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生物質(zhì)能是一種重要的新能源，其技術(shù)成熟，應用廣泛，在應對全球氣候變化、緩解能源供需矛盾、保護生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用，是全球繼石油、煤炭、天然氣之后的第四大能源，成為國際能源轉(zhuǎn)型的重要力量。“十三五”是我國實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型升級的重要時期，是新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)、全面建成小康社會的關(guān)鍵時期。在此背景下，生物質(zhì)能面臨產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要機遇。
2016年10月，國家能源局正式發(fā)布《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。其中明確，到2020年，生物質(zhì)能基本實現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)模化利用。生物質(zhì)能年利用量約5800萬噸標準煤。生物質(zhì)發(fā)電總裝機容量達到1500萬千瓦，年發(fā)電量900億千瓦時；生物天然氣年利用量80億立方米；生物液體燃料年利用量600萬噸；生物質(zhì)成型燃料年利用量3000萬噸。
“我國污水排放約400億噸/年，平均收費不到1元/噸，運行費不過400億元/年，污水處理支撐起了幾十家上市公司。而生物質(zhì)燃氣如果按照500億立方米/年產(chǎn)能來算，運行費用超過1500億元/年，投資將超過上萬億元，其市場容量遠大于污水處理。”針對生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，清華大學環(huán)境學院教授王凱軍立場堅定地亮出自己的觀點——生物質(zhì)燃氣大產(chǎn)業(yè)的時代已然到來。
生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展可彌補天然氣缺口
能源安全問題不僅影響經(jīng)濟發(fā)展，而且是國家安全的重要組成部分。王凱軍在介紹生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景時說，早在幾年前，科技部就已經(jīng)從國家戰(zhàn)略高度部署推進了我國生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。《世界能源》雜志提出，預計到2030年，中國天然氣需求量將從現(xiàn)在不到2000億立方米增加到4000億立方米。除國內(nèi)生產(chǎn)和進口外，天然氣缺口仍將達到2000億立方米。有觀點曾針對國家能源戰(zhàn)略大膽提出設(shè)想，即其中1500億立方米的需求量可以通過煤制氣來解決，剩下500億立方米將由生物質(zhì)燃氣彌補。
據(jù)介紹，目前，在世界范圍內(nèi)，許多國家都開始將生物質(zhì)燃氣和可再生能源發(fā)展作為國家重大戰(zhàn)略。2011年，日本福島核事故后，德國便開始加快推動能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，即“2020年徹底關(guān)閉其境內(nèi)的全部核電站，且到2050年前，可再生能源使用比例提高至80%”。瑞典則提出，到2050年前后，生物質(zhì)燃氣將全部取代石化天然氣。英國政府和工業(yè)界也聯(lián)合發(fā)布了厭氧消化戰(zhàn)略和相應的行動計劃。
王凱軍坦言，從時間上看，我國提出生物質(zhì)燃氣發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)略晚于上述國家。但是，我國生物質(zhì)燃氣資源量豐富，具有彌補天然氣缺口的巨大潛力，且政策支持形勢利好。據(jù)粗略估算，目前我國生物質(zhì)燃氣資源量近2000億立方米，到2050年，該數(shù)值將超過3000億立方米。隨著生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，預計將會有更多的農(nóng)業(yè)廢棄物用于生物質(zhì)燃氣生產(chǎn)。從體量和農(nóng)業(yè)面源污染控制需求上看，農(nóng)業(yè)廢棄物氣化是今后生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)化工作的重點。
國家能源局在《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出，到2020年建設(shè)160個生物天然氣示范點，年產(chǎn)量達到80億立方米；到2030年超過400億立方米。“這與500億立方米缺口是基本相吻合的。”王凱軍說。
政策利好推動生物質(zhì)燃氣工程大型化
“在生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)政策利好的背景下，我國生物質(zhì)燃氣工程大型化轉(zhuǎn)型勢在必行。”王凱軍介紹說，2003年~2014年，國家投資近400億元建設(shè)近10萬座沼氣工程，取得巨大成效。然而，以中小型工程為主，單座工程日產(chǎn)氣量很低。德國等歐洲國家，均以大型沼氣工程為主。據(jù)統(tǒng)計，2014年底，歐洲和德國的發(fā)電沼氣工程數(shù)量約為17000個和8000個，平均單個工程日產(chǎn)氣量基本都在6000立方米左右，發(fā)電裝機500千瓦。近年來，歐洲和德國生物天然氣工程數(shù)量雖然少，發(fā)展卻很快，分別約為370座和170座，單座平均日產(chǎn)生物質(zhì)燃氣在1萬立方米左右。
“從規(guī)模效應上看，建設(shè)5000立方米到10000立方米生物質(zhì)燃氣規(guī)模的工程是比較合適的。這與國家發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部及國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)相吻合。”在王凱軍看來，目前，如何順利實現(xiàn)大型化轉(zhuǎn)型，是生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。
大型化轉(zhuǎn)型難題亟待破解
據(jù)王凱軍介紹，目前，我國生物質(zhì)燃氣工程在原料收儲運、集中處理、產(chǎn)品銷售與利用等環(huán)節(jié)均不支持規(guī)模化生產(chǎn)，這也成為其大型化轉(zhuǎn)型的重大難題。實際上，早在2013年，山東省就已經(jīng)發(fā)起了“十萬億”生物質(zhì)燃氣項目的倡議，并于2015年正式啟動了“山東省畜禽污染防治與資源化三級網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建研究”項目。在該項目中，針對不同環(huán)節(jié)研究解決問題的途徑，構(gòu)建涵蓋“收儲運-生產(chǎn)處理-產(chǎn)品銷售”全鏈條的“三級網(wǎng)絡(luò)”體系。第一級網(wǎng)絡(luò)是指原料的收集、儲存、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)；第二級網(wǎng)絡(luò)是指生產(chǎn)處理系統(tǒng)，包括厭氧消化、有機肥生產(chǎn)、沼氣精制等；第三級網(wǎng)絡(luò)是指生物質(zhì)燃氣、肥料的銷售利用系統(tǒng)。綜合來看，構(gòu)建面向農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的三級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是破解生物質(zhì)燃氣工程大型化轉(zhuǎn)型難題的重要途徑之一。
在資源化生產(chǎn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)方面，雖然其發(fā)展與應用相對比較成熟，但在大型化轉(zhuǎn)型過程中卻仍然面臨著技術(shù)、反應器、材料和設(shè)備的選擇難題。對此，王凱軍建議，在大型沼氣工程建設(shè)與推廣過程中，應構(gòu)建幾種簡單且通用的技術(shù)設(shè)備模式以替代目前五花八門的選擇。
王凱軍說，標準化設(shè)計、系列化產(chǎn)品和自動化運行是實現(xiàn)沼氣工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然要求和趨勢。在沼氣精制方面，無論是化學吸附、變壓吸附、物理吸附等傳統(tǒng)技術(shù)，還是近年來興起的膜分離技術(shù)，其發(fā)展都已經(jīng)非常成熟。例如，山東什邡的高效可移動式撬裝沼氣精制設(shè)備已經(jīng)能夠?qū)⒚撍⒚摿颉⒚撎己蛪嚎s等單元集成到集裝箱內(nèi)，能縮短施工周期，減少占地面積。在沼渣沼液處理和資源化生產(chǎn)方面，目前開展的相關(guān)工作也很多。此外，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進一步優(yōu)化與提升資源化生產(chǎn)過程將是今后一個重要的發(fā)展趨勢。
生物質(zhì)燃氣更有助于克霾減排
關(guān)于生物質(zhì)燃氣的利用問題，王凱軍說，目前國內(nèi)外生物質(zhì)燃氣主要用于綠色公交、工業(yè)改造和居民燃氣等，而農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)燃氣在克霾減排中的重要作用也值得關(guān)注。相比于火電廠燃煤，散煤燃燒的排放強度集中，低空排放且無任何污染防治措施，對霧霾的“貢獻”更加突出。據(jù)估算，山東省村鎮(zhèn)耗煤量約4500萬噸/年，其污染量相當于火電廠燃煤量為4.5億噸/年至6.75億噸/年的污染量。
王凱軍說，“如果采用生物質(zhì)燃氣替代散煤燃燒，將對控制霧霾有很大益處。”
那么，要如何促進生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展？最后，王凱軍對生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出兩點展望：一是通過“互聯(lián)網(wǎng)+三級網(wǎng)絡(luò)”加速生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。即通過構(gòu)建生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物收儲運、資源化生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售利用產(chǎn)業(yè)鏈全生命周期跟蹤管控，做到環(huán)境效益與經(jīng)濟效益、社會效益共贏。二是生物質(zhì)燃氣發(fā)展促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級。即以生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動區(qū)域養(yǎng)殖、種植、肥料、燃氣等行業(yè)的優(yōu)化與升級，最終構(gòu)建以“農(nóng)業(yè)廢棄物收儲運-資源化處理-產(chǎn)品銷售與利用”三級網(wǎng)絡(luò)為核心的良性產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。
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生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質(zhì)通稱為生物質(zhì)。以工、農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢物為原料生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣，可以實現(xiàn)廢物減量化，改善農(nóng)村、城市生態(tài)環(huán)境，并可生產(chǎn)生物質(zhì)能。生物質(zhì)能涵蓋于“節(jié)能環(huán)保”和“新能源”兩個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之中，是一個跨越多個產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
當前，我國生物質(zhì)燃氣產(chǎn)業(yè)市場正在不斷擴大。資料顯示，到2015年，我國已建或在建城市廢物沼氣（含填埋氣）工程1261個，其中混合垃圾工程13個，可年處理廢物0.06億噸，生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣0.8億立方米；廚余垃圾工程48個，可年處理廢物0.05億噸，生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣2.8億立方米；市政污泥工程200個，可年處理廢物0.067億噸，生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣2.76億立方米；填埋場工程1000個，可年處理廢物1.35億噸，生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣25.9億立方米。此外，已建或在建工業(yè)廢渣和廢水沼氣工程3590個，其中廢渣工程290個，可年處理廢物0.25億噸，生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣9億立方米；廢水工程3500個，可年處理廢水9億噸，生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣45億立方米。已建或在建生物質(zhì)燃氣生產(chǎn)能力，城市32.26億立方米、工業(yè)54億立方米、農(nóng)業(yè)75億立方米，總計161.26億立方米，占我國天然氣年生產(chǎn)量的14.9%，占其年消費量的11%。
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