从资源和技术(包括技术的经济性)两方面看,利用生物质能发电和生产生物燃油在我国有广阔的发展前景,将为满足我国的电力需求、石油需求起到重要作用,而且具有良好的经济、环境和社会效益。
1 我国生物质能资源年可获得量及其发展趋势
1.1 目前我国生物质能资源年可获得量
通过分析我国主要生物质能资源的现状(见表1,详细分析、统计过程在此省略),可以看到,目前我国生物质能资源年可获得量达到3.14亿吨标准煤量(2003年现状数据),其中秸秆的开发利用具有相当的潜力。对那些技术成熟并且显示出规模化发展趋势的领域,就可以加快把资源潜力变为实际有效利用的能源,例如生物质气化发电、大中型沼气工程产生的沼气等。
注:
[1]见:姚向君、王德荣,中国沼气工程产业化发展国家行动计划分报告“全国农业沼气工程”,2004年。
[2]计算获得的沼气资源量是各行业废水(废渣)在已建沼气工程的处理中实际可做到的产沼气量,是完全可获得的沼气量。
[3]折标煤系数(当量值):工业沼气8.57tce/万m3;农业沼气7.14tce/万m3;秸秆0.48tce/t;薪柴0.57tce/t;城市生活垃圾4.20MJ/kg(0.143tce/t);乙醇0.858tce/t。
[4]取决于饲养方式、收集能力、技术可利用性因素。
[5]2003年统计数据。
[6]考虑到目前垃圾收集率仅为40%左右,则垃圾可获得量约为0.6亿吨。
[7]我国实际应用的能源植物目前主要包括甜高梁、甘蔗、麻疯树等,5600万t甜高梁杆是指我国短期内能源植物原料的最大开发量(按每亩年产4吨甜杆计,则需土地1400万亩),因麻疯树种植需要时间,而甘蔗绝大部分目前仍用于制糖。
1.2 我国生物质能资源潜力巨大(预测至2020年、2030年及2050年)
以国家发展计划委员会所做的粮食生产预测(刘江主编:《中国资源利用战略研究》,中国农业出版社,2002年:171~173)、国家林业局所做的森林覆盖率预测(中国可持续发展林业战略研究项目组编:《中国可持续发展林业战略研究总论》,中国林业出版社,2002年:219~220)、我国畜牧业发展规划和国民经济长远规划、我国主要能源作物亩产水平和我国土地资源面积等为参照进行预测,预测结果如表2所示(详细的分析、预测过程在此省略)。
种植能源植物的土地资源策略:适当利用我国现有农林业用地和宜耕土地后备资源(0.552亿公顷,约占耕地和林业用地总面积的14%);合理开发我国的宜林荒山荒地(0.216亿公顷,占宜林荒山荒地面积的40%);利用一定的易改造的盐碱化耕地(0.013亿公顷,约占盐碱化耕地面积的17%)。
2 我国生物质能的现代化利用及其发展趋势
2.1 我国生物质能现代化利用已经起步
2003年我国通过生物质能现代化利用技术替代的常规燃气、电力和燃油的标煤量为1185万吨。目前它在我国能源消费中仅有约1%的比例,但由于它的巨大资源潜力及迅速的技术发展,可以预计它将成为最有发展前景的一种可再生能源。
2.2 生物燃油、生物质发电是生物质能利用的主要发展方向
我国以能源农业和能源林业来发展生物燃油有多重效益,其中最主要的是可以改善能源结构和缓解液体燃料进口和供应紧张的压力;有利于农林业产业结构调整,促进农林业发展,增加农民收入,创造就业机会。
我国电力短缺问题一直没有得到彻底解决,虽然在经济发达的东南沿海地区可以以其它电源(如核电、天然气发电等)形式来解决这一问题,但也存在农作物废弃物的无公害处理消化问题;而在边远缺电地区特别是电网没有覆盖的地区(全国近3000万人还没有电力供应),利用当地生物质资源解决缺电问题,也是一种技术选择;随着农村经济的发展和农民收入水平的提高,农民对电力等优质能源的需求必将大幅度上升,采用新技术开发利用农村丰富的生物质能,对减轻常规能源供应压力、保障农村全面小康社会的建设有深远的意义。
注:[1]表中不包括2003年我国农村2.9亿tce的传统利用量;[2]生物质能发电按每MW年发电量500万kWh计;[3]每发亿kWh电量等价标准煤量为3.5万tce;[4]供气工程产气量来自实际统计数值,每万m3年产能量(等价值):工业沼气8.57tce/万m3;农业沼气和户用沼气12.8tce/万m3;秸秆气化2.9tce/万m3;[5]“~”表示估计值;[6]秸秆炭化和压块的年产量合计不到5000吨,故未列入;[7]资料来源:2003年全国农村可再生能源统计汇总表,农业部科教司,2004年;可再生能源和新能源高技术产业化研究报告,国家发改委高技术产业司,2004年10月。
从技术成熟性上看,目前我国生物质气化发电技术处于国际先进水平,而生物燃油特别是生物乙醇的研发、示范也取得了相当的经验;从经济性上看,现有的不少研究都表明,在中长期内,生物质发电和生产生物燃油与常规能源相比将具有成本竞争力。
注:表4中能源需求总量和石油、电力总需求量参考了一些相关的研究预测结果;生物质发电折标煤的方式与国际通用方式保持一致,即采用当量值(1kWh折合0.123kgce);若按等价值计算,按1kWh折合0.35kgce计,则2050年生物质将替代2亿tce。
此外,传统生物质资源利用已经越来越少,预计到2030年传统方式直接燃烧生物质能的需求只有0.9亿t。
2.3 我国生物质发电、生物燃油开发利用的前景良好
根据前面的生物质能资源可获得量:能源植物部分(制生物燃油),2020年、2030年、2050年分别取可获得量的30%、50%、70%的利用率(综合考虑市场需求、技术经济性和政策等因素)计算;其他资源主要用于生物质发电,2020年、2030年、2050年分别取可获得量的20%、40%、60%的利用率计算,发电效率按20%计算。
总之,到2050年我国生物质能资源可开发量接近10亿tce,其中能源植物(制生物燃油)3.6亿tce,占到了30%以上的份额。
到2050年生物质发电量可达到5900亿kWh,按当量值计算相当于0.72亿吨标准煤,按等价值计算相当于替代了2亿吨标准煤(占当年能源需求总量的4.4%)。 生物燃油的意义更为重大,到2020年、2030年、2050年分别贡献了我国石油需求的6.8%、14.2%、30.2%,可为我国的石油安全提供强有力的支持,也将为推动农村经济发展起到巨大的作用。
作者:清华大学公共管理学院 曾 麟 清华大学能源环境经济研究院 王革华