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可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)

  3060“双碳”目标的提出,加快推进了国内产业结构升级调整和能源绿色低碳清洁高效的转型发展,其中光伏发电、风电、水电发展迅速,核电也在国家顶层设计的指导下,有了更为明确的发展路线。但大家不要忽略了还有一种可再生能源,也正为城乡“碳中和”的实现发光发热,它就是国际公认的零碳能源——生物质能。

  生物质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,存在于我们的日常生活中。而生物质能则是指太阳能通过光合作用贮存二氧化碳,转化为生物质中的化学能,即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,是一种可再生能源,也是唯一的一种可再生碳源。据计算,生物质储存的能量比目前世界能源消费总量大2倍,若再结合BECCS(生物能源与碳捕获和储存)技术,生物质能将创造负碳排放。

可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)插图

  生物质能来源广泛,农业废弃物、木材和森林废弃物、城市有机垃圾、藻类生物质、废弃油脂以及能源作物等都可以用于生产生物质能,主要以发电、供热、供气等方式应用于工业、农业、交通和生活等多个领域,是其他可再生能源无法替代的。具体应用有生物质发电、供热,城市垃圾制生物天然气,农村沼气,生物柴油和乙醇燃料等,是绿色交通和绿色城乡建设的重要支撑。

  

  目前我国生物质资源量能源化利用量约4.61亿吨,实现碳减排量约为2.18亿吨。《3060零碳生物质能发展潜力蓝皮书》预测,预计到2030年,生物质能各类途径的利用将为全社会碳减排超过9亿吨,到2060年,将实现碳减排超过20亿吨。

可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)插图1PART全球生物质能的发展

  生物质能的兴起与发展,源于20世纪70年代的全球性石油危机,它被作为可再生能源的的代表获得全球青睐,尤其是发达国家,生物质能被赋予重要能源战略定位。全球各国通过制定相应政策法规推动生物质能综合发展,美国、巴西、欧盟等国家发展进程较快。

可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)插图2

  图源:网络

  美国政府通过以美国农业法案为主的一系列立法、规划和政策制订等举措,通过联邦资金投入建立起生物质能技术开发体系,并对生物质能相关研究和生物燃料进行资金支持,持续推动生物质资源的研究、开发和利用。

  根据新思界行业研究中心发布的《2022-2026年美国生物质发电市场深度调研分析报告》显示,目前美国已经建立了接近500座的生物质发电站,且仍在不断增长,国内生物质发电总量也随之提升。截止到2019年底,美国生物质发电总量达到了7358MW,其中垃圾焚烧发电市场占比约为57%,是生物质发电行业中最大、最为重要的组成部分。除了在生物质发电领域有领先世界的水平,美国也是燃料乙醇的主要生产国和消费国,主要原材料是玉米,目前也有部分纤维素乙醇项目投入运行。同时依赖于国内的大豆产量,2019年,美国的生物柴油量占全球的14%,位列全球第二。

  根据REN21发布的《Renewables 2019 Global Status Report》数据,2018年巴西的生物质发电装机容量约为1470万千瓦,发电量达到540亿千瓦时。巴西是燃料乙醇的生产大国,燃料乙醇主要的生产原料为甘蔗,甘蔗的种植和燃料乙醇的生产产生了大量的甘蔗渣,利用甘蔗渣发电是巴西生物质发电的主要利用形式,据统计,蔗糖行业提供的发电量超过 200 亿千瓦时。

可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)插图3

  图源:网络

  在可再生能源相关法令的推动下,欧盟生物质发电继续保持增长态势。2020年,欧洲的生物质发电装机容量约为4200万千瓦(其中欧盟装机容量3400万千瓦)。生物质发电项目以热电联产为主,通过该方式生物质能利用效率大大提高,满足了当地电力供暖需求,同时减少温室气体排放,最大限度地发挥生物质能的优势。

  尤其是德国,生物质发电装机容量处于世界领先地位,这得益于《可再生能源法》的实施,通过确立可再生能源的电网优先权并提供上网电价补贴,推动了陆上风电、太阳能光伏和生物质发电的快速增长。在林业资源丰富的北欧,生物质供热成为地区供热的主要方式。

可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)插图4PART我国生物质能的发展

  

  近些年,为了促进生物质能行业的发展,我国陆续发布了许多政策。比如2021年国务院发布的《“十四五”节能减排综合工作方案》,提出要加快风能、太阳能、生物质能等可再生能源在农业生产和农村生活中的应用,有序推进农村清洁取暖。

  2022年6月1日,国家发改委联合国家能源局等八部门印发《“十四五”可再生能源发展规划》,指出稳步推进生物质能多元化开发,需要以下四点着手:稳步发展生物质发电;积极发展生物质能清洁供暖;加快发展生物天然气;大力发展非粮生物质液体燃料,积极发展纤维素等非粮燃料乙醇等。

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  2015-2022年国家层面生物质能行业相关政策汇总

  

  我国生物质资源受到耕地短缺的制约,主要以各类剩余物和废弃物为主(被动型生物质资源),主要包括农业废弃物、林业废弃物、生活垃圾、污水污泥等。目前我国主要生物质资源年产生量约为34.94亿吨,生物质资源作为能源利用的开发潜力为4.6亿吨标准煤。

  

  1、生物质发电潜力分析

  

  根据国际可再生能源署(IRENA)的研究,近10年生物质发电的设备降本空间不大,影响发电成本的主要因素是其原料的价格。尽管生物质发电成本远高于风电、光伏等其他可再生能源发电成本,但是生物质发电输出稳定,能够参与电力调峰,如果与储热结合,更能参与电力市场的深度调峰,未来在电力交易市场获取辅助服务、备用容量等受益的同时,能够灵活参与热力市场,提供清洁热力。

  根据统计分析,预测到2030年我国生物质发电总装机容量达到5200万千瓦,提供的清洁电力超过3300亿千瓦时,碳减排量超过2.3亿吨。到2060年,我国生物质发电总装机容量达到10000万千瓦,提供的清洁电力超过6600亿千瓦时,碳减排量超过4.6亿吨。

可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)插图6

  图源:《3060零碳生物质能发展潜力蓝皮书》

  发展生物质能同时可以解决我国城乡各类有机弃物无害化、减量化处理问题。在全面推进乡村振兴战略的大背景下,未来生物质能发展将需走一条“农业-环境-能源-农业”绿色低碳闭合循环发展之路。未来,随着生物质能产业发展的政策环境进一步完善,技术水平进一步提高,生物质能多元化开发利用或将迎来蓬勃发展新机遇。

  

  2、生物质清洁供热潜力分析

  生物质清洁供热主要用于工业园区、工业企业、商业设施、公共服务设施、农村居民采暖等供热领域,主要供热方式有生物质热电联产、生物质锅炉集中供热、户用锅炉炉具等。目前我国生物质清洁供暖面积超过3亿㎡。综合各类数据,预计目前全国生物质供热量超过3亿 GJ,自愿减排量超过 3000万吨。

  从目前县域环境发展来看,生物质热电、供热、生物天然气可以在消费侧直接替代散煤等传统化石能源,因地制宜地利用生物质资源,对推动乡村生产生活用能方式具有革命性影响,为农村居民提供稳定价廉的清洁可再生能源,享受与城市居民无差别的用能服务。

  3、生物天然气潜力分析

  

  生物天然气是以农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、农副产品加工废水等各类城乡有机废弃物为原料,经厌氧发酵和净化提纯产生的绿色低碳清洁可再生的天然气。

  根据2019年12月十部委出台的《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》,提出到2030年,生物天然气年产量超过200亿立方米的发展目标。届时将在天然气消费量中占比达到5%左右,预计碳减排量将超过6000万吨。如果到2060年生物天然气产量能达到1000亿立方,将极大地缓解我国天然气的紧张局面,贡献的碳减排量将超过3亿吨。

可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)插图7

  

  图源:《3060零碳生物质能发展潜力蓝皮书》

  

  4、生物质液体燃料潜力分析

  在交通领域应用方面,生物质液体燃料具有巨大的发展潜力。燃料乙醇有效替代化石汽油,生物柴油可以替代化石柴油,生物航空煤油同样已经在航空领域得到应用验证。通过生物质液体燃料替代化石石油,为交通领域碳减排拓宽新的途径。

  

  根据统计,2020年我国燃料乙醇产量达到274万吨,表观消费量约为277万吨。2021年7月,国家能源局印发《2021年能源工作指导意见》明确提出,要加快推进纤维素等非粮生物燃料乙醇产业示范,指出了发展纤维素燃料乙醇将是生物燃料乙醇的重点方向。

  目前生物液体燃料的生产成本仍然较高,是制约发展的重要原因。根据调研和测算,目前燃料乙醇和生物柴油的成本在6000元左右,在市场上还不具备竞争力,但是其成本仍低于氢能成本。如果未来以秸秆为原料的二代燃料乙醇能够实现技术突破,预计成本将会降低40%左右,将会有大的发展空间。

  根据预测,从现在到2030年左右,燃料乙醇和生物柴油将是公路运输重要减排方式之一,生物航空燃油也会逐渐在航空领域使用。预计生物液体燃料使用量超过 2500万吨,为交通领域减排约1.8亿吨。到2030年后,电动车和氢燃料车将会成为公路运输的主力,而生物航空燃油将会在航空领域的使用占比达到30%,生物液体燃料总使用量达到7000万吨,为交通领域减排约4亿吨。

可再生能源碳排放(为何利用生物质能能够减少碳排放)插图8

  

  图源:《3060零碳生物质能发展潜力蓝皮书》

  

  在现代能源体系中发展生物质能,不仅有利于促进农业规模化发展,还将为应对气候变化、能源短缺和环境污染等难题起到积极作用。未来,随着生物质能产业发展的政策环境进一步完善,技术水平进一步提高,生物质能多元化开发利用或将迎来蓬勃发展新机遇。

  文章综合编辑,来源有:中国石油新闻中心、《3060零碳生物质能发展潜力蓝皮书》、观研报告网

  #碳中和#

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