国内外生物能源发展现状Word格式.docx

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3.2.2生物质液体燃料21

3.2.3沼气22

3.2.4生物质固体成型燃料22

3.3相关政策、法规24

4、上海地区生物能源发展现状26

4.1资源潜力26

4.2发展现状27

4.2.1生物质发电27

4.2.2生物质液体燃料27

4.2.3生物质能装备28

4.3能力建设28

4.4政策现状28

4.5制约因素28

5、生物能源发展趋势分析及应用评价29

5.1直接燃烧和发电31

5.2气化发电技术31

5.3沼气工程31

5.4生物液体燃料32

5.4.1燃料乙醇32

5.4.2生物柴油32

5.5生物质裂解33

6、上海市生物能源发展目标与发展战略……………………………34

6.1发展目标……………………………………………………………………..34

6.2发展战略……………………………………………………………………..34

7、对上海市发展生物能源的建议35

7.1上海市生物能源发展重点35

7.2对上海市发展生物能源建议35

1、生物能源概念、可利用类型及特点

生物能源是指利用自然界的植物以及城乡有机废物转化、生产的能源，主要包括生物质发电（包括作物秸秆、生活垃圾、禽畜粪便等）、生物质制燃料乙醇（包括粮食作物、经济作物、农林废弃物等）、生物质制生物柴油（包括油料作物、油料林木、微藻等）、生物质裂解制油、生物制氢、生物质制沼气、生物质固体成型燃料等，纵观国内外生物质能发展技术与前景展望，目前最有前景、最容易实现产业化的技术应该是生物质发电、生物质制燃料乙醇与生物质制生物柴油技术，但从长远来看，生物制氢技术也是非常有前景的生物质能产业化技术。

生物质燃烧发电是以农林废弃物、生活垃圾为原料，通过特殊的燃烧设备（锅炉）燃烧发电。

生物质发电工艺有三种类型：

生物质在锅炉的直接燃烧发电、生物质-煤混合直接燃烧发电、生物质气化发电。

燃料乙醇是利用粮食作物、经济作物、农林废弃物等淀粉质、纤维类物质为原料，利用微生物发酵技术生产乙醇，最后经脱水、加变性剂后的燃料乙醇。

生物柴油是利用油料作物、油料林木果实、废餐饮油、油脂加工下脚料等油脂为原料，利用化学、生物催化剂与甲醇或乙醇，通过酯交换反应生产的脂肪酸甲酯或乙酯即生物柴油。

生物制氢是利用有机废弃物或有机废水为原料，在光合微生物和厌氧微生物的作用下产生氢气。

生物质裂解制油是以农林废弃物、有机生活垃圾、畜禽粪便等为原料，在高温、高压的作用下生产的液体燃料。

微藻制油是利用光合作用，将二氧化碳转化为微藻自身的生物质从而固定了碳元素，再通过诱导反应使微藻自身的碳物质转化为油脂，然后利用物理或化学方法把微藻细胞内的油脂转化到细胞外，进行提炼加工从而生产出生物柴油。

生物沼气是指利用城市生活垃圾、农作物废料甚至污泥等分解产生的气体，主要成分为甲烷和二氧化碳，可用于发电和供热。

根据产气来源不同，“生物沼气”的品质也不同。

甲烷含量越高，品质越好。

一般而言，农作物废料产生的气体品质要远高于市政垃圾产生的气体，后者往往含有有害金属，需要通过过滤才能用于发电或输入天然气管道，增加了生产成本。

生物质固体成型燃料是指通过专门设备将生物质压缩成型的燃料，储存、运输、使用方便，清洁环保，燃烧效率高，既可作为农村居民的炊事和取暖燃料，也可作为城市分散供热的燃料。

随着加工生物质固体成型燃料技术不断发展，大量的生物质固体成型燃料又是一种很好的生物质发电厂的生物燃料。

2、国外生物能源发展概况

生物质是目前世界上最广泛、大量利用的可再生能源，据估计占世界一次能源供应量的11%，但绝大部分都是在发展中国家通过传统低效的火炉为农村家庭的炊事提供热能，只有一小部分是在发达国家和部分发展中国家通过现代技术和设备进行集中或分散发电、供热、供气和制取液体燃料。

后者代表了生物质能利用的发展方向，并展现了巨大的发展潜力。

到2010年底，全世界生物质发电总装机容量超过了6000万千瓦，主要集中在北欧和美国；

生物燃料乙醇年产量约7000万吨，主要集中在巴西、美国；

生物柴油年产量约1750万吨，主要集中在德国、美国、法国。

沼气已是成熟的生物质能利用技术，在欧洲和印度等地已建设了大量沼气工程和分散的户用沼气池。

美国计划2012年将生物能源在交通运输中使用的石油制品中添加比例增加到7％以上。

欧盟计划10年内在交通运输中添加5.75％的生物能源。

日本计划在未来10年内将生物能源添加比例增加到10％。

巴西在未来10年内将生物能源比例增加到20％-25％。

2.1几种主要类型生物质能发展情况

2.1.1生物质发电

其中，生物质直燃发电技术在欧洲应用普遍，技术基本成熟并得到规模化商业应用，其技术路线为“锅炉+汽轮机/斯特林发动机（通常为热电联产，即CHP）”，其中，汽轮机发电技术为常规技术，一般应用于中型以上发电系统，斯特林发动机发电技术处于技术开发和示范阶段，是欧洲目前重点支持研发的生物质利用方面的主要技术。

近年来，通过生物质与矿物燃料的混合燃烧发电方面的研究和示范应用，表明混燃可提高生物质发电的效率，且当生物质的比重不高于20%时一般不需对现有设备作改动，是生物质燃烧发电的发展方向。

生物质气化联合循环发电有望提高总体能源效率，世界上很多发达国家把它作为国家级示范工程进行推广，提高。

世界上生物质发电比较成功的国家有奥地利、丹麦、芬兰、法国、瑞典、德国、美国等发达国家。

尤其是芬兰，生物质发电量占本国发电量的11%，居世界第一。

丹麦BWE公司研发的秸秆直接焚烧发电机组也广泛应用于世界各国。

我国也已引进此技术。

到2010年底，全世界生物质发电总装机容量超过了6000万千瓦，主要集中在北欧和美国。

2.1.2生物质液体燃料

生物液体燃料具有替代石油产品的巨大潜力，主要包括燃料乙醇和生物柴油。

随着国际油价的持续攀升，提高了生物液体燃料的经济性，在一些国家和地区已经具有了商业竞争力。

生物液体燃料方面新技术的研发，在很大程度上取决于解决生物燃料生产的原料供应问题。

目前生产液体燃料大多使用的是粮食类作物，如玉米、大豆、油菜籽、甘蔗等，但是从能源的投入、产出分析，利用粮食类作物生产液体燃料是不经济的。

因此，利用木质纤维素制取燃料乙醇将是解决生物液体燃料的原料来源和降低成本的主要途径之一。

2010年全球燃料乙醇产量超过了7000万吨，生物柴油产量超过了1750万吨。

由于利用粮食类作物生产液体燃料不是很经济，一些国家开始利用木质纤维素制取燃料乙醇来降低生产成本。

目前，加拿大已经建成首家用麦秆生产燃料乙醇的工厂；

壳牌投资4600万美元建设年产20万吨的燃料乙醇商业化生产线，德国正在开发使用木材和麦秆等生产高级柴油的技术。

美国能源部也支持了多个投资巨大的纤维素乙醇中试及产业化攻关项目，旨在利用木材、稻草、玉米秸等纤维素废料生产燃料乙醇。

2.1.3生物沼气

主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水，是发展较早的生物质能利用技术。

80年代以前，发展中国家主要发展沼气池技术，以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料。

如印度和中国的家用沼气池；

而发达国家则主要发展厌氧技术，处理禽畜粪便和高浓度有机废水。

目前，日本、丹麦、荷兰、德国、法国、美国等发达国家均普遍采取厌氧法处理禽畜粪便，而象印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。

欧洲“生物沼气”利用前景看好，在1997年欧盟出台的可再生能源白皮书中，曾提出到2010年欧洲“生物沼气”的使用量要相当于1500万吨石油当量。

目前看来这一目标难以实现，但有研究预计2010年欧洲“生物沼气”产量可以达到600万到900万吨石油当量。

在欧洲各国中，德国开发的热电组合装置（ＣＨＰ）成为利用“生物沼气”的主要设备，其可同时供热和发电。

英国“生物沼气”的使用量也在稳定增长，伦敦市政府已经制订了一份利用垃圾实现城市供电的大胆计划。

法国由于在欧洲各国中农业种植面积最大，被认为是最具“生物沼气”发展潜力的国家。

另外，丹麦和瑞典政府也明确提出将“生物沼气”作为能源供应的重要组成部分。

“生物沼气”以其良好的环保性正受到欧洲各国越来越高的重视，未来发展前景看好。

2005年到2006年间欧洲各国“生物沼气”的使用量增长了13.6％。

2.1.4生物质固体成型燃料

美国在20世纪30年代就开始研究生物质致密成型燃料技术及其燃烧技术，并研制了螺旋压缩机及相应的燃烧设备，日本在20世纪40年代开始研究机械式活塞式致密成型技术处理林业废弃物，与1954年成功研制出了单头、多头螺杆挤压棒状致密成型机。

在亚洲，泰国、印度等国也建立了不少生物质致密成型燃料专业生产厂。

目前，德国有100多家颗粒成型燃料工厂，主要以木屑、木片、枝、边角料等生物质为原料。

瑞典有生物质颗粒成型燃料加工厂10多家，企业的年生产能力达到了20多万吨。

⏹2.1.5微藻生物柴油

全球石油俱乐部（TheGlobalPetroleumClub）评估结果显示，1公顷海藻１年能生产96000L生物柴油；

与之相比，1公顷油椰子１年生产5950L生物柴油，而１公顷大豆１年只能生产446L生物柴油。

　　美国Valcent公司2007年12月发布的试验报告表明，该公司利用高密度垂直式生物反应器持续90天，每天平均获得１g/Ｌ海藻干物质，根据试验结果推算，相当于每年每英亩（１acre=4046.86平方米）海藻干物质产量可以达到276t，干物质油脂含量达到50%，因此每年每英亩可以生产138t生物柴油。

2.2主要国家生物质能发展情况

2.2.1美国

2000年，美国通过了《生物质研究开发法案》，启动了生物质能源研究计划，吹响了进军生物能源的号角。

美国总统布什在2007年的《国情咨文》中提出了“10年减20%”的目标，即用10年的时间使汽油消费下降20%，要达到这个目标，其生物燃料的产量在现有的基础上再增加七倍，达到350亿加仑（1.05亿吨）。

目前，美国在生物能源的研发投入已超过10亿美元，白宫在2007年农业议案中提议为纤维素乙醇开发提供12亿美元的拨款和21亿美元的贷款。

同年3月，美国能源部投资3.85亿美元资助6家纤维素乙醇生产企业，计划在2011年使生产成本与玉米乙醇相当，实现纤维素乙醇生产技术的商业化。

生物质能利用占一次能源消耗总量的4％左右。

用生物质能发电总装机容量已超过10 

000MW，单机容量达10～25MW。

到2010年，美国物质能发电的总装机容量超过1000万千瓦。

纽约的斯塔藤垃圾处理站投资20 

000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料；

开发出利用纤维素废料生产酒精技术，建立了1MW的稻壳发电示范工程，年产酒精2500t。

STM公司是美国通用汽车公司发展斯特林发动机技术的专业公司，研制出的STM4—120发动机被美国能源部评价为世界上最先进的斯特林发动机，可与沼气技术或生物质气化技术相结合，构成50kW左右的村级生物质能发电系统。

普林斯顿大学能源与环境中心，在研制以生物质燃气为燃料，发电功率为200kW的小型燃料电池／燃气轮机发电系统。

美国能源部在2007年3月发布的《2008年度能源展望》中指出，到2030年，生物燃料计划中产自玉米的乙醇为150亿加仑。

但这150亿加仑乙醇到2030年仅能满足5.6%的汽车燃料需求。

2010年美国生物柴油年生产能力达100万吨以上。

2.2.2巴西

2005年它的生物质能源比例已占全部能源的29%，其中薪柴和甘蔗占生物质能的50％～60％，其余是农业废弃物。

而同期世界的生物质能源应用比例仅为11%，如加上水电、核电，巴西的可再生能源比例已达到44.7%，同期世界的可再生能源应用比例仅为14%。

巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划（原料主要是甘蔗、木薯等），目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以上。

用甘蔗提取酒精是目前巴西生物质能源的主要构成部分，约占巴西全部能源的13.9%，巴西广泛使用酒精燃料，极大的缓解了石油能源价格危机，同时酒精是一种清洁能源，对环境无污染，实现了环境和生态的可持续。

巴西保持世界燃料乙醇生产和使用的领先地位，目前消费量达1073万吨/年，汽油将继续调合高达22%～24%乙醇。

巴西有近400万辆以乙醇为燃料的汽车，乙醇的消费量已占到全国汽车燃料消费量的43%。

巴西政府计划在未来7年内，甘蔗产量将从目前的4.27亿吨增加到6.27亿吨，新建89家乙醇燃料生产厂。

到2013年，乙醇燃料的年产量将扩大到350亿升，其中约100亿升将用于出口。

巴西还研究开发了乙醇和汽油混用的汽车发动机，目前巴西 

销售的新车一半以上是这种“灵活燃料”汽车。

车主可以自由选择添加的燃料类型，可以是石油，可以是乙醇，也可以是石油和乙醇的混合物。

巴西近几年加大了研发生物柴油的计划。

巴西政府于2004年12月6日公布了实施生物柴油的临时法令，宣布巴西将于2007年开始必须在矿物柴油中掺加2%的生物柴油，到2012年增加到5%。

作为柴油机车的动力，也可以作为发电动力。

巴西生产生物柴油的主要原料是蓖麻、棕榈油、大豆、棉籽油、向日葵和玉米等。

2.2.3欧洲

欧洲是生物质能开发利用非常活跃的地区，新技术不断出现，并且在较多的国家得以应用。

1991年，在瑞典瓦那茂兴建了世界上第一座完成的生物质气化燃气轮机／发电机-汽轮机／发电机联合发电厂，净发电量6MW，净供热量9MW，系统总效率达80％以上。

该国用催化裂解法处理生物质燃气中的焦油水平处于世界领先地位。

在芬兰，使用上流式气化炉生产生物质燃气，用于区域集中供热，已达到商业化水平。

该国的生物质气化设备制造厂在1988年前生产的9套设备，分别安装在芬兰、瑞典各地运行。

在芬兰有世界上第一个以泥炭为原料用气化合成氨的方法来生产化肥的厂家。

近十多年来，欧共体开展了将木料气化合成甲醇的研制工作，先后已有数个示范厂，德国已广泛应用含1％～3％甲醇的混合汽油供汽车使用，在法国、捷克、瑞典、西班牙、前苏联等国，都在开发应用甲醇和乙醇的液体燃料。

在荷兰、英国、比利时、希腊、葡萄牙等国，开展了用生物质热解法制取生物油的研究，生物油经改性后可作液体燃料。

欧洲有的国家，还利用植物油作燃料的开发和研究。

英国在研究应用基因技术改良油菜品种，以期提高产量，并使菜籽中的脂肪酸碳链由18个碳原子缩短到8个左右，获得优质菜籽燃油。

瑞典在研究用适当配比菜籽油和甲醇的方法，获得生物柴油。

由于2003年后石油价格的翻番、灾害天气对能源供应的影响以及天然气管线的纠纷等因素，促使欧盟加速寻找可替代的资源。

生物燃料已证明是可以信赖的石油替代品，在许多欧盟国家的柴油中已添加了低含量的生物柴油，一些大公司宣布其上亿欧元的投资计划，汽车制造商也将高混合比的生物乙醇汽车投放市场。

从欧盟各国2003—2005年生物燃料的市场份额来看，虽然到2005年底未能达到2％的目标，但在2年中生物燃料的市场份额也翻了一倍，其中生物柴油达1．4％，而生物乙醇仅占汽油份额的0．4％，各国的情况也差别很大，德国和瑞典已超过目标值，而某些国家尚未起步。

不过这种差别将逐步消失，因为从2005年开始，又有13个国家对生物燃料予以税收减免，8个国家将生物燃料作为强制性义务。

欧盟委员会2005年12月7日批准了一项旨在增加使用以森林、农业和废物为原料的能源的生物能源行动计划。

在利用生物燃料用于交通方面，欧盟的行动计划主要内容是制订要求供应商在所销售的常规燃料当中生物能源占据最低限额的比重。

欧盟还将于2006年出台报告，要求各成员国政府制定市场上生物燃料的销售份额。

目前这一比例仅仅为0.8%，这使得欧盟在2003年制定的有关在2010年使这一份额达到5.7%的目标成为泡影。

行动计划提议改进有关燃料的标准，以鼓励在交通、取暖和发电方面更多地使用生物能源。

行动计划还建议加强研发领域的投资，特别是开展从木材和垃圾当中生产可燃液体燃料的工作。

行动计划还将发起一个教育宣传活动，使得农民和林业主对开发能源作物产生兴趣。

此外，欧盟还计划通过立法以提倡利用可再生能源取暖。

2005年21个成员国仅有2个国家达到设定的指标，平均值仅为指标的52％。

目前欧盟有19个国家已确定了其到2010年的目标，如果都达到预定指标，届时，生物燃料的份额在欧盟将达5．45％。

根据以前的实际经验，在目前的政策和措施下，2010年生物燃料的份额可能只能达到42％，用数学模型预测的结果更低约为2．4％～3．9％，欧洲大部分的咨询机构包括欧盟委员会，也都认为不太可能达到法令中预定的目标值。

德国和瑞典是2个使用生物燃料较成功的典范，德国主要靠生物柴油，瑞典重点在生物乙醇。

两国在推广使用生物燃料上有许多共同之处，即都积极开展生物燃料的活动多年，政策上即鼓励高混合或纯生物燃料，也鼓励与当前的市场和发动机实际相符合的低混合生物燃料，免除对生物燃料的税负并不设上限，国产和进口并举（瑞典主要从巴西进口，德国从其它成员国进口），两国都投资于生物燃料技术的研发，把第一代生物燃料技术作为第二代技术的桥梁。

2005年和2006年，欧盟的一些成员国开始引用一种新的推动机制，即生物燃料义务机制，法国和奥地利目前已开始实际应用这种机制。

2005年1月，法国确定了2％的义务份额，但由于市场的成熟度不够，一些燃料供应商采取交付额外的税款的方式来替代使用生物燃料，使得未能达到确定的义务份额。

2005年10月，奥地利确定了2．5％的义务份额，取得了明显的效果，在最后一个季度生物燃料的份额达到3．2％。

根据欧盟的计划，到2010年生物能源的产量可望增加到1100万吨。

2.2.4印度

印度年产薪柴0.284亿吨左右，工业废弃物和农业副产物（秸秆等）年产2．46亿吨。

在发展中国家，印度的生物质能开发利用搞得比较好，以前沼气应用比较多，近期生物质压缩成型、气化技术等进展显著。

生物质气化炉与柴油机／发电机组成的3.7kW、25kW、70kW及100kW系统中，l00kW系统发电效率为35％。

发电用于水泵、磨谷机和其他小型电气设备，其中3.7kW发电系统已推广应用数百台。

生物质气化炉产出的燃气还用于烟草、茶叶、食品、木材加工等生产过程中。

2.2.5日本

2002年12月27日日本政府内阁会议通过的6个相关省府——农林水产省、内阁府、文部科学省、经济产业省、国土交通省、环境省联合提出的“日本生物质能源综合战略”，构筑了日本综合性灵活利用生物质能源作为能源或产品，实现可持续性的资源循环利用型社会的蓝图。

以2010年为期，主要在生物质方面制定了具体目标。

1）技术方面的目标

①开发可直接燃烧和燃气物质等含水率低的生物质转换成能源的设备技术，具体实现。

日处理量20吨的生物质转换设备能源变换效率为20%电力或者说80%热量。

日处理量100吨的生物质转换设备能源变换效率为30%电力。

②开发甲烷（沼气）发酵等含水率高的生物质转换成能源的技术，具体实现日处理量5吨的生物质转换设备能源变换效率为10%电力或者说40%热量。

③开发生物质制作产品的技术，和现在已经由生物质制成的塑料产品一起，加强生物质在木质素、纤维素等方面的应用，制作出可用的新产品10种以上。

2）地域方面的目标

建立500个城镇具有用碳素量换算为废弃物类生物质90%以上可利用、未利用生物质40%以上可利用的处理系统。

3）全国性的目标

在展开对废弃物类生物质的利用方面，实施促进食品循环资源的再生利用等相关法律和废品资源再利用的义务化等措施。

今后随着相应制度的建立，收集、输送，变换的高效发展，相当一部分的废弃物生物质可以得到利用。

除了废弃物生物质，对于还未利用的生物质的利用，设立收集的系统设备、建立加工处理企业，从中的一部分投入期望可以达到经济效益。

化工石油资源的价格和地球温室化的变化发展，资源作物作为能源和产品的原料将得到灵活应用。

具体要求达到：

用碳素量换算为废弃物类生物质80%以上可利用、未利用生物质25%以上可利用；

资源作物用碳素量换算可利用量为10万吨。

日本的目标是在2010年换算成原油相当于101万千升，生物质能发电达到33万千瓦。

日本是较早研究生物柴油的国家，生物柴油也称为再生燃油。

1999年建立了用煎炸油为原料生产生物柴油的工业化实验基地，采用煎炸油可降低原料成本。

到2002年，日本生物柴油年产量已达40万吨。

⏹2.2.6阿根廷

2010年阿根廷生物柴油产量达到１９０万吨，比２００９年猛增了５１％，取代美国成为世界第四大生物柴油生产国。

近年来阿根廷生物柴油生产规模不断扩大，从２００６年至２０１０年，阿根廷生物柴油生产能力增加了２２．５倍。

去年，阿根廷超过美国，成为仅次于德国、法国和巴西之后的世界第四大生物柴油生产国。

2.3相关政策、法规

发达国家发展生物质能的目的有着本质的不同。

20世纪80年代，发达国家发展生物质能的基本动力是受石油危机的影响，解决能源短缺的问题；

进入90年代，发展生物质能的主要目的则演变为解决环境问题。

无论是前者还是后者，都给生物质能技术的发展提供了市场需求，从而带动了生物质能产业的发展。

由于政治取向、公众环境意识不同，发达国家之间也存在着差别，可分为两类：

一类是以欧盟成员国为代表的欧洲国家，它们迫于气候变化的压力和对京都议定书的承诺，力求发挥生物质能环境友好的特点以帮助实现温室气体减排的政治目标，因此追求迅速扩张规模，确保在能源结构中占有一席之地。

另一类是以美国为代表的北美和澳洲以及日本，发展生物质能的动机也一定程度上基于对气候变化公约的承诺，但在行动上更着眼于未来，试图利用市场和竞争的手段完成生物质能技术的商业化过渡。

发展中国家也大体上分为两类：

一类是以巴西和印度为代表国家，发展生物质能是为了缓解急迫的能源短缺问题，因此采取了强有力的经济、行政措施。

巴西采用了优惠的经济激励政策，利用其丰富的生物质资源发展生物酒精，替代了约50％的汽油等汽车燃料。

另一类是以中国等国为代表，发展生物质能具有多重的目的，最初主要是解决农村和边远地区能源短缺问题和环境问题，重点发展沼气、省柴灶、秸秆供气等技术；

而后，参考世界技术、政策潮流，依据本国的燃油安全、环境保护等背景，试图将生物质能发展纳入国家总体能源发展战略之中。

（IEA，2002）

由于不同国家发展生物质能的目的有所不同，所以各国所采取的保障措施以及经济政策也会各有倾向性，下面就介绍国外几个有代表性的国家和地区与生物质能发展相关的政策情况。

2.3.1欧盟国家

欧盟国家经济社会发达，能源利用技术先进，能源消费水平比较高。

2002年，原欧盟15国的能源消费量为21亿吨标准煤，其中石油占40%、天然气占23.4%、核电占15.6%、煤炭占14.8%、可再生能源占6.2%。

2002年，原欧盟15国能源的对