2013年3月農(nóng)機化研究第3期生物質能開發(fā)利用的概況及展望魏偉,張緒坤,祝樹森,馬怡光(南昌航空大學機電設備研究所,南昌330063)摘要:生物質能是可再生能源的重要組成部分,具有可再生、低污染、分布廣泛等特點。目前,為了應對能源短缺、環(huán)境污染等問題,各國都在大力開發(fā)利用生物質能,這必將使得生物質能在今后能源替代方面起到越來越大的作用。為此,介紹了我國開發(fā)利用生物質能的戰(zhàn)略意義;同時,對國內(nèi)外開發(fā)利用生物質能的現(xiàn)狀進行了概述,并展望了我國開發(fā)利用生物質能的前景。關鍵詞:生物質能;戰(zhàn)略意義;開發(fā)利用;前景中圖分類號:TK6文獻標識碼:A文章編號:1003-188X(2013)03-0007-050引言1開發(fā)利用生物質能的戰(zhàn)略意義生物質是指把光能以化學能的形式儲存起來的有21世紀,隨著人類社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,石油、天機物質。所有的生物質都是由綠色植物通過光合作然氣等礦物能源的消耗正在以比它們自然形成的速用將光能轉化為植物物質而產(chǎn)生的。生物質是一種度快大約100萬倍的速度增長,人類也因此面臨著油可再生、可持續(xù)發(fā)展和對環(huán)境相對友好的能源,這價攀升、能源安全、氣候不穩(wěn)定等一系列重大問題。種能源可以明顯地改善我們的環(huán)境、經(jīng)濟及能源安目前,能源問題已從一個純粹的經(jīng)濟和生產(chǎn)冋題演變?nèi)Ｄ壳?我國對生物質能的發(fā)展主要集中在發(fā)電、成了一個涉及國際安全、政治、外交甚至軍事的廣義生物氣體、生物質成型燃料生物液體幾個方面2。問題。生物質能日前占世界最終能量消耗大約近年來,世界經(jīng)濟發(fā)展加快,全球能源需求迅速14%,比煤能(12%)所占的份額稍高些,也可與氣能增長,能源、環(huán)境和氣候變化問題日益突出。大力開(15%)和電能(14%)相媲美。而開發(fā)利用生物質發(fā)利用生物質能源資源,減少化石能源消耗,保護生能的戰(zhàn)略意義在于確保我國能源安全、維持國民經(jīng)濟態(tài)環(huán)境減緩全球氣候變暖,共同推進人類社會可持增長,以及在軍事、外交等方面所起的重要作用續(xù)發(fā)展,已逐漸被世人認可3。1)有利于解決“三農(nóng)”問題。“三農(nóng)”問題是我國我國生物質能資源相當豐富,理論生物質能資源社會經(jīng)濟生活中急需解決的一大問題,也是我國能否大約有50億t標準煤,達到了我國目前總能耗的4倍實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和全面建設小康社會的關鍵性問題。左右43同時,也關乎著我國8億農(nóng)村居民和1億農(nóng)民工的發(fā)由于我國能源依然面臨著總量不足、石油緊缺、展需要和切身利益"。促進生物質能的開發(fā)利用不環(huán)境污染嚴重、人均占有量少和能效低等諸多問題,但有利于加快新農(nóng)村特別是貧困地區(qū)和少數(shù)民族地這些問題將長期制約我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會進步。區(qū)的發(fā)展,而且有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,實現(xiàn)經(jīng)濟、社會因此,大力開發(fā)利用生物質能源已成為我國發(fā)展可再和環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展。由于我國農(nóng)村人口眾多生能源的首要問題。同時,開發(fā)利用生物質能源既是生物質資源不集中且資源浪費嚴重,因此大力發(fā)展沼實行能源戰(zhàn)略多元化,解決我國能源短缺問題的有效氣池、生物質成型燃料、生物液體燃料以及生物質發(fā)途徑,又是拓展農(nóng)民就業(yè)領域,促進農(nóng)民增收的重要電等生物質能技術,不但能解決農(nóng)村資源的浪費以及渠道資源利用效率低等問題,而且有利于改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生和居收稿日期:2012-03-28中國煤化工源林業(yè)和能源農(nóng)業(yè)的基金項目:江西省重大科技專項(CB201102009)大規(guī)模CNMHG機會,提高農(nóng)民收入作者簡介:魏偉(1987-),男,南昌人,碩士研究生,(E-m)wi-推動農(nóng)村城鎮(zhèn)化是以,振興農(nóng)村經(jīng)濟wei281896318@163.com通訊作者:張緒坤(1963-),男,江西武寧人,教授,博士,(E-mail) zkb2)有利于減少環(huán)境污染,保護生態(tài)環(huán)境,實現(xiàn)能sohl. com源的可持續(xù)發(fā)展。在我國各種主要的能源當中,煤炭2013年3月農(nóng)機化研究第3期占據(jù)著主導地位,同時,煤炭的大量使用也給當?shù)亍⒌鼐?經(jīng)沼氣發(fā)酵后的沼渣、沼氣液是優(yōu)化的有機肥區(qū)和全球的環(huán)境造成了嚴重的污染。目前,我國溫料"。沼氣發(fā)酵示意如圖1所示。室氣體(GHG)的排放已經(jīng)超過了世界排放量要求的表2世界能源擁有量及可利用狀況13%,僅次于美國居世界第二位。根據(jù)世界銀行公布Table 2 Ownership and utilization of the worlds energy的數(shù)據(jù),預計到2020年我國的GHG排放有可能占到資源擁有量(已確定蘊藏量)利用情況剩余可采年數(shù)世界排放總量的20%。在沒有切實可行辦法控制礦0×103億桶217億桶約50年物燃料使用過程中產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境污染的情況下,減13萬億m3約60年少使用量,開發(fā)利用潔凈可替代能源是唯一的解決辦煤炭約300年法。截止2010年年底,我國可開發(fā)為能源的生物質核能(鉑)60×102萬3.7萬約100年資源已達3億t多。通過先進、成熟和高效的轉換技1.94×103萬kW.h已開發(fā)約22%剩余約78%術,將其生產(chǎn)成使用方便、無污染的氣體燃料、固體燃來自禽畜的肉,蛋,如料和液體燃料,替代化石能源,減少溫室氣體排放,從根本上解決農(nóng)村普遍存在的“畜牧公害”和“秸稈問糧食飼料題”,是我國發(fā)展生物質能產(chǎn)業(yè)的長期目標(表1是我養(yǎng)殖場國生物質能應用規(guī)模與發(fā)展目標)21"。這不但能實現(xiàn)能源消費與環(huán)境保護的雙贏,而且能實現(xiàn)能源的使農(nóng)作物禽畜糞使可持續(xù)發(fā)展,從而推進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。垃圾液體燃料沼液渣水表1我國生物質能應用規(guī)模與發(fā)展目標沼氣發(fā)生裝置able I The application scaleChinese biomass energy圖1沼氣發(fā)酵示意圖生物質生物質乙醇生物柴油年Fig. 1 The schematic diagram of發(fā)電成型燃料沼氣年利用量年利用量年利月用量利用量總裝機量沼氣已是成熟的生物質能利用技術,在歐洲和印/M度等地已建設了大量的沼氣工程和分散的戶用沼氣2003.2414000Mm池。其中,德國在2002年共生產(chǎn)了約1900套沼氣設集中供氣備,總功率約250MW2。早在20世紀20年代我國就3300萬戶已繹開始了沼氣的生產(chǎn)與應用。歷經(jīng)幾十年的發(fā)展,20205044000Mm32我國在沼氣工程厭氧消化技術、厭氧發(fā)酵、工程建設等lGW=10W=10°kW;Mt=10°t;1Mm3=10°m3。方面已取得了巨大的成就,部分技術已居國際領先水3)有利于保證國家能源安全。傳統(tǒng)的礦物質能平。近年來,我國政府又加大了對農(nóng)村沼氣建設的力源是當今社會發(fā)展和進步的發(fā)動機,目前全球總能耗度并投入了巨大的人力和財力以及出臺了相關的政策的75%來自煤炭、石油、天然氣等。但是,礦物能源是給予強有力的支持。目前,我國已經(jīng)掌握了禽畜糞便有限的,據(jù)估計,全球化石能源的枯竭將不可避免,其工業(yè)有機廢水等有機廢棄物的厭氧消化技術,具備了峰值將出現(xiàn)在2020-2030年,并在21世紀開采殆盡沼氣大規(guī)模開發(fā)利用的技術裝備和施工能力。截(如表2所示)。2004年,我國能源消費量為19.7至2008年年底我國已有3049萬農(nóng)戶在使用沼氣,全億t標準煤。預計2020年能源消費量將達到30億t標國共建成各種類型沼氣工程3.98萬處,總池容達到了準煤以上,到2050年可能要達到50億t標準煤以上。502萬m32;截止200年底,我國農(nóng)村沼氣利用量因此,開發(fā)利用生物質能已成為解決我國能源問題的140億m3。另外,由于沼氣具有廣泛的用途,可以代替戰(zhàn)略選擇。煤炭、薪柴、煤油、汽油等傳統(tǒng)能源,因此沼氣是一種值2國內(nèi)外生物質能開發(fā)利用研究進展得開發(fā)的新能源。2.22.1沼氣發(fā)酵技術中國煤化工粉和纖維素為原料經(jīng)沼氣發(fā)酵是有機物質在一定溫度、濕度、酸堿度過發(fā)酵山y(tǒng)量受到糧食資源的限和厭氧條件下,經(jīng)過沼氣菌群消化的過程。沼氣發(fā)制成本高,難以形成大規(guī)模生產(chǎn)因而長遠考慮必須酵可生產(chǎn)沼氣作為能源,又可處理有機廢物以保護環(huán)尋找豐富且廉價的原料來源。由于纖維質原料非常2013年3月農(nóng)機化研究第3期豐富且成本較低,因此這方面的研究主要是集中在纖科技大學等研究機構和大學紛紛啟動生物柴油技術維素方面。工藝的研究開發(fā),目前已取得了一系列重要階段性成巴西是最早大規(guī)模使用乙醇作為替代燃料的國果。四川大學生命科學學院已籌備以麻瘋樹果油家,到2006年以前,巴西是世界上年產(chǎn)燃料乙醇最多為原料,計劃建立2萬v年的生產(chǎn)裝置。另外,我的國家,也是世界上唯一不使用純汽油作汽車燃料的國也有部分企業(yè)涉足生物柴油的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)國家。目前,50%的汽油已被生物質能源甘蔗乙醇替化,并形成了萬噸級的生產(chǎn)規(guī)模。據(jù)不完全統(tǒng)計,我代。美國及歐盟國家也在大力發(fā)展燃料乙醇工業(yè),到國現(xiàn)有產(chǎn)能1萬t及以上的生物柴油企業(yè)有26家,其2006年,美國燃料乙醇產(chǎn)量已經(jīng)一躍成為世界最大的中,產(chǎn)能小于5萬t的有13家,5~10萬t之間的有7燃料乙醇生產(chǎn)國。我國燃料乙醇雖起步較晚,但是發(fā)家(山東生物柴油集團生產(chǎn)規(guī)模位居國內(nèi)前列,年產(chǎn)展迅速,已成繼美國、巴西之后世界第三大燃料乙醇能10萬t),產(chǎn)能達到和超過10萬t的有6家。截止生產(chǎn)國。截至2005年年底,我國在9個省的部分地區(qū)2009年底,我國生物柴油產(chǎn)量為50萬t。由于生物柴基本實現(xiàn)了車用乙醇替代汽油,年產(chǎn)生物乙醇燃料約油具有對環(huán)境友好、不容易意外失火、儲運和使用方150萬t。截止2009年底,我國燃料乙醇產(chǎn)量已達便等諸多優(yōu)點,因此也是值得我們大力開發(fā)和利用的165萬t。目前,國內(nèi)中糧集團、河南天冠集團、安徽豐一種新型能源。原生化和山東澤生生物科技公司等在燃料乙醇生產(chǎn)2.4生物質固化成型技術技術產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展較快3。另外,隨著糧食燃料生物質固化技術是指在高壓或高溫高壓下通過生乙醇的快速發(fā)展,原料問題成為了產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶物質中木質素的塑化黏合,把原來疏松的生物質壓縮頸。為此,美國、丹麥等西歐國家正大力開發(fā)纖維素成密度極高的高品質成型燃料,以便儲運和高效率燃等非糧食燃料乙醇技術以改變企業(yè)“與人爭糧”的現(xiàn)燒的技術狀。“根據(jù)我國的國情,未來燃料乙醇發(fā)展將因地制早在20世紀30年代,日本、西歐等國就開始研究宜,重點發(fā)展纖維素、木薯、紅薯、甜高粱等非糧原料成型技術-3。美國20世紀末已在25個州興建了乙醇”,中糧集團科學研究院生化研究中心武國慶博日產(chǎn)量為250~300t的樹皮成型燃料加工廠,進行工士說。因此,大力開發(fā)以甜高粱、薯類和菊芋等作廠化生產(chǎn)。亞洲一些國家(泰國、印度、韓國、菲律賓為生產(chǎn)燃料乙醇原料的非糧能源作物是當務之急。等)在20世紀80年代已建了不少生物質固化、碳化2.3生物柴油專業(yè)生產(chǎn)廠,并研制出相關的燃燒設備。目前,俄羅生物柴油的生產(chǎn)是指將植物油、動物油脂、廢食斯、加拿大、日本和芬蘭等國的成型燃料研究發(fā)展很用油以及油料作物等為原料,在以甲醇或乙醇為催化快,已建立了完善的研究試驗、檢測系統(tǒng),引進的生產(chǎn)劑作用下,將溫度加熱到230~250℃下進行酯化反技術也較成熟3。我國對生物質成型技術的發(fā)展比應,生成生物柴油的過程2。較晚,始于20世紀80年代,經(jīng)過多年的開發(fā)研究,我近年來,生物質柴油作為新興產(chǎn)業(yè)在歐美發(fā)達國國生物質固體成型燃料技術已經(jīng)取得了階段性成果。家(美國、德國、丹麥)高速發(fā)展。其中,美國主要以大我國用于生物質成型燃料的原料大部分是農(nóng)作物秸豆油為原料生產(chǎn)生物柴油,歐洲以菜籽油為原料生產(chǎn)稈、農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)生物質資源等“。其中,生物柴油。德國是生物柴油發(fā)展最成功的國家之秸稈是固體成型燃料原料的主要來源。我國農(nóng)作物在2004年生物柴油的生產(chǎn)能力就達到了109.7萬t,秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣,每年秸稈理論資源約為占整個歐盟15國總生產(chǎn)能力的50%以上,是世界上8.2億t,約折合4.1億t標準煤。為完成到2015最大的生物柴油生產(chǎn)國和消費國28。2008年,德國年我國生物質成型燃料年利用量達2×107t以及到生物柴油行業(yè)產(chǎn)能利用率為55%,產(chǎn)量已開始出現(xiàn)了2020年,使生物質成型燃料成為普遍使用的一種優(yōu)質下滑。意大利、奧地利、比利時、丹麥等國也紛紛參與燃料的目標,我國將加大力度開發(fā),并高效、合理地利生物柴油研發(fā)領域的競爭,并制定了各自的發(fā)展戰(zhàn)用生物質能。略,在生物柴油研究和開發(fā)方面已經(jīng)取得了相當?shù)倪M2.51中國煤化工展。近幾年來,我國在生物柴油研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方CNMHG有3種形式:生物質直面也取得了很大的進展。目前,我國已可以利用菜籽接燃燒氣友電相生物質氣化發(fā)電30油、大豆油、米糠下腳料等為原料生產(chǎn)生物柴油。清美國能源部早在1991年就提出了生物質發(fā)電計華大學、中國農(nóng)科院、江蘇石油學院、四川大學、華中劃,如今,在美國利用生物質發(fā)電已成為大量供應生2013年3月農(nóng)機化研究產(chǎn)用電的選擇,已被用于現(xiàn)存配電系統(tǒng)的基本發(fā)電以及溫總理在第五屆世界能源峰會上指出:到2015量。德國政府多年來也一直很重視生物質能的開發(fā)年,我國非化石能源占一次能源比例,將從2010年的利用,到2005年底,德國已經(jīng)擁有140個多區(qū)域熱電8.3%提高到11.4%;能耗強度比2010年降低16%,聯(lián)產(chǎn)的生物質電廠。據(jù)世界自然基金會發(fā)表的最新二氧化碳排放強度下降17%的目標等,都充分體現(xiàn)出報告稱,到2020年工業(yè)發(fā)達國家15%的電力將來自了我國發(fā)展可再生能源的緊迫性。因此,大力開發(fā)利生物質能發(fā)電。為促進生物質能發(fā)電技術的發(fā)展,我用生物質能,增加其在我國能源結構中所占的比重是國于2006年頒布了《可再生能源法》,并實施了生物我國發(fā)展可再生能源產(chǎn)業(yè),解決我國能源短缺、減輕質能發(fā)電優(yōu)惠上網(wǎng)電價等有關配套政策,使生物質能環(huán)境承載能力等問題的當務之急。發(fā)電得到了迅速發(fā)展。截至2007年底,相關部門已核準項目87個,總裝機規(guī)模220萬kW,全國已建成4結束語投產(chǎn)的生物質直燃發(fā)電項目超過15個。截止2008年21世紀我們面臨著經(jīng)濟增長、環(huán)境保護、生存發(fā)底,我國15家生物發(fā)電廠共發(fā)出了“綠色電力”26億展與能源安全的多重矛盾與壓力。因此,改變能源結kW·h,生物質能資源的消耗總量僅次于煤炭、石油、構和發(fā)展格局,加快包括生物質能源在內(nèi)的叮再生能天然氣,位居第四位”?？梢?我國生物質能發(fā)電產(chǎn)源的開發(fā)與利用,對確保我國占據(jù)能源至高點和促進業(yè)正漸入佳境。目前,國外丹麥BWE公司在生物質經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展都有著極其重要的作用。發(fā)電技術方面居國際領先地位國內(nèi)的國能生物發(fā)電參考文獻:《可再生能源十五”規(guī)劃》要求到2020年,生物質0mmm發(fā)電總裝機容量達到3.0×10kW時,可替代化石能源ble Energy Reviews, 2009, 13(1): 156-167將超過6萬t標準煤。截止200年0底,我國生物(2]LAhm,LmLm, Zhijun yao,tal. Development Poten質能發(fā)電裝機量已達324萬kW。另外,據(jù)估算,到als and Policy Options of Biomass in china[J. Environ-2013年,全球生物質能發(fā)電裝機容量將達到6.0×10mental Management, 2010, 46 539-554kW。這就足以說明,在不久的將來,生物質發(fā)電在整3]張建安,劉德華生物質能源利用技術[M].北京:化學個發(fā)電產(chǎn)業(yè)中將扮演越來越重要的角色。工業(yè)出版社,20091-14[4]周善元.21世紀的新能源一生物質能[J].江西能源3開發(fā)利用生物質能的前景2001(4):34-37我國是一個擁有13億人口的農(nóng)業(yè)大國,生物質是[5]周風起,周大地中國長期能源戰(zhàn)略M]北京:化學工農(nóng)村的主要生活燃料,開發(fā)利用生物質能對我國具有業(yè)出版社,1999十分特殊的意義。我國在“中國21世紀議程一中國[6]石元春發(fā)展生物質產(chǎn)業(yè)[.農(nóng)機科技推廣,205(4):2l世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書”中已明確指出:我國[7孫永明,哀振宏,孫振鉤中國生物質能源與生物質利用要實現(xiàn)經(jīng)濟的快速發(fā)展,就必須把加強對生物質能的現(xiàn)狀與展望[].可再生能源,2006(2):79-83開發(fā)利用,盡快利用以生物質生產(chǎn)清潔液體燃料技術[8]田宜水中國農(nóng)業(yè)生物質能發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].中國能擺在優(yōu)先位置。目前,國際上生物質能利用主要是源,2006,28(9):22-24把其轉化為高效、清潔、低污染、低成本的電力、液體9]戴向榮,蔣立科,羅曼發(fā)展農(nóng)村生物質能的設想與建議燃料、固化成型燃料,并在一定范圍內(nèi)減少和替代礦[J].世界農(nóng)業(yè),2006(7):56-5物燃料的使用。2007年,國家發(fā)展改革委正式對外10周公樂發(fā)展生物質能源,林業(yè)在行動一專訪國家林業(yè)公布了《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》,明確提出了到局植樹造林司司長,國家林業(yè)局林木生物質能源辦公2020年,可再生能源年利用量用達到6億t標準煤室主任魏殿生[J].綠色中國,2006(1):36-39占能源消費總量15%的階段發(fā)展總目標。同時,我國1程備久生物質能學[M.北京:中國計劃出版社,2008:1-26十二五”可再生能源規(guī)劃中也提出了要加大發(fā)展生中國煤化工斗[M].北京:石油工業(yè)出物質能源力度,力爭到2015年,生物質發(fā)電總裝機量CNMHG達到1.3×10kW,生物質成型燃料年利用量達2.0×13]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料[M.北10't,沼氣年利用量集中供氣達300萬戶,乙醇、生物京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003.柴油年利用量分別達3.0×10°t和1.5×10°t的目標;[14]孫振鈞中國生物質產(chǎn)業(yè)及發(fā)展取向[J].農(nóng)業(yè)工程學2013年3月農(nóng)機化研究第3期報,2004,20(5):1-5前景[J].世界農(nóng)業(yè),2003(9):44-46[15]( herni JA, Kentish J. 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Energy Conversion and Management, 2001, 42(10[28]李世娟,聶風英,諸葉平.生物柴油的應用現(xiàn)狀及發(fā)展1239-1258The Overview and prospect in Biomass Energy exploitation andUtilization in chinaWei Wei, Zhang Xukun, Zhu Shusen, Ma yiguangMechanical and Electrical Equipment Institute, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China)Abstract: Biomass energy is one of the most significant types of renewable energy and it has many advantages. Manycountries have vowed to step up the exploitation and utilization of biomass energy in order to solve the issues about energyshortage and the pollution of the environment, and then, the biomass energy will play a greater role in replacing fossil energy. In this paper, the strategic significance of exploiting and utilizing biomass energy has introduced, and summarizedthe status and prospect in biomass energy exploitation and utilization in chinaKey word: bio-energy strategic significance; exploitation and utilTHE中國煤化工CNMHG