5月10日，國家發(fā)改委發(fā)布了《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》。作為中國首部生物經(jīng)濟五年規(guī)劃，其明確提出，要積極開發(fā)生物質(zhì)能源，在生物質(zhì)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、生物質(zhì)燃料方面推動生物質(zhì)能技術的發(fā)展和應用，推動化石能源向綠色低碳可再生能源轉(zhuǎn)型。隨后不久，6月1日發(fā)布的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》進一步提出，要推進生物質(zhì)能多元化開發(fā)。在此背景下，明確生物質(zhì)能自身的優(yōu)勢特點、厘清生物質(zhì)能規(guī)模化商業(yè)化發(fā)展所面臨的問題非常重要;同時，找準生物質(zhì)能在未來能源系統(tǒng)中的角色定位，并且做好對生物質(zhì)能發(fā)展現(xiàn)狀、技術應用等問題的研判，有助于推動生物質(zhì)能抓住新的發(fā)展機遇，在“十四五”時期實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。
生物質(zhì)能在“熱-電”、儲能上有獨特優(yōu)勢，并能帶來“負碳”機會
生物質(zhì)是一種生態(tài)友好的零碳能源，與當下其他商業(yè)化利用的能源相比，具有明顯的優(yōu)勢。
第一，生物質(zhì)能環(huán)境外部性較低，利于實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟。比如，生物質(zhì)發(fā)電為處理利用農(nóng)林廢棄物提供了一種有效方式，有助于減少秸稈露天焚燒及其所帶來的環(huán)境污染。此過程中，生物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的灰渣還可作為有機肥料使用，從而實現(xiàn)農(nóng)林廢棄物的循環(huán)利用、“變廢為寶”。此外，工業(yè)生產(chǎn)中推動生物質(zhì)燃料替代煤炭也是一種生物質(zhì)資源再利用的方式，并有助于實現(xiàn)工業(yè)領域的碳減排。
第二，生物質(zhì)能的利用，可以同時解決電和熱的問題，這是風電、光伏發(fā)電等其他可再生能源利用形式不具備的優(yōu)勢。由于技術、用地的限制以及風光水可再生能源的特性，未來中國集中大規(guī)模地采用熱泵技術通過電氣化的方式解決供暖問題，目前看仍面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，另一種可能性是未來的新型電力系統(tǒng)中仍保留一部分火電，并使其同時供熱(下文將展開論及)。那么，在此情景下，生物質(zhì)能將同時在供電供熱中發(fā)揮作用，并且顯現(xiàn)出其零碳的優(yōu)勢。
第三，生物質(zhì)可助力解決不同時間尺度的儲能問題，為構(gòu)建以可再生能源為主體的、安全穩(wěn)定的新型電力系統(tǒng)提供支撐。就此而言，生物質(zhì)可以作為解決不同時間尺度儲能問題的能源選擇，包括小時級、跨天、跨周甚至是跨季節(jié)的。
第四，生物質(zhì)帶來了實現(xiàn)負碳的機會，有助于大力推動鄉(xiāng)村振興。生物質(zhì)資源在其生長過程中有效吸收了大氣中的二氧化碳，雖然作為燃料或工業(yè)原料的過程中會把二氧化碳排放到大氣中，但從全周期的角度來說可以實現(xiàn)二氧化碳的“凈零”排放。在此基礎上，如果結(jié)合CCS技術，將其排放的二氧化碳捕集并封存，則能夠?qū)崿F(xiàn)寶貴的二氧化碳的“負排放”，這無疑會助力碳中和目標的實現(xiàn)。這樣的背景之下，可以預見，生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展將會帶動鄉(xiāng)村經(jīng)濟增長、助力消除農(nóng)村能源貧困問題，實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興。
面臨規(guī)模化商業(yè)化瓶頸，需抓住“碳中和”機遇有所突破
生物質(zhì)在中國并非新生事物，已經(jīng)歷了一定時間的發(fā)展。然而，截至目前，中國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模仍然有限。以電力行業(yè)為例，根據(jù)國家能源局的信息，截至2021年底，中國生物質(zhì)能發(fā)電裝機達3798萬千瓦 ，僅占可再生能源發(fā)電裝機總量的約3.6%;相比之下，風電和光伏發(fā)電裝機已分別達到3.28億千瓦和3.06億千瓦。究其根本，有兩方面的原因值得探討：
一是多方面因素的限制導致生物質(zhì)并沒有形成大規(guī)模的商業(yè)化。與已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中式、規(guī)模化利用的煤炭、汽油、天然氣、風能、太陽能等能源不同，生物質(zhì)資源的規(guī)?；妹媾R資源分布散、范圍廣、堆積密度較低等制約因素，使得其收集、儲存、加工、運輸同其他能源存在很大不同、更具難度，因而尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，商業(yè)化規(guī)模不夠。從生物質(zhì)的本身屬性看，與煤炭、石油、天然氣等化石能源相比，生物質(zhì)的能量密度比較低，所以同等體積或質(zhì)量所能產(chǎn)生的熱量亦相對較低;從可得性與規(guī)模性看，生物質(zhì)資源的分布相對分散、范圍廣而且很難直接拿來即用，因而導致其收集、儲存、加工、運輸?shù)某杀据^高，阻礙了完整產(chǎn)業(yè)鏈的形成，限制了規(guī)?；陌l(fā)展;從技術來看，當前在中國，生物質(zhì)先進技術的利用總體處于不夠成熟的階段。發(fā)達國家在生物質(zhì)資源利用和產(chǎn)品制造領域具有明顯先發(fā)優(yōu)勢，核心技術的壟斷使得中國對生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用的很多關鍵技術和關鍵設備都依賴進口;從政策上看，長期以來，鼓勵政策與激勵措施缺位，加之一些早期示范項目以失敗告終，也使得生物質(zhì)能沒能像其他可再生能源一樣獲得應有的政策扶植與更多的市場信心。綜上，自身屬性、集儲效率、運輸成本、技術設備、政策措施、市場信心等各方面因素綜合作用下，生物質(zhì)能發(fā)展面臨產(chǎn)業(yè)成本高、規(guī)模化生產(chǎn)有限的問題，尚未形成大規(guī)模的商業(yè)化應用。
二是生物質(zhì)能此前并沒有遇到變革性的大發(fā)展機遇。碳中和目標的確立給未來中國能源發(fā)展提出了巨大且緊迫的系統(tǒng)性變革的要求，這種系統(tǒng)性變革則為生物質(zhì)能的進一步開發(fā)和利用提供了難得的契機。燒柴做飯是人類對生物質(zhì)能最原始的利用，根據(jù)能源階梯理論，此階段利用的生物質(zhì)能處于能源階梯的最低一級“初始能源”，在其之上階梯的則是“轉(zhuǎn)型能源”(木炭、煤炭、煤油)、“優(yōu)質(zhì)能源”(電力、液化石油氣/天然氣、沼氣)。然而，在碳中和帶來的機遇之下，生物質(zhì)將可能以不同的形式出現(xiàn)在不同的應用場景中，它在能源品種的階梯上很可能會實現(xiàn)等級的跨越。尤其是在未來清潔電力、熱電聯(lián)供這兩者的共同需求之下，生物質(zhì)能不僅可以助力清潔發(fā)電與清潔供熱，更有機會實現(xiàn)負碳排放。在碳中和背景下，生物質(zhì)能發(fā)揮作用的舞臺必將更加廣大。
生物質(zhì)能在電力與熱力的清潔供應上具有獨特作用，不應簡單與風光作比較
首先，從性質(zhì)上來講，生物質(zhì)能與風能、太陽能有根本的不同，因而其在電力系統(tǒng)中的作用也會不同。在未來，生物質(zhì)能并不是要簡單追求在整個電力系統(tǒng)中貢獻的發(fā)電量比例達到多高，而是要在系統(tǒng)中扮演獨特的角色。
可再生能源的間歇性特點將會給以風、光為主的新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來一定挑戰(zhàn)。比如，一旦連續(xù)幾天沒有風，或者持續(xù)陰天，再抑或趕上冬天枯水期，系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題將凸顯出來。當前的電化學儲能技術只能應付小時級的削峰填谷，更長時間尺度的儲能問題尚未找到在經(jīng)濟性和技術可行性上都已成熟的零碳解決方案。因而，為了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要保留一定比例的火電——在當前已有和可預見的技術條件背景下，各界在這一點上基本是有共識的。那么，進一步的問題將是，這部分火電的燃料來源是什么?如果以未來零碳的情形作為出發(fā)點，可能的選擇則包括：煤電加CCS/CCUS(碳捕獲與封存/利用)，或用綠氫來替代煤，再或者用生物質(zhì)替代煤。
這也是為什么說生物質(zhì)能的經(jīng)濟可行性，需要與CCUS、氫能在跨季節(jié)儲能的利用等技術的經(jīng)濟可行性進行比較。生物質(zhì)能要承擔的任務是在未來的新型電力系統(tǒng)中解決風、光發(fā)電所帶來的不穩(wěn)定性問題。目前看，這個問題是電化學儲能、抽水蓄能暫時無法解決的。
除了發(fā)電外，生物質(zhì)另一個獨特的角色在于供熱。供熱是實現(xiàn)碳中和過程中最難解決的問題之一。它直接關乎民生，能源需求量極大，必須穩(wěn)定且有保障。碳中和背景下，未來北方地區(qū)的供熱問題如何解決，目前的討論主要涉及兩種方式：一種是考慮集中式的供熱，用可再生能源發(fā)的電通過熱泵來供熱;另一種是保留現(xiàn)有的熱網(wǎng)，如此則仍需保留一部分火電。
目前來看，第一種方式面臨幾方面的挑戰(zhàn)：一是中國的城市人口密度很大，尤其在冬天，即光伏發(fā)電與水電處于低谷的時期，可能需要增加非常多的裝機量，才能保證供暖所需的電力供給，而這可能會使得電網(wǎng)不堪重負;二是在現(xiàn)有的技術條件下，城市沒有足夠多的土地空間來安裝集中的供熱熱泵;三是在這種情況下，熱網(wǎng)等基礎設施存在在未來變?yōu)槌翛]資產(chǎn)的風險。
雖然我們對電氣化抱有很高期待，也在南方和北方的農(nóng)村及小城鎮(zhèn)大力支持相關工作。但筆者認為，基于中國的國情，在人口集中的北方大中城市，第二種方式更有可行性優(yōu)勢，即——將來新型電力系統(tǒng)中還需要一部分火電，同時這部分火電還可以發(fā)揮供熱的作用。在此過程中，生物質(zhì)能將有機會在供電供熱兩方面都發(fā)揮其零碳的優(yōu)勢。
因此，生物質(zhì)能在未來整個的新型電力系統(tǒng)中，未必會貢獻最大比例的發(fā)電量，但它在電力和熱力的清潔供應上一定可以發(fā)揮獨特而關鍵的作用。
應推動生物質(zhì)能多元化開發(fā)利用
生物質(zhì)能的開發(fā)利用具有多元性。生物質(zhì)發(fā)電是最成熟、發(fā)展規(guī)模最大的現(xiàn)代生物質(zhì)能利用技術，北歐國家、德國及美國處于世界領先水平。中國的生物質(zhì)發(fā)電起步較晚，當前發(fā)展規(guī)模仍然有限。如上文提及，截至2021年底，我國生物質(zhì)發(fā)電累計裝機達3798萬千瓦，占可再生能源發(fā)電裝機總量的約3.6%，生物質(zhì)發(fā)電量為1637億千瓦時，占可再生能源發(fā)電總量的約6.6%。從生物質(zhì)發(fā)電累計并網(wǎng)裝機情況來看，我國當前以垃圾焚燒發(fā)電、農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電為主，沼氣發(fā)電僅占3%左右。生物質(zhì)發(fā)電的技術分類豐富，包括直接燃燒、混合燃燒、垃圾焚燒、沼氣、氣化發(fā)電等。在生物質(zhì)能發(fā)電技術應用的初期，有必要推動多元化的開發(fā)及試點工程，這樣有利于摸清不同生物質(zhì)發(fā)電技術在不同應用場景下的作用和優(yōu)劣勢，進而能夠因地制宜地推動生物質(zhì)發(fā)電技術不同場景下的規(guī)?；瘧谩Ｅc此同時，未來如果能夠規(guī)?；瘧肂ECCS(生物能源與碳捕獲和儲存)技術，生物質(zhì)發(fā)電將可能創(chuàng)造負碳排放，從而可以為實現(xiàn)碳中和目標做出巨大貢獻。
生物質(zhì)清潔供暖是另一個頗具潛力的應用場景。如上所述，生物質(zhì)能在提供清潔電力和清潔熱力方面具有獨特優(yōu)勢，因而在未來，一方面可以因地制宜推動生物質(zhì)發(fā)電向熱電聯(lián)產(chǎn)轉(zhuǎn)型升級，另一方面可發(fā)展以農(nóng)林生物質(zhì)、生物質(zhì)成型燃料等為主的生物質(zhì)鍋爐，為人口密集的大中城市及城鎮(zhèn)區(qū)域提供集中供暖。就生物質(zhì)固體成型燃料技術而言，歐美處于全球領跑水平，這主要得益于其標準體系較為完善，并形成了從原料收集、儲藏、預處理到成型燃料生產(chǎn)、配送和應用的整個產(chǎn)業(yè)鏈。歐洲是生物質(zhì)成型燃料的主要消費地區(qū)，其中瑞典生物質(zhì)成型燃料供熱約占其供熱能源消費總量的70% 。這顯示出，建立完整產(chǎn)業(yè)鏈的重要性以及生物質(zhì)能在清潔供暖中的巨大潛力。
當前，生物液體燃料已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ奶娲剂希陔姎饣療o法解決的交通動力領域，生物液體燃料提供了寶貴的零碳解決方案。在生物柴油領域，我國相關行業(yè)技術在國際上處于第一梯隊，是位居美國之后的全球生物柴油第二大技術來源國，中國生物柴油專利申請量的全球占比為17%(截至2021年9月)。2021年我國生物柴油產(chǎn)量約150萬噸，占全球產(chǎn)量約3.6%，位于歐盟、印尼、美國、巴西等經(jīng)濟體之后。在生物航油技術上，我國已經(jīng)取得了突破，實現(xiàn)了生物質(zhì)中半纖維素和纖維素共轉(zhuǎn)化合成生物航空燃油，目前已在國際上率先進入示范應用階段。此外，二代乙醇作為車用及航空燃料，生物甲醇、綠氨作為車用及船運燃料(尤其是遠洋)，都是生物液體燃料在未來具有潛力的應用場景，相關技術正處于突破或試驗階段。在此方面，《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出要支持生物質(zhì)液體燃料領域的先進技術裝備研發(fā)和推廣使用，將推動不同場景下的生物液體燃料技術加速從“試驗”到“應用”的突破。
生物天然氣是電力、供熱、交通等領域可以利用的一種重要零碳能源。早在2019年，國家發(fā)改委、國家能源局等十部委聯(lián)合下發(fā)的《關于促進生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導意見》就提出，到2030年生物天然氣年產(chǎn)量超過200億立方米的目標。據(jù)相關測算，我國生物天然氣每年生物天然氣可開發(fā)潛力高達600億立方米，但是截至2020年，我國實際年產(chǎn)生物天然氣不到1億立方米。這顯示出我國生物天然氣的發(fā)展仍然處在起步階段，同時也意味著巨大的潛力。亦如《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》所提出的，應當有效利用好我國農(nóng)林養(yǎng)殖業(yè)資源豐富的優(yōu)勢，將糧林畜集中生產(chǎn)區(qū)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，建立以縣域為單位的產(chǎn)業(yè)體系，積極開展生物天然氣示范項目。此過程中，籌建較大尺度(千萬立方米級)的生物天然氣工程非常必要，如此可以通過同城市燃氣管網(wǎng)并網(wǎng)、多元化應用(車輛、鍋爐、發(fā)電)，大大促進生物天然氣的規(guī)模化利用，加速能源系統(tǒng)的脫碳進程。
生物質(zhì)能的多元開發(fā)利用對于實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興意義重大。如《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》所提及，加大生物質(zhì)能的開發(fā)利用，提高農(nóng)林廢棄物資源化利用率，將助力農(nóng)村人居環(huán)境整治提升;生物質(zhì)能及其他可再生能源在取暖工程中的利用，有助于改善鄉(xiāng)村供暖條件，并助力城鄉(xiāng)融合的清潔供暖體系的構(gòu)建;建設以生物質(zhì)成型燃料加工站或物質(zhì)鍋爐等為主的鄉(xiāng)村能源站，則可實現(xiàn)鄉(xiāng)村可再生能源資源的集約開發(fā)和高效運營管理;建設大尺度的生物天然氣工程，也將有助于帶動農(nóng)村有機廢棄物處理、有機肥生產(chǎn)和消費、清潔燃氣利用的循環(huán)產(chǎn)業(yè)體系建立——這些均為消除鄉(xiāng)村能源貧困、擴大鄉(xiāng)村可再生能源的綜合利用，以及推動鄉(xiāng)村社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展帶來新的機遇。
生物質(zhì)能發(fā)展仍需更多行業(yè)研判
去年，《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》以及《2030年前碳達峰行動方案》等文件，都提到了積極推進生物質(zhì)能的發(fā)展;《中共中央 國務院關于做好2022年全面推進鄉(xiāng)村振興重點工作的意見》也提到，要“推進農(nóng)村光伏、生物質(zhì)能等清潔能源建設”。在此基礎上，今年5月由國家發(fā)改委發(fā)布的《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，連同6月由九部委聯(lián)合發(fā)布的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，也都對生物質(zhì)能源的發(fā)展提出了具體工作重點和發(fā)展目標。這一系列相關政策文件的出臺對于未來生物質(zhì)的利用和發(fā)展無疑是非常利好的信號，也說明從各個角度、各個領域，生物質(zhì)能作為一個產(chǎn)業(yè)所受到的重視程度在不斷提升。然而，要指出的是，雖然國家層面的很多文件為生物質(zhì)能發(fā)展指明了大方向，但多為定性的方面，對于未來生物質(zhì)能發(fā)展的研判仍然需要更多量化的分析與研究。
從生物質(zhì)資源的可獲取性上看，中國一年的能源消耗大約是50多億噸標準煤，此背景下生物質(zhì)能源的利用潛力如何，目前并沒有很好地形成共識。由中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會生物質(zhì)能分會等機構(gòu)編制的《3060零碳生物質(zhì)能發(fā)展?jié)摿λ{皮書》顯示，當前我國生物質(zhì)資源作為能源利用的開發(fā)潛力約為4.6億噸標準煤?；谂c清華的聯(lián)合研究，能源基金會近期發(fā)布的《農(nóng)村清潔用能體系助力減污降碳及鄉(xiāng)村振興——中國農(nóng)村散煤治理綜合報告》顯示，全國可利用的各類別生物質(zhì)能源資源總計約合9.28億噸標準煤。在此基礎上，不同類型的生物質(zhì)資源的收集成本、可開發(fā)性如何?此外，我們還需要更細致地去評估它們的商業(yè)化利用等級。
從定位上看，還需要進一步分析研判，未來新型電力系統(tǒng)中托底保供的電力需求是多少?火電的需求是多少?這些火電由什么燃料來提供?它與供熱之間是什么關系?
從技術上看，生物質(zhì)利用的技術繁多，這些不同技術的具體應用場景分別是什么，潛力如何?不同技術中哪些是更先進的，哪些有助于提升農(nóng)民收入與生活質(zhì)量，能夠助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略并有效支撐碳中和戰(zhàn)略?
從商業(yè)模式上看，之前生物質(zhì)能無法大規(guī)模商業(yè)化的癥結(jié)之一，是在商業(yè)模式和可支付性方面帶來的財務不可持續(xù)問題，未來如果成本下降的話，或者說如果國家政策也像此前推動風電、光伏發(fā)電一樣支持生物質(zhì)能發(fā)展，那么商業(yè)模式和投融資模式是否就一定能夠形成?其他的影響因素還有哪些?
以上這一系列問題都需要我們進一步地深入分析與研究。目前，能源基金會也正在推動一些相關的工作，包括：支持農(nóng)村散煤的生物質(zhì)替代的研究，對生物質(zhì)利用技術以及試點工作進行梳理，并希望在此基礎上為生物質(zhì)能未來的發(fā)展提出建議。此外，我們也正在開展生物質(zhì)在未來新型電力系統(tǒng)中的定位研究，以及推動有關生物質(zhì)利用的試點示范、商業(yè)模式的探討等。
當前，從政策的角度來看，《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》、《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》已經(jīng)為生物質(zhì)能的發(fā)展指明了大的方向，但就具體的政策激勵措施而言，目前可能還未到密集出臺階段，總體上還處于前期研判期。但我們有理由相信，政策支持力度的不斷加大，可以積極推動一些試點及示范項目的落地，這對于生物質(zhì)能在碳中和背景下的新發(fā)展意義重大，值得進一步期待。
