一、生物質能結構與利用方式

(1)中國生物質能資源分布情況

智研咨詢發布的《2017-2022年中國生物質能發電市場研究及發展趨勢研究報告》顯示，生物質能技術主要包括生物質發電、生物液體燃料、生物質成型燃料、生物質燃氣、生物制氫技術等。目前，世界上技術較為成熟、實現規模化開發利用的生物質能利用方式主要包括生物質發電、生物液體燃料、沼氣和生物質成型燃料等。我國生物質能資源豐富，具有巨大的發展潛力，已呈現出規模化發展的良好勢頭。目前我國可利用生物資源量可轉換為能源的潛力約5億噸標煤，隨著造林面積的擴大和經濟社會的發展，我國生物質資源轉換為能源的潛力可達到10億噸標煤，占我國能源消耗總量的28%。目前我國生物質能技術研發水平總體上與國際處于同一水平，在生物質氣化及燃燒利用技術、生物質發電、垃圾發電等方面居領先水平，但是存在生物質能產業結構不均衡、生物質成型燃料缺乏核心技術、燃料乙醇關鍵技術有待突破等問題。


我國生物質能原料分布明顯不均，主要集中在東南西北中間帶，最大的是廣西地區。生物質資源包括農業、林業生產和生活過程中產生的所有生物質，生物質能原料主要指的是畜禽糞便、餐廚垃圾、能源作物、農產品廢棄物四種可獲取的原料，這就是圖1和2存在不一致的原因。

(2)中國生物質能資源的利用方式

1、生物質發電領域

在生物質發電方面，國能生物發電集團和凱迪電力股份有限公司是我國生物質發電的領軍企業。國能生物發電集團是目前全球最大的生物質發電專業公司。

2、生物質成型燃料領域

在生物質成型燃料方面，我國生物質成型燃料比較著名的研究機構主要包括中國林業科學院林產化工所、西北農林科技大學、南京林業化工研究所等。生物質成型設備廠家，如清華大學國能惠遠生物質發展有限公司，北京盛昌綠能科技有限公司，廣州迪森熱能公司、遼寧華光生態工程技術研究所，江蘇正昌糧機股份有限公司，河南省能源研究所，洛陽恒生能源設備有限公司，鄭州九洲通用液壓設備有限公司等。

3、生物質燃氣領域

國內沼氣行業比較知名的研究機構主要有中國科學院廣州能源研究所、農業部沼氣研究所、農業部規劃設計研究院、成都生物研究所和東北農業大學等。知名領軍企業主要包括杭州能源環境工程有限公司、青島天人環境股份有限公司和北京盈和瑞環保工程有限公司等。

4、生物液體燃料

我國燃料乙醇知名企業主要有吉林燃料乙醇有限公司、河南天冠企業集團有限公司等。以纖維素類生物質為原料生產燃料乙醇的國內企業主要有山東龍力生物科技有限公司、安徽豐源集團、河南天冠集團等。在生物柴油方面，我國主要是以小企業居多。截至目前，全國生物柴油生產廠家超過200家，主要代表企業有海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建能源發展公司等。


2014年全球生物柴油產量近3000萬噸，已建和在建生物柴油裝置年產能接近5000萬噸，生物柴油迅猛發展，成為21世紀正在崛起的新興產業。我國目前生物柴油產量只有100多萬噸，遠遠不能滿足市場需求。每年需求從國外進口大量生物柴油。

當前，我國生物柴油原料的供應問題十分突出，資源沒有得到合理的引導和配置。以地溝油為代表的廢棄油脂原本是生物柴油的主要原料，卻在高額利潤的誘惑下，大量流向食用油市場。雖然國內餐飲廢油每年潛在的供應量已達到1000萬噸，生產生物柴油的企業已超過50家，但裝置的開工率不到30%。中石化正在積極地推廣生物柴油新技術，加快工業裝置的建設速度，2013年在江蘇建設一套10萬噸/年生物柴油示范裝置，同時還籌劃在秦皇島建設一套10萬噸/年生物柴油示范裝置。為了長遠解決生物柴油的原料來源問題，中石化與中國科學院2010年啟動了“微藻生物柴油成套技術的研發”項目。

2014年我國生物柴油行業銷售市場規模約112.9億元，同比2013年的68.37億元增長了65.1%，近幾年我國生物柴油行業市場規模情況如下圖所示：


二、生物質能發電發展現狀

(1)秸稈發電發展現狀

2014年，我國秸稈資源量約為9億噸。秸稈還田、飼料利用、工業原料約占60%，約40%可以能源化利用(含農村生活用能)。

一、秸稈是生物能源的重要組成部分之一

生物能源是僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源，在世界能源系統中占有重要地位。生物能源是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的可再生能源，是唯一可替代化石能源轉化成氣態、液態和固態燃料以及其他化工原料或者產品的資源。

生物能源主要來自三個方面：一是農業資源，包括農業作物、農作物收獲時殘留秸稈、農業加工業的廢棄物等;二是林業資源，包括森林生長和林業生產過程提供的能源資源、木材采運和加工過程中的廢棄物、林業副產品廢棄物;三是城市生活餐廚垃圾和工業有機廢棄物。

我國每年有0.8億噸林業剩余物、30億噸畜禽養殖糞便、1.5億噸生活和有機垃圾、逾10億噸農產品加工廢棄物。

二、秸稈能源化利用方式

除作為農村生活能源外，秸稈能源化利用方式主要有秸稈固化、秸稈炭化、秸稈氣化、秸稈發電、秸稈液化、秸稈沼氣等。而適合產業化的方式主要是秸稈發電、秸稈液化、秸稈沼氣。

第一，秸稈發電

秸稈發電是以農作物秸稈為原料的一種發電方式，根據秸稈利用方式的不同，主要有以下2種技術路線:秸稈直接燃燒發電和秸稈氣化發電。

其一，秸稈直接燃燒發電是指把秸稈原料送入鍋爐中直接燃燒產出高壓水蒸汽，通過汽輪機的渦輪膨脹做功，驅動發電機發電。目前，秸稈直接燃燒發電技術主要有2類：水冷式振動爐排燃燒發電技術和流化床燃燒發電技術。

其二，秸稈氣化發電，首先使生物質原料在缺氧狀態下發生熱化學反應轉化為氣體燃料(一氧化碳、氫氣、甲烷)，然后將轉化后的可燃氣體由風機抽出，經冷卻除塵去焦油和雜質后，供給內燃機或者小型燃氣輪機，帶動發電機發電。

第二，秸稈液化

秸稈液化是指通過物理化學或生物學方法，使秸稈中的木質素、纖維素等轉化為醇類可燃性油或其他化工原料;主要分為直接液化、高溫高壓液化、微波液化3種形式。

其一，直接液化是指在中低溫、高壓并有催化劑參與情況下，將生物質轉化為液體的熱化學反應過程，通常有還原性氣體(例如氫氣、一氧化碳等)參與反應。

其二，高溫高壓液化是指在高壓下發生熱化學反應的過程，典型的液化工藝是在較高的壓力和溫度(33-500攝氏度)以及在催化劑存在下進行。

其三，微波液化是指利用微波輻射使小分子極性物質產生物理效應，從而加速反應改變反應機理或啟通新的反應通道。

第三，秸稈沼氣

秸稈沼氣是指以秸稈為發酵原料，在隔絕空氣并維持一定溫度、濕度、酸堿度等條件下，經過特定細菌的發酵作用產生的氣體。沼氣是一種混合氣體，主要成分是甲烷，其次為二氧化碳、氧氣、氮氣和硫化氫等，其中甲烷含量為55-70%，沼氣熱值為20-25兆焦/立方米。

三、秸稈能源化利用現狀

第一，秸稈發電

2004年以來，我國先后核準批復了200多個秸稈直燃發電示范項目。截至2012年底，我國生物質發電累計并網容量為5819兆瓦，其中，直燃發電技術類型項目累計并網容量為3264兆瓦，占全國累計并網容量的55%;垃圾焚燒發電技術類型項目累計并網容量為2427兆瓦，占全國累計并網容量的41.71%;沼氣發電技術類型項目并網容量為206兆瓦，占全國累計并網容量的3.54%。《可再生能源“十二五”規劃》明確規定，2015年我國生物質發電裝機達到1.3萬兆瓦，其中農林生物質發電8千兆瓦、沼氣發電2千兆瓦、垃圾焚燒發電3千兆瓦。

我國目前建設、運行的生物質發電廠普遍采用二代技術。一代生物質發電廠機組規模一般為2×12兆瓦，采用中溫中壓技術，存在能耗較高、發電熱效率偏低等問題;二代電廠機組規模一般為1×30兆瓦，采用高壓和超高壓技術，與一代技術相比，能耗顯著下降，發電熱效率顯著提高，其鍋爐熱效率一般在85%-90%，發電熱效率可達30.4%，年平均發電標準煤耗約404g/千瓦時。從當前生物質電廠的運行來看，主要是原料供應缺乏保障，100公里范圍內布局了多家生物質電廠，大多電廠的原料收購經濟半徑超過30公里以上，收購成本較高。第二，秸稈液化(纖維素乙醇)

纖維素乙醇在我國仍處于產業化起步階段，其關鍵技術主要是高效預處理技術與裝備、低成本纖維素酶制劑的生產和戊糖發酵菌種技術。

2014年，我國燃料乙醇產量達到233.2萬噸，混配E10乙醇汽油約2140萬噸，接近當年汽油總消費量的四分之一，目前已在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽、廣西6省區及湖北、山東、河北、江蘇、內蒙古5省區的30個市試點車用乙醇汽油，實現了乙醇汽油的封閉運行。纖維素非糧乙醇產量僅3.2萬噸。國內已建成山東龍力5.15萬噸/年裝置(以玉米芯廢渣為原料)與河南天冠3萬噸/年的乙醇-沼氣聯產示范裝置，以上兩套裝置均未采用戊糖/己糖共發酵生產乙醇技術。在建及規劃的項目包括中糧集團采用自主知識產權預處理工藝及戊糖/己糖共發酵技術的5萬噸/年醇電聯產項目、安徽國禎和意大利M&G公司的合資項目以及河南天冠的3萬噸/年纖維素乙醇規劃項目。

第三，秸稈沼氣

據統計，2010年我國大型沼氣工程有5萬處，沼氣產量為10億立方米。我國沼氣建設逐步由小型、分散化、經濟效益差的農村戶用沼氣向規模化的沼氣工程發展。近幾年，通過引進并結合自主開發的技術，已建成以畜禽糞便為主要原料的蒙牛澳亞牧場(裝機容量1.26兆瓦)、北京德清源(裝機容量2兆瓦)、山東民和牧業(裝機容量3兆瓦)等大型沼氣并網發電項目。

我國沼氣凈化提純制取生物天然氣正處于起步階段，部分凈化提純關鍵技術還需從國外引進，目前在廣西南寧、山東博興、內蒙古通遼等地已建成沼氣凈化提純制取生物天然氣示范項目。

四、秸稈能源化利用應注意的問題

秸稈能源化利用產業發展是一項橫跨不同行業、不同學科的系統工程，要加強科研投入，在考慮能源安全、減排等社會、環境因素下，也要兼顧經濟效益，因地制宜，分階段選擇技術上成熟的秸稈能源化利用模式。

第一，燃料的充足供應是生物質電廠正常運行的關鍵因素

當前秸稈發電普遍經濟效益較差的原因：一是電廠布局不合理。在同一生物質經濟供給半徑內，存在多家生物質電廠，或其他生物質能源加工企業，導致這些企業之間惡性競爭生物質原料，增大了運行成本。二是燃料運輸半徑過大，收購生物質原料的半徑超過30公里以上。三是燃料收購組織措施不合理，導致收購成本過高。實踐證明，生物質電廠發電技術可靠，生物質原料供應保障，以及收購儲運價格是確保生物質電廠獲得經濟效益的關鍵。

第二，沼氣利用應注重裝備開發，強調高值化利用解決經濟性問題

我國沼氣產業以往因受“環保主導”模式以及工藝技術的約束，多數大中型沼氣工程的技術經濟指標普遍低下，不具備經濟上的可持續性，在秸稈規模化轉化沼氣工程技術上與國外差距較大。未來國內沼氣應重視開發標準化和成套化裝備，重點解決高干物濃度發酵、多元原料共發酵、中/高溫發酵過程中產生的問題。沼氣應向高值化利用途徑方向發展，如凈化后沼氣發電，尤其是凈化提純后用作車用燃氣，解決自身經濟性問題。

第三，纖維素乙醇應繼續降低成本，發展“醇-電-沼氣聯產”工藝

纖維素乙醇產業發展的關鍵問題是協同預處理技術開發，降低酶制劑成本，提高戊糖轉化乙醇效率。雖然該產品仍舊處于產業化實踐階段，但從國內外示范裝置現有情況來看，運行測試基本達到預期，具備產業化推廣條件。上述技術經濟性評價也表明，從能量轉化效率、產品價值及效益等角度分析，纖維素乙醇競爭力更強。隨著生物技術的進步，產酶菌株的效率、酶的活性以及共發酵菌株的糖醇轉化效率會不斷提高，酶制劑成本與能耗會不斷下降，纖維素乙醇成本更有競爭力，成為最具發展潛力的秸稈能源轉化產品。從能源轉化角度來看，對秸稈最好的利用方式應該是以生產液體燃料纖維素乙醇為主，醇-電-沼氣聯產，實現原料的梯級利用，帶動產業持續健康發展。


(2)垃圾發電發展現狀

我國垃圾焚燒發電起步于20世紀90年代末，發展至今僅二十年時間，但隨著我國城鎮化進程和城市人口的增加，我國城市生活垃圾對環境造成的壓力不斷加大，垃圾無害化處理技術已越來越引起我國重視并快速發展起來。由于垃圾焚燒較之傳統的垃圾填埋或堆肥法具有處理速度快、節省大量用地、實現資源綜合利用等優點，隨著垃圾焚燒技術的不斷提高，垃圾焚燒處理已逐漸成為我國東南沿海經濟發達地區的主要處理方式。

特別是2002年以來，國家和有關部門陸續出臺和實施了市政公用事業的開放政策、特許經營政策、投資體制改革政策、鼓勵非公經濟政策等一系列相關的改革政策措施，加快了市政公用行業的改革開放和市場化經濟的發展。作為最為傳統的市政公用事業，垃圾處理領域也改變了政府單一的投融資渠道，而走向了投資主體多元化和融資渠道多樣化的發展道路。

根據統計數據：截至2013年底我國垃圾發電裝機容量達到340.03萬千瓦時，較2012年增長35%。2014年我國垃圾發電裝機容量430.8萬千瓦時。


(3)沼氣發電發展現狀

沼氣發電技術是一項利用工業、農業或城鎮生活中的大量有機廢棄物(例如酒糟液、禽畜糞、城市垃圾和污水等)，經厭氧發酵處理產生的沼氣，驅動沼氣發電機組發電，并可充分將發電機組的余熱用于沼氣生產的綜合技術。該技術不僅提供電能這一清潔能源，同時解決了沼氣工程中的環境問題，消耗了大量廢棄物，減少了溫室氣體排放，屬于典型的資源循環利用項目，具有良好的經濟效益和環境效益，在農村地區推廣潛力巨大。

雖然我國沼氣發電已經初具規模，但沼氣發電利用比例極低，提升空間巨大。歐美國家沼氣工程產生的沼氣基本用于發電或提純代替天然氣;而在我國，工業企業將沼氣用于鍋爐燃料，農場沼氣則用于養殖食堂炊事燃料，超過90%的沼氣沒有得到高效利用，垃圾填埋場亦存在沼氣大規模放空的處理方式，填埋氣回用率低于20%。

三、生物質能發電發展潛力與前景

(1)秸稈發電發展潛力與前景

目前，我國生物質能源發展呈現出蓬勃的發展態勢，其中，農作物秸稈發電最具代表性、戰略性和可持續性，秸稈的利用改造是開發生物質能源的一種有效途徑。秸稈是清潔無污染的可再生能源，是最具有開發利用潛力的新能源之一，具有良好的社會、經濟和生態效益。秸稈發電是秸稈優化利用的最主要形式之一，呈現快速增長的趨勢。目前秸稈發電大體上可以分為以下幾種方式。

1、建造利用秸稈燃燒來發電的中小型電廠

目前生物質能發電技術主要有兩大類：一是利用鍋爐直接燃燒生物質燃料，例如秸稈產生的熱量加熱鍋爐中的水，使水汽化，推動汽輪機發電機組來發電。這類技術與常規的煤燃燒發電相類似，只是用秸稈來代替煤。

另一類是氣化發電技術，由氣化爐和煤氣內燃發電機組來發電。利用生物質氣化爐將秸稈轉化為可燃氣體，燃氣經過分離凈化，然后在鍋爐等設備中進行燃燒，推動發電機輸出電能。

2、分散式的小型發電機組

由于建造中小型電廠存在的問題，分散式的小型發電機組逐漸受到人們的重視，尤其是在我國廣大農村更有推廣的條件。這里將著重介紹與秸稈發電關聯密切的斯特林發電機和新型的熱聲發電機，它們為生物質發電機器的小型化提供了可能。

斯特林機又名熱氣機，是一種閉式回熱循環發動機，它具有高效率、低噪聲、低污染以及多能源適應性等特點。由于世界石油資源日趨短缺，對環境保護的要求日益強烈，目前各國都很重視對斯特林機的研究。日本制定了開發節能新技術的“月光計劃”，6年內投入100億日元開發通用熱氣機。

斯特林機可以適用于多種燃料。從高品質的石油、天然氣等，到低品質余熱廢熱，甚至可燃垃圾等，都可以作為斯特林機的驅動熱源。

熱聲發電機基于熱聲效應而工作，是一種新型的能源轉換機械。熱聲發電機的突出優點是其高可靠性和對自然環境的卓越環保特性。它的高可靠性來源于系統中完全沒有運動部件或者運動部件極少;它的環保特性來源于它的工作介質是常見的惰性氣體，對大氣臭氧層無破壞，沒有溫室效應，也沒有可燃性。與斯特林機類似，熱聲發電機也采用外燃加熱的方式。熱聲驅動的發電機裝置，通過設計合理的燃燒裝置，將秸稈燃燒驅動熱聲發電機發電。

在新能源的開發利用中，秸稈發電具有重要的意義，對于建設小康社會，節能減排具有深遠的影響。伴隨著煤炭、石油和天然氣等化石能源的逐漸枯竭，尋找新能源已成為一個緊迫的任務。秸稈作為一種綠色和可再生的能源，其作用將會越來越突出，這不僅關系到環境保護的問題，還關系到國家的能源戰略問題。

(2)垃圾發電發展潛力與前景

進入21世紀以來，隨著環境問題的日益加劇，節能、環保成為各國的發展主題，垃圾處理也迎來了產業發展的機會。全世界垃圾年均增長速度為8.42%，而中國垃圾增長率達到10%以上。全世界每年產生4.9億噸垃圾，僅中國每年就產生近1.5億噸城市垃圾。中國城市生活垃圾累積堆存量已達70億噸，城市有三分之二被垃圾包圍。預計2015和2020年中國城市垃圾年產量將達2.60億噸和3.23億噸。在中國人多地少、能源緊缺，城市化進程快速發展的現實情況下，選擇垃圾發電無疑是符合國情最明智的選擇。


(3)沼氣發電發展潛力與前景

假設沼氣60%用于發電，則2014年144億立方米的沼氣產生量估算，可產生150億千瓦時電量，對應裝機200萬千瓦，達到現有規模的4倍;以2020年915億立方米沼氣資源量估算，扣除自用沼氣300億立方米資源外，可用于沼氣發電的氣量達到615億立方米，產生922.5-1230億千瓦時電力(每立方米沼氣產生1.5-2千瓦時電力)，裝機容量能達到1537.5-2050萬千瓦，達到現有沼氣裝機規模的15倍以上。

目前在我國，如果要實現工業化，沼氣的生產原料主要來自于4個方面：畜禽養殖場糞污、工業有機廢水、市政污水的污泥和生活垃圾填埋場的垃圾填埋。上述4類沼氣發電市場開發在我國均處于起步初期，市場空間仍較大。具體來看，畜禽養殖和工業廢水類項目由于規模小或運營主體多為原有業主等原因，專業運營市場空間較小，未來的市場主要集中于設備領域;市政污水沼氣多用于污水處理廠自用電補給或動力補給，多以原有業主投資運營，大規模第三方運營市場空間不大，未來市場也多集中于設備領域。垃圾填埋氣領域則相對項目規模較大、且國內已有一定規模的第三方運營商出現，運營市場值得期待。