• 黑龍江省生物質能產業發展研究(上)

    2019-03-19 17:30:45 / 打印

    生物質能是一種可再生能源,在當前能源日益緊缺的大背景下,推動黑龍江省生物質能產業化發展,對促進黑龍江經濟可持續發展、調整和改善全省能源消費結構、加快農業經濟增長方式的轉變具有重要的戰略意義。

    一、生物質能產業發展現狀

    相較于傳統能源,生物質能具備大規模替代石油能源、產品多樣化、可循環利用和環保等優點,原材料的來源主要是能源植物、農業資源、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五類。

    (一)國外發展現狀

    在生物質能綜合利用現狀方面,截至2015年底,全球生物質發電裝機容量約1億千瓦,其中美國1590萬千瓦、巴西1100萬千瓦。全球生物質成型燃料產量約3000萬噸,歐洲是世界最大的生物質成型燃料消費地區,年均約1600萬噸。全球沼氣產量約為570億立方米,其中德國沼氣年產量超過200億立方米,瑞典生物天然氣滿足了全國30%車用燃氣需求。全球生物液體燃料消費量約1億噸,其中燃料乙醇全球產量約8000萬噸,生物柴油產量約2000萬噸。

    在生物質能發電方面,2015年全球生物質能及垃圾發電新增裝機容量達到1120萬千瓦,同比增長77.8%。全球生物質及垃圾發電累計裝機容量達到10650萬千瓦,與2014年相比增加了11.8%。歐洲仍是全球最大的生物質及垃圾發電市場,累計裝機容量達3470萬千瓦,巴西和美國分別為1530萬千瓦及1500萬千瓦,分列二、三位。2015年,全球生物質及垃圾發電量達到3896.2億千瓦時,同比增長12%。

    (二)我國發展現狀

    在生物質能綜合利用現狀方面,截至2015年底,我國生物質發電總裝機容量約1030萬千瓦,其中,農林生物質直燃發電約530萬千瓦,垃圾焚燒發電約470萬千瓦,沼氣發電約30萬千瓦,年發電量約520億千瓦時,生物質發電技術基本成熟。生物質成型燃料年利用量約800萬噸,主要用于城鎮供暖和工業供熱等領域。生物質成型燃料供熱產業處于規?;l展初期,成型燃料機械制造、專用鍋爐制造、燃料燃燒等技術日益成熟,具備規?;?、產業化發展基礎。全國沼氣理論年產量約190億立方米,其中戶用沼氣理論年產量約140億立方米,規?;託夤こ碳s10萬處,年產氣量約50億立方米,沼氣正處于轉型升級關鍵階段。燃料乙醇年產量約210萬噸,生物柴油年產量約80萬噸。生物柴油處于產業發展初期,纖維素燃料乙醇加快示范,我國自主研發的生物航煤已成功應用于商業化載客飛行示范。(如表1所示)

    表1 我國生物質能利用現狀

    利用方式

    利用規模

    折標煤(萬噸/年)

    生物質發電

    1030萬千瓦

    520億千瓦時

    戶用沼氣

    190億立方米

    大型沼氣工程

    生物質成型燃料

    生物燃料乙醇

    生物柴油

    在生物質能發電方面,我國生物質能發電占可再生能源的結構不斷上升,生物質能發電的地位不斷上升。截至2017年12月,全國已投產生物質發電項目744個,較2016年增加79個;全國可再生能源發電裝機容量6.5億千瓦,占總電力裝機的36.6%,其中生物質發電裝機1476萬千瓦,同比增長22.6%,占總電力裝機的0.73%。生物質發電量795億千瓦時,同比增長22.7%,占總發電量的1.2%。其中垃圾焚燒發電裝機容量達725.1萬千瓦,農林生物質發電裝機容量達700.77萬千瓦,沼氣發電裝機容量達49.9萬千瓦。

    (三)我省發展現狀

    在生物質儲量方面,據黑龍江省統計局數據和《中國統計年鑒2017》數據,我省農業生物質可收集利用量約為9000萬噸,折合標煤量為4500萬噸;林業生物質可收集量約為960萬噸,折合標煤量為548.6萬噸;禽畜糞便可收集利用量約分別為3800萬噸,折合標煤量126.7萬噸;城市生活垃圾可收集利用量約為541.9萬噸,折合標煤量為86.7萬噸;有機廢水可收集利用量約為萬噸,折合標煤量為508.8萬噸;有機廢渣可收集利用量約為6940萬噸,折合標煤量為29.2萬噸。我省生物質資源可轉換為能源的潛力約為5800萬噸(如表2所示)。

    在生物質能綜合利用現狀方面,根據黑龍江省發展與改革委于2017年12月發布的《黑龍江省能源發展“十三五”規劃》,截至2016年末,全省生物質發電裝機容量65萬千瓦,年均增長23.7%;全省生物質天然氣利用達到36億立方米,年均增長3.7%;2016年正常生產運營秸稈固體成型燃料企業50家,加工秸稈固體成型燃料23萬噸。

    表2 黑龍江省生物質能的利用潛力

    可利用資源量(萬噸)

    折合標煤量

    農作物秸稈

    林業木質及剩余物

    畜禽糞便

    城市生活垃圾

    有機廢水

    有機廢渣

    在生物質發電方面,截至2017年12月31日,全省農林生物質項目達到32項,農林生物質發電裝機容量為81.6萬千瓦,農林生物質發電量達到44.5億千瓦時,農林生物質上網電量達到40.8億千瓦時。全省垃圾焚燒發電項目達為6項,垃圾焚燒發電裝機容量為8.1萬千瓦,垃圾焚燒發電量達到2.9億千瓦時,垃圾焚燒上網電量達到2.1億千瓦時,處理垃圾量98.6萬噸。全省沼氣發電項目為2項,沼氣發電裝機容量為0.39萬千瓦,沼氣發電量為675.61萬千瓦時,沼氣上網電量為650.9萬千瓦時。

    二、黑龍江省生物質產業鏈及能源轉化途徑分析

    生物質產業鏈是建立在生物質原料收集、儲存、運輸、預處理到能源轉化反應成為各種生物質能源,并應用于熱能、電能等領域的技術體系和產業模式的基礎上。

    (一)產業鏈分析

    生物質產業鏈如圖1所示,生物質產業鏈的上游包含生物質原料的收集、儲存、運輸及預處理。生物質產業鏈的中游包括生物質原料的分離與篩選、破碎、干燥、混合、能源轉化反應及各種裝備。生物質產業鏈的下游為各種氣體、液體、固體生物質能源,以及各種生物質能源在發電、供氣與燃料等領域的應用。在生物質能開發利用過程中,根據不同的生產工藝,可形成多種類型的能源燃料,用于提供電能、熱能和交通能源等能量。目前,技術成熟且綜合效益較高的利用方式主要有生物質液體燃料、生物質供氣、生物質發電和生物質固體燃料等。

    (二)生物質能源轉化途徑及技術發展現狀分析

    1.生物質供氣

    沼氣技術在國外快速發展,特別是在歐洲應用較為普遍,瑞典、丹麥和德國的生物燃氣技術在世界上處于領先地位。在沼氣工程相關技術與設備方面,我國已在完全混合型工藝、塞流折流工藝以及兩步厭氧消化等工藝取得一些突破。我省在氣化供氣方面主要以沼氣為主,由于扶持政策以及改進技術,并引入“三位一體”、“四位一體”沼氣建設模式,使我省沼氣應用得到了快速發展。2015年,我省農村沼氣用戶數量達到5000多萬戶,農村沼氣池產氣量9462億立方米,建成200多項聯戶沼氣工程、1533項大中型的沼氣工程,設計容積量為1000立方米的大型沼氣池100多個。

    2.生物質固化成型技術

    美國在20世紀30年代就已開始研究固化成型燃料技術,但生物質成型設備當以歐洲國家發展最快且最先進。瑞典是應用生物質成型燃料最好的國家之一,生物質固體成型燃料熱效率可達到80%-95%。我國生物質成型技術起步較晚,但生物質成型技術和設備研究已進入了良好的發展階段。我省目前在此領域發展較緩慢,生物質固體燃料的適用對象主要集中在大中型生物質企業和區域聯戶工程上,只有個別企業在生產生物質固體燃料。

    3.生物質液化技術

    加拿大西安大略大學開發的生物質直接超短接觸液化技術是生物質液化技術的重大突破,生物質液體燃料生產成本已可與常規的石化燃料相競爭;沙特的INTERCHEM公司建造的大型渦旋反應器加料流量達1350kg/h;美國太陽能研究所的生物質裂解油試驗裝置,產油率達70%左右。而我國生物質液化技術的研究尚處于起步階段。近年來,河南農業大學機電工程學院、浙江大學、山東能源研究所、山東工程學院、沈陽農業大學、東北林業大學在此方面均開展了相關研究。我省是全國五個首批在全省開展乙醇汽油試點的省份之一,每年產生乙醇燃料可達1000萬噸。但生物柴油生產起步較晚,企業規模不大。

    4.生物質發電技術

    生物質發電起源于20世紀70年代,近年來國內外發電行業對資源豐富、可再生性強、有利于改善環境和可持續發展的生物質資源的開發利用給予了極大的關注,以高效直燃發電為代表的生物質發電技術發展已較為成熟。我省生物質發電項目的數量和質量都明顯提升。2009年1月,齊齊哈爾依安縣、拜泉縣與韓國RTS公司合作建立2.5萬千瓦生物質發電廠。2010年5月,雙鴨山市友誼生物質發電廠接入系統工程,裝機容量為30MW。2011年,大唐黑龍江省發電有限公司五常生物質發電廠建成規模為130t/h秸稈鍋爐和30MW高抽凝式、低真空汽輪發電機組。2012年3月,望奎縣引進全國第一個以植物秸稈為原料的生物發電項目,年處理植物秸稈30.8萬噸,年發電2.75億度。2012年12月,黑龍江省萬源生物質電廠并網工程通過鶴崗電業局西郊變電站一次并網成功,總裝機容量6000kW,成為全省乃至全國加工鏈條最長、規模最大、產品附加值最高的循環經濟示范基地和龍頭企業。巴彥生物發電項目是哈爾濱市首個利用環保清潔的生物質發電項目,通過將先進的生物質直接燃燒發電技術和農村地區豐富的生物質資源相結合,不斷向上下游產業延伸,如今己形成了初具規模的生產與加工生物質資源和灰渣循環再使用的開發利用模式。

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