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能源革命不能缺生物质煤油气田

来源: 《瞭望新闻周刊》 日期:14.09.03
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  自1973年世界石油危机催醒美欧国家开始寻求对石油的替代以来,世界能源消费结构逐渐发生改变,水、核及可再生能源占比由微量上升到2013年的13.3%。

  能源生产与消费的全球格局与版图也在演变,世界各国都依其资源、技术和市场状况而不断调整自身的能源生产与消费结构。

  崛起中的中国,能源安全乃国之大计,而安全又系之于自主,“油桶”要尽量放在自己家里与“饭碗任何时候都要牢牢端在自己手里”的道理是一样的。但目前近60%的石油和近30%的天然气依赖进口并将继续走高,中国能源有安全感吗?

  “能源自主”并非不进口而是要主要依靠国内,通过增加本土能源产出,将油气对外依存度逐渐回落到50%以下或更低。随着油气资源渐竭、开发难度与成本增加,价格战与资源争夺更加激烈,必须未雨绸缪地狠抓替代能源,发展生物质煤、油、气田,是重要的战略选择之一。

  美国能源自主的启示

  1974年,尼克松总统首次提出能源自主。

  1948年,美国开始成为石油净进口国,进口所占比例逐年攀升,1985年为28%,2005年达到62%。为打破对石油进口的过分依赖,美国积极开发生物燃料,即凭借美国是世界最大玉米生产国和出口国的优势,以玉米乙醇部分替代进口石油。

  为此,布什在2005年签署的《国家能源政策法》中专设了“乙醇训令”,要求燃料制造商到2012年在汽油中必须加入2250万吨生物乙醇,以每年减少2800万吨原油进口;2007年又通过了著名的《能源自主与安全法案》,以法律形式规定,到2022年全美必须生产和使用1.08亿吨生物燃料,并出台了联邦燃料乙醇强制标准和提高混合比的时间表。使生物乙醇以4%的年均增速驶入快车道。

  数据显示,2013年美国能源消费总量中可再生能源的占比是9.45%,其中生物质能、水电、风电、太阳能和地热的占比分别是4.62%、2.64%、1.65%、0.33%和0.21%。生物质能源以远高于其他可再生能源的占比居于首位。

  2013年美国生产了4000万吨生物乙醇,替代了13%的原油进口量,使美国石油对外依存度由2005年的62%下降到43%;自中东进口的石油也只占进口总量的15.4%(2009年)。不到十年,布什在2005年提出的两项计划指标都提前和超额完成了,国家能源自主与安全计划取得了重大成果。

  中国能源革命能提“自主”吗?

  值此能源转型时代,中国近中期可实行“一手广进化石油气,一手狠抓替代能源”的“两手”战略。在广进油气的同时,必须未雨绸缪地狠抓替代能源,因为替代能源形成气候需要一二十年或更久时间。所以,这“一进一替”,必须两手都要硬,只有双面下注才能真正提升国家能源安全。这一二十年是我国能源战略转型关键期,千万把握好机遇,避免战略失误。

  随之而来的问题是,我国清洁能源能担此“一替”重任吗?据2009年中国工程院咨询报告,我国不含太阳能的本土清洁能源,近中期每年可收集作能源用的资源量为21.5亿吨标煤,相当于2013年能源消费总量的40%,如加太阳能可撑半壁河山。

  同上资料,各类清洁能源的资源量及占比排序是:生物质(11.71亿吨标煤,占比54.5%)、水电(5.84亿吨标煤,占比27.2%)、风电(3.35亿吨标煤,占比15.5%)和核电(0.58亿吨标煤,占比2.7%)。生物质资源量是水电的2倍和风电的3.5倍。2013年我国生物质能、太阳能和风能的实际产能分别折合为5191.5万吨标煤、4722.1万吨标煤和4117.5万吨标煤,生物质能源也处在首位。

  政府对水电与核电的认同度高,驾轻就熟,但也存在水利资源过度开发(东部开发殆尽),河流生态状况恶化,以及核电原料依赖进口和安全隐患等问题。生物质能具有资源量大,产品固、液、气态均有和易于储运等优势,重要的还在于它可以大规模替代石油和天然气,而核、水、风和太阳能皆难胜此任。

  大力开发本土生物质油与气,将化石油气对外依存度控制在50%或40%以下或更低是完全可能的。

  积极发展生物质煤、油、气田

  以下分别阐述开发本土“生物质煤田”、“生物质气田”和“生物质油田”的发展前景。

  首先,生物质煤田。固体生物质能源在中国是近十年才发展起来的。2013年全国生物质直燃发电项目200余个,并网容量7790兆瓦,上网电量356亿千瓦时,约相当于1/3的三峡电站发电量,其中48%集中于苏、鲁、粤、浙四省。

  我国“生物质气田”的可开采储量是多少?

  生物质成型燃料具有低灰、低硫、低氮的特点,接近天然气排放水平,价格是天然气的一半。2013年9月国务院发布《大气污染防治行动计划》后,成型燃料已成为全国60余万个中小锅炉年约6亿吨燃煤的最佳替代能源,国家有关业务主管部门下发多项鼓励性政策、条例和计划,正在积极推进。

  固态生物质能源的原料主要是作物秸秆和林业剩余物,根据中国工程院资料,二者可收集作能源用的年资源量分别为4.7亿吨和3.5亿吨。如一半用于气态和液态燃料,剩下的一半用于固态燃料,则“生物质煤田”的年可能源用资源量约4.1亿吨,可替代3亿多吨煤炭。据2012年统计,全国农作物秸秆的82%来自粮食作物,其中玉米、小麦和稻谷分别占46.0%(3.55亿吨)、20.4%(1.57亿吨)和15.8%(1.22亿吨),说明资源是相对集中的。粮产区即秸秆主产区,粮田即“生物质煤田”,其中黄淮海平原和东北平原粮区是两片“富矿”。

  3.5亿吨林业剩余物主要产自全国各个林区,多集中于我国西南和中南诸省。经数十年的建设,我国林区有健全的国家林场管理系统,林业生物质能源一旦得以开发,林场即生物煤场,可控性和操作性很强。

  开发“生物质煤田”的关键在于政府的胆识、决心和得力配套政策;在于引进资本和实力较强企业;在于解决好原料收集难点;在于探求和建立适合不同原料和市场条件的多种商业模式。

  第二,“生物质气田”。当前国家最为紧缺和大量进口的是天然气,本土“生物质气田”能替代几何?

  对畜禽粪便、城市污泥污水、加工业废水废渣,以及作物秸秆等有机废弃物和污染源作无害化和资源化处理的最佳方式,是经微生物厌氧发酵生产沼气。如果说固态生物质燃料是零碳排放,沼气则是负碳排放,是一种“神奇”的能源。

  2008年前后,北京德清源、山东民和、河南天冠、上海白龙港污水处理厂等日产2万~9万m3的大型沼气生产厂陆续投产和发电上网。中国企业正紧跟生物天然气(BNG)国际发展形势。BNG生产在我国不存在技术与装备障碍,经济上可行,市场需求巨大。

  生产微生物发酵型沼气的原料主要是两类,一类是畜禽粪便和秸秆等农业废弃物;一类是加工业排放的高COD(化学需氧量)值有机废水、废渣及城市污水、污泥。中国是养殖业大国,猪与鸡的饲养量世界第一,牛羊位居前列,畜禽粪便资源十分丰富。且80%以上养殖场集中于农区,特别是粮食产区,所以粮产区即作物秸秆与畜禽粪便资源富集的优质生物质气田。

  据中国工程院资料,2009年我国规模化养殖场的畜禽粪便具年产472亿m3沼气的资源潜力。如按1:1配入作物秸秆,则具年产约1000亿m3沼气或630亿m3BNG的潜力,黄淮海平原与东北平原无疑是生物质气田的富产区。另一类生物质气田则是经处理的工业废水废渣和城市生活污水,有大分散小集中和易收集特点,其资源量具年50亿m3沼气或32亿m3BNG的生产潜力。两类“生物质气田”合计可年产出662亿m3BNG。

  第三,生物质油田。2013年全球生产生物液体燃料9300万吨,并保持4.5%的年均增速,其中燃料乙醇占80%以上。

  燃料乙醇在中国有一个曲折而踏步不前的经历。世纪之交,中国因大量陈化粮积存而将陈化粮乙醇列为国家“十五”计划中的重点工程,2006年即以年产152万吨而位居世界第三。但随着陈化粮的消失和粮食吃紧,政府停批粮食乙醇而鼓励发展非粮乙醇。然而木薯乙醇踏步不前,纤维素乙醇攻关不克,甜高粱乙醇步履维艰,160万吨燃料乙醇的年产纪录保持8年至今。美国玉米乙醇也因生产规模扩大而冲击玉米市场,正力图寻求纤维素乙醇技术的突破。

  在生物平台上攻关纤维素乙醇技术的同时,热化学平台上也探索着生物质气化-合成燃油技术。

  我国阳光凯迪新能源集团公司经过近10年的研发,非粮生物质气化与费托合成技术流程已打通,工艺已经成功,生产出了高品质高清洁的航空煤油、生物质柴油和轻质油商品。阳光凯迪正在武汉和广西北海分别设计建设单线年产30万吨和年产60万吨规模的两个生产厂,计划2016年底投产运行。看来,此重大领域的国际技术竞赛中,中国跑在了世界前面。

  此外,中国内蒙古金骄集团则在生物化学平台上研制出燃烧性能优异、环保性能优于常规柴油的高品位生物柴油,于2009年和2012年分别在包头与赤峰建成年产能为10万吨和8万吨的生产厂。

  生物质组分中木质素占约4成,因植物组织结构致密而难以水解,至今只能一烧了之。生物质气化-合成燃油的重大意义在于,如果在木质素转化为高品位燃料上取得了技术突破和实现产业化,将使年产3.5亿吨的林业“三剩物”不仅可用于固体燃料,也可用于转化为近亿吨的优质生物燃油。进而,与我国农田面积相当的1.31亿公顷毫无经济产出的宜林荒山荒坡也可通过种植能源植物并转化1亿吨以上的生物燃油。科技是第一生产力,林业“三剩物油田”和“宜林荒山荒坡油田”可以提供生物质油品2亿吨以上。

  我国大面积的滨海盐渍土与海涂,是可盛产甜高粱乙醇的另一片生物质油田。技术进步使生物质液体燃料可以彻底远离粮田,摆脱与粮食的干系,“影响粮食安全”的误解应该排除了。

责任编辑:邢静涵  投稿邮箱:网上投稿

  

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