陳 瑞，張哲鳴，曹 麗

(1.中蘭環(huán)保科技股份有限公司、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.中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院，廣東深圳518055)

生物質(zhì)能以通過光合作用產(chǎn)生的有機體(即生物質(zhì))為載體，將太陽能以化學(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，成為煤炭、石油、天然氣之后的第四大能源庫。目前，生物質(zhì)能源利用在世界能源結(jié)構(gòu)中占比很小。丹麥是世界上利用秸稈生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)開發(fā)運行最好的國家，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)能儲量豐富，沼氣發(fā)電兼具環(huán)境和經(jīng)濟雙重效益

(一)全球生物質(zhì)能儲能豐富，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。生物質(zhì)能儲量豐富，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，成為世界公認的繼煤、石油、天然氣之后的第四大能源庫。根據(jù)2018年美國能源資料協(xié)會(U.S.Energy Information Administration，EIA)對全球生物質(zhì)能產(chǎn)量與消費量的預(yù)測結(jié)果(如圖1所示)，2020年，全球生物質(zhì)能產(chǎn)量將達到4.38萬億英熱單位(約12.8億kW·h)。

圖1 世界生物質(zhì)能產(chǎn)量與消費量預(yù)測(萬億英熱單位)

全球總的能源消費結(jié)構(gòu)有三大終端市場，分別為熱力、電力和交通運輸，三者占比分別約為50%、20%和30%。未來，電力在全球能源消費中的占比將進一步加大。世界生物質(zhì)能發(fā)電起源于20世紀70年代世界石油危機爆發(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最新市場預(yù)測結(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，占到全球能源消費增長的40%。到2040年，可再生能源在一次能源占比中達到17%～22%，將是實現(xiàn)全球電力需求的主要貢獻力量。

進入21世紀后，隨著各國積極支持和推動，全球生物質(zhì)能發(fā)電裝機容量持續(xù)穩(wěn)定上升，2008年至2017年的十年間，生物質(zhì)能裝機容量從53.59 GW增長至109.21 GW，年復(fù)合增長率為8.23%(見圖2)。到2018年，全球生物質(zhì)能電廠3800個，新增裝機容量108.96 GW。

圖2 2008～2017全球生物質(zhì)能裝機容量

到2018年底，歐、美是全球生物質(zhì)能裝機的主要市場，但是占比相對下降，如圖3所示，2008年，歐洲、美洲、亞洲生物質(zhì)裝機容量分別為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)能裝機第二大市場，是全球生物質(zhì)裝機容量持續(xù)增長的主要推動力。其中，中國和印度成為增長潛力最大的兩個國家。

圖3 2008年和2018年全球生物質(zhì)能裝機區(qū)域分布

(二)我國生物質(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)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，近年來，我國生物質(zhì)發(fā)電裝機容量逐年增加，2013至2019年我國生物質(zhì)發(fā)電裝機規(guī)模及增長率如圖4所示，我國生物質(zhì)能發(fā)電裝機容量逐年增長，年復(fù)合增長率為16.79%。到2019年底，全國生物質(zhì)累計裝機容量達2254萬kW·h，較2018年增長22.60%。以此為基數(shù)計算，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年我國生物質(zhì)發(fā)電裝機容量

1.上游：生物質(zhì)來源資源豐富

我國作為農(nóng)業(yè)大國，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，我國生物質(zhì)資源可轉(zhuǎn)換為能源的潛力約為4.6億噸標準煤，已利用量約2200萬噸標準煤，還有約4.4億噸可作為能源利用。今后，隨著造林面積的擴大和經(jīng)濟社會的發(fā)展，生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)換為能源的潛力可達到10億噸標準煤。

(1)生活垃圾

目前，衛(wèi)生填埋和垃圾焚燒發(fā)電是我國生活垃圾處置最主要的兩種方式。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，近10年來我國生活垃圾無害化處理量逐年增加(如圖5所示)，2018年全國生活垃圾無害化處理量為2.19億噸，焚燒處置在無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年我國生活垃圾無害化處理量

(2)秸稈

調(diào)查資料統(tǒng)計結(jié)果顯示，我國每年秸稈資源量近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

我國的養(yǎng)殖場資源豐富，規(guī)模化畜禽養(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作為發(fā)酵底物，混合厭氧發(fā)酵進行產(chǎn)沼，不僅提升了沼氣產(chǎn)量，同時解決了農(nóng)村秸稈堆放的問題。

(4)餐廚垃圾

我國城市產(chǎn)生的餐廚垃圾每年約有6000萬噸，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物含量(有機物含量約占干物質(zhì)質(zhì)量的80%以上)，資源化可通過飼料化、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))等方式實現(xiàn)。其中，厭氧發(fā)酵能源化是減少溫室氣體排放、實現(xiàn)能源再生和社會經(jīng)濟效益最有效的方式之一。產(chǎn)生沼氣后供電供氣，殘渣經(jīng)無害化處理后制作有機復(fù)合肥料。

(5)工業(yè)有機廢水

工業(yè)有機廢水主要來自檸檬酸、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，處理過程中會產(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70%。

我國排放有機廢水的工業(yè)企業(yè)以中小型居多，量大面寬。工業(yè)有機廢水開發(fā)沼氣工程的進展與全國環(huán)保達標要求密切相關(guān)。國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的情況下，排放的工業(yè)有機廢水總量也會隨之增加。有機廢水沼氣資源化利用，將提升企業(yè)經(jīng)濟效益。

2.下游：我國能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化

目前，我國能源的主要來源包括煤炭，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”的資源特點約束，我國的能源消費結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)以煤炭消費為主的特征。近20年來，我國能源結(jié)構(gòu)增長及構(gòu)成情況如圖6所示，由圖可見，總體上我國能源消費總量持續(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年我國能源消費總量為48.6億噸標準煤，較2000年已實現(xiàn)超過2倍的增長。

圖6 我國能源消費情況(萬噸標準煤)

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

圖7 我國電力消費量及增速

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

我國生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)開展以來，國家發(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政策，不僅出臺了多項生物質(zhì)能利用的規(guī)劃，同時給出稅收、補貼等各種價格端的傾斜政策鼓勵生物質(zhì)能源利用的推行。據(jù)統(tǒng)計，2003～2016年，中國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400億元。2014年以來，隨著國家連續(xù)出臺多項沼氣發(fā)電發(fā)展規(guī)劃以及補貼政策，帶動行業(yè)主體數(shù)量實現(xiàn)擴幅的同時，市場規(guī)模也實現(xiàn)了快速增長。

但是目前生物質(zhì)能發(fā)電行業(yè)也存在著較大的問題，如，項目投資及運行成本高，對于電價補貼依賴性大、環(huán)保要求趨嚴后運行成本提高，燃料來源尤其是農(nóng)林生物質(zhì)來源不穩(wěn)定，市場波動較大。2020年，相關(guān)部門就生物質(zhì)能發(fā)電項目連續(xù)出臺了補充文件(表1)，規(guī)范市場穩(wěn)健發(fā)展。

表1 2020年生物質(zhì)發(fā)電項目相關(guān)政策文件

目前，我國生物質(zhì)能源發(fā)電項目較多依賴于政府補貼，隨著相關(guān)文件的出臺，行業(yè)發(fā)展進入歷史低點。但是基于我國的現(xiàn)狀，我國能源結(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，我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)林廢棄物等處理和利用需求不斷增加，長遠來看，行業(yè)仍有較大的發(fā)展空間。新政策條件下，對于生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的綜合實力提出更大的挑戰(zhàn)。

首先，需要企業(yè)具有強大的市場開拓實力，能夠以靈活多樣的方式獲取優(yōu)質(zhì)的項目信息；其次，需要企業(yè)有強大的技術(shù)實力，以技術(shù)革新推動項目收益；第三，需要企業(yè)有優(yōu)質(zhì)的運營管理能力，任何運營類項目都是“三分建，七分管”，依靠專業(yè)的運營團隊提高項目運營收益；第四，對于農(nóng)林生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電項目，需要持續(xù)穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)燃料供應(yīng)保障，就國內(nèi)現(xiàn)有項目經(jīng)驗，未來可通過經(jīng)紀人制度等改善現(xiàn)有市場波動風(fēng)險。總之，新政策下，將有利于生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的市場集中度，有利于推動行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，規(guī)范整個生物質(zhì)發(fā)電市場趨于健康穩(wěn)步發(fā)展。

三、結(jié)語

長遠來看，綠色低碳是全球新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，生物質(zhì)發(fā)電仍有相當(dāng)大的潛力可待挖掘，市場空間巨大。近年來，隨著我國對環(huán)保的日益重視，鼓勵用新技術(shù)、新能源減輕溫室效應(yīng)和促進生態(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。