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生物天然氣将成為廣泛的清潔能源 中國生物質能源企業面臨的困境與機遇

2019-05-28 03:06:00 1345

國際能源署2018年發布的《可再生能源報告2018》中首次指稱生物能源是個“被忽視的巨人,同時預測說,未來5年内,生物能源将引領全球範圍可再生能源的大發展。該報告的這些宏觀分析及觀點引起了很大反響。

該報告強調指出,生物能源在以往能源分析體系中一直是個“盲區”,而事實上,它對能源的進化、轉型意義重大,包括對減排溫室氣體,車用燃料“綠色化”以減輕空氣污染,減少石化工業對原油的消費,增加品種多樣化等效應等,但卻未受到應有的重視,現代生物能源遠不如風能和光伏能受到重視的程度,這種态勢以往我國表現更為顯著,但現在,事情正在起變化。


生物質能具有其他可再生能源均不具備的三大功能,得到更高重視 

生物質兼具環境、“三農”和能源三大功能,被突出關注的着重點随時代經濟、 社會背景而變化。當前,因生态文明和綠色發展被提上最高層的議事日程,其生态與環境(包括公共衛生)功能受到空前重視,使得生物能源被嚴重忽視的局面發生顯著改觀。

例如生物天然氣無與倫比的碳減排功能,為幫助實現本世紀末全球溫升不超過1.5℃ 的宏偉目标,聯合國政府間氣候變化專門委員 會2018年10月發布的《特别報告》指出,大規模的碳收集封存已被實踐證明,唯有應用生物能源、特别是生物天然氣才可能實現真正意義的碳負排放。

例如生物天然氣振興農村的功能,歐、美國家制定發展生物能源政策時,都十分強調發揮其重大的振興鄉村經濟的作用。原因在于生物能源的原料、初加工均出自農村,加上興建生物能源工廠,可以創造大量直接和間接的就業機會。因此,在我國,發展生物能源産業,才是能夠真正實現所謂“第一、二、三産 業融合”的。

“三農”問題一直在拖我國建成全面小康社會和現代化國家的“後腿”, 極其難以得到根本性的解決。可以預見,最高決策層在2020年打赢“脫貧 攻堅戰”以後,重點一定會随即轉移到鄉村振興上來。農業/農村産業化和 鄉村生産/生活環境整治是鄉村振興的核心環節。屆時,基于農業/鄉村廢 棄物無害化+資源化利用,以及能源植物種植-加工的生物質能分布式生物煉 制助成鄉村工業的功能,将會更加凸顯,從而強力推進鄉村工業化和新型戰 略性支柱産業的成長。


國家鼓勵生物天然氣

企業需重視生物天然氣新氣源的開發

近年來,沼氣-生物天然氣頗受國家能源主管部門青睐,已成為“十三五”規劃生物質能中的“重中之重”。中國農業大學教授程序認為,目前,在進一步擴大大型生物天然氣工程規模的同時,必須充分重視生物天然氣新氣源的開發,即拓寬原料的來源和開拓生産生物天然氣的新途徑。

當前,我國的沼氣-生物天然氣産業主要采用畜禽糞便和稭稈作為原料和微生物厭氧發酵的工藝。為了使這一産業迅速壯大,擴大産能規模和形成真正意義上的戰略性新興産業,有必要借鑒國外在擴大原料範圍上的先進經驗。

首先,開發能夠利用用常規微生物途徑無法生産沼氣的木質纖維類原料,及早啟動生物質氣化-甲烷化合成天然氣的研發,制備生物天然氣的新途徑;

其次,我國沼氣傳統上以人畜糞便為原料;而歐洲國家生産沼氣的原料曆來最主要的是生活污水處理後産生的剩餘(活性)污泥。我國未來每年可産生城鄉剩餘污泥7000萬噸,可作為厭氧發酵的原料的生活垃圾超過3億噸,最理想的利用方式是與畜禽糞便、稭稈和剩餘污泥等共發酵産沼氣-生物天然氣。 粗略計算,以上原料的年産沼氣潛力在500-700億m3。因此,城、鄉統籌,擴大—剩餘污泥,生活垃圾等沼氣原料來源也是十分重要。

目前,國内城建部門近年來已開始注意到這種趨勢。 将剩餘污泥産沼氣、沼渣制生物碳土作為污泥減量化、資源化和安全化的重要手段。

生物質能源原料特點

決定了産業應走分布式生産和應用之路

沼氣-生物天然氣企業存在嚴重的原料成本(保證)問題。原因一是大多數沼氣企業迄今一直以畜禽糞便為主要原料。 而由于集約化飼養的糞便清理方式,特别是占絕大多數的養豬場水沖糞方式所決定,糞便的有機物含量很低。因此糞便原料的運輸尤其是較長距離運輸極不經濟;二是沼氣生産的特殊性:厭氧發酵後剩有大量的發酵液——沼液,需要運出工廠加以處理,否則就無法連續生産,但這等于是運輸成本加倍。 在經營規模很小的中國農村,這一弱點更加突出。造成許多生物能源企業要支出過量成本(多占總成本的 60%甚至70%)去解決原料的收集和運輸問題,即便強調所謂“經濟集運”半徑,造成的沉重負擔仍不堪承受;已成為生物能源企業高效益經營難以逾越的根本性障礙。

大型生物天然氣的這種先天性弱勢。決定了它不可能“包打天下”。即大 型生物天然氣廠替代所有的中、小型沼氣廠,一家大型生物天然氣廠獨自解 決全縣的人、畜禽糞便的無害化處理/資源化利用;而隻能是以“大”帶相對 分散的“中、小”,形成分布式的合力。 


未來設想: 創建年産1000立方米的生物天然氣“氣田”

從長時間尺度看,不論是常規能源還是新型綠色能源,我國的“短闆”都 是(生物)燃油和(生物)天然氣。而不是電力或煤炭。2018年,我國石油和天然氣的進口依存度已分别達到令人震驚的70%和45.3%。而據能源界權威專家預測,到2030年前後,這兩個指标值還将分别超過80%和50%。如果沒有強有力的措施,國家能源安全将面臨巨大威脅。

生物能源能否對降低油、氣對外依存度作貢獻?石元春,程序和朱萬斌 于2018年提出建設年産千億立方米和億噸級的“生物油氣田”的設想。

“生物天然氣田”是以畜禽糞便與作物稭稈為主,輔以城鎮有機廢棄物和垃 圾為原料,在畜禽和糧食作物的集中地生産沼氣(甲烷含量50-70%)、繼而提 純為與常規天然氣完全同質的生物天然氣(甲烷含量>90% ) ;今後還将增添 生物質氣化-甲烷化生産甲烷含量>98%的生物天然氣生産方式。 如果将每個日産數萬至數十萬m3生物天然氣廠,以及每個年産1-3億m3的生 物天然氣視為一口“氣井”,則由兩、三千個生物氣井群可分别構成六大“氣 田”。這些氣井中、近期内均規劃分布在畜禽和糧食生産最集中的區域,合計年産1000億m3生物天然氣。


結語

我國沼氣-生物天然氣産業正面臨着前所未有的好形勢。要想得到健康 發展,除了要着力解決當前普遍存在的産氣效率不理想、經濟效益低下的問題外,還應放眼長遠,提前着手應對若幹戰略性的問題。如通過開辟新氣源做大、做強産業,提高生物天然氣對治理霧霾及碳減排重大作用的顯示度,探索分布式生産-使用模式等。 

我們堅信,生物天然氣将成為我國常規天然氣的有力補充和接續氣源, 成為廣泛應用的潔淨能源,為綠色發展作出不可忽視的貢獻。

文章來源:2019年全國規模化生物天然氣技術創新交流大會

中國農業大學教授程序主題演講PPT