课件：生物质能-中国农民的机遇？.pdf

Bio energy-Options for Chinese farmers?生物质能一中国农民的机遇？Chinese Academy of Agricultural Engineering,MOA 农业部规划设计研究院 目录一.背景二.开发利用生物质能源的战略意次/三.中国生物质能产业初具规模四.中国具有丰富的生物质能资源五.中国生物质能发展前景广阔2一、背景Background生物质Biomass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。主要分为农业生物质资源、畜禽粪便、林业生物质资 源、工业废水、城市固体 废物等。光 氧光反应二氧化碳暗反应葡萄糖4生物质能Bioenergy是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，以生 物质为载体的能量。它直接或间接地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，取之不 尽、用之不竭，是一种可再生能源。按照中华人民共和国可再生能源法，生物质能则是指 自然界的植物、粪便以及农产品加工业的有机废弃物等，是可循环和再生利用的有机物质。5Biomass to BioenergypaperFiber lumbercottonblack BquorConsumersMSW clean fraction construction&demolition wood yard trlmmlngg non-recyclable organicsProcess residuesEnergyag stalks&stmws p.forest tops&branches reea-|Orc small diameter culls Stocks forest energy harvest perennial cropselectricityBioenergy BioproductsBiofuelsethanol biotas charcoal生物质能转换技术路径Conversion technology route of biomassCombustionGasificationPyrolysis liquifactionExtraction(oil seeds)PelletizationFermentationupgradingSteam turbineGas turbine,engine,combined CycleMethanol/Hydrocarbons Hydrogen synthesissteamFuel celloil charcoalpelletsDigestiondieselesterificationGas engineVDistilationBiodieselEthanol7二、开发利用生物质能的战略意义 Strategic significance of developing bioenergy1、缓解能源供应紧张局面，促进经济社 会可持续发展A我国是世界第二大能源生产国和消费国，2006年能源消费 总量达到24.6亿吨标准煤；A 2006年我国进口石油1.8亿吨，进口依存度达47%；人均能源资源拥有量较低，煤炭人均探明储量仅占世界平 均水平的50%左右，石油、天然气人均资源量仅为世界平 均水平的7.7%和7.1%；能源短缺正成为制约我国经济社会发展的瓶颈问题之一。开发利用生物质能，对于调整能源结构，缓解化石能 源供应的紧张局面，保障国家能源安全，建立可持续发展 的能源供应体系，促进经济社会可持续发展具有重大意义。9在本世纪生物可再生能源将是能源 利用的主体之一。102、改善农民生产生活条件，推进社会主 义新农村建设A尚有1000多万无电人口；A50%以上农村居民生活用能采用 秸秆、薪柴等低效燃烧的方式，利用效率低，室内外环境污染严 重，危害人体健康；A大量的人畜粪便得不到及时有效 处理，造成了严重的面源污染，导致了疾病和疫病的传播。A有效处理农业生产和农村生活产 生的废弃物，有助于减轻环境污 染，改善农村卫生状况和农民生 产生活条件，促进农村和谐社会 发展。it3、拓展农业功能，转变农业增长方式当前，中国农村面临一些亟须解决的矛盾和问题，农业和农村发展仍处在艰 稚的型哪介度促谯农彘技绘稳定增收的长效机制时先形成，农民收入水平 彳氐，表利经和社会夔展滞后的局面还没益落蓟也于淡表。极大拓宽农业生产领域和农业的内涵，延长了农业产业链；农业不仅能提供食品和纤维，而且还提供能源，促进了农业和工业的协调发124、保护生态环境，减少温室气体排放化石能源的生产和消费造成了严重的环境污染和生态破坏。农林埴单去曩便用新柴等作为生造燃料，使森林资源被过度砍伐，也 会造成严重南生态破坏和水土流失。生物质能在种植一收获一转化利用的生命循环周期中，可以实现二氧 化碳零排放，替代化石能源可减少温室气体排放。睡着生物质能源产业的发展，将有利于保护生态科感，缓解气候变 化。CLOSED CIRCLE:、我国生物能源产业初具规模Bioenergy industry taking shape in china 0我国生物质能源开发利用现状Biomass energy development and utilization in china近几年来，中国政府非常重视生物质能开发利用 工作，作出了一系列战略部署。全国人大颁布了中华人民共和国可再生能源法。国家有关部 门出台了相应政策措施，中国生物厦能两用取得 了一定的成绩。-沼气工程建设初见成效，2005年沼气利用量达到80亿立 方米；-生物质能发电迈出了重要步伐；-生物液体燃料生产取得明显进展，全国燃料乙醇生产 能力达到102万吨，已在河南等9个省的车用燃料中推广 使用乙醇汽油。15农村户用沼气Rural households Biogas“十五”期间，中央投资34亿元专项支持沼气建设,直接受益农户达374万户。截至到2005年底，全国农村户用沼气池已发展到 1807万户，年产沼气总量约70亿立方米，折合标 准煤约500万吨，可以替代1540万吨原煤。沼气产业规模发展不断扩大，沼气灶具及其配套 产品年生产能力已达到500万套，沼气产品基本实 现了标准化生产，工程实现了规范化设计和专业 化施工。农村沼气产业建设已进入一个新的发展阶段。162000180016001400120010008006004002000户用沼气发展历史17养殖场大中型沼气工程 Mid-to-large Biogas Plants养殖场沼气工程的功能已开始从单纯获取 沼气能源和简单的污染物治理逐步转向以 保护和改善生态环境为主。截至到2005年底，全国建成养殖场沼气工程 3556处，年产沼气总量约2.3亿立方米，可 替代标准煤约17万吨。19大型沼气工程工艺流程图Technics Flow Chart for Mid-to-large Biogas Plants1干化维 颗粒机生物质发电技术Biomass Power Generation Technology到2004年底，我国生物质发电装机容量约为 2000MWo-蔗渣发电约1700MW,主要集中在广东、广西和云南等 地区，多为糖厂自备电厂。-垃圾发电约200MW。-其余为稻壳等生物质气化发电和沼气发电。截至2006年底，国家和地方发改委核准生物质发 电项目近50处，其中2006年核准38处，装机 1284MWo两个秸秆直燃示范项目竣工投产：-国能单县生物质直燃项目-中节能（宿迁）秸秆直燃发电项目21部分在建生物质燃烧发电厂一 览表建设地点装机容量燃料类型主要技术工艺完成时间山东单县25MW主要燃料为棉秆，辅以果木枝条。锅炉米用丹麦技术，委托济 南锅炉厂生产的130t/h高温 高压水冷振动炉排炉。2006.9江苏宿迁2 X12MW稻秆和麦秆。浙江大学研制的循环森化床 燃烧锅炉。2006.12河北晋州2 X 12.5M W主要燃料为玉米 秸、麦秆，辅以 果木枝条。锅炉为无锡华光锅炉股份有 限公司研制的2X75t/h中温 中压水冷振动炉排炉。江苏如东25MW稻草和麦秸。锅炉拟采用UOt/h高温高压 锅炉。内蒙古奈 曼旗2X12MW以二北防护林平 茬复壮的灌木黄 柳、锦鸡儿为主 要原料。拟引进国夕卜2X75t/h中温中 压锅炉。22建设中的山东单县秸秆发电厂/项目总投资3亿多元。/按照年运行6000小时计算，项目设计年发电量约156000kWh/年消耗秸秆15-20万吨，减少二氧化孽排放10万吨/每年可为当地农民增收3000-4000万元。23生物质混和燃烧发电技术Co-firing generation technology国内相关机构也正在开展 生物质与煤混合燃烧项目O-我国首台煤粉秸秆混燃发电 机组在山东枣庄华电国际十 里泉发电厂成功投产。该厂 从丹麦BWE公司引进秸秆发 电技术，对5号机组进行了 技术改造，改造后的机组按 年运行7236小时计算，每年 将燃用10.5万多吨秸秆，相 当于减少7.56万吨原煤消耗。24生物质发电技术Biomass Power Generation Technology中国正在运行的生物质气化发 电站有20余座。已研制的中不 型生物质气化发电设备功率从 IkW 到2000kW。中科院广州能源所承担了国家 863计划“3MW生物质气化发电 工程技术”项目已经通过科技 部的验收，在江苏兴化建设的 示范电站装机容量为6MW,气 化效率最高达78%,燃气机组发 电效率为29.8%,系统发电效率 27.8%三甩站总投量约3200万元,系统运行成本0.40元/kW。25固体成型燃料技术 Pellet technology用模有产、。要活式。棒 应规也生究头主、压式、和的备量做备机辐形粒 产定设批成好设型模种颗 生一料行也型成压几有 的了燃进商成式饕寸要 机成型已，发体压姐主 型形成家化开固挤型型料 成步质厂场、质旋成成燃。国初物少市产物螺式粒S 我已生不和生生有塞颗成状26燃料乙醇Fuel Ethanol“十五”期间，在河南、安徽、吉林和黑龙江 分别建设了以陈化粮 为原料的燃料乙醇生 产厂，总产能达到与 年102万吨,按国家标 准8%12%的添加比例,在9个省（5个省全部，4个省的27个地市）开 展车用乙醇汽油销售。公司名称 生产规模黑龙江华润酒精吉林燃料乙醇公60万吨（一期30司 万）河南天冠企业集 30万吨团公司安徽丰原集团 32万吨总计132万吨27甜高粱Sweet Sorghum甜高粱具有耐干旱、耐水涝、重抗逆性，素有”之称。抗盐飒等秀“图能作物甜高粱除获得亩产300400公斤 粮食外，还亩产茎杆4吨以上，汁液含糖量1620%左右，每 1618帏茎秆可生产1吨燃料乙 醇。目前在我国种植规模不大，且 比较分散,北京、天津、河北、内蒙古、河南、山东、辽宁、膏机K磊猛、陕西、新疆等我国已培育出适于盐碱地种植 的“醇甜系列”等杂交甜高粱 是种和“甜高粱茎秆制取乙醇”技术。28木薯Cassava木薯具有易栽、耐旱、耐涝、高产等特点，适合在热带、亚 热带地区种植，主要分布在广 西、广东、海南、福建、右南、湖南、四川、贵州、江西等九 奢（区）。采用优质木薯品种，并加强田 间管理和水肥到位，亩产可达3-5吨。懿懿B粉疆&薯可生 产1吨燃料乙醇。我国已培育出华南系列品种、直慎奉列品种，增区队裴晚 种成功的KU50、罗勇72尊英 优良木薯品种。29甘蔗Sugarcane 甘蔗属于多年生热带和亚热带草本作物，以南、北回归线之间为最适宜生长区，可 用于制糖和生产燃料乙醇。我国育成了一批能源甘蔗新品系和能、糖 兼用甘蔗品种，通过国家或省品种审（鉴）定；筛选出适合甘蔗清汁发酵的1484、1603、1724菌株和活性干酵母3#菌株。30利用转基因技术，育成一批甘蔗新优品系大田种植稀选优良新品理31纤维素Cellulose 我国也在开展纤维素制取燃料乙醇的技术研究开 发。安徽丰原集团在引进浙江大学的基础二研究开 发了“农作物秸秆生产燃料乙醇技术”，并建成 年产300吨的中试装置。华东理工大学承担的国家“863”计划重大课题“纤维素废弃物制取乙醇技术”，开发了有自主 知识产权的生物质废弃物制乙醇工艺，并进行工 程化及配套研究，建立年产600吨规模的示范装置。32生物柴油Biodiesel目前，国内已有一些公司收集餐饮业废油 加工生产生物柴油（参照美国生物柴油标 准），年产量约5万吨。这些生物柴油直接 供应给运输企业或作为工厂和施工机械的 动力燃料。-福建龙岩卓越新能源公司现有2万吨/年的生产 能力。油菜Rape我国油菜籽种植面积i亿亩,年产量约1300万吨，主要 分布在长江流域的四川、湖北、湖南、江西、安徽 以及江浙一带。油菜亩产菜籽150公斤，平 均产油率30%。我国已培育高油1号、2号 等油菜品种，油菜籽产量 大于200公斤/亩，菜籽含 油量高于50%。34四、中国具有丰富的生物质 资源Biomass resources in China我国生物质资源量巨大，可作为能源利用约7亿吨 标准煤。-农作物秸秆年产量约6亿吨，其他农业废弃物超过1亿吨。-工业废水和畜禽养殖场废弃物经过沼气化处理后，理 论上可以生产沼气约800亿立方米。-林业资源每年可用于能源用途约3亿吨。-城市生活垃圾年产生量约1.5亿吨。-约9亿亩后备土地可供能源作物利用。-长江流域各省区冬闲田2.79亿亩。36农作物秸秆Straw 2005年我国农作物秸秆总量约为6亿吨。秸秆一般用于能源、饲料、肥料和其他工业原料等，其中用于农村居民生活用能约3.40亿吨，用于饲料和肥料约2亿吨。3719782006年全国主要农作物秸 秆理论资源量变化趋势粮食产量 口秸秆产量我国5种主要农作物秸秆资源量中 长期预测 可获得资源量 工业用途 饲料 直接还田口未收集及损耗（还田）通过分项分析预测，在保障土壤肥力的前提下，预测到2010年至2020年我国主要农作物秸秆可 能源化利用的资源量为1.65亿吨。从中可以看出，虽然未来我国秸秆理论资源量将有所上升，但 随着畜牧业等竞争性行业的发展，可用于能化利用的将长期保持在1.65亿吨左右。结论秸秆资源总量比较丰富，能源化利用潜力 大-2006年，全国5种主要农作物笠的理论资 源量为4.33亿吨；可能源化利用的秸秆资源量约1.76亿吨，占秸秆资源总量的40.6%。若完 全能源化利用，相当于节约8800万吨标准煤/占当年全国可再生能源开发利用总量的 53%O农产品加工废弃物Agricultural processing waste主要是农产品在初加工过程产生的剩余物，包括稻壳、玉米芯、花 生壳、甘蔗渣等，总量超过1亿吨。41畜禽粪便 Manure中国畜禽喂养方式一般分为两种：-传统的自然式放养，主要适用于小型养殖场和家庭户 养。截至到2005年底，中国约有1.46亿农户适宜发展沼 气。-集中式喂养，主要在大中型养殖场，对军、猪和鸡采 用圈养方式，粪便集中，易于收集。2005年全国猪、牛、鸡三大类畜禽规模化养殖场约391万处，畜禽粪便资源 的实物量为10.9亿吨，理论上可生产650亿n?的沼气。-其中，大中型（养殖出栏3000头猪单位以上）约11952 处，畜禽粪便资源的实物量为1.38亿吨。42林业生物质资源Forestry biomass resources林业生物质是森林生长和林业生产过程中 所提供的生物质，包括薪炭林、零散木材、残留枝杈、木材采运和加工剩余物等。根据我国目前的林业资源分析，年可提供 林业生物质约810亿吨，其中可作能源用 途的资源约3亿吨。43工业有机废水Industrial organic wastewater 工业有机废水是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸和屠宰等行业生产过程中排出 的废水，它也是可再生的生物质资源。近年来，我国工业有机废水逐年增加，COD含量呈下降趋势，利用有机废水年产 沼气的潜力可达350400万吨标准煤。44城市固体废物Municipal solid waste 固体废物通常是指人类在生产、加工、流 通、消费及生活等过程中提取有用的成分 后，废弃的固体状和泥浆状物质。到2003年，我国城市垃圾清运量达1.486亿 吨。目前我国垃圾收集率约40%,平均低位发热 量4.20MJ/kg左右。预计到2020年垃圾量可 达2.4亿吨。45后备土地资源Reserve land resources 全国未利用土地总面积约为36.8亿亩，占全国土地总面积 的 26%。-荒草地约为7.4亿亩，主要分布在新疆、黑龙江、内蒙古、甘肃、云南5省区；-盐碱地约为1.5亿亩，主要分布在西北和华北的干旱和半干旱地区,包括新疆、青海、甘肃、内蒙古、河北等省区，经改良后约40%（0.6亿亩）可供开发利用；-沼泽地约为0.6亿亩，主要分布在东北、西北，包括大小兴安岭山 区洼地、三江平原低湿地、长白山山间盆地、青藏高原、新疆高 山谷地，经改良后约40%（0.3亿亩）可供开发利用；-裸土地约为0.6亿亩，主要分布在西北干旱地区，经改良后约80%（0.5亿亩）可供开发利用；-沙地约为7.6亿亩，约4%（0.3亿亩）可供开发利用。综上所述，约9亿亩可供能源作物利用。46冬闲田Winter-free land根据我国种植制度区划，全国 一年三熟制区耕地面积占全国 耕地总面积21.5%,一年二熟制 区耕地面积占全国耕地总面积 51.7%,全国平均复触于旨数理论 上可达至U195%。但随着粮食生产的相对过剩，农民从小麦、油菜等冬季作物 获得的收入日益减少，逐渐出 现冬季播荒等现象，即“冬闲 田”。由于长期耕作，土壤肥沃，结 构合理，冬闲田是非常宝贵的 土地资源中国怫作制度区划图47长江流域各省区冬闲田面积数据来源于国土资源部、国家统计局、全国农业普查办公室“关于土地利用现状调查数据成果的公报”，耕地面积（总资源）数据为1996年10月31日时点数。地区耕地面积（总资源）（千公顷）播种面积（千公顷）冬闲田（千公顷）上海315.1403.6210.8江苏5061.77641.22229.1浙江2125.32837.91306.4安徽5971.79172.52472.4江西2993.45251.4585.7湖北4949.57279.42372.1湖南3953.07977.6四川9169.112924.94954.8贵州4903.54804.14757.7总计39442.358292.718619.848五、中国生物质能发展前景广阔=Prospects of china bioefiergy国民经济和社会发展第十一个五 年规划纲要实行优惠的财税、投资政策和强制性市 场份额政策，鼓励生产与消费可再生能 源，提高在一次能源消费中的比重。加快开发生物质能，支持发展秸秆、垃 圾焚烧和垃圾填埋气发电，建设一批秸 秆和林木质电站，扩大生物质固体成型 燃料、燃料乙醇和生物柴油生产能力。50可再生能源中长期发展规划到2010年，我国可再生能源消费占能源 消费总量的10%,2020年达到16%左右;争取用10年左右时间解决全部无电人口 用电问题，并基本解决农村生活燃料短 缺问题。生物质能的重点发展领域是生物质发电、沼气、固体成型燃料和生物液体燃料。51中国生物质能发展目标项目单位2010 年2020年发电装机容量万千瓦5503000 崩沼气年利用量亿立方米190 1400燃料乙醇万吨2001000生物柴油 万吨20200固体成型燃料万吨100500052“十一五”燃料乙醇专项发展规划到2010年实现燃料乙醇产量达到522万吨/年的目标，届时全国75%汽油中含10%乙醇。/-其中，非粮能源作物达到420万吨。53可再生能源法 总量目标制度 可再生能源强制上网制度 可再生能源上网电价制度 费用分摊制度 专项资金制度54可再生能源法相关文件可再生能源发电有关管理规定可再生能源发电价格和费用分摊管去行办法-生物质发电项目上网电价电价标准由各省区市2 005年脱硫燃煤机 组标杆上网电价加补贴电价（标准为每千瓦时0.25元）组成，发电项目自投产之日起，15年内享受补贴电价可再生能源发展专项资金管理暂行办法55关于发展生物能源和生物化工财税扶 持政策的实施意见实施弹性亏损补贴。-当石油价格高于企业正常生产经营保底价时，国家不予亏损补贴,企业应当建立风险基金；当石油价格低于保底价时，先由企业用 风险基金以盈补亏。如果油价长期低位运行，将启动弹性亏损补 贴机制，具体补贴办法财政部将会同国家发改委另行制定。原料基地补助。-国家鼓励开发冬闲田、盐碱地、荒山、荒地标利用土地建设生 物能源与生物化工原料基地。开发生物能源与生物化工原料基地 要与土地开发整理、农业综合开发、林业生态项目相结合，享受 有关优惠政策。示范补助。-国家鼓励具有重大意义的生物能源及生物化工生产技术的产业化 示范，以增加技术储备。税收优惠。-对国家确实需要扶持的生物能源和生物化工生产企业，国家给予 税收优惠政策，以增强相关企业竞争力。56可再生能源中长期发展规划到2010年，我国可再生能源消费占能源消费 总量的10%,2020年达到16%左右；争取用 10年左右时间解决全部无电人口用电问题，并基本解决农村生活燃料短缺问题。57生物质能项目单位2010 年2020年发电装机容量万千瓦5503000 崩沼气年利用量亿立方米190 1400燃料乙醇万吨5221000生物柴油 万吨20200固体成型燃料万吨100500058农业生物质能产业发展规划到2010年，结合解决农村基本能源需要和改 变农村用能方式-全国建成400个左右秸秆固体成型燃料应用示范 点，秸秆固体成型燃料年利用量达到100万吨左 右；-建成1000处左右秸秆气化集中供气站，年产秸 秆气化3.65亿立方米。近期重点在东北粮食主产区、黄淮海粮食 生产区和长江中下游粮食主产区开展试点 小范。59