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生物天然气将成为广泛的清洁能源 中国生物质能源企业面临的困境与机遇

2019-05-28 03:06:00 206

国际能源署2018年发布的《可再生能源报告2018》中首次指称生物能源是个“被忽视的巨人,同时预测说,未来5年内,生物能源将引领全球范围可再生能源的大发展。该报告的这些宏观分析及观点引起了很大反响。

该报告强调指出,生物能源在以往能源分析体系中一直是个“盲区”,而事实上,它对能源的进化、转型意义重大,包括对减排温室气体,车用燃料“绿色化”以减轻空气污染,减少石化工业对原油的消费,增加品种多样化等效应等,但却未受到应有的重视,现代生物能源远不如风能和光伏能受到重视的程度,这种态势以往我国表现更为显著,但现在,事情正在起变化。


生物质能具有其他可再生能源均不具备的三大功能,得到更高重视 

生物质兼具环境、“三农”和能源三大功能,被突出关注的着重点随时代经济、 社会背景而变化。当前,因生态文明和绿色发展被提上最高层的议事日程,其生态与环境(包括公共卫生)功能受到空前重视,使得生物能源被严重忽视的局面发生显著改观。

例如生物天然气无与伦比的碳减排功能,为帮助实现本世纪末全球温升不超过1.5℃ 的宏伟目标,联合国政府间气候变化专门委员 会2018年10月发布的《特别报告》指出,大规模的碳收集封存已被实践证明,唯有应用生物能源、特别是生物天然气才可能实现真正意义的碳负排放。

例如生物天然气振兴农村的功能,欧、美国家制定发展生物能源政策时,都十分强调发挥其重大的振兴乡村经济的作用。原因在于生物能源的原料、初加工均出自农村,加上兴建生物能源工厂,可以创造大量直接和间接的就业机会。因此,在我国,发展生物能源产业,才是能够真正实现所谓“第一、二、三产 业融合”的。

“三农”问题一直在拖我国建成全面小康社会和现代化国家的“后腿”, 极其难以得到根本性的解决。可以预见,最高决策层在2020年打赢“脱贫 攻坚战”以后,重点一定会随即转移到乡村振兴上来。农业/农村产业化和 乡村生产/生活环境整治是乡村振兴的核心环节。届时,基于农业/乡村废 弃物无害化+资源化利用,以及能源植物种植-加工的生物质能分布式生物炼 制助成乡村工业的功能,将会更加凸显,从而强力推进乡村工业化和新型战 略性支柱产业的成长。


国家鼓励生物天然气

企业需重视生物天然气新气源的开发

近年来,沼气-生物天然气颇受国家能源主管部门青睐,已成为“十三五”规划生物质能中的“重中之重”。中国农业大学教授程序认为,目前,在进一步扩大大型生物天然气工程规模的同时,必须充分重视生物天然气新气源的开发,即拓宽原料的来源和开拓生产生物天然气的新途径。

当前,我国的沼气-生物天然气产业主要采用畜禽粪便和秸秆作为原料和微生物厌氧发酵的工艺。为了使这一产业迅速壮大,扩大产能规模和形成真正意义上的战略性新兴产业,有必要借鉴国外在扩大原料范围上的先进经验。

首先,开发能够利用用常规微生物途径无法生产沼气的木质纤维类原料,及早启动生物质气化-甲烷化合成天然气的研发,制备生物天然气的新途径;

其次,我国沼气传统上以人畜粪便为原料;而欧洲国家生产沼气的原料历来最主要的是生活污水处理后产生的剩余(活性)污泥。我国未来每年可产生城乡剩余污泥7000万吨,可作为厌氧发酵的原料的生活垃圾超过3亿吨,最理想的利用方式是与畜禽粪便、秸秆和剩余污泥等共发酵产沼气-生物天然气。 粗略计算,以上原料的年产沼气潜力在500-700亿m3。因此,城、乡统筹,扩大—剩余污泥,生活垃圾等沼气原料来源也是十分重要。

目前,国内城建部门近年来已开始注意到这种趋势。 将剩余污泥产沼气、沼渣制生物碳土作为污泥减量化、资源化和安全化的重要手段。

生物质能源原料特点

决定了产业应走分布式生产和应用之路

沼气-生物天然气企业存在严重的原料成本(保证)问题。原因一是大多数沼气企业迄今一直以畜禽粪便为主要原料。 而由于集约化饲养的粪便清理方式,特别是占绝大多数的养猪场水冲粪方式所决定,粪便的有机物含量很低。因此粪便原料的运输尤其是较长距离运输极不经济;二是沼气生产的特殊性:厌氧发酵后剩有大量的发酵液——沼液,需要运出工厂加以处理,否则就无法连续生产,但这等于是运输成本加倍。 在经营规模很小的中国农村,这一弱点更加突出。造成许多生物能源企业要支出过量成本(多占总成本的 60%甚至70%)去解决原料的收集和运输问题,即便强调所谓“经济集运”半径,造成的沉重负担仍不堪承受;已成为生物能源企业高效益经营难以逾越的根本性障碍。

大型生物天然气的这种先天性弱势。决定了它不可能“包打天下”。即大 型生物天然气厂替代所有的中、小型沼气厂,一家大型生物天然气厂独自解 决全县的人、畜禽粪便的无害化处理/资源化利用;而只能是以“大”带相对 分散的“中、小”,形成分布式的合力。 


未来设想: 创建年产1000立方米的生物天然气“气田”

从长时间尺度看,不论是常规能源还是新型绿色能源,我国的“短板”都 是(生物)燃油和(生物)天然气。而不是电力或煤炭。2018年,我国石油和天然气的进口依存度已分别达到令人震惊的70%和45.3%。而据能源界权威专家预测,到2030年前后,这两个指标值还将分别超过80%和50%。如果没有强有力的措施,国家能源安全将面临巨大威胁。

生物能源能否对降低油、气对外依存度作贡献?石元春,程序和朱万斌 于2018年提出建设年产千亿立方米和亿吨级的“生物油气田”的设想。

“生物天然气田”是以畜禽粪便与作物秸秆为主,辅以城镇有机废弃物和垃 圾为原料,在畜禽和粮食作物的集中地生产沼气(甲烷含量50-70%)、继而提 纯为与常规天然气完全同质的生物天然气(甲烷含量>90% ) ;今后还将增添 生物质气化-甲烷化生产甲烷含量>98%的生物天然气生产方式。 如果将每个日产数万至数十万m3生物天然气厂,以及每个年产1-3亿m3的生 物天然气视为一口“气井”,则由两、三千个生物气井群可分别构成六大“气 田”。这些气井中、近期内均规划分布在畜禽和粮食生产最集中的区域,合计年产1000亿m3生物天然气。


结语

我国沼气-生物天然气产业正面临着前所未有的好形势。要想得到健康 发展,除了要着力解决当前普遍存在的产气效率不理想、经济效益低下的问题外,还应放眼长远,提前着手应对若干战略性的问题。如通过开辟新气源做大、做强产业,提高生物天然气对治理雾霾及碳减排重大作用的显示度,探索分布式生产-使用模式等。 

我们坚信,生物天然气将成为我国常规天然气的有力补充和接续气源, 成为广泛应用的洁净能源,为绿色发展作出不可忽视的贡献。

文章来源:2019年全国规模化生物天然气技术创新交流大会

中国农业大学教授程序主题演讲PPT

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