生物质能开发利用的概况及展望

杨帅 王昊毅 张杰 宋春东 丁坤 马彦华

摘要：在面临化石能源枯竭和环境保护问题上，各国将生物质能的开发利用视为解决资源问题及减少污染的有效途径。这必将使生物质能的开发利用发展迅速。为此，本文概述了国内外生物质能开发利用的现状，以及展望了我国生物质能开发利用的前景。

关键词：生物质能;开发利用;前景

生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中，是以生物质为载体的能量[1]。正当世界面临能源短缺危机与环境污染问题，各个国家都高度重视以可再生、化石能源替代为核心的生物质能的发展。通过物理、化学、生物等方法可以将生物质转化为固、液、气态，用于发电、生物质液体燃料和成型燃料等[2]。

目前，我国的能源消耗依然以煤炭为主，随着经济的快速发展，我国能源消耗日益剧增[3]。然而我国能够用来开发利用的生物质原料很多都被直接废弃，因此合理地利用生物质能，能够缓解我国能源紧张问题，促进资源的循环利用以及减少环境污染，是调整中国能源消费结构的主要目标[4]。

1 生物质发电技术

生物质发电被认为是“零排放”的电力能源。生物质发电技术主要有三种形式：生物质直接燃烧发电、沼气发电和生物质气化发电[5]。

1.1 生物质直接燃烧发电

生物质直接燃烧发电技术是指将秸秆、树枝类木质纤维素等直接送入特殊燃烧室内燃烧，利用燃烧过程中产生的热气流或高压蒸汽发电。直接燃烧发电技术具有处理系统直观、风险小和投资少等优点[6]。

近几年来，我国在生物质直接燃烧发电产业化方面也取得了很大的进展。国内生物质电站应用最多的是循环流化床炉和水冷振动炉排高温高压生物质料锅炉。2011年，临沂工程作为国内新一代生物质直燃发电工程的示范代表项目，以树皮、枝桠等为燃料，采用水冷振动炉排高温高压生物质燃料锅炉，取得了良好的经济效益[7]。此外，山东电力工程咨询院有限公司作为我国生物质直接燃烧发电技术的引领者，不断开拓创新生物质直接燃烧发电技术。

目前，生物质直接燃烧发电作为最常用的生物质发电技术，技术已基本成熟，将是未来生物质发电产业中发展规模最大的部分[8]。

1.2 沼气发电

沼气发电是利用有机废弃物，经过厌氧发酵处理使其产生沼气，并以此来驱动沼气发电机组进行发电，该技术综合能源利用率达到80%以上[9]。

在我国，沼气行业的发展关注程度不断增高。《2018年中国生物质发电产业排名报告》中显示，我国2018年沼气发电项目共136个，装机总量达49.9万千瓦，发电量达22.13亿千瓦时，上网电量19.25亿千瓦时[10]。预计到2020年，国内沼气年应用总量将会实现440亿立方米，农村沼气应用量将会实现300亿立方米[11]。

从我国沼气发展的现状看，由于沼气发电具有对环境友好、安全稳定等诸多优点，在我国迅速发展的道路上，将为国家清洁能源和环境保护事业做出不可磨灭的贡献。

1.3 生物质气化发电

生物质气化发电是指基于热化学转换原理将固态生物质气化，生成可燃性气体，再通过外燃机或内燃机做功发电[22]。生物质气化发电技术成熟、灵活，对环境友好，大大减少了CO2和SO2等污染物排放，并且发电规模较小时经济性较好、成本低、易回收[12]。

生物质气化发电推进之初，学者们和电厂主要使用气化炉、内燃机或燃气轮机进行研究及生产，该类型气化发电工艺简单，处理对象广泛。目前伴随着研究人员不断探索，使得发电功率和发电效率增加。

作為高效清洁的现代化生物质能利用方式，生物质气化发电具有良好的发展前景，并且生物质气化发电技术非常适合农村偏远、分散地区，这对于补充我国能源供应具有重要意义。但是存在的问题仍然不可无视，例如，现发电技术欠成熟、发电系统效率低（一般不足18%）、气化发电成本高，以及焦油含量偏高的生物质气化产生的气体会造成二次污染。因此，我国应该积极吸取国外先进技术，选择合适催化剂，提高生物质气化发电时燃气产率，并结合中国国情，开发出气化发电系统稳定可靠的设备和技术[13]。

2 生物质液体燃料技术

生物质液体燃料作为可替代石油燃料的能源产品，主要包括燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解油等[14]。

2.1 燃料乙醇技术

目前制取燃料乙醇最主要的方法是生物质发酵法，不同的生物质原料采取的生产工艺有所不同，碾磨、液化以及糖化工艺主要用于含有淀粉的生物质（一代燃料乙醇），预处理和水解用于木质纤维素类生物质（二代燃料乙醇）[15]。

2002年燃料乙醇产业应运而生。目前我国是世界上第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。《中国工业生物技术白皮书暨中国生物工业投资分析报告2017》指出，我国燃料乙醇产量有望迎来广阔增长空间。2018年4月，国家能源局在京已将生物燃料乙醇产业总体布局方案初步拟定完成，继续规范有序地推广生物燃料乙醇的应用[16]。

2018年我国主要燃料乙醇项目（见下表），其中采用玉米作为原料的乙醇产能100多万吨，占生物乙醇总产能的70%以上[17]。

2.2 生物柴油

生物柴油是以废弃油脂、油料作物等为主要原料，通过物理及化学反应制备得到的绿色能源[18]。目前，具有实际工业应用价值的生物柴油制备方法主要是酯交换法，其优点在于，环境污染小、反应条件温和、工艺成熟、通用性好、费用较低、产品性质稳定、转化率高等[19]。

我国在生物柴油领域的研发工作起步较早，上个世纪八十年代初期，专家学者着手从植物油中提炼生物柴油，开始了对生物柴油能源开发的初步探索[20]。2017年起，全国全面供应符合国Ⅴ标准的车用柴油（含B5生物柴油），2018年，生物柴油已经在上海地区全市近200个加油站提供[21]。

生物柴油，已经被公认为矿物柴油的合适补充，具有原料来源丰富、清洁卫生以及可再生等优点。对资源循环利用，解决能源紧张和生态环境问题有十分重要的意义。

2.3 生物质热裂解技术

热裂解技术是在惰性气氛下，利用热能使生物质大分子键断裂，不断转变为小分子的过程。快速热裂解技术具有操作简单和转化高效等优点，在生物质领域得到了很好的发展与应用[22]。

国内企业界与科技界联合进行了生物质流化床热解装置的建设，安徽易能生物能源有限公司引进中国科学技术大学的生物质流化床热解技术，建成了自热式生物质热裂解示范装置。广州迪森集团公司建成了千吨级生物质热解工业示范装置。芜湖市恒久再生能源有限公司，发明了一种生物质多单元连续热裂解集成系统。

我国建成的生物质热解装置已达数十套，生物质热解的能源转化效率可达60%以上。但由于大部分热解装置都以生物油为目标产品，而生物油的推广应用还存在一定困难，从而使得目前已建成的装置均未实现长期连续稳定运转[23]。

3 开发利用生物质能的前景

我国生物质能产业在一系列政策引领下不断发展壮大，经历了从无到有，从小到大，从弱到强的成长之路。我国一系列的规划和政策表明我国大力发展生物质能的迫切性，而面对能源的需求量增长，农业污染严重等问题，我国确实应该相较于任何其他国家都要注重生物质能的开发与利用。我国应该在技术上创新，政策上支持，不断完善结构，积极借鉴他国经验，按照我国生物质能源基本国情，去探索一条属于自己的特色生物质能源发展道路。

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作者简介：杨帅（1995—），男，汉族，内蒙古赤峰人，硕士，研究方向：草原畜牧业装备制造。

*通讯作者：马彦华（1979—），女，蒙古族，辽宁人，教授，硕士生导师，研究方向：草原畜牧业装备制造。