曾智勇 董华佳

摘要：指出了“十一五”期间，煤炭资源在我国能源结构占比67.7%，而新能源、可再生资源占比不到7%，高度依赖传统化石能源的形势依然十分严重。随着我国能源结构战略调整和日益严格的环保要求，小规模燃煤锅炉正逐步被淘汰，以天然气、生物质燃料为代表的清洁能源锅炉迎来了高速发展的机遇。我国是传统的农业大国，生物质资源十分丰富，具有巨大的能源化利用空间。目前，生物质成型燃料、生物质天然气、炭气联产等产业已经起步，呈现出良好的发展势头。生物质能在集中供热领域具有广阔的应用前景，在我国已基本实现商业化和规模化应用，正成为国家“煤改清洁能源”的重要力量。

关键词：生物质;能源结构;集中供热

中圖分类号：TP392 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）20-0198-03

1引言

进入21世纪，伴随全球化的发展，能源和环境可持续发展已经成为世界各国共同关注的重大问题。改革开放40多年来，我国经济发展取得了举世瞩目的成就，目前已经成为世界第二的能源消费大国。为了保障能源安全，以及坚持可持续发展道路，开发和利用新能源、可再生能源作为能源战略写进了我国的规划发展报告。尽管近十年来，我国致力于新能源开发利用，煤炭、石油等化石能源主导着我国能源消费格局在长期不会发生改变仍是客观事实。据资料显示，“十一五”期间，煤炭资源在我国能源结构占比67.7%，石油占比22.7%，天然气占比2.6%，而新能源、可再生资源占比不到7%（图1）。

我国能源消费结构严重依赖煤炭资源，单一能源的高度依赖对我国能源战略安全构成潜在的巨大威胁。此外，煤炭在燃烧过程中会产生温室气体CO2以及SO2、粉尘等，是形成大气污染的重要原因之一。2013年，国家《大气污染防治行动计划的通知》中指出：加强工业企业大气污染综合治理，全面整治燃煤小锅炉，加快推进清洁能源集中供热工程建设;到2017年，除必要保留的以外，地级及以上城市建成区基本淘汰每小时10蒸吨及以下的燃煤锅炉，禁止新建每小时20蒸吨以下的燃煤锅炉;其他地区原则上不再新建每小时10蒸吨以下的燃煤锅炉。天然气是一种高品质的清洁能源，近年来我国天然气消费不断增长。提高天然气在我国能源消费结构中的比重，是我国建设清洁低碳、安全高效的能源体系的重要组成部分。但是，我国天然气资源相对匮乏，而且产业发展与欧美国家相比尚不成熟，在国内无法满足需求的情况下，天然气进口加剧，对外依存度不断提高。2016～2018年，在北方推行“煤改气”清洁采暖的背景下，我国的天然气消费呈现剧增的趋势，导致了供暖季期间出现严重的“气荒”，影响了企业正常生产，给人们敲响了警钟。实践证明，发展多元化的新能源、可再生能源是我国实现可持续发展的不由之路。

2生物质能发展的概况

“十一五”之后，我国工业化进程已经由中期阶段迈进了后期的发展，能源供需矛盾突出。为了解决能源结构单一的问题，国家开始高度重视新能源和可再生能源的发展。加快清洁能源、可再生能源的开发利用，有助于推动能源结构绿色转型，促进我国能源可持续发展。

除了煤炭、石油、天然气之外，生物质能是全球的第四大能源。在西方欧美等国家，将传统的生物质能转化为现代能源利用主要以建设大型的生物质能转化工程为主。这种方式具有多采用前期投资大、产出高的特点。目前，在美国，生物质能已经成为的第二大可再生能源，仅次于水电;在欧盟国家中，开发利用的所有新能源和可再生能源（包括水电在内）中生物质能源已占总和的50%以上。

生物质能主要来源是农林生产中的废弃物和禽畜粪便。我国地域辽阔，南北气候差异明显。因而，农作物的种植具有比较明显的地域特性。我国可利用的农作物生物质燃料主要包括水稻秸秆、稻壳、大豆秸秆、玉米秸秆、花生秸秆、小麦秸秆、甘蔗秸秆、薯藤等。作为农林业生产大国，我国的生物质资源相当丰富，能源化利用潜力大。据统计，全国可利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和生活垃圾与有机废弃物等生物质资源总量每年约4.6亿t标准煤。截至2015年，我国生物质能利用量不到3500万t标准煤，其中商业化的生物质能利用量仅约1800万t标准煤，商业化利用率低于4%。在人类发展的历程里，利用生物质能已有几千年的历史，但是利用效率极低。近年来，随着生活水平的提高，在我国一些新城镇、新农村地区，农民开始大量使用天然气、电力等优质高效燃料，用于炊事、取暖，而将农作物秸秆直接放在农田焚烧，不仅浪费了能源，也污染了环境。

生物质资源结构比较疏松，单位体积能量密度低，且不易贮运。但是，生物质也有许多独特的优点：①产量大而且稳定，价格低廉，属于可再生资源;②硫、氮含量低，燃烧后S02和NOx排放量低;③由于生物质能够通过光合作用中会吸收C02，在整个生命周期基本可以实现零碳排放;④生物质灰分少，烟尘排放少。由此可见，生物质资源是清洁能源，为大气治污、减少煤炭消费提供了一个新的选择。高效利用生物质资源，不仅可以满足高速发展的国民经济对能源的需要，而且减少了矿物燃料的污染，可以产生巨大的经济效益和环境效益。

我国《中华人民共和国可再生能源法》中明确了对于生物质能源发展的大力支持。2014年，国家环保部、国家能源局联合发文“关于开展生物质成型燃料锅炉供热示范项目建设”的通知（国能新能[2014]295号），拟在全国范围内特别是京津冀、长三角、珠三角等大气治污形势严峻的地区，建设生物质成型燃料锅炉示范项目。相比发达国家，我国生物质能的商业化应用虽然起步较晚，但是生物质成型燃料、生物质天然气、炭气联产、生物质锅炉供热等产业已经开始形成一定的规模，而且呈现出良好的发展势头。

3生物质应用技术

目前，生物质应用技术已经发展得比较成熟，基本可以划分为三大类途径：①直接燃烧;②物化转化;③生化转化。

3.1直接燃烧

直接燃烧的方式是将生物质直接作为炉灶、工业锅炉等的燃料。在我国落后的农村地区，炉灶燃烧是常见的用能方式，具有效率低、污染严重的特点。随着我国全面小康社会的建设，炉灶燃烧已经逐渐被淘汰。生物质工业锅炉是先将生物质压缩成密度大的性能接近煤的成型燃料，再将其燃烧转换为热能。生物质锅炉排放的污染尾气比燃煤锅炉要低，发展前景良好。

3.2物化转化

物化转化主要包括熱裂解、生物质气化及干馏技术等。物化转化是把生物质转变成热值较高的可燃气以及附属产品生物质碳、木焦油、木醋液等物质。可燃气可以作为生活燃气或者工业用气，组成成分包括甲烷、乙烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等;生物质碳可替代天然碳和工业用碳;木焦油可应用于防水涂料、防腐漆和抗凝剂量的生产制作，是国际紧俏的产品;木醋液可形成多种化工产品，具有杀菌、治虫、抗病的功效，广泛应用于农林业、畜牧业和医药卫生业等。生物质物化转化过程比较复杂，干馏技术、生物质气化技术及热裂解技术的反应条件和工艺也不尽相同，但基本都包括了生物质的干燥、氧化和还原反应过程。

3.3生化转化

厌氧消化和酶分解是实现生化转化的主要技术。厌氧消化是利用厌氧微生物在缺氧的情况下将生物质转化为CH4、CO等可燃气体，厌氧发酵残留物是作农田的肥料的来源之一。酶技术是利用微生物体内的酶分解生物质，生产液体燃料，如乙醇、甲醇等。

通过不同途径转化，生物质能广泛应用于发电、锅炉成型燃料、沼气、液体燃料等行业（表1）。根据“十三五”规划，2016～2020年生物质重点产业将实现规模化发展，成为带动新型城镇化建设、农村经济发展的新型产业。

4我国集中供热的现状

集中供热可以分为建筑采暖和工业生产供热。我国城市集中供热始于20世纪50年代，起步阶段集中供热负荷以工业生产用蒸汽为主，建筑采暖负荷很小。20世纪70年代，在改革开放的强大推动下，我国的城市建筑采暖迎来了重要的发展，以热电联产为主的城市集中供热行业不断兴旺壮大。20世纪90年代以来，区域锅炉房开始作为集中供热的新兴力量进入快速发展阶段。其中，区域锅炉房集中供热根据设备和燃料的不同，又可以分为电锅炉、燃煤锅炉、天然气锅炉和生物质锅炉。

随着我国城镇化进程加速，改革开放以来我国城市集中供热面积和供热量实现了连续稳定增长。截至2017年底，我国城乡建筑采暖总面积232亿m²，其中城镇供热面积159亿m²，农村供热面积73亿m²，年增量约5亿m²。但是，集中供热面积只有不到80亿m²，占比34.5%（图2）。

集中供热与分户供热相比，具有节约燃料、污染小、噪音低、节省用地、自动化程度高、设备故障率低等优势。目前，集中供热行业正处于体制改革、设备更新、技术进步阶段。随着市政公用行业的逐步市场化，外资、民营等不同经济成分开始在供热市场活跃起来。供热市场准人、特许经营、用热商品化、热计量收费等政策正在改革深化。此外，技术发展日新月异，节能高效、多热源、联片集中供热、地源供热、科学运行等新兴技术不断涌现，不断推进行业深入发展。

5应用前景

随着城镇化建设的不断提高完善，我国对集中供热有着巨大的潜在需求。区域燃煤锅炉供热污染排放严重，大气治污面临着巨大压力，小型燃煤锅炉已经列入了逐步淘汰的时间进程表。作为煤炭替代能源之一的天然气，其价格昂贵、供应不稳定的问题在短期很难得到有效的解决。生物质是一种清洁、低成本的绿色能源，而且在供热领域相关应用技术已经成熟，将成为我国集中供热市场的重要补充，具有广阔的发展前景。