生物質(zhì)能發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀及市場(chǎng)化前景

陳 瑞，張哲鳴，曹 麗

(1.中蘭環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?、廣東省固廢危廢污染隔離防滲系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，廣東深圳518067；2.中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，廣東深圳518055)

生物質(zhì)能以通過(guò)光合作用產(chǎn)生的有機(jī)體(即生物質(zhì))為載體，將太陽(yáng)能以化學(xué)能的形式貯存，是唯一的一種可再生的碳源，主要包括木質(zhì)素、農(nóng)林廢棄物、畜禽糞便、污水廢水、生活垃圾等。生物質(zhì)能源因具有可再生性、低污染性、分布廣泛易于取材等優(yōu)勢(shì)，成為煤炭、石油、天然氣之后的第四大能源庫(kù)。目前，生物質(zhì)能源利用在世界能源結(jié)構(gòu)中占比很小。丹麥?zhǔn)鞘澜缟侠媒斩捝镔|(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)開發(fā)運(yùn)行最好的國(guó)家，目前生物質(zhì)發(fā)電作為生物質(zhì)能主要的利用方式之一，除農(nóng)林廢棄物直接焚燒發(fā)電外，還有生活垃圾焚燒發(fā)電、生活垃圾填埋氣發(fā)電及沼氣發(fā)電等。

一、生物質(zhì)能儲(chǔ)量豐富，沼氣發(fā)電兼具環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙重效益

(一)全球生物質(zhì)能儲(chǔ)能豐富，發(fā)展迅速

發(fā)展可再生能源取代化石能源已成為全球共識(shí)。生物質(zhì)能儲(chǔ)量豐富，地球每年產(chǎn)生的生物質(zhì)能總量相當(dāng)于全球能源消耗總量的10～20倍，成為世界公認(rèn)的繼煤、石油、天然氣之后的第四大能源庫(kù)。根據(jù)2018年美國(guó)能源資料協(xié)會(huì)(U.S.Energy Information Administration，EIA)對(duì)全球生物質(zhì)能產(chǎn)量與消費(fèi)量的預(yù)測(cè)結(jié)果(如圖1所示)，2020年，全球生物質(zhì)能產(chǎn)量將達(dá)到4.38萬(wàn)億英熱單位(約12.8億kW·h)。

圖1 世界生物質(zhì)能產(chǎn)量與消費(fèi)量預(yù)測(cè)(萬(wàn)億英熱單位)

全球總的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)有三大終端市場(chǎng)，分別為熱力、電力和交通運(yùn)輸，三者占比分別約為50%、20%和30%。未來(lái)，電力在全球能源消費(fèi)中的占比將進(jìn)一步加大。世界生物質(zhì)能發(fā)電起源于20世紀(jì)70年代世界石油危機(jī)爆發(fā)后，最早由丹麥開始大力推行秸稈等生物質(zhì)發(fā)電。根據(jù)IEA最新市場(chǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果，在2018至2023年之間，生物質(zhì)能源將引領(lǐng)可再生能源持續(xù)增長(zhǎng)，占到全球能源消費(fèi)增長(zhǎng)的40%。到2040年，可再生能源在一次能源占比中達(dá)到17%～22%，將是實(shí)現(xiàn)全球電力需求的主要貢獻(xiàn)力量。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著各國(guó)積極支持和推動(dòng)，全球生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量持續(xù)穩(wěn)定上升，2008年至2017年的十年間，生物質(zhì)能裝機(jī)容量從53.59 GW增長(zhǎng)至109.21 GW，年復(fù)合增長(zhǎng)率為8.23%(見圖2)。到2018年，全球生物質(zhì)能電廠3800個(gè)，新增裝機(jī)容量108.96 GW。

圖2 2008～2017全球生物質(zhì)能裝機(jī)容量

到2018年底，歐、美是全球生物質(zhì)能裝機(jī)的主要市場(chǎng)，但是占比相對(duì)下降，如圖3所示，2008年，歐洲、美洲、亞洲生物質(zhì)裝機(jī)容量分別為38.59%、34.02%、19.82%，到2018年，歐洲、美洲、亞洲生物質(zhì)裝機(jī)容量分別占比為 32.48%、30.69%、31.05%，歐洲、美洲2018年比2008年全球占比分別下降了6.11%、3.33%。與歐、美情況相反，亞洲生物質(zhì)能裝機(jī)在全球的占比從2008年至2018年上升了11.23%，成為全球生物質(zhì)能裝機(jī)第二大市場(chǎng)，是全球生物質(zhì)裝機(jī)容量持續(xù)增長(zhǎng)的主要推動(dòng)力。其中，中國(guó)和印度成為增長(zhǎng)潛力最大的兩個(gè)國(guó)家。

圖3 2008年和2018年全球生物質(zhì)能裝機(jī)區(qū)域分布

(二)我國(guó)生物質(zhì)能資源豐富，正在成為生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)新星

根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，近年來(lái)，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量逐年增加，2013至2019年我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)規(guī)模及增長(zhǎng)率如圖4所示，我國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量逐年增長(zhǎng)，年復(fù)合增長(zhǎng)率為16.79%。到2019年底，全國(guó)生物質(zhì)累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)2254萬(wàn)kW·h，較2018年增長(zhǎng)22.60%。以此為基數(shù)計(jì)算，2025年之前，可再生能源中，生物質(zhì)能發(fā)電將占據(jù)主導(dǎo)地位。

圖4 2013～2019年我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量

1.上游：生物質(zhì)來(lái)源資源豐富

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，可利用生物質(zhì)能發(fā)電資源豐富，利用潛力巨大。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)生物質(zhì)資源可轉(zhuǎn)換為能源的潛力約為4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，已利用量約2200萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，還有約4.4億噸可作為能源利用。今后，隨著造林面積的擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)換為能源的潛力可達(dá)到10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

(1)生活垃圾

目前，衛(wèi)生填埋和垃圾焚燒發(fā)電是我國(guó)生活垃圾處置最主要的兩種方式。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，近10年來(lái)我國(guó)生活垃圾無(wú)害化處理量逐年增加(如圖5所示)，2018年全國(guó)生活垃圾無(wú)害化處理量為2.19億噸，焚燒處置在無(wú)害化處理量的占比逐年上升，生活垃圾焚燒發(fā)電已成為生活垃圾處置的主要方式。

圖5 2011～2018年我國(guó)生活垃圾無(wú)害化處理量

(2)秸稈

調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，我國(guó)每年秸稈資源量近9億噸，可收集資源量在7億～7.5億噸。我國(guó)秸稈品種以水稻、小麥、玉米、棉稈為主。其中，稻草占比 25.1%，麥秸占比18.3%，玉米秸占比約32.5%，棉稈占比31%，油料作物秸稈(主要為油菜和花生)占比4.4%。

(3)畜禽糞便

我國(guó)的養(yǎng)殖場(chǎng)資源豐富，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖每年產(chǎn)生糞便8億多噸，有充足的糞污原料供應(yīng)。在農(nóng)村，將畜禽糞污和農(nóng)林廢棄物如秸稈等混合起來(lái)作為發(fā)酵底物，混合厭氧發(fā)酵進(jìn)行產(chǎn)沼，不僅提升了沼氣產(chǎn)量，同時(shí)解決了農(nóng)村秸稈堆放的問(wèn)題。

(4)餐廚垃圾

我國(guó)城市產(chǎn)生的餐廚垃圾每年約有6000萬(wàn)噸，城市餐廚垃圾占城市生活垃圾的一半左右。餐廚垃圾兼具污染源和再生能源的雙重特性引起廣泛關(guān)注。餐廚垃圾因具有高有機(jī)物含量(有機(jī)物含量約占干物質(zhì)質(zhì)量的80%以上)，資源化可通過(guò)飼料化、好氧堆肥化、厭氧能源化(包括厭氧發(fā)酵制氫、厭氧消化產(chǎn)甲烷、提取生物降解塑料技術(shù)、生物柴油技術(shù))等方式實(shí)現(xiàn)。其中，厭氧發(fā)酵能源化是減少溫室氣體排放、實(shí)現(xiàn)能源再生和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最有效的方式之一。產(chǎn)生沼氣后供電供氣，殘?jiān)?jīng)無(wú)害化處理后制作有機(jī)復(fù)合肥料。

(5)工業(yè)有機(jī)廢水

工業(yè)有機(jī)廢水主要來(lái)自檸檬酸、制糖、酒精、造紙、養(yǎng)殖、PTA等行業(yè)，這些行業(yè)目前處理污水的主流方式為生化法，處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量沼氣。據(jù)估算，每生產(chǎn)1噸檸檬酸可產(chǎn)生大約225立方米沼氣，甲烷含量在60%左右，生產(chǎn)1噸酒精可產(chǎn)生300立方米沼氣，甲烷含量可達(dá)70%。

我國(guó)排放有機(jī)廢水的工業(yè)企業(yè)以中小型居多，量大面寬。工業(yè)有機(jī)廢水開發(fā)沼氣工程的進(jìn)展與全國(guó)環(huán)保達(dá)標(biāo)要求密切相關(guān)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的情況下，排放的工業(yè)有機(jī)廢水總量也會(huì)隨之增加。有機(jī)廢水沼氣資源化利用，將提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2.下游：我國(guó)能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化

目前，我國(guó)能源的主要來(lái)源包括煤炭，石油，可再生能源如天然氣，水電、核電、風(fēng)電等。受制于“富煤、貧油、少氣”的資源特點(diǎn)約束，我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)以煤炭消費(fèi)為主的特征。近20年來(lái)，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)及構(gòu)成情況如圖6所示，由圖可見，總體上我國(guó)能源消費(fèi)總量持續(xù)增加，增速有所下降，水電、核電、風(fēng)電等可再生能源類比重不斷增大。2019年我國(guó)能源消費(fèi)總量為48.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，較2000年已實(shí)現(xiàn)超過(guò)2倍的增長(zhǎng)。

圖6 我國(guó)能源消費(fèi)情況(萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤)

2019年，煤炭，石油，天然氣，可再生能源如水電、核電、風(fēng)電消費(fèi)總量分別占到能源消費(fèi)總量的57.7%、18.9%、8.1%、15.3%。煤炭依然是我國(guó)能源的主要來(lái)源，但是消費(fèi)量較2018年下降1.3 pct，天然氣、可再生能源類等消費(fèi)量持續(xù)增加，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化。電力作為三大能源輸出終端之一，我國(guó)近年來(lái)電力消費(fèi)量及增速如圖7所示，總體上我國(guó)電力消費(fèi)量呈逐年增加的趨勢(shì)，未來(lái)，隨著我國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，將有助于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

圖7 我國(guó)電力消費(fèi)量及增速

二、相關(guān)政策連續(xù)出臺(tái)，規(guī)范行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展

我國(guó)生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)開展以來(lái)，國(guó)家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)部、林業(yè)部、能源局、生態(tài)環(huán)保部等部門不斷推出鼓勵(lì)政策，不僅出臺(tái)了多項(xiàng)生物質(zhì)能利用的規(guī)劃，同時(shí)給出稅收、補(bǔ)貼等各種價(jià)格端的傾斜政策鼓勵(lì)生物質(zhì)能源利用的推行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003～2016年，中國(guó)投入上千億元支持沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其中中央投資超過(guò)400億元。2014年以來(lái)，隨著國(guó)家連續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)沼氣發(fā)電發(fā)展規(guī)劃以及補(bǔ)貼政策，帶動(dòng)行業(yè)主體數(shù)量實(shí)現(xiàn)擴(kuò)幅的同時(shí)，市場(chǎng)規(guī)模也實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)。

但是目前生物質(zhì)能發(fā)電行業(yè)也存在著較大的問(wèn)題，如，項(xiàng)目投資及運(yùn)行成本高，對(duì)于電價(jià)補(bǔ)貼依賴性大、環(huán)保要求趨嚴(yán)后運(yùn)行成本提高，燃料來(lái)源尤其是農(nóng)林生物質(zhì)來(lái)源不穩(wěn)定，市場(chǎng)波動(dòng)較大。2020年，相關(guān)部門就生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目連續(xù)出臺(tái)了補(bǔ)充文件(表1)，規(guī)范市場(chǎng)穩(wěn)健發(fā)展。

表1 2020年生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目相關(guān)政策文件

目前，我國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)電項(xiàng)目較多依賴于政府補(bǔ)貼，隨著相關(guān)文件的出臺(tái)，行業(yè)發(fā)展進(jìn)入歷史低點(diǎn)。但是基于我國(guó)的現(xiàn)狀，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)仍然持續(xù)優(yōu)化，生物質(zhì)能作為唯一可再生的清潔能源，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。同時(shí)，我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)林廢棄物等處理和利用需求不斷增加，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，行業(yè)仍有較大的發(fā)展空間。新政策條件下，對(duì)于生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的綜合實(shí)力提出更大的挑戰(zhàn)。

首先，需要企業(yè)具有強(qiáng)大的市場(chǎng)開拓實(shí)力，能夠以靈活多樣的方式獲取優(yōu)質(zhì)的項(xiàng)目信息；其次，需要企業(yè)有強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力，以技術(shù)革新推動(dòng)項(xiàng)目收益；第三，需要企業(yè)有優(yōu)質(zhì)的運(yùn)營(yíng)管理能力，任何運(yùn)營(yíng)類項(xiàng)目都是“三分建，七分管”，依靠專業(yè)的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)提高項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)收益；第四，對(duì)于農(nóng)林生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電項(xiàng)目，需要持續(xù)穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)燃料供應(yīng)保障，就國(guó)內(nèi)現(xiàn)有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，未來(lái)可通過(guò)經(jīng)紀(jì)人制度等改善現(xiàn)有市場(chǎng)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)?？傊?，新政策下，將有利于生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的市場(chǎng)集中度，有利于推動(dòng)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，規(guī)范整個(gè)生物質(zhì)發(fā)電市場(chǎng)趨于健康穩(wěn)步發(fā)展。

三、結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，綠色低碳是全球新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，生物質(zhì)發(fā)電仍有相當(dāng)大的潛力可待挖掘，市場(chǎng)空間巨大。近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保的日益重視，鼓勵(lì)用新技術(shù)、新能源減輕溫室效應(yīng)和促進(jìn)生態(tài)，并不斷減少化石能源的使用，生物質(zhì)能得到前所未有的發(fā)展契機(jī)。