清洁供暖任务艰巨 新型生物质能有望规模化应用

2019年11月6日,2019全球生物质能创新发展高峰论坛在北京开幕。论坛由中国产业发展促进会联合国际能源署共同主办,吸引了众多国内外政府部门、研究机构、大专院校、企业、金融机构和媒体参加。适逢北方陆续进入采暖季,粗放的生物质直接燃烧取暖逐步淘汰,新型生物质能在清洁供暖领域的应用潜力受到广泛关注。

我国热力需求不断增长

从全球能源消费情况来看,供热是最大的能源消费领域,全球终端能源消费中供热占到50%左右。

供热集中在工业和建筑行业。国际能源署预测,2040年前我国建筑行业的能源需求将年均继续上涨1.2%,建筑领域,终端能源消费中采暖占比达一半以上。

 

图1国内建筑燃料能源消费和终端能源消费

 

据国家统计局数据披露,2010年至2016年全国城市经营性集中供热面积增长较快,年复合增长率达到9%,2017年跃升至83.1亿平方米。就所有供热面积来看,估计2016年底我国北方地区总供暖面积已达200多亿平方米。

图2国内居民每户房屋面积和能耗变化

国发能研院、绿能智库认为,随着经济和社会快速发展,我国城乡居民居住面积和单户能耗都大幅增长,带动供热需求持续增长。

供暖燃料清洁化是必要选择

从全球来看,使用清洁能源正在成为重要的发展趋势,可再生能源供热占全球供热的近10%。

图3全球供热消耗能量来源分布

 

对我国而言,清洁取暖不仅事关能源结构调整,还关系到民生和环保问题,意义重大。

限于资源禀赋和经济发展水平,国内传统的供暖燃料仍以煤炭为主,有数据显示,北方取暖和农村住宅用能合计达4.1亿吨标煤,其中散煤1.3亿吨标煤,直接燃烧的生物质能达0.9亿吨标煤。

研究表明,散煤燃烧的烟尘排放量是燃煤电厂的近10倍,而秸秆等生物质露天燃烧产出的颗粒物达到5~10g/kg,排放同样超标严重。这二者对我国冬季取暖季严重雾霾的形成起到关键作用。

北京市在治理雾霾过程中,农村推广散煤替代,2017年有超过100万户燃煤取暖炉被替代,北京市环保局PM2.5来源解析燃煤源从2014年的22.4%下降至2017年的3%,治理效果显著,也反映出散煤对空气质量所造成的的影响程度。

2016年12月21日,习近平主席主持召开中央财经领导小组第十四次会议,强调推进北方地区冬季清洁取暖,关系北方地区广大群众温暖过冬,关系雾霾天能不能减少,是能源生产和能源消费革命、农村生活方式革命的重要内容。

随后,2017年国家财政部、能源局、住建部、环保部等四部委联合启动北方地区冬季清洁取暖试点工作,确定首批12个试点城市,并在2018年第二批新增23个试点城市。每年按直辖市10亿元、省会7亿元、地级市5亿元给予专项补贴,支持3年。

2018年,国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,《计划》提出了优化能源结构,推进能源资源全面节约等关键举措。要求相比2015年,二氧化硫、氮氧化物排放总量下降15%,PM2.5未达标地级及以上城市浓度下降18%。明确提出推进北方地区清洁取暖,要求京津冀及周边地区、汾渭平原地区基本完成完成生活和冬季取暖散煤替代。

清洁供暖面临多重困难

国发能研院、绿能智库通过梳理发现,中国各省各地情况多样,在大力推进农村“煤改气”和“煤改电”清洁用能改造过程中,出现了一些共性问题,比如采暖费用较高,农户积极性不高;地方政府财政补贴压力大;气源紧张;补贴退出后,有返煤风险等。

“煤改电”在不少地区经济性不佳,补贴压力大,且供电保障存在一定困难。如北京为配合电采暖设备负荷快速增加,农村户用平均用电容量提高了6倍。

“煤改气”则主要受制于基础管网建设和气源供应。有数据表明,若农村地区建筑全部改为天然气供暖,仅京津冀地区就需要增加150亿立方米,整个北方增加1000亿立方米,占2018年全年天然气消费量的35%。煤改气会加剧近年来我国天然气用量的快速上升,提高天然气对外依存度,同时造成气价上涨,增加用能成本。据上海石油天然气交易中心数据,我国天然气10月17日出厂价格为3705元/吨,实现8连涨,周涨幅达到17.2%。

图4中国天然气产量和需求一览

光热、光伏、地源热泵等取暖方式也各有局限。北方某村示范工程,采用太阳能生活热水及采暖技术,末端采用地板辐射供暖,系统昂贵,2006年每户投资已达5万元。采用光伏发电和终端电暖装置配合,尚无法很好解决储能问题,且效率不高。

根据清洁取暖过程中出现的问题,国家政策也在不断调整。国家能源局发布《关于做好2018—2019年采暖季清洁供暖工作的通知》中明确强调:“稳妥推进‘煤改气’‘煤改电’。坚持宜电则电、宜气则气、宜煤则煤、宜热则热,以供定改,先立后破。‘煤改气’要以气定改,先落实气源再实施改造。”,“‘煤改电’要以供电能力作为基础,先保障供电再实施改造”。

生物质能发展存在瓶颈

在全球范围来看,可再生能源终端消费中,生物质能(不包括传统生物质能)比例占50%以上,被称为“被忽视的巨人”。国际能源署数据显示,对比2017年和预测的2023年主要国家可再生能源消费构成,中国生物质能的比例远低于其他国家。

图5各国可再生能源消费组成(2017年&2023年)

根据国家能源局2016年制定的《生物质能发展“十三五”规划》(下简称《规划》)的要求,截至2018年底,除生物质发电已完成2020年规划目标外,在生物天然气、生物质成型燃料和生物质液体燃料等方面,实际完成情况距离目标尚有较大差距。这与规划中提到的“加快非电领域应用”的基本原则并不吻合。

表1生物质能“十三五”规划目标与2018年底实际完成量比较

近年来,包括农林生物质发电、垃圾发电和沼气发电在内的生物质发电装机规模稳定增长,2010-2018年间年复合增长率达15.8%(图6)。但面对发电补贴退坡,生物质发电厂单纯依靠发电盈利的压力巨大。

图6生物质能发电年度装机容量

生物质能发展遇到瓶颈的原因多样复杂,《规划》中分析的一些不利因素目前看依然问题突出,包括:

第一,社会各界对生物质能认识不够充分。不同地方、不同部门对生物质能的应用发展依然有不同态度和认知。

第二,分布式商业化开发利用经验不足,原料收集困难。成熟成功的分布式就近开发利用生物质能的商业模式仍不多见,不利于规模化推广。

第三,专业化市场化程度低,技术水平有待提高。受限于农村市场,专业化程度不高,大型企业主体较少,市场体系不完善,尚未成功开拓高价值商业化市场。

第四,标准体系不健全。据国发能研院、绿能智库统计,截至当前,生物质能相关标准仅160余项,2016年后制定和修订的标准仅占三分之一。

第五,政策不完善。生物质能开发利用涉及原料收集、加工转化、能源产品消费、伴生品处理等诸多环节,政策分散,难以形成合力。

在2019全球生物质能创新发展高峰论坛上,中国农业大学教授程序特别强调不能将生物质与一般商品能源等同起来,不能简单的与其他可再生能源相提并论,生物质能所具有的“能源功能、环境功能和农村经济功能,是任何其他可再生能源无法相比的”。国际能源署可再生能源部门主管PaoloFrankl也认为,不能只看重生物质能的能源属性,而是要最大化的提升它在全生命周期内的价值。

清洁供暖有望成为当前生物质能非电规模应用突破方向

国发能研院、绿能智库研究表明,生物质能在我国清洁供暖方面的重要作用被各方广泛认同。

早在2017年,国家发改委和国家能源局就联合下发的《关于促进生物质能供热发展的指导意见》(下简称《意见》),明确提到要“将生物质能供热作为作为应对大气污染的重要措施,作为绿色低碳新型城镇化建设的重要内容”,要“加快生物质能供热在区域民用供暖和中小型工业园区供热中的应用”。

面对各种情况差异显著的广大村镇,因为缺乏成熟的商业模式,分布式生物质能供热推进缓慢。当“煤改气”、“煤改电”在广大农村地区推广过程中遇到一系列问题后,就近供应原料、就近加工、就近供热的生物质能的价值被各地再次重视。

目前,生物质成型燃料和生物质采暖炉等技术已日趋成熟,规模化应用的商业模式也不断被各地成功探索。

山东省滨州市阳信县通过实践表明,充分利用本地丰富的生物质能资源,采用生物质成型燃料专用炉具分散式取暖、生物质成型燃料锅炉机组分布式取暖和生物质热电联产集中供暖多种方式,取暖季费用比采用“煤改电”降低1-2倍,改造成本降低38%。据此,滨州市2019年3月发布的清洁取暖相关实施方案中新增了“宜生物质则生物质”。

为解决规模化热电联产生物质原料搜集困难、成本较高的问题,解决农户供暖可采用以村为单位的生物质成型材料代加工模式,配合使用节能炉具,优势明显。清华大学教授杨旭东展示的数据显示,生物质采暖炉技术从改造费用和运行费用都有较大优势,取暖季总费用可控制在约20元/m2。

表2各供暖方式费用比较

同时,新型生物质供热方式也更加清洁,相比清洁型煤采暖炉,二氧化碳、颗粒物和二氧化硫排放大幅度下降。不仅可大规模替代散煤,保障功能安全,也具有民生和环保的重大意义。

图7生物质采暖炉与清洁型煤采暖炉排放比较

中国生物质供热市场前景远大,《意见》给出的2020年发展目标显示,生物质热电联产装机容量超过1200万千瓦,生物质成型燃料年利用量约3000万吨,生物质燃气(生物天然气、生物质气化等)年利用量约100亿立方米,生物质能供热合计折合供暖面积约10亿平方米。年直接替代燃煤约3000万吨。到2035年,生物质热电联产装机容量超过2500万千瓦,生物质成型燃料年利用量5000万吨,生物质燃气利用量约250亿立方米,生物质能供热合计折合供暖面积约20亿立方米,年直接替代燃煤约6000万吨。

国发能研院、绿能智库认为,生物质供暖可切实推动解决当前北方空气治理的难题,同时兼顾能源结构调整、民生改善和乡村振兴,在技术成熟、政府推动和商业模式逐渐清晰的多重有利因素推动下,生物质能非电规模化应用有望在清洁供暖领域取得突破。

来源:国发能研院、绿能智库

2019年11月12日 17:46