中国生物能开发利用与战略思考

中国生物能开发利用与战略思考

光合作用为控制太阳能提供了一个方法，它有效地解决了阳光的两个不宜处理的难点，即：收集的高成本和间断性。在光合作用中收集器就是植物的叶子，这与用于光伏反应和太阳能集热发电的收集器相比，成本大大降低。而且能量的转化与储存也很方便，是由生长的植物体或生物质来完成，生物质能是无穷尽的。 一、生物能资源 　　生物质能（植物质）占世界能源消费量的15％和发展中国家能源消费量的38％。但是大多数生物质的利用是低效率的，主要是用于发展中国家农村的炊事和取暖，而且经常是沿用千年不变的传统方式。生物质可以被转化成现代能源载体，如气体燃料、液体燃料或电能，这样就可以用于技术先进的国家和地区。由于用生物质生产这些能源载体的成本在各种条件和环境下都具有竞争力，发展生物质能的前景是光明的。而且，生物质作为能源的大规模利用可以为发展中国家提供农村发展和就业的基础，并因此对城市移民进行控制。另外，如果生物质持续生长，那么生物质的生产和利用将不会产生大气中的二氧化碳净积累，因为燃烧时产生的二氧化碳与光合作用时吸收的二氧化碳的量相当。 　　用于能源的生物质可以从农业和林业废弃物、森林砍伐或专门的种植来获得。为获得生物质而砍伐森林会受到环境保护的限制。在今后几十年内，新的生物能产业将会利用农业废弃物作为原料，因此，生物能产业基础将会转移到种植上，这也是最大的潜在生物质来源。 　　人类自从发现火开始，就以生物质的形势利用太阳能来做饭和取暖。即使是今天，世界上薪柴的主要用途依然是在发展中国家供农村地区的炊事和取暖。由于在一些地方生物质燃料是生存所必须的，它的使用就产生了许多问题。一般来说使用薪柴的炉灶与使用气体燃料的现代炉灶相比效率很低，而且在一些地区导致森林的滥砍乱伐。在薪柴稀少的农村，农业废弃物或粪便也被用作燃料，这比使用薪柴还要不方便。这些问题导致了生物质被认为是“穷人的石油”。显然真正的石油是被富人掠夺和占有。 　　在世界上大多数农村地区，薪柴是在市场系统外进行采集的，因此它不是一种商品能源。因为它不是商品能源并受能源品位低的限制，生物质能在全球能源经济中的地位是不被重视的。 　　显然，生物质是一种主要的能源来源，在全球范围内的消费量与天然气基本相当。如果生物质能够被转化为现代能源载体－－主要是流体（气体或液体）燃料和电，那么在未来，生物质还将发挥出更重要的作用。其有利因素： ☆ 生物质的可获得性要远远广泛于化石燃料，而且，如果管理良好，还可以再生，取不尽用不竭。 ☆ 随着生活水平的提高，消费者对现代能源载体的需求增加，因为它们比传统燃料更清洁、方便。靠生物能转化是可行的。 ☆ 用生物质生产现代能源载体在不同环境和条件下的成本都具有竞争力，前景良好，经济上可行。 ☆ 如果生物质能持续生产，并能高效地转化为现代能源载体，生物质将能够在世界商品能源经济中发挥更重要的作用。 ☆ 现代化的生物质能源产业能够在发展中国家提供农村发展和就业的基础，并因此可控制向城市移民的趋势。 二、目前中国农村能源状况 1、 改革开放以来，农村能源建设卓有成效，1979年以来，中国农村能源建设在政府努力下，通过节能技术的推广和对生物能源的开发利用，取得了显著的成效，对农村能源供应和经济发展做出了积极贡献。其中，生物能占据着重要的地位。（表1） (1) 省柴节煤技术推广。推广省柴节煤技术缓解了农村炊事用能的紧张状况，并直接有助于巩固造林成果，有效地保护了粗饲料及有机肥料资源。70年代，农村生活燃料严重短缺，造成林木植被破坏，75％的秸秆作为炊用，生态环境日趋恶化。80年代初期，国家将省柴节煤技术推广列入国民经济发展计划，到1995年，已推广新式省柴节煤炉灶1.7亿户，较旧式灶提高效率一倍，缓解了柴草不足的紧张局面；同时，薪炭林面积由333.3万hm2增至600万hm2，所以，至90年代中期，农村严重缺柴（3－6个月）的人口已由1979年的4.2亿人下降为0.7亿人，薪柴的过耗量已由9000万t降为3000万吨，秸秆作为炊事燃料占秸秆总量已不到50％（其中还有一部分在地头烧掉）。中国每年有7亿吨的秸秆产量。 (2) 乡镇煤矿生产。乡镇煤矿是农村经济改革与我国国情相结合的产物，广泛分布的煤炭资源吸引了农村大量的剩余劳动力。目前，乡镇煤矿不仅是农村能源最重要的组成部分，而且已成为全国煤炭和能源供应的主力。1995年，全国乡镇煤矿73000万处，产量达6.45亿吨，比1980年增加4.7倍，占全国原煤总产量的47.1％。乡镇煤矿生产的煤约60%供应当地消费。发展乡镇煤矿，不仅为2000多万农村劳动力提供了就业机会，而且促进农业和农村经济发展。节约大量的生物质资源。缓解生态破坏。 (3) 农村电气化。农村电气化对促进农业现代化和农村经济社会发展至关重要，采用电力排灌等措施，每公顷约可增产粮食1500kg；农副产品加工采用电动机器，1kw可替代5个劳动力。1979年农村电气化程度十分低下，农村总供电量仅740亿kwh，无电人口达4.5亿人，占农村人口的57％。80年代以来，农村电气化取得了很大进展，大力发展小水电（小于2.5万kw的水电站），实施农村初级电气化县计划。目前，农村已初步形成以大电网为主，辅以小型农村电站的电力系统。1995年农村总用电量达2724亿kwh，其中生活用电830亿kwh。全国共有6000座小水电站，农村水电装机容量1900万kw，发电量640亿kwh，全国已有793个县约3亿人口主要靠农村水电供电。此外，微水电（小于10kw）有6万多座，现已装机15.4万kw，供应居住分散的66万户山区的农户的生活和生产用电。在牧区和沿海地区农村，已安装14万台小型和微型风力发电机（0.1~5kw），总容量1.9万kw，发电3800万kwh。1995年，乡通电率已达98.3％，村通电率已达96.1％，无电人口仍有7000万人。 (4) 沼气技术。我国将沼气技术用于3个方面。一是小型户用沼气。全国现有569万农户使用着小型沼气池，可提供炊事和照明的燃料（沼气），同时，农民更重视它提供的高效有机肥。我国北方农村将沼气池、太阳能猪舍、厕所和蔬菜大棚组合为一个小型生态工程，产气、产肥、种植、养殖均在良性环境中发展，农民当年纯收入超过2000元；二是处理工农业高浓度有机废水，所产沼气供应附近居民，沼渣、沼液亦可多方利用，现在统称之为“能源－环境工程”；三是分散处理城镇居民的生活污水，处理后的排放水可达到地方标准。以上三类工程，1995年总计提供21亿m3的沼气，折150万tce。 (5) 太阳能。农业种植业利用地膜、塑料大棚，改进生长条件，是全国范围的增产措施，对高寒低产区脱贫有重大贡献；太阳能热水器向农户提供生活热水，适应了富裕农民改善生活条件的需求，1995年已达430万m2，每平方米可替代120kgce的能量；简易太阳房住宅、中小学太阳能校舍等已有270万m2，一个采暖期每平方米每年可替代25kgce；独立的户用光伏发电系统，在牧区和边远山区已使用26.4万wp，提供了照明和电视或收音机用电。 (6) 风力发电和提水。牧区、沿海和农村现有百瓦级小型风力发电机14万台（1.9万kW），年发电量0.38亿kwh；大型风场14个，装机4万kw；沿海有1100台风力提水机工作，排灌面积1500hm2。 (7) 地热利用。农业、养殖业利用中低温地热资源，已达4000hm2。地热利用总能量相当于85万tce。 (8) 在我国农村现代化建设的进程中，农村用能水平仍然很低。目前，我国人均能耗只有世界平均水平的55％，而农村人均能耗更低，1990年只有城市的55％，1995年降为43％。1995年，中国农村地区能源消费总量6.9亿tce，其中煤、油、电等商品能源4.88亿tce占70％，其余为传统生物质能和新能源等。生产用能以煤为主，占66.6％，生活用能以传统生物质能为主，占61％。 2、 农村地区能源消费差异明显。首先是农村和城市的差异。1995年农村人均商品能源0.56tce，远低于全国人均1.09tce，不足世界人均水平2.06tce的27％。 　　西部地区人均商品能源消费水平更低，只有0.45tce。 能源消费能源增长以煤为主，煤耗量1995年为1992年的133 ％，电和油品为167％和120％；东部地区1995年人均消费 商品能源0.699tce，电力和油品增长迅速，1995年为1992 年的268％和131％，而煤炭反而下降4％，说明这些地区 更加提高能源使用效率，更加追求高品位能源。 　　最为悬殊的是东西部农村居民生活用电量的差异。东部 农村居民人均年生活用电163kwh，而西部农村居民只有 38kwh，甚至至今还有16个县7000万人口没有用上电。 3、 能源需求迫切。 (1) 商品能源消费剧增。农村地区商品能源消费量已占全国能源消费的38％，主要用能大户是乡镇工业。 (2) 富裕起来的农民正在消费更多的高品位能源。1979年我国农村地区总供消费了1亿tce的商品能源，而到1995年，农民仅在炊事、取暖、家用电器等生活用能方面就已消费了1.2亿tce的商品能源。据调查，1995年共有4800万户农民以使用电炊、液化石油气、天然气、沼气等优质能源为主要的或部分的生活用能，近几年的增长趋势更快。 4、 生产、生活用能的低效率高消耗现象仍亟待改进。我国农机动力和农用运输车辆的保有数量按单位耕地面积计，已经达到或超过西方国家当初实现农业机械化的水平，但由于体制和使用管理等原因，农机效率（包括能耗）普遍较低。 　　农村生产用能低效高耗表现在：一是乡镇工业兴起之 初，大多使用城市淘汰的落后设备，能耗高、污染重；二是 由于城市高能耗、高污染产业大量向农村转移；三是乡镇工 业多为中、小型企业，很难采用高效、低排放、污水资源化 的现代化工艺。 　　薪材和秸秆是农民的传统生活燃料，经过十几年的艰苦 努力，已出现柴灶煤灶高效多功能化，燃料品种多样化，厨 房灶具家具化，生活燃料严重短缺的状况已有改观。但也应 实事求是地看到，当前农村生活用能比重虽然从1979年占 全部能源消费的80％，今天已降为45％，然而其能源品种 仍为生物质能为主，消费数量仍将近2亿tce左右（折3亿 多t实物量），这个现实很难在几十年内消失。 5、 农村地区面临的环境问题亟待改善。一是农业资源短缺，农村经济是在受资源约束状态下运行。人均耕地只有0.08hm2，不足世界平均水平的1/3；农业每年缺水达5000亿m3（1996年不仅市节水型农业试点，吨水产粮2.88kg；全市平均吨水产粮为0.8kg），受旱面积2000万hm2，缺饮用水的农村人口8000万人。 三、 中国生物能技术发展的前景 　　70年代初世界出现的石油危机后，许多国家就开始把新能源和 　　可再生能源发展作为未来的重要能源组成部分而加以重视。80年代后，严重的环境和生态问题使各国政府更面临着能源与环保的双重压力。1992年在联合国环境与发展会议上，各国政府签订了《里约宣言》，通过了《21世纪议程》，提出了人类需要走持续发展的道路。我国政府也相应制订和批准《中国21世纪议程》，其中有关章节专门论述了开发利用新能源和可再生能源，改善能源结构，保护环境，走持续发展之路，同时提出了“积极发展新能源，改善能源结构”。1998年起实施的《中华人民共和国节能法》也明确提出“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”。国家发展计划委员会、科学技术部、国家经济贸易委员会《1996－2010年新能源和可再生能源发展纲要》进一步提出加强新能源和可再生能源发展，并制订了具体的目标、措施和相应的政策建议。 　　我国农村地区20多年的农村能源发展经验以及未来开发可再生能源的战略地位指明了我国农村可再生能源技术选择的原则：促进可再生能源的开发，增加能源供给，特别要提供更多的清洁优质能源；可再生能源技术要更多地应用到农业生产中去，使土地、太阳能、水等农业自然资源得到优化配置和利用，实现生态农业，牵动农村经济发展；要增加可再生能源技术的“环保”含量，推动生态环境建设和大气环境保护。 　　生物能技术开发近年来在国内迅速发展起来的几种技术也特别引人关注,将继续进行大规模推广。 1、 小型能源－生态组合技术。在我国广大农村地区，因地制宜地发展了组合太阳能、沼气等多种技术而形成了小规模庭院式的能源－生态组合技术。以东北的“四位一体”模式为例，如图1所示，在一个150m2塑膜日光温室的一侧，建一个约8～10 m3的沼气池，池上建一个约20 m2的猪舍，和一个厕所，形成一个封闭状态下的“四联体系统”。它组合了厌氧消化的沼气技术和太阳能热力用技术，充分利用太阳能阳光和生物质能资源。其主要的技术特点是： (1) 圈舍的温度在冬天提高了3～5℃，为猪、鸡提供了适宜的生长条件，猪生长期从10～12个月下降到5～6个月，存栏猪8～10头，而年出栏量达到18～20头。由于饲养量的增加，为沼气池全年提供了充足的原料； (2) 建在猪舍下的沼气池由于得到了太阳热能而增温，解决了北方地区寒冷冬季产气技术难题，年产沼气提高了20％～30％，总量超过300 m3以上，高效有机肥也增加了60％以上，年提供16 m3； (3) 猪呼出大量的CO2使日光温室内的CO2浓度提供4－5倍，大大改善了温室内蔬菜的生长条件，再考虑到使用优质沼肥，因而蔬菜产量可增加20％～30％，品位、质量也明显提高，成为一类绿色无污染的食物。农民使用这样的“四联体”的组合技术，在有限土地上实现了产气和积肥同步，种、养、副业和物流、能流良性循环的生态模式。它所带来的经济效益十分明显，与普通大棚相比较，冬季黄瓜、茄子等1 m2可增产2～5kg，增收5～6元，年节省化肥200元；温室育猪提前120天出栏，降低成本40～50元；沼气点灯年节电60元，节煤130元，与这些单独的技术相比较，年可增收3100元以上，约增加了一倍。这种“四联体”技术的初始投资约3000～4000元，因此1～2年就可回收全部投资。 　　“四联体”把农业和人畜粪便等废弃物转变成洁 净沼气和高效沼肥，实现了废弃物资源化利用；沼肥返 田，增加了农田氮、磷、钾等有机质含量；沼气用于炊 事、点灯，替代了煤炭，改善了大气环境质量和室内污 染；日光温室利用猪呼的CO2，加上太阳光利用，促进 了作物光合作用，实现了太阳能和生物质能多层次的利 用，因此这种组合技术是一种资源优化配置，典型的生 态农业模式，生态效益十分明显。 　　这种“四联体”模式在今后的发展中，要提高其 技术含量，形成规模，发展相应服务和产业体系，为我 国农业经济发展，生态环境保护和农民奔小康致富作出 应有的贡献。 2、 大中型沼气工程技术。中国大中型沼气工程的建设开始于50年代，经过40多年的曲折和困难，以制取沼气、治理污染为目的的大中型沼气工程进入了稳步和健康的发展。已建成的一批类似于南阳酒精厂、杭州浮山养殖场和上海星火养殖场的大中型沼气工程，其工艺技术无论在厌氧消化技术、技术经济指标、工程设计及规模等方面，都达到了较高水平，对今后的推广工作将起到示范作用。我国在大中型沼气工程方面已掌握了几套技术先进、工艺可靠和设备配套的工程技术，并拥有一批专业科研人员和丰富经验的工程技术队伍，以及初步规模的产业体系，具备了在全国大规模推广条件。 3、 秸秆气化技术是90年代以来进入中国农村能源建设领域，包括热解（Pyrolysis）、气化（gsification）和流化床气化工程技术。以每立方米0.2元的收费向农民供燃气，农民可以接受。全国已经建有200余个站。国家已将其列为近期示范工程项目。但，目前提高燃气质量和清除焦油污染的技术关键有待解决。 4、 生物质直接燃烧。中国人口中9亿多是农民，约2.3亿户。1996年烧掉生物质燃料4.25亿吨占农村生活用能的60％。因此改造农村燃具是首要的。省柴灶的技术改造和推广将继续深入，进一步改进技术，加强标准化、系列化管理，把热效率提高到35－40％。中国北方冬季用‘炕’取暖的农民有一亿多。其中有2500万户将炕与灶建在一起，经技术改造其综合效率从30％提高到50％以上。以中国黑龙江省为、例年平均每户消费农林废弃物4000多公斤，若全改为新式炕灶，全省每年可以节约3700万吨燃料，生物质资源可大幅度下降。 四、 政策与战略 　　中国农村能源发展的战略对策与保障措施，经20年来的实践证明是行之有效的。贯彻‘因地制宜、多能互补、综合利用、讲求效益’和‘开发与节约并举’的政策与方针，取得明显成效。农村能源建设的目标是开发利用农村地区以生物能为主的多种可再生能源资源，提高能源品位和使用效率，增加能源供应量，结合社会经济可持续发展，实行能源资源的综合利用。 1.由现在开始的10年间，在中国实施可持续发展战略和市场经济体制改革的形势下，农村能源建设要加快建立和健全政策保障体系，推进县级农村能源综合建设模式的发展。 ① 投资政策。实行有效的投资和税收政策，增加投入，吸引投资。建立健全多层次、多渠道、多形似的投入机制，包括引入外资，以支持农村能源建设的发展。 ② 加快农村能源法制建设。为了建立有序的农村能源发展的体制和科学的运行机制，要认真执行国家已经颁布实施的与农村能源建设有关的法律法规。如：《节能法》、《农业法》、《农业技术推广法》、《环境保护法》、《水土保持法》、《森林法》、《科技进步法》、《知识产权保护法》、《企业法》、《外商投资企业法》、《税法》………以及其他一切经济法。同时，把经过实践证明切实有效的政策和措施用法律的形式确定下来，制订国家和地方的《农村能源管理条例》逐步将国家对农村能源建设的宏观管理纳入法制轨道。 ③ 全面推进县级农村能源综合建设模式。县级农村能源综合建设工作，经过三个五年计划的研究、示范、推广，总结了全面的经验，目前已经具备大规模发展的条件，2010年的目标是争取有40％的县开展农村能源综合建设。 2.由2010年开始的后10年里，要进一步完善政策保障体系，拟实行与国际市场接轨为目标的管理体制，强化技术监督，逐步成熟市场化各局。 3. 2020后的30年为中国将在以生物能为主的可再生能源技术领域，进入高新技术开发与大规模推广并举的发展阶段。农村能源产业和市场全面发展。在这一时期，农村能源的发展，一靠法制、二靠科技、三靠市场。在健全的法律法规保护下，依靠不断发展的科学技术，在完善市场经济中持续推进农村能源事业的发展。 4.中国农村能源建设之所以能出现‘市场推动’，是由于有计划推动作保证。在很大程度上归功于我国 具有一个独特的由上之下的农村能源管理体系。中国的农村能源管理机构即是政策的制订者，又是政策的实施者。在农村能源建设中，一些发展中国家与中国的主要差别，不在于有无行之有效的政策法规，而在于是否具有保证这些政策付诸实施的政府管理机构。政府推广机构最重要的功能是传播有关技术信息、商业机会、政府的政策法规和目标决策。政府行为是用户、企业需求和技术进步的重要支持。 5.新的发展战略。中国改革开放以来，农村能源从一个“被忽视的角落”亮出，成为能源领域里的一个重要角色，成就明显。但是，目前仍存在利用效率低、污染严重、城乡差别扩大和市场化程度低的问题，特别是农村消费为主的生物能市场机会渺茫。中国解决农村能源问题任重道远。随着中国农村改革的深化，80年代初在计划经济框架下制订的“因地制宜，多能互补，综合利用，讲求效益”的方针，已不适应新的形势。当时此方针的目标是针对解决农民的“温饱”问题，要解决上述一系列问题，亟待研究制订新的发展战略。中国的部分专家学者理论探讨了基本思路。 ① 紧密结合市场取向的农村新一轮改革，包括产权制度、流通体制和经营管理体制改革，全面建立农村能源市场机制，提高农村能源市场化程度。 ② 贯彻“开发与节约并举，把节约放在首位”的方针。在能源管理、产业结构、技术陈旧、低效消费……等方面，中国的浪费是惊人的。综合起来降低单位产值能耗，提高生产与生活用能的效率是很迫切的。在农业生产中，重点提高农机特别是排灌用能效率，推广合理施肥，生料饲养；发展生态农业。乡镇企业的产品结构和技术改造，对生产节能意义重大。 ③ 把满足农村居民的基本能源需求放在农村能源建设的优先位置，尽快消除缺能无电户。 ④ 为农业产业化、农村工业化、农民城市化提供能源保障，以小城镇为核心，加强 农村能源基础设施建设。 ⑤ 推进农村能源产业化和现代化，加快结构调整和体制创新步伐。 ⑥ 加速开发新能源和可再生能源，特别是在农村可以就地开发的生物能利用。通过技术、经济和环境评价，优化技术选择，确定优先顺序；通过农村能源综合建设实施选取适合不同地区资源和经济条件的发展模式；提高经济性，强化财政和经济刺激，提高商业化初期的市场渗透率。 　　中国农村能源建设，尤其是农村生物质能源的开发利用是我国政府、技术界、产业界和农村能源消费者需紧迫解决的问题。我们敞开大门，奏起能源市场的迎宾曲，欢迎各国同行携手合作，为发展中国家的农业生产、农村建设和提高农民生活质量在能源领域作出贡献 文章来源： 中国农村能源行业协会 　责任编辑： xny