生物质能在我国实现碳达峰与碳中和的巨大潜力
阅读 29 次    更新时间:2021-10-09    

一、我国生物质能原料资源潜力巨大

我国生物质能资源潜力应由两大部分组成,即农林废弃物以及在边际土地(marginal land,指因温度、水分和土壤养分等条件不适宜种植粮、棉、油等农作物的土地)上种植能源植物(灌木和草类)。迄今几乎所有的资源潜力预测研究,都忽略了边际土地种植能源植物的巨大潜力,得出的年资源潜力在3.5亿吨至5亿吨标准煤间的数据,因而造成我国生物质能资源量不够充足的普遍误解。实际上,我国属于边际土地范畴的草地和林地、加上多种有障碍因子(如盐碱、沙)的土地面积数倍于耕地。

我们对边际土地种植能源植物的巨大潜力进行了精确测算,适宜种植能源植物(灌木,草类)的3类边际土地即灌木林、疏林地和低覆盖度草地,面积合计为1.79亿公顷;以1公里栅格为单位,先计算出180万个土地单位的净初级生产力(NPP),而后折算为能源植物的生物量和地上部(可利用)生物量,再折算为能量。将年能源植物能量加上估算的可利用年有机废弃物(包括农作物秸秆、农产品加工剩余物、畜禽粪便、林业抚育、采伐和加工剩余物、城市生活垃圾、工业废水/生活污水和餐饮废油)折能量,得到年生物质能总资源量为9.56亿吨标准煤(考虑到畜禽粪便、废、污水和废油不适宜耦合发电,发电可用生物质资源量为5.69吨标准煤)。需要强调是,该资源潜力是能源植物在完全自然(生长)条件下的情况。如果人工种植,必然会增加投入(水、肥,选种等)和管理成本,则能源植物的生物量和能源潜力将翻一、两番甚至更多。与此同时,随着生产和生活水平的不断提高,城乡有机垃圾的资源量也还会继续增加,扩大造林面积也将增加“三剩物”的产出。因此,届时生物质可利用的年资源量将超过20亿吨标准煤。而当前我国用于发电的燃煤量每年折合约16亿吨标准煤。

与煤、石油、天然气的资源富集程度和燃料获得方式不同,生物质资源分散,收集、处理加工、运输方式和渠道多样。当前我们在原料(如秸秆)的收、储、运方面之所以困难重重和成本高,是因为生物质的生产、收获和产后处理没有形成完整产业链,更没有相应的规模化产业。

而如果换一个角度看,这样一个年总产值超万亿元的巨大支柱性产业和市场,包括极其大量的劳动力岗位,恰恰是振兴乡村的急需。一些生物质直燃电厂前几年参与扶贫攻坚的实践已证明,农村存在大量废弃或无人收获的农、林有机物。只要设立常年的收购站,一个弱劳力甚至残疾人,靠收集出售这些原料,年收入也能上万元甚至数万元。

可以预见,在生物质能的机械化生产、收集、产后处理(特别是压缩成型)储运形成完整产业链、以及强大的相应产业形成后,生物质原料过于分散,收、储、运困难,成本高的局面将会彻底改观。在这方面,必须要有政府在法规、税收、财政等多方面的综合政策的大力支持。

二、对我国高质量低碳发电的几点建议

中共中央政治局4月30日下午就新形势下加强我国生态文明建设进行第二十九次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调:“实现碳达峰、碳中和是我国向世界作出的庄严承诺,也是一场广泛而深刻的经济社会变革,绝不是轻轻松松就能实现的。各级党委和政府要拿出抓铁有痕、踏石留印的劲头,明确时间表、路线图、施工图,推动经济社会发展建立在资源高效利用和绿色低碳发展的基础之上”。为贯彻习近平总书记的讲话精神,实现低碳煤电的目标,笔者根据我国现实和客观的条件,建议煤电高质量低碳发展的线路图需要在四个方面、分三步走的方式开展:

1. 首先是采用已经经过示范运行的煤电升级改造创新技术,对现有在役的煤电机组进行升级改造,除了将落后低效率高煤耗的机组进行淘汰外,对所有在役的煤电机组,包括30万千瓦、60万千瓦和100万千瓦等级的亚临界、超临界和超超临界机组,制定具体的供电煤耗要求和碳排放强度标准,以及灵活性低负荷性能要求,限时完成,否则不许上网运行。力争在“十四五”期间尽可能完成对所有在役的煤电机组的升级改造。实现在役煤电机组的高效和低煤耗发展,实际上这是实现煤电与生物质耦合发电的基础和前提。

2. 生物质的碳排放强度只有18克CO2/千瓦时,是燃煤碳排放强度的0.018,因此,通过生物质与煤耦合混烧,并不断增加生物质混烧比,就可以大幅度降低煤电的碳排放。生物质耦合发电实际上是推动煤电向可再生能源发电的过渡,也是在推动风光电的加速与可靠地发展的保障,制定相应政策推动煤电在高效低煤耗基础上的耦合混烧生物质发电,是煤电低碳转型的重要举措,鼓励在役的大容量高效率的煤电机组尽可能采用生物质燃料与煤耦合混烧发电,就可以进一步更大幅度地降低煤电的碳排放,实现煤电的低碳发展。

3. 制定系列政策,推进在边际土地上种植灌木、草类等能源植物以及有林地的改造,建立农、林废弃物和能源植物收、储、运和初加工的产业链。推动建立全国性的生物质燃料供需市场。生物质发电利用由小型直燃发电厂逐渐转为以大型燃煤电厂混烧利用为主。

4. 大力推动碳捕集利用和封存(CCUS)技术的创新研发示范和应用,在“3060”双碳目标的推动下,CCUS技术的研发和示范正在取得重要进展,相信在2025至2045年期间,CCUS技术将会逐步得到大面积的推广应用,使煤电达到近零排放。那时,如果实行与生物质混烧的燃煤机组,在采用了CCUS技术后,就可实现负的碳排放。

对煤电高质量低碳发展提出三步走的建议:即进一步淘汰煤电的落后产能;对仍然需要继续服役的非最先进机组自身的升级改造;大型高效煤电机组生物质耦合混烧发电和推进CCUS技术的研发和利用。其中,首先是对在役机组的升级改造,以进一步降低煤耗减排二氧化碳;二是使煤电的生物质耦合混烧发电起到承上启下的作用,在煤电自身通过创新改造成为高效率低煤耗灵活性机组的基础上,再进一步降低其碳排放。这样就能创造一个时间窗口,为采用CCUS等技术最终实现煤电的碳零排放打下基础。而我国推动发展煤和生物质耦合混烧发电的关键,是“完善绿色低碳政策和市场体系”,“制定和实施相应的扶持激励生物质混烧政策”和“建立和发展生物质燃料的供需市场体系,实现国内和国际两个生物质颗粒燃料市场的双循环”。我们相信,只要坚定地按照党中央和习近平总书记关于“3060”双碳目标的战略决策的一系列指示和要求,千方百计走煤电低碳发展的道路,我们的目标就一定会实现。

(来源:中国电力报发电报道  节选)

本文作者:

1. 倪维斗,中国工程院院士,清华大学原副校长;毛健雄,李定凯均为清华大学能源与动力工程系教授;

2. 石元春,中国科学院院士,中国工程院院士,原北京农业大学校长,生物质能产业分会名誉会长;程序,原北京农业大学副校长,中国农业大学农学院教授;朱万斌,中国农业大学农学院教授。