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黑龙江省生物质能产业发展研究

1、生物质能概述

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生物质能,是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能源作为新型清洁能源,具有以下特点:

生物质能是一种可再生能源,在当前能源日益紧缺的大背景下,推动黑龙江省生物质能产业化发展,对促进黑龙江经济可持续发展、调整和改善全省能源消费结构、加快农业经济增长方式的转变具有重要的战略意义。

①可再生性。生物质能源是从太阳能转化而来,通过植物的光合作用将太阳能转化为化学能,储存在生物质内部的能量,与风能、太阳能等同属可再生能源,可实现能源的永续利用。

一、生物质能产业发展现状

②清洁、低碳。生物质能源中的有害物质含量很低,属于清洁能源。同时,生物质能源的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质,生物质能源的使用过程又生成二氧化碳和水,形成二氧化碳的循环排放过程,能够有效减少人类二氧化碳的净排放量,降低温室效应。

相较于传统能源,生物质能具备大规模替代石油能源、产品多样化、可循环利用和环保等优点,原材料的来源主要是能源植物、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五类。

③替代优势。利用现代技术可以将生物质能源转化成可替代化石燃料的生物质成型燃料、生物质可燃气、生物质液体燃料等。在热转化方面,生物质能源可以直接燃烧或经过转换,形成便于储存和运输的固体、气体和液体燃料,可运用于大部分使用石油、煤炭及天然气的工业锅炉和窑炉中。国际自然基金会 2011年 2 月发布的《能源报告》认为,到 2050 年,将有 60%的工业燃料和工业供热都采用生物质能源。

国外发展现状

④原料丰富。生物质能源资源丰富,分布广泛。根据世界自然基金会的预计,全球生物质能源潜在可利用量达 350EJ/年。根据我国《可再生能源中长期发展规划》统计,目前我国生物质资源可转换为能源的潜力约 5 亿吨标准煤,今后随着造林面积的扩大和经济社会的发展,我国生物质资源转换为能源的潜力可达 10 亿吨标准煤。在传统能源日渐枯竭的背景下,生物质能源是理想的替代能源,被誉为继煤炭、石油、天然气之外的第四大能源。

在生物质能综合利用现状方面,截至2015年底,全球生物质发电装机容量约1亿千瓦,其中美国1590万千瓦、巴西1100万千瓦。全球生物质成型燃料产量约3000万吨,欧洲是世界最大的生物质成型燃料消费地区,年均约1600万吨。全球沼气产量约为570亿立方米,其中德国沼气年产量超过200亿立方米,瑞典生物天然气满足了全国30%车用燃气需求。全球生物液体燃料消费量约1亿吨,其中燃料乙醇全球产量约8000万吨,生物柴油产量约2000万吨。

生物质能源按产品形态可分为生物质成型燃料、生物质液体燃料、生物质可燃气、生物质沼气等;按产品替代传统燃料的应用领域划分,可分为生物质工业燃料、生物质交通运输燃料、生物质发电燃料和居民生活燃料等子行业。

在生物质能发电方面,2015年全球生物质能及垃圾发电新增装机容量达到1120万千瓦,同比增长77.8%。全球生物质及垃圾发电累计装机容量达到10650万千瓦,与2014年相比增加了11.8%。欧洲仍是全球最大的生物质及垃圾发电市场,累计装机容量达3470万千瓦,巴西和美国分别为1530万千瓦及1500万千瓦,分列二、三位。2015年,全球生物质及垃圾发电量达到3896.2亿千瓦时,同比增长12%。

2、生物质工业燃料行业壁垒

我国发展现状

技术、资源和市场的整合能力

在生物质能综合利用现状方面,截至2015年底,我国生物质发电总装机容量约1030万千瓦,其中,农林生物质直燃发电约530万千瓦,垃圾焚烧发电约470万千瓦,沼气发电约30万千瓦,年发电量约520亿千瓦时,生物质发电技术基本成熟。生物质成型燃料年利用量约800万吨,主要用于城镇供暖和工业供热等领域。生物质成型燃料供热产业处于规模化发展初期,成型燃料机械制造、专用锅炉制造、燃料燃烧等技术日益成熟,具备规模化、产业化发展基础。全国沼气理论年产量约190亿立方米,其中户用沼气理论年产量约140亿立方米,规模化沼气工程约10万处,年产气量约50亿立方米,沼气正处于转型升级关键阶段。燃料乙醇年产量约210万吨,生物柴油年产量约80万吨。生物柴油处于产业发展初期,纤维素燃料乙醇加快示范,我国自主研发的生物航煤已成功应用于商业化载客飞行示范。

生物质成型燃料供热涵盖了生物质资源收集、成型燃料生产、锅炉供热服务以及成型机械和生物质锅炉技术装备研发生产等全产业链,从生物质成型技术到燃具技术的开发其单项技术壁垒不算高。但生物质成型燃料供热产业是跨越一、二、三产业的产业链,其中涉及农业、林业、机械制造、金属材料、化学、自动控制、热能工程、物流、网络、环境工程等多个学科交叉和复合,决定产业水平的是整条产业链的技术体系,而不是某个环节的技术。需要企业能够在原料收集、燃料加工生产、运输储存、热能供应系统及运营管理服务的每个环节形成系统的解决方案,并具备较强的系统集成能力,以满足原料分散化、生产规模化、供应稳定化、客户多元化、工艺要求多样化、运营服务专业化的要求,因此,目前从事这个行业的企业,必须具备三个方面的能力:整合产业链的能力,特别是整合研究资源确定研发方向的能力;根据生物质资源的特性组织生产的能力;规模经营、标准化管理,获得高端用户认可和信任的能力。因此,真正的行业壁垒是整合全产业链的技术、资源和市场的能力。

表1 我国生物质能利用现状

市场壁垒

在生物质能发电方面,我国生物质能发电占可再生能源的结构不断上升,生物质能发电的地位不断上升。截至2017年12月,全国已投产生物质发电项目744个,较2016年增加79个;全国可再生能源发电装机容量6.5亿千瓦,占总电力装机的36.6%,其中生物质发电装机1476万千瓦,同比增长22.6%,占总电力装机的0.73%。生物质发电量795亿千瓦时,同比增长22.7%,占总发电量的1.2%。其中垃圾焚烧发电装机容量达725.1万千瓦,农林生物质发电装机容量达700.77万千瓦,沼气发电装机容量达49.9万千瓦。

生物质工业燃料行业的下游客户行业分布广泛,在这些行业中,热力供应的有效保障是工业企业正常生产的核心要素之一。下游客户一经确定热能供应商,一般会与之长期合作并形成稳固、排他的合作关系,对其他热能供应商形成较高的市场进入壁垒。在新市场开拓方面,由于不同客户需求的差异性,只有热能运营经验丰富、系统集成能力较强的企业才能及时地根据客户需求,为客户提供全面解决方案。因此,项目运行经验和成功案例数量,成为客户选择热能供应商的关键因素,对新进入者构成一定的市场壁垒。

黑龙江省发展现状

资金壁垒

在生物质储量方面,据黑龙江省统计局数据和《中国统计年鉴2017》数据,黑龙江省农业生物质可收集利用量约为9000万吨,折合标煤量为4500万吨;林业生物质可收集量约为960万吨,折合标煤量为548.6万吨;禽畜粪便可收集利用量约分别为3800万吨,折合标煤量126.7万吨;城市生活垃圾可收集利用量约为541.9万吨,折合标煤量为86.7万吨;有机废水可收集利用量约为138335万吨,折合标煤量为508.8万吨;有机废渣可收集利用量约为6940万吨,折合标煤量为29.2万吨。黑龙江省生物质资源可转换为能源的潜力约为5800万吨。

生物质工业燃料行业链条较长,在研发、原材料基地建设、燃料工厂建设、客户现场热能运行装置、运营管理等各个方面需要较大规模的资金投入,这对于一些中小型企业来说无疑形成了资金壁垒。

在生物质能综合利用现状方面,根据黑龙江省发展与改革委于2017年12月发布的《黑龙江省能源发展“十三五”规划》,截至2016年末,全省生物质发电装机容量65万千瓦,年均增长23.7%;全省生物质天然气利用达到36亿立方米,年均增长3.7%;2016年正常生产运营秸秆固体成型燃料企业50家,加工秸秆固体成型燃料23万吨。

人才壁垒

表2黑龙江省生物质能的利用潜力

生物质工业燃料企业的生产运营需要大批专业人才。首先,需要生物质能源技术的研发人员。企业的自主研发和系统集成能力最终体现在技术人员的专业能力上,由于生物质能源生产技术具有较强的专业性,新进人员需要在生产和研发实践中进行多年的学习和锻炼,才能胜任技术研发工作。然而,本行业的专业技术人才数量较少、且集中分布于少数技术实力较强的企业及科研院所中。其次,对于生物质工业燃料企业来说,由于生物质工业燃料的生产和运营环节较多、组织调度复杂、专业性强,需要经验丰富的生产和运营管理人员;再次,需要专业化的市场营销人员。生物质工业燃料属于能源产品,原材料种类众多、客户行业分布广泛、客户工艺要求差异较大,需要市场营销人员具备一定专业技术能力和学习能力,才能准确地理解客户需求。因此,是否拥有专业的技术研发人员、经验丰富的生产和运营管理人员、专业化的市场营销团队成为进入本行业的人才壁垒。

在生物质发电方面,截至2017年12月31日,全省农林生物质项目达到32项,农林生物质发电装机容量为81.6万千瓦,农林生物质发电量达到44.5亿千瓦时,农林生物质上网电量达到40.8亿千瓦时。全省垃圾焚烧发电项目达为6项,垃圾焚烧发电装机容量为8.1万千瓦,垃圾焚烧发电量达到2.9亿千瓦时,垃圾焚烧上网电量达到2.1亿千瓦时,处理垃圾量98.6万吨。全省沼气发电项目为2项,沼气发电装机容量为0.39万千瓦,沼气发电量为675.61万千瓦时,沼气上网电量为650.9万千瓦时。

二、黑龙江省生物质产业链及能源转化途径分析

www.2061.com,生物质产业链是建立在生物质原料收集、储存、运输、预处理到能源转化反应成为各种生物质能源,并应用于热能、电能等领域的技术体系和产业模式的基础上。

产业链分析

生物质产业链如图1所示,生物质产业链的上游包含生物质原料的收集、储存、运输及预处理。生物质产业链的中游包括生物质原料的分离与筛选、破碎、干燥、混合、能源转化反应及各种装备。生物质产业链的下游为各种气体、液体、固体生物质能源,以及各种生物质能源在发电、供气与燃料等领域的应用。在生物质能开发利用过程中,根据不同的生产工艺,可形成多种类型的能源燃料,用于提供电能、热能和交通能源等能量。目前,技术成熟且综合效益较高的利用方式主要有生物质液体燃料、生物质供气、生物质发电和生物质固体燃料等。

生物质能源转化途径及技术发展现状分析

1.生物质供气

沼气技术在国外快速发展,特别是在欧洲应用较为普遍,瑞典、丹麦和德国的生物燃气技术在世界上处于领先地位。在沼气工程相关技术与设备方面,我国已在完全混合型工艺、塞流折流工艺以及两步厌氧消化等工艺取得一些突破。黑龙江省在气化供气方面主要以沼气为主,由于扶持政策以及改进技术,并引入“三位一体”、“四位一体”沼气建设模式,使黑龙江省沼气应用得到了快速发展。2015年,黑龙江省农村沼气用户数量达到5000多万户,农村沼气池产气量9462亿立方米,建成200多项联户沼气工程、1533项大中型的沼气工程,设计容积量为1000立方米的大型沼气池100多个。

2.生物质固化成型技术

美国在20世纪30年代就已开始研究固化成型燃料技术,但生物质成型设备当以欧洲国家发展最快且最先进。瑞典是应用生物质成型燃料最好的国家之一,生物质固体成型燃料热效率可达到80%-95%。我国生物质成型技术起步较晚,但生物质成型技术和设备研究已进入了良好的发展阶段。黑龙江省目前在此领域发展较缓慢,生物质固体燃料的适用对象主要集中在大中型生物质企业和区域联户工程上,只有个别企业在生产生物质固体燃料。

3.生物质液化技术

加拿大西安大略大学开发的生物质直接超短接触液化技术是生物质液化技术的重大突破,生物质液体燃料生产成本已可与常规的石化燃料相竞争;沙特的INTERCHEM公司建造的大型涡旋反应器加料流量达1350kg/h;美国太阳能研究所的生物质裂解油试验装置,产油率达70%左右。而我国生物质液化技术的研究尚处于起步阶段。近年来,河南农业大学机电工程学院、浙江大学、山东能源研究所、山东工程学院、沈阳农业大学、东北林业大学在此方面均开展了相关研究。黑龙江省是全国五个首批在全省开展乙醇汽油试点的省份之一,每年产生乙醇燃料可达1000万吨。但生物柴油生产起步较晚,企业规模不大。

4.生物质发电技术

生物质发电起源于20世纪70年代,近年来国内外发电行业对资源丰富、可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源的开发利用给予了极大的关注,以高效直燃发电为代表的生物质发电技术发展已较为成熟。黑龙江省生物质发电项目的数量和质量都明显提升。2009年1月,齐齐哈尔依安县、拜泉县与韩国RTS公司合作建立2.5万千瓦生物质发电厂。2010年5月,双鸭山市友谊生物质发电厂接入系统工程,装机容量为30MW。2011年,大唐黑龙江省发电有限公司五常生物质发电厂建成规模为130t/h秸秆锅炉和30MW高抽凝式、低真空汽轮发电机组。2012年3月,望奎县引进全国第一个以植物秸秆为原料的生物发电项目,年处理植物秸秆30.8万吨,年发电2.75亿度。2012年12月,黑龙江省万源生物质电厂并网工程通过鹤岗电业局西郊变电站一次并网成功,总装机容量6000kW,成为全省乃至全国加工链条最长、规模最大、产品附加值最高的循环经济示范基地和龙头企业。巴彦生物发电项目是哈尔滨市首个利用环保清洁的生物质发电项目,通过将先进的生物质直接燃烧发电技术和农村地区丰富的生物质资源相结合,不断向上下游产业延伸,如今己形成了初具规模的生产与加工生物质资源和灰渣循环再使用的开发利用模式。

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