中国能源革命：用畜禽粪便开发“生物质气田”

导读：一种可按不同原料和规模量身定做的、“集装箱”式的BNG装备生产线即将在京郊开始批量投产，它将为千万个改制养殖场及时和快速提供先进装备和技术服务。每一个改制后的养殖—BNG—环保一体化多联产的养殖场，就是耸立在“生物质气田”上的一口气井，德国已经有5000口，中国为什么不能有5万口？这是完全可以成真的梦想。

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原标题：中国能源革命不能没有“一片”

石元春

习主席最近提出能源革命和5点要求，深受鼓舞与启示。5点要求中提到，在主要立足国内的前提条件下，全方位加强国际合作，有效利用国际资源，以及务实推进“一带一路”能源合作。本文谨就建设本土“生物质煤田、油田和气田”，也就是“一片”谈一些体会。

中国能源革命能提“自主”吗？

崛起中的中国，能源安全乃国之大计，而安全又系之于自主，特别是一个大国。

道理很简单，近60%的石油和近30%的天然气依赖进口并将继续走高，且不说沉重的经济与外交成本，美国对华形成包围圈、东海与南海复杂形势、中东乱局、俄乌“斗气”等能让中国能源有安全感吗？“饭碗任何时候都要牢牢端在自己手里”与“油桶”要尽量放在自己家里的道理是一样的。

问题是，中国崛起对油气需求极旺而本土油气资源又极贫，能有底气提“能源自主”吗？仔细想想，也非绝对不可。“能源自主”是指增加本土能源产出，将油气对外依存度逐渐回落到50%以下或更低。

值此能源转型时代，中国近中期可实行“一手广进化石油气，一手狠抓替代能源”的“两手”战略。趁全球能源大宴的“最后晚餐”（世界石油与天然气分别可使用53.3年和54.8年，《BP世界能源报告2014》）和生产消费版图转移时机，中国不妨广进油气，抢得一杯残羹，作为大国博弈中手上的一张大牌，在战略上是得当的。但是，随着油气资源渐竭、开发难度与成本增加，价格战与资源争夺更加激烈，国家能源安全度势将走低。因此，在广进油气的同时，必须未雨绸缪地狠抓替代能源，因为替代能源形成气候需要一二十年或更久。所以，这“一进一替”，必须两手都要硬，只有双面下注才能真正提升国家能源安全。这一二十年是我国能源战略转型关键期，千万把握好机遇，避免战略失误。

现在的问题是，化石能源在中国太强势，决策者满脑子都是为解决现实问题的化石能源，替代能源仅“捎带脚”而已，少有危机感和紧迫感。“一进”很硬，“一替”很软，是当今国家能源决策中的重大隐患。随之而来的问题是，我国清洁能源能担此“一替”重任吗？据2009年中国工程院咨询报告，我国不含太阳能（缺数据）的本土清洁能源，近中期可年收集作能源用的资源量为21.5亿吨标煤，相当于2013年能源消费总量的40%，如加太阳能则可撑半壁河山。在能源多元化的未来，能撑起1/4或1/3天下的能源就是大能源。就资源潜力而言，清洁能源是可担此任的。

同上资料，各类清洁能源的资源量及占比排序是：生物质（11.71亿吨标煤，占比54.5%）、水电（5.84亿吨标煤，占比27.2%）、风电（3.35亿吨标煤，占比15.5%）和核电（0.58亿吨标煤，占比2.7%）。生物质资源量是水电的2倍和风电的3.5倍。2013年我国生物质能、太阳能和风能的实际产能分别折合为5191.5万吨标煤、4722.1万吨标煤和4117.5万吨标煤，生物质能源也处在首位。

以下分别阐述开发本土“生物质煤田”、“生物质气田”和“生物质油田”。

开发本土“生物质煤田”

生物质不经液化或气化，直接以固态形式作为直燃发电和成型燃料的原料，其能效可较传统薪柴提高数倍以至10倍，并可大幅减排有害气体与粉尘。以生物质替代煤炭发电和以成型燃料供热在欧美已流行半个多世纪，技术与市场很成熟。瑞典热电颗粒联产的能效可达95%以上。成型燃料年人均消费200多公斤，2013年的全国能源消费结构中，生物质已是占比32.4%的第一大能源了。2012年全球有634家万吨以上规模的成型燃料厂，总产3305万吨，主要在欧美诸国，中国只占2.7%（《生物质能源国际BEI·2012》）。

固体生物质能源在中国近十年才发展起来。2013年全国生物质直燃发电项目200余个，并网容量7790兆瓦，上网电量356亿千瓦时，约相当于1/3的三峡电站发电量，其中48%集中于赣、鲁、粤、浙四省。生物质发电在我国已初具规模，发展态势良好。成型燃料发展之初，皆民营中小企业经营，深受资金、技术、政策等诸多制约，步履维艰，九死一生。近年，生产链条的原料收集、储运、成型、燃烧利用、技术装备诸环节，都有如广州迪森、北京奥科瑞丰、吉林宏日、江苏牧羊等一批骨干企业脱颖而出，初步奠定全行业发展基础。2013年全国成型燃料总产683万吨。

近年全国雾霾暴发和2013年9月国务院发布《大气污染防治行动计划》后，成型燃料已成为全国60余万个中小锅炉年约6亿吨燃煤的最佳替代能源，国家有关业务主管部门下发多项鼓励性政策、条例和计划，正在积极推进。生物质成型燃料具有低灰、低硫、低氮的特点，接近天然气排放水平，价格是天然气的一半。成型燃料供热的近中期市场定位，以替代约60万个中小燃煤锅炉为主；中长期可为农村及中小城镇供热。当前和以后相当长一段时间里，减排、治霾和压煤是一种国家行为，必将为生物质固体燃料提供强劲社会需求和广阔市场。

我国“生物质煤田”的可开采储量是多少？

固态生物质能源的原料主要是作物秸秆和林业剩余物，根据中国工程院资料，二者可收集作能源用的年资源量分别为4.7亿吨和3.5亿吨。如一半用于气态和液态燃料，剩下的一半用于固态燃料，则“生物质煤田”的年可用能源资源量约4.1亿吨，可替代3亿多吨煤炭。据2012年统计，全国农作物秸秆的82%来自粮食作物，其中玉米、小麦和稻谷分别占46.0%（3.55亿吨）、20.4%（1.57亿吨）和15.8%（1.22亿吨），说明资源是相对集中的。粮产区即秸秆主产区，粮田即“生物质煤田”，其中黄淮海平原和东北平原粮区是两片“富矿”。3.5亿吨林业剩余物主要产自全国各个林区，多集中于我国西南和中南诸省。经数十年的建设，我国林区有健全的国家林场管理系统，林业生物质能源一旦得以开发，林场即生物煤场，可控性和操作性很强。

开发“生物质煤田”的关键在于政府的胆识、决心和得力配套政策；在于引进资本和实力较强企业；在于解决好原料收集难点；在于探求和建立适合不同原料和市场条件的多种商业模式。

开发本土“生物质气田”

当前国家最为紧缺和大量进口的是天然气，本土“生物质气田”又能替代几何？

对畜禽粪便、城市污泥污水、加工业废水废渣，以及作物秸秆等有机废弃物和污染源作无害化和资源化处理的最佳方式，是经微生物厌氧发酵生产沼气。沼气含甲烷约60%，如提纯到92%以上，即同质于天然气（NG），提纯后的沼气称生物天然气（BNG）。如果说固态生物质燃料在燃烧中，除钾元素外的几乎氮、磷、铁、锰、锌等所有植物营养元素皆被挥发或固化，微生物厌氧发酵过程则近乎全部保存，可重归土壤和参与物质循环；如果说固态生物质燃料是零碳排放，沼气则是负碳排放。即每做1千瓦时功，天然气排放398克CO2，沼气则是负414克，因它有同化空气中CO2和消除向大气释出甲烷的功能。所以，从原料到转化过程以至产品，BNG既是清洁能源产业，又是环保产业，其能效和物效极高，且负碳排放，真是一种神奇的能源。

近十年，当中国大规模发展农村户用沼气之时，欧洲则因俄罗斯不能稳定供应天然气而发展了工业沼气和BNG生产。德国大型沼气—生物天然气工程由2000年的850个，增加到2009年的4780个，发电产能达1600兆瓦，计划2020年达9500兆瓦。2006年瑞典生产车用BNG2500万立方米，超过了化石天然气消费量（2000万立方米）。2011年欧盟27国已有12400个大型沼气生产厂，年产量相当于100多亿立方米BNG，计划2020年达到459亿立方米。欧洲以压力为动力，变被动为主动地成就了一个多么好的BNG战略新兴产业。中国能源革命也要有这种精神和豪气，不能一味依赖进口。BNG基本建设一次性投资是进口化石天然气的37%和“川气东送”工程的40%，经济性亦佳，开发潜力很大。

2008年前后，北京德清源、山东民和、河南天冠、上海白龙港污水处理厂等日产2万～9万立方米的大型沼气生产厂陆续投产和发电上网；第一个日产1万立方米的BNG生产厂及所驱动的数百辆出租车出现在广西南宁市；德清源、民和、海南神州的车用BNG相继投入运营；日产7万和10万立方米的BNG项目也将陆续投产。中国企业正紧跟BNG国际发展形势。

BNG生产在我国不存在技术与装备障碍，经济上可行，市场需求巨大。

我国“生物质气田”的可开采储量是多少？

生产微生物发酵型沼气的原料主要是两类，一类是畜禽粪便和秸秆等农业废弃物；一类是加工业排放的高COD值有机废水、废渣及城市污水、污泥。中国是养殖业大国，猪与鸡的饲养量世界第一，牛羊位居前列，畜禽粪便资源丰富。且80%以上养殖场集中于农区，特别是粮食产区，所以粮产区即作物秸秆与畜禽粪便资源富集的优质生物质气田。

据中国工程院最新资料，2009年我国规模化养殖场的畜禽粪便具年产472亿立方米沼气的资源潜力。如按1:1配入作物秸秆，则具年产约1000亿立方米沼气或630亿立方米BNG的潜力，黄淮海平原与东北平原无疑是这片生物质气田的富产区。另一片生物质气田则是经处理的工业废水废渣和城市生活污水，有大分散小集中和易收集特点，其资源量具年50亿立方米沼气或32亿立方米BNG的生产潜力。两处“生物质气田”合计可年产出662亿立方米BNG。

开发农区生物质气田的一条重要策略，是以现有万余规模化养殖场为据点，收集周边秸秆等农业有机废弃物，形成千千万万个BNG“气井”。有政府积极引导，市场强劲需求，可观经济效益，技术装备无障碍，何愁年供数百亿立方米的生物质气田建设不成。多年来，我国大中型养殖场的沼气项目并不少，但多为政府安排处理畜禽粪便的环保项目，多是既无内驱力又无市场拉动力的政府出钱，养殖场办差的“样子工程”。如果以北京德清源和山东民和为样板，改制为新型的养殖—BNG—环保一体化的多联产的高赢利产业，现养殖场何乐不为。现有规模化养殖场改制是开发“生物质气田”的关键。

善其事先利其器。令人高兴的是，一种可按不同原料和规模量身定做的、“集装箱”式的BNG装备生产线即将在京郊开始批量投产，它将为千万个改制养殖场及时和快速提供先进装备和技术服务。每一个改制后的养殖—BNG—环保一体化多联产的养殖场，就是耸立在“生物质气田”上的一口气井，德国已经有5000口，中国为什么不能有5万口？这是完全可以成真的梦想。

开发本土“生物质油田”

国际公认，运输用燃料的当家品种是液体燃料。2013年，美国用4000万吨生物乙醇替代了13%的原油进口，而将石油对外依存度降到50%以下；巴西的2000万吨甘蔗乙醇占全国石油燃料市场的57%，以及1830万辆使用燃料乙醇汽油的灵活燃料汽车（FFVs），占全国汽车拥有量的61.8%。2013年全球产生物液体燃料9300万吨，并保持4.5%的年均增速，其中燃料乙醇占80%以上。