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生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。而生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料。地球上的生物质能资源较为丰富,包括木材及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。
一、浙江省生物质能资源及应用技术概述
(一)资源量及其分布
浙江省生物质能资源丰富,按照来源的不同,主要分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废弃物和畜禽粪便等五大类。
林业资源:浙江省地处亚热带季风湿润气候区,降水充沛,森林资源较为丰富。全省现有林地面积664.46万公顷,森林覆盖率为58.31%,位居全国前列。浙江省林业废弃物约4820万吨,折标准煤2700万吨,主要分布于丽水、临安等地。
农作物秸秆:农作物秸秆的可用资源量主要取决于农作物产量及其他用途。浙江省年秸秆产量约700万吨,折标准煤350万吨。
畜禽粪便:浙江省畜牧业产生的畜禽粪便产量约1690万吨,折标准煤169万吨(通过厌氧工艺)。
生活垃圾:城镇生活垃圾主要是居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物。浙江省每日生产生活垃圾约5万吨,每年产生生活垃圾超过1800万吨,相当于257万吨标准煤。
由上可知,浙江省可开发利用的生物质能资源种类多、数量大,若能有效利用,将对浙江省能源供应短缺,特别是农村能源短缺起到重要作用。
(二)应用技术的种类及特点
生物质能技术主要可分为四大类:生物转换、物化转换、直接燃烧和生物燃料。
生化转换技术:主要是厌氧消化和特种酶技术。在这类技术中,厌氧发酵即沼气技术已较为成熟并具有相当的竞争力。沼气技术是指通过厌氧发酵工艺将人畜禽粪便和有机废水等富含的有机物转化为以甲烷气为主的沼气。其特点是既资源化地利用了生产和生活中排放的废水,又能有效地保护环境,特别是自然水体。
物化转换技术:包括干馏技术、气化制生物质燃气、热解制生物质油。在这类技术中,农业废弃物的气化近年来发展最快。该技术的基本工作原理是在缺氧状态下,将稻壳、秸秆等农业废弃物气化形成可燃气体,用于农村居民生活燃气供应。目前,在实际应用中,主要存在的技术问题是焦油的处理。
盲接燃烧技术:主要指炉锅燃烧和垃圾焚烧。生物质直接燃烧发电技术是指在常规的活力发电系统中,将以秸秆替代锅炉燃烧所需煤进行发电,而垃圾焚烧则是以垃圾为主掺入其他燃料替代锅炉燃烧所需燃料进行发电。其特点是前者将农业废弃物资源化利用发电,同时保护了环境,而后者不仅解决了固体垃圾处理问题,而且物尽其用。
生物燃料技术:主要是指生物乙醇、生物柴油。生物乙醇是通过微生物发酵将各种生物质转化为燃料酒精,而生物柴油则是利用植物油、动物油等原料油提取的清洁燃料,两者都具有可再生、低排放的特点。但是前者以粮食作物作为原料,会对我国的粮食安全产生影响;而后者则需要发展油料作物或油料经济林所需的土地资源。因此,粮食供应安全与生物乙醇、生物柴油的发展协调问题是亟需解决的。
二、浙江省生物质能的应用现状
改革开放以来,在浙江省政府和相关部门的高度重视下,浙江省的生物质能应用有了很大发展,从上世纪80年代初的节柴灶、户用沼气池为主的生物质能技术到现在的大型沼气工程、集中气化发电和直接燃烧发电等,无论是技术发展还是应用规模,都有了长足的进步。
迄今为止,浙江省沼气技术发展已具有一定的规模,技术的可靠性也在不断的提高。据统计,截至2009年6月底,浙江省已累计建成户用沼气15.3万户,大中型沼气工程4438处、68.5万立方米,生活污水净化沼气池170.64万立方米。据粗略估计,这些沼气工程每年可产沼气1.37亿立方米,减排30余万吨二氧化碳,而且这些厌氧污水每年处理了生活污水1.96亿立方米,减排6.3万吨COD,受益面超过200万农户。基于厌氧发酵的沼气工程和生活污水工程均具有技术可靠性高、运行成本低、可适量替代常规能源,减少二氧化碳排放量等优点。
浙江省在生物质气化方面同样有了一定的成就。生物质气化可分为大规模燃烧技术和中小规模生物质气化技术,浙江省结合自身实际情况,主要发展生物质气化炉技术。磐安县于2006年引进户用生物质气化炉技术后,生物质气化炉开始慢慢普及,迄今为止,已经在全省的各个农村地区广泛使用。生物质气化有效地利用了农业废弃物,减少了焚烧或丢弃农业废弃物造成的环境污染,同时,它燃烧稳定、热效率高,适用于炊事、取暖、锅炉等,在农村的应用前景极其广阔。
生物质直燃发电近年来也有一定的发展,浙江省首家生物质能热电厂已于2009年在龙游建立,年燃烧谷壳、木屑、秸秆、废木料、竹子废弃19.24万吨,设计年发电能力1.08亿千瓦时。按同等规模燃煤热电厂计算,全年可节约标准煤8.27万吨,每年可减少二氧化硫排放291吨、烟尘排放425吨、二氧化碳排放15.3万吨,并可给周边农户带来约6000万元的秸秆等燃料收入。该项目采用了国际上较为成熟的秸秆生物燃烧发电技术,做到秸秆的充分利用,燃烧后产生的灰渣也被回收。采用直接燃烧技术将生物质能转化为电能,既能代替常规能源发电,又能避免秸秆腐烂而释放温室气体,同时也为农村创造了大量的劳动力就业岗位。
此外,浙江省垃圾焚烧发电走在全国前列。截至2005年底,浙江省投入商业营运的垃圾发电厂有12家,日处理垃圾总能力约为401G吨,总装机容量达11.6万千瓦,垃圾发电占垃圾处理量的27%。按此估计,浙江省年垃圾发电总量可达0.98亿千瓦时,可节约标准煤2.89万吨,年可减少氮氧化合物排放288.7吨、二氧化硫461.96吨。垃圾焚烧发电不仅解决了城镇垃圾堆积问题,有利于环境保护和城镇的发展,同时也缓解了浙江省用电紧张问题。
三、浙江省生物质能发展存在的主要问题和障碍
浙江省生物质能虽然在过去的几年问有了长足发展,但在进一步的技术应用推广中仍存在一些问题和障碍:
(一)资源量及其分布信息量不充分,不利于总体规划
迄今,浙江省生物质资源的信息主要建立在估算的基础上,而这些粗略的估算数据并不足以为总体的规划提供可靠的数据基础,资源的种类、资源的总体数量、资源的分布特别是其密度分布是进行总体规划的基础。没有详尽的数据作支持,对政府而言,就无法对生物质规模的应用做出具有可操作性的总体规划,也 就不可能提出行之有效的政策和措施支持。
(二)技术、经济竞争力不足
生物质能的技术可靠性、经济竞争力是产业化发展和规模化应用的根本。目前,浙江省生物质能的技术可靠性、经济竞争力仍然不足。前者反映在技术的先进性和成熟度上,与常规能源相比,浙江省生物质能的开发利用仍处于初步阶段,技术可靠和完善、运行操作的便捷尚有待提高。除了大中型沼气工程和户用沼气技术已具有较高的技术可靠性,其他生物质能技术距市场规模应用尚有差距;而后者则主要是指与常规能源相比,经济上没有竞争优势。生物质能的前期投入较大,运行成本较高,投资风险较大,经济效益较低,而政府还没有切实可行的价格政策和经济政策激励、支持生物质能的发展,企业难以负担高成本、高风险的生物质投资,消费者也不愿意花更多的钱消费其产品。
(三)规模发展缺乏政策的支持导向
美国生物质能发展经验表明,生物质能的发展离不开政府的支持,生物质能要规模化生产,政府的资金、政策支持是不可或缺的。浙江省因为没有规模应用的总体规划,也就不可能给出清晰可列的政府支持和导向,特别是对于不同的技术、规模所需要政府支持力度和支持政策也未说明。
目前,浙江省虽然在财政上对生物质能技术应用有一定的支持,但迄今没有建立一套透明、公平、有章可依的政府财政补贴或税收优惠的措施和细则,也就不可能形成明确和有力的导向和动力。
四、生物质能发展对策分析及建议
为了积极推动浙江省生物质能技术的推广应用,特别是在生物质能规模化应用有较大的发展,应该将关注点放在以下几个方面:
(一)普查资源,收集信息,制定总体规划
政府部门应当组织具有丰富的生物质资源调查和评估工作经验的专家,成立调查小组,在全省范围内开展全面、详细和实用的各生物质资源的调查评估工作,确切掌握生物质资源的种类、分布、密度以及资源的利用价值等信息,并对各地区所适合的生物质能发展技术与规模提出合理的建议,在此基础上对生物质资源的发展潜力进行科学的估计,为生物质能的规模化利用打下坚实的基础,也为生物质能的整体发展规划提供可靠的依据,明确短期、中期与长期国家生物质能发展的目标、原则、技术路线图及应采取的政策与措施。
(二)加强技术研发,拓展融资渠道
加强对生物质能技术研发和装备保障的支持力度,抓紧具有知识产权的新能源技术开发,形成具有原创性的自主知识产权群,提高其技术竞争能力。设立专项科研资金,攻克生物质固化成型装备以及生物质热解液化技术设备存在的问题;成立生物质能研究机构,研究生物质气化等技术存在的二次污染、自动化程度低等问题,不断改进技术;引进国外先进技术、借鉴国外经验,对农作物秸秆的高能效低能耗转化、第二代生物质原料等开展研究,推进生物质能稳定、高速发展。
在投融资上,一方面加大对生物质能的投资力度,设立专项资金,促进生物质能的规模化生产,特别是对技术要求高、投机成本大的技术,加强其财政支持力度,如对生物质能发电技术、沼气技术给予补贴,可以带动民间资本的流入,增加就业和农民收入;另一方面,创造良好的投资环境,建立服务机构、中介机构,开辟国际融资渠道,帮助国外投资者选择更好的项目,吸引国际组织和发达国家参与我国的生物质能产业建设,促进生物质能源的产业化。
(三)完善政府政策,促进生物质能发展
根据浙江省生物质能资源调查与评估结果,研究制定生物质能发展规划,明确各个地区生物质能资源拥有量、所适用的生物质开发技术和规模,并在此基础上深化政策研究,制定促进生物质能发展的政策体系,包括价格政策、经济激励政策等,来引导规模化发展。
不同规模的项目由于其投资成本、投资风险等差异应当给予不同程度的财政补贴,特别是对于大中型生物质能项目,可设立专项基金进行投资。在税收优惠政策上,可借鉴国外生物质能发展经验,结合浙江省实际情况,在生物质能的各个发展环节进行减免税或者鼓励性税收补偿,并做到税收优惠的普及,支持生物质能的发展。同时,完善科技、财政、金融、中介机构等相关的配套服务体系,建立生物质能技术研发、开发、推广、普及的完整的创新链,促建生物质产业持续快速的发展。
一、浙江省生物质能资源及应用技术概述
(一)资源量及其分布
浙江省生物质能资源丰富,按照来源的不同,主要分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废弃物和畜禽粪便等五大类。
林业资源:浙江省地处亚热带季风湿润气候区,降水充沛,森林资源较为丰富。全省现有林地面积664.46万公顷,森林覆盖率为58.31%,位居全国前列。浙江省林业废弃物约4820万吨,折标准煤2700万吨,主要分布于丽水、临安等地。
农作物秸秆:农作物秸秆的可用资源量主要取决于农作物产量及其他用途。浙江省年秸秆产量约700万吨,折标准煤350万吨。
畜禽粪便:浙江省畜牧业产生的畜禽粪便产量约1690万吨,折标准煤169万吨(通过厌氧工艺)。
生活垃圾:城镇生活垃圾主要是居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物。浙江省每日生产生活垃圾约5万吨,每年产生生活垃圾超过1800万吨,相当于257万吨标准煤。
由上可知,浙江省可开发利用的生物质能资源种类多、数量大,若能有效利用,将对浙江省能源供应短缺,特别是农村能源短缺起到重要作用。
(二)应用技术的种类及特点
生物质能技术主要可分为四大类:生物转换、物化转换、直接燃烧和生物燃料。
生化转换技术:主要是厌氧消化和特种酶技术。在这类技术中,厌氧发酵即沼气技术已较为成熟并具有相当的竞争力。沼气技术是指通过厌氧发酵工艺将人畜禽粪便和有机废水等富含的有机物转化为以甲烷气为主的沼气。其特点是既资源化地利用了生产和生活中排放的废水,又能有效地保护环境,特别是自然水体。
物化转换技术:包括干馏技术、气化制生物质燃气、热解制生物质油。在这类技术中,农业废弃物的气化近年来发展最快。该技术的基本工作原理是在缺氧状态下,将稻壳、秸秆等农业废弃物气化形成可燃气体,用于农村居民生活燃气供应。目前,在实际应用中,主要存在的技术问题是焦油的处理。
盲接燃烧技术:主要指炉锅燃烧和垃圾焚烧。生物质直接燃烧发电技术是指在常规的活力发电系统中,将以秸秆替代锅炉燃烧所需煤进行发电,而垃圾焚烧则是以垃圾为主掺入其他燃料替代锅炉燃烧所需燃料进行发电。其特点是前者将农业废弃物资源化利用发电,同时保护了环境,而后者不仅解决了固体垃圾处理问题,而且物尽其用。
生物燃料技术:主要是指生物乙醇、生物柴油。生物乙醇是通过微生物发酵将各种生物质转化为燃料酒精,而生物柴油则是利用植物油、动物油等原料油提取的清洁燃料,两者都具有可再生、低排放的特点。但是前者以粮食作物作为原料,会对我国的粮食安全产生影响;而后者则需要发展油料作物或油料经济林所需的土地资源。因此,粮食供应安全与生物乙醇、生物柴油的发展协调问题是亟需解决的。
二、浙江省生物质能的应用现状
改革开放以来,在浙江省政府和相关部门的高度重视下,浙江省的生物质能应用有了很大发展,从上世纪80年代初的节柴灶、户用沼气池为主的生物质能技术到现在的大型沼气工程、集中气化发电和直接燃烧发电等,无论是技术发展还是应用规模,都有了长足的进步。
迄今为止,浙江省沼气技术发展已具有一定的规模,技术的可靠性也在不断的提高。据统计,截至2009年6月底,浙江省已累计建成户用沼气15.3万户,大中型沼气工程4438处、68.5万立方米,生活污水净化沼气池170.64万立方米。据粗略估计,这些沼气工程每年可产沼气1.37亿立方米,减排30余万吨二氧化碳,而且这些厌氧污水每年处理了生活污水1.96亿立方米,减排6.3万吨COD,受益面超过200万农户。基于厌氧发酵的沼气工程和生活污水工程均具有技术可靠性高、运行成本低、可适量替代常规能源,减少二氧化碳排放量等优点。
浙江省在生物质气化方面同样有了一定的成就。生物质气化可分为大规模燃烧技术和中小规模生物质气化技术,浙江省结合自身实际情况,主要发展生物质气化炉技术。磐安县于2006年引进户用生物质气化炉技术后,生物质气化炉开始慢慢普及,迄今为止,已经在全省的各个农村地区广泛使用。生物质气化有效地利用了农业废弃物,减少了焚烧或丢弃农业废弃物造成的环境污染,同时,它燃烧稳定、热效率高,适用于炊事、取暖、锅炉等,在农村的应用前景极其广阔。
生物质直燃发电近年来也有一定的发展,浙江省首家生物质能热电厂已于2009年在龙游建立,年燃烧谷壳、木屑、秸秆、废木料、竹子废弃19.24万吨,设计年发电能力1.08亿千瓦时。按同等规模燃煤热电厂计算,全年可节约标准煤8.27万吨,每年可减少二氧化硫排放291吨、烟尘排放425吨、二氧化碳排放15.3万吨,并可给周边农户带来约6000万元的秸秆等燃料收入。该项目采用了国际上较为成熟的秸秆生物燃烧发电技术,做到秸秆的充分利用,燃烧后产生的灰渣也被回收。采用直接燃烧技术将生物质能转化为电能,既能代替常规能源发电,又能避免秸秆腐烂而释放温室气体,同时也为农村创造了大量的劳动力就业岗位。
此外,浙江省垃圾焚烧发电走在全国前列。截至2005年底,浙江省投入商业营运的垃圾发电厂有12家,日处理垃圾总能力约为401G吨,总装机容量达11.6万千瓦,垃圾发电占垃圾处理量的27%。按此估计,浙江省年垃圾发电总量可达0.98亿千瓦时,可节约标准煤2.89万吨,年可减少氮氧化合物排放288.7吨、二氧化硫461.96吨。垃圾焚烧发电不仅解决了城镇垃圾堆积问题,有利于环境保护和城镇的发展,同时也缓解了浙江省用电紧张问题。
三、浙江省生物质能发展存在的主要问题和障碍
浙江省生物质能虽然在过去的几年问有了长足发展,但在进一步的技术应用推广中仍存在一些问题和障碍:
(一)资源量及其分布信息量不充分,不利于总体规划
迄今,浙江省生物质资源的信息主要建立在估算的基础上,而这些粗略的估算数据并不足以为总体的规划提供可靠的数据基础,资源的种类、资源的总体数量、资源的分布特别是其密度分布是进行总体规划的基础。没有详尽的数据作支持,对政府而言,就无法对生物质规模的应用做出具有可操作性的总体规划,也 就不可能提出行之有效的政策和措施支持。
(二)技术、经济竞争力不足
生物质能的技术可靠性、经济竞争力是产业化发展和规模化应用的根本。目前,浙江省生物质能的技术可靠性、经济竞争力仍然不足。前者反映在技术的先进性和成熟度上,与常规能源相比,浙江省生物质能的开发利用仍处于初步阶段,技术可靠和完善、运行操作的便捷尚有待提高。除了大中型沼气工程和户用沼气技术已具有较高的技术可靠性,其他生物质能技术距市场规模应用尚有差距;而后者则主要是指与常规能源相比,经济上没有竞争优势。生物质能的前期投入较大,运行成本较高,投资风险较大,经济效益较低,而政府还没有切实可行的价格政策和经济政策激励、支持生物质能的发展,企业难以负担高成本、高风险的生物质投资,消费者也不愿意花更多的钱消费其产品。
(三)规模发展缺乏政策的支持导向
美国生物质能发展经验表明,生物质能的发展离不开政府的支持,生物质能要规模化生产,政府的资金、政策支持是不可或缺的。浙江省因为没有规模应用的总体规划,也就不可能给出清晰可列的政府支持和导向,特别是对于不同的技术、规模所需要政府支持力度和支持政策也未说明。
目前,浙江省虽然在财政上对生物质能技术应用有一定的支持,但迄今没有建立一套透明、公平、有章可依的政府财政补贴或税收优惠的措施和细则,也就不可能形成明确和有力的导向和动力。
四、生物质能发展对策分析及建议
为了积极推动浙江省生物质能技术的推广应用,特别是在生物质能规模化应用有较大的发展,应该将关注点放在以下几个方面:
(一)普查资源,收集信息,制定总体规划
政府部门应当组织具有丰富的生物质资源调查和评估工作经验的专家,成立调查小组,在全省范围内开展全面、详细和实用的各生物质资源的调查评估工作,确切掌握生物质资源的种类、分布、密度以及资源的利用价值等信息,并对各地区所适合的生物质能发展技术与规模提出合理的建议,在此基础上对生物质资源的发展潜力进行科学的估计,为生物质能的规模化利用打下坚实的基础,也为生物质能的整体发展规划提供可靠的依据,明确短期、中期与长期国家生物质能发展的目标、原则、技术路线图及应采取的政策与措施。
(二)加强技术研发,拓展融资渠道
加强对生物质能技术研发和装备保障的支持力度,抓紧具有知识产权的新能源技术开发,形成具有原创性的自主知识产权群,提高其技术竞争能力。设立专项科研资金,攻克生物质固化成型装备以及生物质热解液化技术设备存在的问题;成立生物质能研究机构,研究生物质气化等技术存在的二次污染、自动化程度低等问题,不断改进技术;引进国外先进技术、借鉴国外经验,对农作物秸秆的高能效低能耗转化、第二代生物质原料等开展研究,推进生物质能稳定、高速发展。
在投融资上,一方面加大对生物质能的投资力度,设立专项资金,促进生物质能的规模化生产,特别是对技术要求高、投机成本大的技术,加强其财政支持力度,如对生物质能发电技术、沼气技术给予补贴,可以带动民间资本的流入,增加就业和农民收入;另一方面,创造良好的投资环境,建立服务机构、中介机构,开辟国际融资渠道,帮助国外投资者选择更好的项目,吸引国际组织和发达国家参与我国的生物质能产业建设,促进生物质能源的产业化。
(三)完善政府政策,促进生物质能发展
根据浙江省生物质能资源调查与评估结果,研究制定生物质能发展规划,明确各个地区生物质能资源拥有量、所适用的生物质开发技术和规模,并在此基础上深化政策研究,制定促进生物质能发展的政策体系,包括价格政策、经济激励政策等,来引导规模化发展。
不同规模的项目由于其投资成本、投资风险等差异应当给予不同程度的财政补贴,特别是对于大中型生物质能项目,可设立专项基金进行投资。在税收优惠政策上,可借鉴国外生物质能发展经验,结合浙江省实际情况,在生物质能的各个发展环节进行减免税或者鼓励性税收补偿,并做到税收优惠的普及,支持生物质能的发展。同时,完善科技、财政、金融、中介机构等相关的配套服务体系,建立生物质能技术研发、开发、推广、普及的完整的创新链,促建生物质产业持续快速的发展。