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生物質能是一種重要的新能源，其技術成熟，應用廣泛，在應對全球氣候變化、緩解能源供需矛盾、保護生態環境等方面發揮著重要作用，是全球繼石油、煤炭、天然氣之后的第四大能源，成為國際能源轉型的重要力量。“十三五”是我國實現能源轉型升級的重要時期，是新型城鎮化建設、生態文明建設、全面建成小康社會的關鍵時期。在此背景下，生物質能面臨產業化發展的重要機遇。
2016年10月，國家能源局正式發布《生物質能發展“十三五”規劃》。其中明確，到2020年，生物質能基本實現商業化和規模化利用。生物質能年利用量約5800萬噸標準煤。生物質發電總裝機容量達到1500萬千瓦，年發電量900億千瓦時；生物天然氣年利用量80億立方米；生物液體燃料年利用量600萬噸；生物質成型燃料年利用量3000萬噸。
“我國污水排放約400億噸/年，平均收費不到1元/噸，運行費不過400億元/年，污水處理支撐起了幾十家上市公司。而生物質燃氣如果按照500億立方米/年產能來算，運行費用超過1500億元/年，投資將超過上萬億元，其市場容量遠大于污水處理。”針對生物質燃氣產業的發展前景，清華大學環境學院教授王凱軍立場堅定地亮出自己的觀點——生物質燃氣大產業的時代已然到來。
生物質燃氣產業發展可彌補天然氣缺口
能源安全問題不僅影響經濟發展，而且是國家安全的重要組成部分。王凱軍在介紹生物質燃氣產業發展背景時說，早在幾年前，科技部就已經從國家戰略高度部署推進了我國生物質燃氣產業的發展。《世界能源》雜志提出，預計到2030年，中國天然氣需求量將從現在不到2000億立方米增加到4000億立方米。除國內生產和進口外，天然氣缺口仍將達到2000億立方米。有觀點曾針對國家能源戰略大膽提出設想，即其中1500億立方米的需求量可以通過煤制氣來解決，剩下500億立方米將由生物質燃氣彌補。
據介紹，目前，在世界范圍內，許多國家都開始將生物質燃氣和可再生能源發展作為國家重大戰略。2011年，日本福島核事故后，德國便開始加快推動能源轉型戰略，即“2020年徹底關閉其境內的全部核電站，且到2050年前，可再生能源使用比例提高至80%”。瑞典則提出，到2050年前后，生物質燃氣將全部取代石化天然氣。英國政府和工業界也聯合發布了厭氧消化戰略和相應的行動計劃。
王凱軍坦言，從時間上看，我國提出生物質燃氣發展戰略已經略晚于上述國家。但是，我國生物質燃氣資源量豐富，具有彌補天然氣缺口的巨大潛力，且政策支持形勢利好。據粗略估算，目前我國生物質燃氣資源量近2000億立方米，到2050年，該數值將超過3000億立方米。隨著生物質燃氣產業的發展，預計將會有更多的農業廢棄物用于生物質燃氣生產。從體量和農業面源污染控制需求上看，農業廢棄物氣化是今后生物質燃氣產業化工作的重點。
國家能源局在《生物質能發展“十三五”規劃》中提出，到2020年建設160個生物天然氣示范點，年產量達到80億立方米；到2030年超過400億立方米。“這與500億立方米缺口是基本相吻合的。”王凱軍說。
政策利好推動生物質燃氣工程大型化
“在生物質產業政策利好的背景下，我國生物質燃氣工程大型化轉型勢在必行。”王凱軍介紹說，2003年~2014年，國家投資近400億元建設近10萬座沼氣工程，取得巨大成效。然而，以中小型工程為主，單座工程日產氣量很低。德國等歐洲國家，均以大型沼氣工程為主。據統計，2014年底，歐洲和德國的發電沼氣工程數量約為17000個和8000個，平均單個工程日產氣量基本都在6000立方米左右，發電裝機500千瓦。近年來，歐洲和德國生物天然氣工程數量雖然少，發展卻很快，分別約為370座和170座，單座平均日產生物質燃氣在1萬立方米左右。
“從規模效應上看，建設5000立方米到10000立方米生物質燃氣規模的工程是比較合適的。這與國家發改委、農業部及國家能源局發布的數據相吻合。”在王凱軍看來，目前，如何順利實現大型化轉型，是生物質燃氣產業發展的重中之重。
大型化轉型難題亟待破解
據王凱軍介紹，目前，我國生物質燃氣工程在原料收儲運、集中處理、產品銷售與利用等環節均不支持規模化生產，這也成為其大型化轉型的重大難題。實際上，早在2013年，山東省就已經發起了“十萬億”生物質燃氣項目的倡議，并于2015年正式啟動了“山東省畜禽污染防治與資源化三級網絡體系構建研究”項目。在該項目中，針對不同環節研究解決問題的途徑，構建涵蓋“收儲運-生產處理-產品銷售”全鏈條的“三級網絡”體系。第一級網絡是指原料的收集、儲存、轉運系統；第二級網絡是指生產處理系統，包括厭氧消化、有機肥生產、沼氣精制等；第三級網絡是指生物質燃氣、肥料的銷售利用系統。綜合來看，構建面向農業廢棄物資源化利用的三級網絡系統，是破解生物質燃氣工程大型化轉型難題的重要途徑之一。
在資源化生產技術網絡方面，雖然其發展與應用相對比較成熟，但在大型化轉型過程中卻仍然面臨著技術、反應器、材料和設備的選擇難題。對此，王凱軍建議，在大型沼氣工程建設與推廣過程中，應構建幾種簡單且通用的技術設備模式以替代目前五花八門的選擇。
王凱軍說，標準化設計、系列化產品和自動化運行是實現沼氣工程產業化發展的必然要求和趨勢。在沼氣精制方面，無論是化學吸附、變壓吸附、物理吸附等傳統技術，還是近年來興起的膜分離技術，其發展都已經非常成熟。例如，山東什邡的高效可移動式撬裝沼氣精制設備已經能夠將脫水、脫硫、脫碳和壓縮等單元集成到集裝箱內，能縮短施工周期，減少占地面積。在沼渣沼液處理和資源化生產方面，目前開展的相關工作也很多。此外，利用現代網絡技術進一步優化與提升資源化生產過程將是今后一個重要的發展趨勢。
生物質燃氣更有助于克霾減排
關于生物質燃氣的利用問題，王凱軍說，目前國內外生物質燃氣主要用于綠色公交、工業改造和居民燃氣等，而農業廢棄物生物質燃氣在克霾減排中的重要作用也值得關注。相比于火電廠燃煤，散煤燃燒的排放強度集中，低空排放且無任何污染防治措施，對霧霾的“貢獻”更加突出。據估算，山東省村鎮耗煤量約4500萬噸/年，其污染量相當于火電廠燃煤量為4.5億噸/年至6.75億噸/年的污染量。
王凱軍說，“如果采用生物質燃氣替代散煤燃燒，將對控制霧霾有很大益處。”
那么，要如何促進生物質燃氣產業發展？最后，王凱軍對生物質燃氣產業發展提出兩點展望：一是通過“互聯網+三級網絡”加速生物質燃氣產業的發展。即通過構建生物質燃氣產業互聯網平臺，實現農業廢棄物收儲運、資源化生產、產品銷售利用產業鏈全生命周期跟蹤管控，做到環境效益與經濟效益、社會效益共贏。二是生物質燃氣發展促進農業產業升級。即以生物質燃氣產業發展帶動區域養殖、種植、肥料、燃氣等行業的優化與升級，最終構建以“農業廢棄物收儲運-資源化處理-產品銷售與利用”三級網絡為核心的良性產業生態圈。
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生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。以工、農業生物質廢物為原料生產生物質燃氣，可以實現廢物減量化，改善農村、城市生態環境，并可生產生物質能。生物質能涵蓋于“節能環保”和“新能源”兩個戰略性新興產業之中，是一個跨越多個產業的戰略性新興產業。
當前，我國生物質燃氣產業市場正在不斷擴大。資料顯示，到2015年，我國已建或在建城市廢物沼氣（含填埋氣）工程1261個，其中混合垃圾工程13個，可年處理廢物0.06億噸，生產生物質燃氣0.8億立方米；廚余垃圾工程48個，可年處理廢物0.05億噸，生產生物質燃氣2.8億立方米；市政污泥工程200個，可年處理廢物0.067億噸，生產生物質燃氣2.76億立方米；填埋場工程1000個，可年處理廢物1.35億噸，生產生物質燃氣25.9億立方米。此外，已建或在建工業廢渣和廢水沼氣工程3590個，其中廢渣工程290個，可年處理廢物0.25億噸，生產生物質燃氣9億立方米；廢水工程3500個，可年處理廢水9億噸，生產生物質燃氣45億立方米。已建或在建生物質燃氣生產能力，城市32.26億立方米、工業54億立方米、農業75億立方米，總計161.26億立方米，占我國天然氣年生產量的14.9%，占其年消費量的11%。
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