生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展趨勢分析*

吳創(chuàng)之　陰秀麗　劉華財(cái)　陳　勇中國科學(xué)院廣州能源研究所　廣州　510640

生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展趨勢分析*

吳創(chuàng)之陰秀麗劉華財(cái)陳勇
中國科學(xué)院廣州能源研究所廣州510640

分布式生物質(zhì)能源技術(shù)對(duì)原料種類適應(yīng)性強(qiáng)，項(xiàng)目規(guī)模靈活、可滿足特殊用戶的需求，在小規(guī)模下具有更好的經(jīng)濟(jì)性，更易于商業(yè)化發(fā)展，符合生物質(zhì)資源特點(diǎn)和我國國情。生物質(zhì)能分布式利用方式主要包括生物質(zhì)成型燃料和生物燃?xì)鈨煞矫?，關(guān)鍵技術(shù)包括生物質(zhì)成型燃料加工及燃燒、大中型沼氣工程技術(shù)、生物質(zhì)氣化熱解及燃?xì)饫玫取Ｎ覈植际缴镔|(zhì)能源技術(shù)目前主要處于進(jìn)行技術(shù)完善和應(yīng)用示范階段，預(yù)計(jì)到 2030 年前大部分關(guān)鍵技術(shù)將基本成熟，具備產(chǎn)業(yè)化的條件。我國分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向是傳統(tǒng)燃煤燃?xì)馓娲?、城?zhèn)/農(nóng)村清潔生活能源供應(yīng)和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)，發(fā)展重點(diǎn)是服務(wù)節(jié)能減排戰(zhàn)略，利用生物質(zhì)實(shí)現(xiàn)部分替代工業(yè)燃料，減少燃煤/燃油帶來的污染，同時(shí)圍繞國家新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略，為新農(nóng)村建設(shè)提供可持續(xù)的清潔能源，提高農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平。目前制約分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要瓶頸是經(jīng)濟(jì)性和可靠性，國家應(yīng)在技術(shù)創(chuàng)新和政策支持方面增加投入，將生物質(zhì)能的環(huán)境效益和社會(huì)效益轉(zhuǎn)化為成本效益，推動(dòng)生物質(zhì)能分布式利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

生物質(zhì)能，分布式，成型燃料，生物燃?xì)?，路線圖

1　生物質(zhì)能分布式利用的意義

1.1分布式利用符合生物質(zhì)資源的特點(diǎn)

生物質(zhì)資源來源多樣、能量密度較低、分布分散，這些資源特點(diǎn)決定了因地制宜、分布式利用是發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的必然要求。資源供應(yīng)方面，應(yīng)該就地開發(fā)、利用，不必長距離運(yùn)輸，有效降低運(yùn)輸成本，符合生物質(zhì)資源密度低，分布分散的自然屬性；能源使用方面，應(yīng)該就近使用，直接面向終端用戶，多余能源可外送；管理運(yùn)行方面，應(yīng)該具備獨(dú)立運(yùn)行的能力和條件，必要時(shí)可以聯(lián)網(wǎng)或與化石能源互補(bǔ)相利用。

分布式生物質(zhì)能源技術(shù)應(yīng)用的規(guī)模很靈活，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況滿足不同的需要，如，既可以建設(shè)小型發(fā)電站，也可以作為居民生活燃?xì)?，甚至可作為供熱、工業(yè)窯爐的燃料等，是真正實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能“因地制宜”開發(fā)利用的有效途徑。而且從產(chǎn)業(yè)化上看，由于分布式生物質(zhì)能源技術(shù)對(duì)原料種類和規(guī)模適應(yīng)性強(qiáng)，項(xiàng)目規(guī)模要求小、資金門檻要求低、投資回報(bào)高，對(duì)各種用戶需求的適應(yīng)性較好，不同的規(guī)模下都具有一定的經(jīng)濟(jì)性，所以生物質(zhì)能分布式利用比集中式利用更易于商業(yè)化?？偟膩碚f，分布式生物質(zhì)能源技術(shù)符合中國生物質(zhì)資源分散的特點(diǎn)，適合分散利用和工業(yè)應(yīng)用，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力和生存能力，在中國發(fā)展分布式生物質(zhì)能源技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。

1.2生物質(zhì)能分布式利用符合我國發(fā)展現(xiàn)狀

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，各地居民能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)有較大差異。一方面，目前仍有約 1.33 億戶農(nóng)村家庭將傳統(tǒng)生物質(zhì)能作為主要炊事或采暖能源，許多中西部農(nóng)村地區(qū)仍然以秸稈、薪柴等直接燃燒的傳統(tǒng)生物質(zhì)能源作為主要生活能源；另一方面，隨著東部沿海地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，傳統(tǒng)生物質(zhì)能作為生活能源的情況已大幅減少，大量作物秸稈被遺棄在田間地頭，就地焚燒，空氣污染十分嚴(yán)重。

我國正在大力推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化及新農(nóng)村建設(shè)，需要大量的清潔能源供應(yīng)，在廣大農(nóng)村地區(qū)充分利用豐富廉價(jià)的生物質(zhì)資源，加快生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是解決農(nóng)村今后能源持續(xù)供應(yīng)的有效途徑。生物質(zhì)能作為來源于農(nóng)林副產(chǎn)物的清潔能源，可以為農(nóng)村城鎮(zhèn)化提供生活能源，包括采暖、燃?xì)夂碗娏Φ?，形成農(nóng)村能源自產(chǎn)自銷的新型供應(yīng)模式。而分布式生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)是最適合農(nóng)村分散利用的產(chǎn)業(yè)化方向，如利用秸稈為農(nóng)村提供熱、電、氣等生活能源，是新農(nóng)村擺脫燃煤依賴的有效措施。

2　生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展現(xiàn)狀

生物質(zhì)能分布式利用的主要方式是成型燃料和生物燃?xì)猓ㄕ託夂蜌饣?。生物質(zhì)成型燃料和生物燃?xì)馀c傳統(tǒng)化石燃料的使用習(xí)慣一致，是煤或天然氣的良好替代品，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，實(shí)現(xiàn)了低品位燃料向高品位、低污染燃料的轉(zhuǎn)變，可廣泛用于各種小型熱水鍋爐、熱風(fēng)爐、家庭取暖爐或壁爐，不僅可解決城鄉(xiāng)家庭的炊事取暖，也可用于小型發(fā)電供暖設(shè)施，為中小熱電廠能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整創(chuàng)造條件。

2.1國外生物質(zhì)能分布式利用現(xiàn)狀

（1）成型燃料生產(chǎn)及應(yīng)用。歐洲以及其他大部分地區(qū)生產(chǎn)成型燃料主要以木質(zhì)生物質(zhì)為原料。目前大部分用于各種小型熱水鍋爐、熱風(fēng)爐、家庭取暖爐或壁爐，部分用于小型社區(qū)熱電聯(lián)供電站，滿足居民供暖需求。我國在新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃中明確提出農(nóng)村可再生能源在 10 年后要求達(dá)到 13%，其中利用生物質(zhì)成型燃料為農(nóng)村、小城鎮(zhèn)住戶提供炊事和采暖能源，將是一個(gè)重要的途徑。

生物質(zhì)固體顆粒燃料除通過專門運(yùn)輸工具定點(diǎn)供應(yīng)給發(fā)電廠和供熱企業(yè)以外，還以袋裝的方式在市場上銷售，已經(jīng)成為許多家庭首選的生活燃料。2014 年，全球木質(zhì)顆粒產(chǎn)量達(dá) 2 410 萬噸，歐盟約占 62%，北美地區(qū)約占 34%（圖 1）。最大的生產(chǎn)國依次為美國（總產(chǎn)量的26%）、德國（10%）、加拿大（8%）、瑞典（6%）和拉脫維亞（5%）［1］。歐盟國家消費(fèi)了世界上最多的木質(zhì)顆粒，2013 年消耗量為 1 500 萬噸。

圖1　木質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)量［1］

（2）生物燃?xì)馍a(chǎn)及應(yīng)用。生物燃?xì)馐侵笍纳镔|(zhì)轉(zhuǎn)化而來的燃?xì)猓ㄕ託?、合成氣和氫氣。目前沼氣具有較大的成本優(yōu)勢，所以生物燃?xì)饨?jīng)常特指沼氣。據(jù)國際能源署統(tǒng)計(jì)，2012 年，歐洲地區(qū)在運(yùn)行的沼氣發(fā)電廠超過 13 800 家，裝機(jī)容量 7.5 吉瓦。大部分是熱電聯(lián)產(chǎn)，小部分被送入天然氣管網(wǎng)，發(fā)電量和供熱量分別達(dá) 44.5 吉瓦時(shí)和 1.1×105吉焦。2013 年底，德國的沼氣生產(chǎn)廠已達(dá) 8 000 家左右，裝機(jī)容量約 3.8 吉瓦，98% 用于發(fā)電，并實(shí)行熱電聯(lián)供，當(dāng)年供電 2.7×104吉瓦時(shí)，供熱 1.2×104吉瓦時(shí)，分別占全國供電和供熱總量的 4.2%和 0.8%，據(jù)估計(jì)到 2020 年，生物燃?xì)獍l(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到 9 500 兆瓦。另有 169 家沼氣廠向天然氣管網(wǎng)輸氣，輸氣量達(dá) 9 億立方米。

2.2我國生物質(zhì)能分布式利用現(xiàn)狀

（1）成型燃料生產(chǎn)及應(yīng)用。近年我國開始重視生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國家發(fā)改委在《可再生能源長期發(fā)展規(guī)劃》中提出，力爭在 2020 年達(dá)到顆粒燃料年利用量 5 000 萬噸的目標(biāo)。目前國內(nèi)生物質(zhì)成型燃料主要應(yīng)用于工業(yè)高溫蒸汽供應(yīng)，包括鋼鐵、紡織、印染、造紙、食品、化工等行業(yè)，由于國內(nèi)生物質(zhì)成型燃料行業(yè)還處起步階段，企業(yè)分散，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，很難統(tǒng)計(jì)具體的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，估算為 500 萬噸/年左右。國家能源局在《2014 年能源工作指導(dǎo)意見》強(qiáng)調(diào)年內(nèi)新增生物質(zhì)工業(yè)和民用供熱折算分別為 200 萬噸和 80 萬噸（蒸汽），而根據(jù)發(fā)改委、國家能源局和環(huán)保部《關(guān)于印發(fā)能源行業(yè)加強(qiáng)大氣污染防治工作方案的通知》，爭取 2017 年生物質(zhì)成型燃料利用量超過 1 500 萬噸。

（2）生物燃?xì)馍a(chǎn)及應(yīng)用。我國生物質(zhì)能資源豐富，可用于制取生物燃?xì)獾馁Y源品種繁多，包括作物秸稈、畜禽糞便、林業(yè)廢棄物等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年可用于生產(chǎn)生物燃?xì)獾馁Y源總量約折合 7 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤（表1）。若考慮技術(shù)可行性和市場競爭能力，目前可利用的資源量約為 2.5 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可生產(chǎn)沼氣量為 1 990 億立方米，約折合天然氣 1 200 億立方米，相當(dāng)于我國 2014 年天然氣消費(fèi)量 1 800 億立方米的 2/3。

表1　中國生物燃?xì)赓Y源潛力［2］

近年來，我國生物燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)取得較大進(jìn)展，生物燃?xì)猱a(chǎn)量已達(dá) 150 億立方米/年，實(shí)現(xiàn) CO2減排 765 萬噸，大中型生物燃?xì)夤こ碳s 4 000 多個(gè)。但總的來看，我國處理農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物的沼氣工程由于相對(duì)規(guī)模小，又遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，產(chǎn)生的沼氣僅有少量用于發(fā)電和集中供氣（沼氣發(fā)電用氣量約占總產(chǎn)氣量的 2.53%，集中供氣約占總產(chǎn)氣量的 1 %），大量的沼氣用于養(yǎng)殖場自身的生產(chǎn)、生活燃料。農(nóng)業(yè)沼氣工程平均池容只有 283 立方米，池容在1 000 立方米以上的大型沼氣工程僅占 9% 左右，沼氣技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展急需轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（3）生物質(zhì)氣化發(fā)電及燃?xì)鈶?yīng)用。生物質(zhì)氣化發(fā)電及燃?xì)鈶?yīng)用是具有我國特色的生物質(zhì)能分布式利用方式?；谏镔|(zhì)熱解氣化技術(shù)，我國開發(fā)出生物質(zhì)熱解氣化集中供氣系統(tǒng)，以滿足農(nóng)村居民炊事和采暖用氣，相關(guān)技術(shù)已得到初步應(yīng)用。其中，利用生物質(zhì)熱解炭化技術(shù)，建設(shè)生物質(zhì)炭、氣、油多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，為農(nóng)村居民提供生活燃?xì)?，同時(shí)生產(chǎn)生物質(zhì)炭和生物焦油，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，在湖北、安徽和河南等地得到初步推廣，具有較好的發(fā)展前景。在生物質(zhì)氣化發(fā)電方面，目前已開發(fā)出多種以木屑、稻殼、秸稈等生物質(zhì)為原料的固定床和流化床氣化爐，成功研制了從 400 千瓦到 10 千瓦的不同規(guī)格的氣化發(fā)電裝置，出口到泰國、緬甸、老撾和我國的臺(tái)灣地區(qū)，是國際上中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電應(yīng)用最多的國家之一。

3　生物質(zhì)能分布式利用的主要技術(shù)

目前有多種生物質(zhì)能源分布式利用技術(shù)已基本成熟，且最有可能實(shí)現(xiàn)市場化，包括沼氣、生物質(zhì)成型、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)采暖供熱利用等，相關(guān)核心技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀如圖 2 所示。

圖2　分布式生物質(zhì)能源技術(shù)現(xiàn)狀

3.1大中型沼氣技術(shù)

沼氣工程所處理的有機(jī)廢棄物比較廣泛，如：畜禽糞便、青貯飼料、過期的殘糧、廚余殘?jiān)?、生活有機(jī)垃圾、動(dòng)物屠宰的廢棄物、農(nóng)副產(chǎn)品加工的廢棄物等，或由上述幾種有機(jī)廢物混合構(gòu)成。由于我國近 10 年畜牧養(yǎng)殖發(fā)展很快，畜禽糞便排放總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過環(huán)境承載能力，政府希望通過沼氣工程建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，基本解決重點(diǎn)區(qū)域畜禽養(yǎng)殖場對(duì)周圍環(huán)境的污染問題。因此，沼氣工程將發(fā)揮多功能的作用（生產(chǎn)能源、綜合利用及環(huán)境保護(hù)等），具有廣闊的應(yīng)用前景。

大中型沼氣工程已非常成熟，是生物質(zhì)能分布式利用的主要方式，也是目前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最好生物質(zhì)能利用方向之一。然而，我國傳統(tǒng)的沼氣利用方式以家用沼氣池為主，規(guī)模小，效率低；而大中型沼氣工程與國外技術(shù)相比仍存在較大差距，設(shè)備工藝和制造技術(shù)水平不高，如國際上 CSTR 工藝的產(chǎn)氣率可達(dá) 15 m3. m-3. d-1，熱電系統(tǒng)率達(dá)90%，而我國產(chǎn)氣率僅為 0.8—5.0 m3. m-3. d-1，發(fā)電效率僅為 35%。目前我國已建的大中型畜禽糞污沼氣工程在工藝設(shè)計(jì)階段沒有考慮充分利用資源，大多數(shù)沒有采用熱電聯(lián)供，常溫發(fā)酵或外加熱源近中溫發(fā)酵工藝在冬季不能維持穩(wěn)定產(chǎn)氣，能源凈輸出率很低。

3.2生物質(zhì)成型技術(shù)

成型技術(shù)主要有兩類：一類是顆粒燃料成型機(jī)，不同規(guī)格的環(huán)模機(jī)是顆粒燃料成型機(jī)的主流機(jī)型；另一類是棒狀或塊狀成型機(jī)，棒狀或塊狀成型燃料主要在農(nóng)場應(yīng)用，原料是作物秸稈，絕大多數(shù)是大螺距、大直徑擠壓機(jī)，也有液壓驅(qū)動(dòng)活塞沖壓式成型機(jī)。目前生物質(zhì)成型燃料從原料收集、干燥、粉碎、包裝、銷售環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線生產(chǎn)，自動(dòng)化、規(guī)?；蜕虡I(yè)化程度都很高，單機(jī)生產(chǎn)規(guī)模大都在每小時(shí) 2 噸以上。

我國生產(chǎn)成型燃料以農(nóng)作物秸稈為主要原料，秸稈成型特性、燃燒特性方面與林業(yè)剩余物有很大不同，不能照搬國外的技術(shù)以及設(shè)備。目前在生物質(zhì)沖壓式壓塊技術(shù)及裝置、擠壓式壓塊技術(shù)及裝置、烘烤炭技術(shù)及裝置等方面有了明顯的進(jìn)步，但我國生物質(zhì)成型機(jī)還普遍存在著能耗過高、磨損嚴(yán)重和使用壽命短等問題，需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)改進(jìn)，提高能源利用效率。另外，秸稈燃料鍋爐燃燒應(yīng)用技術(shù)還不成熟，還缺乏核心技術(shù)和設(shè)備，尚無技術(shù)成熟的鍋爐產(chǎn)品制造廠家，鍋爐燃燒中容易出現(xiàn)結(jié)渣、結(jié)焦、腐蝕和飛灰嚴(yán)重等問題，運(yùn)行維護(hù)不易。因此，提高鍋爐對(duì)秸稈成型燃料的適應(yīng)性，是大規(guī)模推廣生物質(zhì)成型燃料的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.3生物質(zhì)氣化技術(shù)

生物質(zhì)氣化的主要優(yōu)勢是將難以燃用的生物質(zhì)低品位燃料轉(zhuǎn)化為燃?xì)?，?shí)現(xiàn)清潔和高效燃燒，是生物質(zhì)分布式利用的有效途徑。我國的小規(guī)模生物質(zhì)氣化及利用技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，尤其在氣化發(fā)電和生物燃?xì)馓娲I(yè)燃料方面。但是總體來看，目前氣化設(shè)備對(duì)燃料的適應(yīng)性較差，對(duì)原料水分、灰分或熱值的變化比較敏感；氣化發(fā)電還存在效率偏低、穩(wěn)定性較差和燃?xì)鈨艋到y(tǒng)太復(fù)雜等問題，需要提高生物質(zhì)氣化效率及其自動(dòng)化控制水平；生物質(zhì)燃?xì)馊紵嬖谌細(xì)夂统Ｒ?guī)燃燒設(shè)備（如鍋爐、窯爐等）匹配技術(shù)不成熟等問題，急需解決生物質(zhì)燃?xì)飧咝紵?、氣化系統(tǒng)與工業(yè)鍋爐/窯爐耦合調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)。所以開發(fā)新型的生物質(zhì)氣化技術(shù)和設(shè)備，完善并提高燃?xì)饫眯?，建設(shè)示范工程，形成分布式生物質(zhì)氣化利用的商業(yè)化解決方案，是生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展的主要方向。

3.4生物質(zhì)熱解技術(shù)

生物質(zhì)熱解技術(shù)可將低品位生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的木炭、燃油等，是高值化利用生物質(zhì)的主要方式之一。我國生物質(zhì)熱解技術(shù)方面研究較早，但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展緩慢，主要是因?yàn)檠芯恳詥雾?xiàng)技術(shù)為主，缺乏系統(tǒng)性，與歐美等國相比還有較大差距。特別是在高效反應(yīng)器研發(fā)、工藝參數(shù)優(yōu)化、液化產(chǎn)物精制以及生物燃油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響等方面存在明顯差距。同時(shí)，熱解技術(shù)還存在如下一些問題：生物油成本通常比礦物油高，生物油同傳統(tǒng)液體燃料不相容，需要專用的燃料處理設(shè)備；生物油是高含氧量碳?xì)浠衔铮锢?、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，長時(shí)間貯存會(huì)發(fā)生相分離、沉淀等現(xiàn)象，并具有腐蝕性；由于物理、化學(xué)性質(zhì)的不穩(wěn)定，生物油目前不能直接用于現(xiàn)有的動(dòng)力設(shè)備，必須經(jīng)過改性和精制后才可使用；這些都是阻礙生物質(zhì)熱解規(guī)?；玫钠款i所在。針對(duì)以上存在的差距和問題，今后的研究重點(diǎn)是如何提高液化產(chǎn)物收率，尋求高效精制技術(shù)，提高生物油品質(zhì)，降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的綜合利用和工業(yè)化生產(chǎn)等。

4　生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展前景分析

4.1生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展?jié)摿Ψ治?/p>

發(fā)展分布式生物質(zhì)能的關(guān)鍵是因地制宜，不能脫離當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件，追求不切實(shí)際的發(fā)展目標(biāo)。我國目前開發(fā)利用生物質(zhì)能的主要功能是環(huán)保和節(jié)能，目的是減少污染，提供經(jīng)濟(jì)、可行的潔凈替代能源，減少化石能源的壓力。在定位上，近期應(yīng)圍繞節(jié)能減排戰(zhàn)略需求，實(shí)現(xiàn)部分替代工業(yè)燃料，減少燃煤/燃油/燃?xì)獾南模档推髽I(yè)減排成本；長期應(yīng)發(fā)展液體燃料替代，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)液體燃料規(guī)?；a(chǎn)、能源作物規(guī)?；N植及能源藻的商業(yè)化利用。根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析和預(yù)測，我國分布式生物質(zhì)能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展大致可分為兩個(gè)階段（圖3）。

圖3　我國生物質(zhì)能源分布式利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)和潛力預(yù)測

（1）近期（2015—2020年）。生物質(zhì)分散供熱和天然氣替代技術(shù)基本成熟，產(chǎn)業(yè)化商業(yè)模式基本建立，產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)和產(chǎn)品主要以生物質(zhì)分散供熱和生物質(zhì)替代天然氣為主，其他分布式生物質(zhì)能源利用技術(shù)僅僅處于應(yīng)用示范階段。此階段發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)包括：沼氣工程及其熱電氣聯(lián)供系統(tǒng)、沼氣制備車用燃?xì)庀到y(tǒng)、生物質(zhì)氣化燃?xì)飧G爐燃燒系統(tǒng)、生物質(zhì)燃?xì)忮仩t燃燒系統(tǒng)、生物質(zhì)熱電聯(lián)供系統(tǒng)、高效生物質(zhì)供熱鍋爐、秸稈成型燃料燃燒鍋爐、成型燃料家用采暖設(shè)備、成型燃料家用爐灶設(shè)備、養(yǎng)殖等污水大型沼氣工程等。

（2）中期（2020—2030年）。生物質(zhì)分散供熱和天然氣替代技術(shù)和產(chǎn)品處于快速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)效益、減排效益日益顯著；城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村分散利用生物質(zhì)能源作為生活能源的技術(shù)、產(chǎn)品日趨成熟，國家/地方政府對(duì)新型城市化中利用生物質(zhì)能源政策措施進(jìn)一步強(qiáng)化，分布式生物質(zhì)能技術(shù)為新型城鎮(zhèn)化提供能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)解決方案的地位初步確立。此階段發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)包括：生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)、生物質(zhì)集中供熱系統(tǒng)、生物質(zhì)熱電氣聯(lián)供系統(tǒng)、生物質(zhì)替代LPG燃料集成系統(tǒng)、垃圾熱解焚燒設(shè)備、垃圾/生物質(zhì)混合炭化/氣化系統(tǒng)、垃圾分級(jí)及綜合利用、秸稈/糞便混合發(fā)酵設(shè)備及系統(tǒng)、戶用沼氣模塊化系統(tǒng)等。

4.2生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展路線圖

傳統(tǒng)燃煤燃?xì)馓娲?、城?zhèn)/農(nóng)村清潔生活能源供應(yīng)和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)是生物質(zhì)能分布式利用的三大發(fā)展方向，相關(guān)核心技術(shù)包括堿金屬腐蝕及結(jié)焦控制技術(shù)、高效生物質(zhì)氣化技術(shù)、生物質(zhì)熱解/炭化技術(shù)、秸稈干發(fā)酵技術(shù)、生物質(zhì)氣化燃?xì)鈨艋夹g(shù)、生物燃?xì)鈨艋峒兗夹g(shù)、生物燃?xì)獾臀廴救紵鞍l(fā)電技術(shù)等。其中，生物質(zhì)能燃煤燃?xì)馓娲矫妫P(guān)鍵技術(shù)已基本成熟，大部分系統(tǒng)完成應(yīng)用示范，如果在政策和經(jīng)濟(jì)性方面具備條件，預(yù)計(jì)在 5—10 年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用；農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保方面，秸稈等固廢利用技術(shù)已具備產(chǎn)業(yè)化條件；分散規(guī)模的垃圾/污水處理系統(tǒng)、戶用沼氣升級(jí)、秸稈沼氣制備等關(guān)鍵技術(shù)處在研發(fā)階段；城鎮(zhèn)/農(nóng)村清潔生活能源供應(yīng)方面，生物質(zhì)清潔利用技術(shù)處于工程示范階段，核心技術(shù)問題包括生物質(zhì)成型燃料家用采暖模塊化技術(shù)、生物質(zhì)家用燃?xì)饽K化技術(shù)等。

基于目前相關(guān)核心技術(shù)的研發(fā)及其應(yīng)用現(xiàn)狀，我國分布式生物質(zhì)能源技術(shù)近期主要處于進(jìn)行技術(shù)完善和應(yīng)用示范階段，預(yù)計(jì)到 2030 年前大部分關(guān)鍵技術(shù)將基本成熟，具備產(chǎn)業(yè)化的條件（圖 4）。

圖4　我國分布式生物質(zhì)能源技術(shù)發(fā)展路線圖

5　生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展條件分析

生物質(zhì)原料分散，種類復(fù)雜，從本質(zhì)上看，生物質(zhì)能更適合于分散利用，所以發(fā)展生物質(zhì)供熱、供氣和熱/電/氣聯(lián)產(chǎn)等分布式利用模式，是我國生物質(zhì)能發(fā)展的主要方向，但從產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀看，目前制約分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要瓶頸是經(jīng)濟(jì)性和可靠性。為了實(shí)現(xiàn)上述分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)和潛力，必須重點(diǎn)解決這兩方面的問題，才能為產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

5.1技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用示范

技術(shù)創(chuàng)新是提高分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的基礎(chǔ)，政府應(yīng)該增加科研投入，增強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)移能力，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究和創(chuàng)新、系統(tǒng)集成與工程示范，推動(dòng)分布式生物質(zhì)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

（1）開發(fā)生物質(zhì)替代工業(yè)燃料的關(guān)鍵技術(shù)，保證生物質(zhì)作為燃料可以在鍋爐、窯爐等工業(yè)設(shè)備中穩(wěn)定使用。包括：研究燃料適應(yīng)性強(qiáng)的生物質(zhì)高效燃燒技術(shù)，防止不合格燃料的影響，并實(shí)現(xiàn)爐膛燃燒溫度可控；研究解決生物質(zhì)利用過程中的爐內(nèi)結(jié)焦、換熱設(shè)備腐蝕等問題；開發(fā)適應(yīng)多種原料的生物質(zhì)氣化技術(shù)，重點(diǎn)解決低焦油、大負(fù)荷、高穩(wěn)定性等技術(shù)難題。

（2）開發(fā)與農(nóng)村環(huán)境保護(hù)及農(nóng)村生活能源供應(yīng)相關(guān)的共性技術(shù)，使分布式生物質(zhì)能成為新型城鎮(zhèn)化能源保障和農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的有效途徑。為了達(dá)到低成本、提高可靠性的目的，必須將生物質(zhì)能利用技術(shù)和我國農(nóng)村發(fā)展需求相結(jié)合，進(jìn)行工程示范并經(jīng)過長期的商業(yè)應(yīng)用，有效提高技術(shù)的可靠性和實(shí)用性，才能具有較大的行業(yè)帶動(dòng)作用，引導(dǎo)并推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5.2商業(yè)模式與政策支持

我國分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，用戶認(rèn)可度低，商業(yè)模式未成熟；同時(shí)與傳統(tǒng)能源相比，分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)存在單位投資大、運(yùn)行維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。政府應(yīng)該加強(qiáng)政策支持和引導(dǎo)，鼓勵(lì)商業(yè)化示范、商業(yè)模式創(chuàng)新，提高其市場競爭力。

（1）不斷創(chuàng)新和完善分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式。首先，提高生物能源設(shè)備系統(tǒng)集成能力，將設(shè)備制造加工與銷售核心設(shè)備、核心技術(shù)研制于成套設(shè)備開發(fā)、技術(shù)服務(wù)與工程安裝調(diào)試等各方面有機(jī)結(jié)合；其次，構(gòu)建生物能源燃料生產(chǎn)與供應(yīng)商的市場網(wǎng)絡(luò)，在專注生物燃料收集、加工及生產(chǎn)的同時(shí)，為用戶提供保障燃料供應(yīng)的解決方案；最后，建立減少用戶后顧之憂的商業(yè)模式，利用核心技術(shù)和低成本設(shè)備，通過專業(yè)的燃料供應(yīng)和項(xiàng)目運(yùn)行管理，為客戶提供生物質(zhì)能源分散利用的綜合解決方案，形成具有市場價(jià)值的商業(yè)模式，提高生物質(zhì)能的市場競爭力。

（2）制定經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策，將生物質(zhì)能的環(huán)保優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為成本優(yōu)勢。生物質(zhì)燃料的單位熱量成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化石能源，簡單利用生物質(zhì)能替代燃煤、天然氣沒有經(jīng)濟(jì)性，但生物質(zhì)屬于可再生的清潔能源，具有顯著的減排優(yōu)勢和環(huán)境效益。政府應(yīng)該制定相應(yīng)的激勵(lì)政策，建立產(chǎn)業(yè)發(fā)展的激勵(lì)機(jī)制，包括立項(xiàng)鼓勵(lì)、稅收和環(huán)保負(fù)荷減免、熱電價(jià)格補(bǔ)貼、CO2減排補(bǔ)貼、城鎮(zhèn)化建設(shè)補(bǔ)貼等政策，提高其經(jīng)濟(jì)性，調(diào)動(dòng)社會(huì)發(fā)展分布式生物質(zhì)能的積極性。

1 REN21. Renewables 2015 Global Status Report. 2015. ［2015-12-18］. http：//www.ren21.net/w p-content/up loads/2015/07/ REN12-GSR2015_Onlinebook_low1.pdf.

2 農(nóng)業(yè)部科技教育司. 全國農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（新能源產(chǎn)業(yè)）， 2011， （2）： 1-5.

3 國家林業(yè)局. 全國林業(yè)生物質(zhì)能發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）. ［2015-12-20］. http：//www.forestry.gov.cn/main/72/ content-608546.htm l.

4 國家發(fā)展和改革委員會(huì). 可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃. ［2015-12-21］.http：//www.ah.xinhuanet.com/sw cl2006/2007-09/04/ content_11048535.htm.

5 中共中央、國務(wù)院. 國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014—2020年）. ［2016-1-20］. http：//www.hbfgw.gov.cn/hbgovinfo/ghjh/ zcqgh/201403/t20140318_76244.htm l.

6 K irkelsA F， Verbong G P J. Biomass gasification： Still p rom ising？ A 30-year g lobal overview. Renew ab le and Sustainable Energy Reviews， 2011，15 （1） ： 471-481.

7 N C. Federal M inistry for Environment， Building and Nuc lear Safty of Germany. Act on granting priority to renewable energy sources （ Renewable Energy Sources Act - EEG ） . 2012.

8 Department of Energy & Climate Change of U.K. UK Bioenergy Strategy. 2012.

9 Department of Energy & Climate Change of U.K. Non-Domestic Renewable Heat Incentive - Im p roving support， Increasing Uptake. 2013.

10 Obernberger I， Thek G. Cost assessment of selected decentralized CHP app lications based on biomass combustion and biomass gasification. spain： Proceeding of the 16th European Biomass Conference & Exhibition， 2008.

11 中國可再生能源學(xué)會(huì). 中國新能源與可再生能源年鑒2011. 北京： 中國新能源網(wǎng)， 2012.

12 史立山. 瑞典、丹麥、德國和意大利生物質(zhì)能開發(fā)利用考察報(bào)告. 中國建設(shè)動(dòng)態(tài)： 陽光能源， 2005， 5 （5） ：64-66.

13 國家統(tǒng)計(jì)局能源統(tǒng)計(jì)司， 國家能源局綜合司. 中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2013. 北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社， 2013.

吳創(chuàng)之中科院廣州能源所研究員，中國可再生能源學(xué)會(huì)副理事長、生物質(zhì)能專業(yè)委員會(huì)主任，《太陽能學(xué)報(bào)》《燃料化學(xué)學(xué)報(bào)》《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》等期刊編委。長期從事生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換過程理論和應(yīng)用技術(shù)研究，研究方向包括生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)換過程的機(jī)理和規(guī)律，生物質(zhì)能氣化發(fā)電及氣化合成技術(shù)等，在生物質(zhì)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)。主持國家自然科學(xué)基金、國家科技支撐項(xiàng)目、國家“863”項(xiàng)目、中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重點(diǎn)項(xiàng)目、院地合作項(xiàng)目、廣東省戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目 40 余項(xiàng)，發(fā)表論文 200 余篇，申請(qǐng)專利 28 項(xiàng)，出版論著 4 部。近年來先后獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、廣東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、中科院科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國家專利優(yōu)秀獎(jiǎng)等。E-mail： wucz@ms.giec.ac.cn

W u ChuangzhiProfessor， Guangzhou Institute of Energy Conversion （GIEC）， Chinese Academy of Sciences. Prof. Wu serves as the Vice Chairman of Chinese Renewable Energy Society， director of Biomass Energy Committee and also the member of Editorial Board for several Chinese journals such as Acta Energiae solaris Sinica， Journal of Fuel Chemistry and Technology，Journal of Agro-environment Science， etc. Prof. Wu has long been engaged in research on biomass energy thermal conversion processes and application technologies. He led and participated in over 40 national scientific research projects， with focus on the characteristics of biomass energy， mechanism and regularity of biomass thermal conversion， biomass gasification and power-generation technology， tech-economic analysis and environmental impact assessment of biomass energy application. Prof. Wu has published 4 monographs and over 200 research papers. He has also applied for a total of 28 patents， 21 of which have been authorized. Prof. Wu has been awarded many prizes， including the 2nd Prize of National Science and Technology Progress Award， 1st Prizes of Guangdong Science and Technology Progress Award and other 4 provincial-level awards. E-mail： wucz@ms.giec.ac.cn

Perspective on Development of Distributed Bioenergy Utilization

Wu ChuangzhiYin XiuliLiu HuacaiChen Yong（Guangzhou Institute of Energy Conversion， Chinese Academ y of Sciences， Guangzhou 510640， China）

Biomass has a number of characteristics， including diverse sources， dispersed distribution， and low energy density， that makes it more appropriate for distributed utilization based on local scenarios. China is one of the largest agricultural countries in the world， where agricultural residue resources are available in large quantities， but modernization level of rural areas and agriculture remains low and agricultural residues are scattered and not utilized effectively. Distributed bioenergy technology has great flexibility in fuel， scale， and application mode， which has better econom ic performance in small scale. It fits the characteristics of biomass resources and domestic conditions in China， thus can realize commercialization more easily. Pellet and fuel gas are two main patterns of distributed bioenergy utilization. The key technologies include pelleting， pellet combustion， medium and large-scale biogas engineering， pyrolysis gasification， and fuel gas utilization. Currently， the distributed bioenergy technologies are still in demonstration phase. It is estimated that most of the key technologies w ill be well developed for industrialization before 2030. The promotion of China's national strategies such as new-type urbanization and new rural construction requires substantial clean energy supply. The main development directions of distributed bioenergy industry in China include substitution of tradition fuels， clean energy for household consumption in town and country， and environmental protection in rural areas. The most prom ising distributed bioenergy utilizations recently are household heating and fuel gas supply， which can effectively reduce coal dependence and relevant pollutions in rural areas. Taking into account the national strategy of energy conservation and pollution em ission reduction and new-type urbanization，priority w ill be given to the substitution of coal and fuel oil in industry， as well as clean and sustainable energy supply in rural areas. However，econom ic performance and stability have become bottleneck. It is proposed that the government should increase financial support for technological creation， which w ill turn environmental and social benefits of bioenergy into cost-effectiveness and promote the development of distributed bioenergy industry.

bioenergy， distributed utilization， pellet， fuel gas， road map

10.16418/j.issn.1000-3045.2016.02.005

*資助項(xiàng)目：中科院學(xué)部咨詢項(xiàng)目“大力發(fā)展分布式可再生能源應(yīng)用和智能微網(wǎng)”，國家自然科學(xué)基金（51176194）

修改稿收到日期：2016年1月21日