生物质能发电行业现状及市场化前景

2021-01-28张哲鸣

市场周刊 2021年1期

陈瑞，张哲鸣，曹丽

(1.中兰环保科技股份有限公司、广东省固废危废污染隔离防渗系统工程技术研究中心，广东深圳518067；2.中国科学院深圳先进技术研究院，广东深圳518055)

生物质能以通过光合作用产生的有机体(即生物质)为载体，将太阳能以化学能的形式贮存，是唯一的一种可再生的碳源，主要包括木质素、农林废弃物、畜禽粪便、污水废水、生活垃圾等。生物质能源因具有可再生性、低污染性、分布广泛易于取材等优势，成为煤炭、石油、天然气之后的第四大能源库。目前，生物质能源利用在世界能源结构中占比很小。丹麦是世界上利用秸秆生物质燃烧发电技术开发运行最好的国家，目前生物质发电作为生物质能主要的利用方式之一，除农林废弃物直接焚烧发电外，还有生活垃圾焚烧发电、生活垃圾填埋气发电及沼气发电等。

一、生物质能储量丰富，沼气发电兼具环境和经济双重效益

(一)全球生物质能储能丰富，发展迅速

发展可再生能源取代化石能源已成为全球共识。生物质能储量丰富，地球每年产生的生物质能总量相当于全球能源消耗总量的10～20倍，成为世界公认的继煤、石油、天然气之后的第四大能源库。根据2018年美国能源资料协会(U.S.Energy Information Administration，EIA)对全球生物质能产量与消费量的预测结果(如图1所示)，2020年，全球生物质能产量将达到4.38万亿英热单位(约12.8亿kW·h)。

图1 世界生物质能产量与消费量预测(万亿英热单位)

全球总的能源消费结构有三大终端市场，分别为热力、电力和交通运输，三者占比分别约为50%、20%和30%。未来，电力在全球能源消费中的占比将进一步加大。世界生物质能发电起源于20世纪70年代世界石油危机爆发后，最早由丹麦开始大力推行秸秆等生物质发电。根据IEA最新市场预测结果，在2018至2023年之间，生物质能源将引领可再生能源持续增长，占到全球能源消费增长的40%。到2040年，可再生能源在一次能源占比中达到17%～22%，将是实现全球电力需求的主要贡献力量。

进入21世纪后，随着各国积极支持和推动，全球生物质能发电装机容量持续稳定上升，2008年至2017年的十年间，生物质能装机容量从53.59 GW增长至109.21 GW，年复合增长率为8.23%(见图2)。到2018年，全球生物质能电厂3800个，新增装机容量108.96 GW。

图2 2008～2017全球生物质能装机容量

到2018年底，欧、美是全球生物质能装机的主要市场，但是占比相对下降，如图3所示，2008年，欧洲、美洲、亚洲生物质装机容量分别为38.59%、34.02%、19.82%，到2018年，欧洲、美洲、亚洲生物质装机容量分别占比为 32.48%、30.69%、31.05%，欧洲、美洲2018年比2008年全球占比分别下降了6.11%、3.33%。与欧、美情况相反，亚洲生物质能装机在全球的占比从2008年至2018年上升了11.23%，成为全球生物质能装机第二大市场，是全球生物质装机容量持续增长的主要推动力。其中，中国和印度成为增长潜力最大的两个国家。

图3 2008年和2018年全球生物质能装机区域分布

(二)我国生物质能资源丰富，正在成为生物质发电行业新星

根据国家能源局统计数据，近年来，我国生物质发电装机容量逐年增加，2013至2019年我国生物质发电装机规模及增长率如图4所示，我国生物质能发电装机容量逐年增长，年复合增长率为16.79%。到2019年底，全国生物质累计装机容量达2254万kW·h，较2018年增长22.60%。以此为基数计算，2025年之前，可再生能源中，生物质能发电将占据主导地位。

图4 2013～2019年我国生物质发电装机容量

1.上游：生物质来源资源丰富

我国作为农业大国，可利用生物质能发电资源丰富，利用潜力巨大。数据显示，我国生物质资源可转换为能源的潜力约为4.6亿吨标准煤，已利用量约2200万吨标准煤，还有约4.4亿吨可作为能源利用。今后，随着造林面积的扩大和经济社会的发展，生物质资源转换为能源的潜力可达到10亿吨标准煤。

(1)生活垃圾

目前，卫生填埋和垃圾焚烧发电是我国生活垃圾处置最主要的两种方式。根据国家统计局数据，近10年来我国生活垃圾无害化处理量逐年增加(如图5所示)，2018年全国生活垃圾无害化处理量为2.19亿吨，焚烧处置在无害化处理量的占比逐年上升，生活垃圾焚烧发电已成为生活垃圾处置的主要方式。

图5 2011～2018年我国生活垃圾无害化处理量

(2)秸秆

调查资料统计结果显示，我国每年秸秆资源量近9亿吨，可收集资源量在7亿～7.5亿吨。我国秸秆品种以水稻、小麦、玉米、棉秆为主。其中，稻草占比 25.1%，麦秸占比18.3%，玉米秸占比约32.5%，棉秆占比31%，油料作物秸秆(主要为油菜和花生)占比4.4%。

(3)畜禽粪便

我国的养殖场资源丰富，规模化畜禽养殖每年产生粪便8亿多吨，有充足的粪污原料供应。在农村，将畜禽粪污和农林废弃物如秸秆等混合起来作为发酵底物，混合厌氧发酵进行产沼，不仅提升了沼气产量，同时解决了农村秸秆堆放的问题。

(4)餐厨垃圾

我国城市产生的餐厨垃圾每年约有6000万吨，城市餐厨垃圾占城市生活垃圾的一半左右。餐厨垃圾兼具污染源和再生能源的双重特性引起广泛关注。餐厨垃圾因具有高有机物含量(有机物含量约占干物质质量的80%以上)，资源化可通过饲料化、好氧堆肥化、厌氧能源化(包括厌氧发酵制氢、厌氧消化产甲烷、提取生物降解塑料技术、生物柴油技术)等方式实现。其中，厌氧发酵能源化是减少温室气体排放、实现能源再生和社会经济效益最有效的方式之一。产生沼气后供电供气，残渣经无害化处理后制作有机复合肥料。

(5)工业有机废水

工业有机废水主要来自柠檬酸、制糖、酒精、造纸、养殖、PTA等行业，这些行业目前处理污水的主流方式为生化法，处理过程中会产生大量沼气。据估算，每生产1吨柠檬酸可产生大约225立方米沼气，甲烷含量在60%左右，生产1吨酒精可产生300立方米沼气，甲烷含量可达70%。

我国排放有机废水的工业企业以中小型居多，量大面宽。工业有机废水开发沼气工程的进展与全国环保达标要求密切相关。国民经济持续快速发展的情况下，排放的工业有机废水总量也会随之增加。有机废水沼气资源化利用，将提升企业经济效益。

2.下游：我国能源结构持续优化

目前，我国能源的主要来源包括煤炭，石油，可再生能源如天然气，水电、核电、风电等。受制于“富煤、贫油、少气”的资源特点约束，我国的能源消费结构呈现以煤炭消费为主的特征。近20年来，我国能源结构增长及构成情况如图6所示，由图可见，总体上我国能源消费总量持续增加，增速有所下降，水电、核电、风电等可再生能源类比重不断增大。2019年我国能源消费总量为48.6亿吨标准煤，较2000年已实现超过2倍的增长。

图6 我国能源消费情况(万吨标准煤)

2019年，煤炭，石油，天然气，可再生能源如水电、核电、风电消费总量分别占到能源消费总量的57.7%、18.9%、8.1%、15.3%。煤炭依然是我国能源的主要来源，但是消费量较2018年下降1.3 pct，天然气、可再生能源类等消费量持续增加，能源消费结构明显优化。电力作为三大能源输出终端之一，我国近年来电力消费量及增速如图7所示，总体上我国电力消费量呈逐年增加的趋势，未来，随着我国生物质能源发电行业的发展，将有助于我国能源结构的调整。

图7 我国电力消费量及增速

二、相关政策连续出台，规范行业稳健发展

我国生物质能应用技术开展以来，国家发展改革委、农业部、林业部、能源局、生态环保部等部门不断推出鼓励政策，不仅出台了多项生物质能利用的规划，同时给出税收、补贴等各种价格端的倾斜政策鼓励生物质能源利用的推行。据统计，2003～2016年，中国投入上千亿元支持沼气产业发展，其中中央投资超过400亿元。2014年以来，随着国家连续出台多项沼气发电发展规划以及补贴政策，带动行业主体数量实现扩幅的同时，市场规模也实现了快速增长。

但是目前生物质能发电行业也存在着较大的问题，如，项目投资及运行成本高，对于电价补贴依赖性大、环保要求趋严后运行成本提高，燃料来源尤其是农林生物质来源不稳定，市场波动较大。2020年，相关部门就生物质能发电项目连续出台了补充文件(表1)，规范市场稳健发展。

表1 2020年生物质发电项目相关政策文件

目前，我国生物质能源发电项目较多依赖于政府补贴，随着相关文件的出台，行业发展进入历史低点。但是基于我国的现状，我国能源结构仍然持续优化，生物质能作为唯一可再生的清洁能源，具有很大的发展潜力。同时，我国作为农业大国，农林废弃物等处理和利用需求不断增加，长远来看，行业仍有较大的发展空间。新政策条件下，对于生物质发电企业的综合实力提出更大的挑战。

首先，需要企业具有强大的市场开拓实力，能够以灵活多样的方式获取优质的项目信息；其次，需要企业有强大的技术实力，以技术革新推动项目收益；第三，需要企业有优质的运营管理能力，任何运营类项目都是“三分建，七分管”，依靠专业的运营团队提高项目运营收益；第四，对于农林生物质直接燃烧发电项目，需要持续稳定的优质燃料供应保障，就国内现有项目经验，未来可通过经纪人制度等改善现有市场波动风险。总之，新政策下，将有利于生物质发电行业的市场集中度，有利于推动行业领军企业，规范整个生物质发电市场趋于健康稳步发展。