泊尔早在20世纪70年代分别从印度和中国引入沼气技术,但是真正的规模化推广应用始于荷兰援助尼泊尔沼气项目。到2009年,建设11﹒75万个沼气池。

表7-2　国际沼气发展情况表

资料来源:据《农村沼气建设管理实践与研究》相关资料整理国家发改委农村经济司中国农业出版社2009﹒8

国外的经验给我国沼气发展提供了借鉴:一是出台优惠激励政策。许多发达国家为鼓励沼气发展,出台了一系列可操作性强的优惠激励政策。德国出台鼓励使用沼气上网发电的政策,瑞士制定了沼气用作汽车燃料的标准,并规定交通工具使用的气体燃料,沼气占54%;英国实行《可再生能源义务证书系统》,要求电力供应商在2015年以前,将可再生能源发电的份额增加到15﹒4%。二是发挥投资推动作用。发展中国家为加快沼气建设步伐,加大了资金投入。三是拓展沼气应用领域。发达国家已经把沼气应用到了工业领域,瑞典的沼气可用作汽车燃料,美国制造沼气燃料电池,替代传统的发动机发电。发展中国家通过开展沼渣沼液综合利用,延长农业产业链条。柬埔寨、老挝等国家利用沼渣、沼液做肥料,促进稻谷生产,在一些原来不长蔬菜的土地上,使用沼渣沼液生产蔬菜,初步改变了吃菜靠进口的状况。四是健全沼气应用体系。各国都在多年实践的基础上,建立健全管理服务体系、科技支撑体系,以及配套的产业体系等,这些体系的建立为沼气健康发展提供了十分重要的支撑。我国要充分借鉴国外的发展经验,结合本国实际,研究制定相应的办法措施,进一步加快步伐,开创我国沼气建设的新局面。

2﹒国内各地沼气发展情况对比研究

表7-3　国内部分省份沼气发展情况

资料来源:据《农村沼气建设管理实践与研究》相关资料整理国家发改委农村经济司中国农业出版社2009﹒8

通过对辽宁等8个省农村沼气发展情况的研究,发现各地农村沼气发展不均衡,其中四川省用户沼气池数最多,45455万户,普及率达到47﹒41%,河南省沼气工程建的最多,达到1918处,池容量达到499107立方米,生活污水净化沼气池建设四川省最多58725处,池容量达到3601700立方米。吉林省农村沼气的发展还处于初步阶段,应该利用自身的资源优势,采用科学的工艺技术,发展和利用农村沼气,既能解决农户的生产生活问题,又能发挥沼气的综合效益,使沼气建设得到快速稳步的发展。

我们得出的经验与启示是:一、政府引导,政府扶持是农村沼气发展的重要保障。二、因地制宜,渐进发展是农村沼气发展的基本要求。三、严格管理,确保质量是农村沼气发展的关键环节。四、突出重点,注重创新是农村沼气发展的有效措施。