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生物质能产业崛起的背后 —— 《德国生物质能行动计划》

日期:2020-04-26    来源:交能网

国际新能源网

2020
04/26
10:58
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关键词: 生物质能 生物质原材料 生物质能产业

前言:为了促进生物质能在能源领域的应用,欧盟委员会于2005年12月就提交了《欧盟生物质能行动计划》,并呼吁成员国制定本国计划,因此《德国生物质能行动计划》应运而生,其目的是从宏观整体角度出发,在遵守可持续性标准的同时,大幅度提高生物能源在德国能源供应中的份额,减轻气候变化影响,确保能源供应,促进经济发展,新创增值尤其是农村地区,从而实现生物质能的高效性,社会性和环境相容性。该行动计划对于德国生物质能产业的总体布局与发展扩大起着十分重要的指导意义,对我国正在不断扩张的生物质能产业也有一定的借鉴作用,本文将从不同方面展开详细介绍。

背景和挑战

在上次的系列文章中,我们从生物质能高效产热出发,为大家介绍了该领域所面临的挑战,这是整个生物质能产业所面临的难题,更是《德国生物质能行动计划》需要涵盖的内容,这里简要做个总结。

生物质能源生产,粮食作物和生物质原材料之间的多用途竞争,以及各类能源生产之间的竞争。

来自生物能源生产的次级产品在动物和人类食物供应中的关键作用。

生物质能相关技术仅在市场上部分可用,大部分无竞争性,需要进一步提升效率。

生物能源领域需要大量研究工作,要通过政府高科技战略不断推进。

生物质能利用需要得到大众认可。

用于能源供应的生物质能生产的增加所带来的正负面的经济和社会影响。

越来越多的发展中国家正在出口生物质能,如何在可持续发展背景下更多地利用生物质能。

目标和方法

早在2007年的时候,德国内阁特别会议就商定了综合能源和气候变化方案,并对生物质能做出了长期的目标规划。

转眼已经到了2020年,我们来看一下来自2019年1月的一份关于电力供应的一次能源占比统计图,这也侧面反映了德国包括《生物质能行动计划》在内的一系列能源政策法规与宏观规划是否经得起考验。可以看到,无论是生物质能(8.3%)还是可再生能源总占比(40.4%),与2007年的数据相比,都超额完成了目标。

图:德国一次能源供电占比,2019年1月更新数据

虽然还未到2020年,德国生物质能在能源供应领域的份额已经翻了一番,但德国并不是生物质原料的生产大国,因此很大程度上依赖进口,例如生物柴油的主要原料为油菜籽、大豆、葵花籽等油料及其压榨后的植物油以及棕榈油,其中德国生产的生物柴油占欧盟产量的一半以上,但这些原料欧盟产量有限,预计进口量会随着能源需求与其他需求的上涨不断增加。

图:德国生物质能进口比例

为了保障生物能源继续扩张,需要从以下几个方面构建政策框架和推广措施:

在热,电和燃料领域进一步促进更多的生物质能利用

生物质是一种多功能能源,木材可以供热,沼气能将热能和动力结合在一起,油籽生产的燃料可为固定式和移动式发动机提供动力等。在热,电和燃料领域出现的新技术还没有得到充分开发,生物燃料目前是交通领域唯一的可再生替代品。因此生物能源在所有热,电和燃料中都是必不可少的。

更好的市场准入

只有在很多技术合适可用并投放市场的情况下,才能有效广泛利用生物质进行能源生产。这些技术中的一些仍待开发,因此,必须加大研究力度,并向其他国家转让有效的,对环境无害的,适应性强的技术。

增加生物质供热比例

就短期和中期而言,在德国使用生物质来供热(例如,通过燃烧木材)在环境,经济和结构方面会非常有利,但前提是要限制与燃烧有关的空气污染。

进一步开发其他生物质潜力,以减轻潜在的土地利用冲突

为了使生物能源的开发既经济又环保,同时减轻其使用方面的潜在冲突,必须开发其他类型的潜力,例如:森林废弃物,景观维护产生的生物质,制造业(废物和副产品)产生的生物质和废物等,在创造就业和创造价值方面产生了相对较高的净效应,且没有引发土地争夺。

生物质能必须采用可持续生产

农业和林业生物质生产必须采用可持续管理方法,以避免对社会和环境造成任何不利影响,必须在整个产业链中观察生物质生产对环境的影响,以确保积极面不会被消极面所抵消。除了避免二氧化碳排放外,还必须保护生物多样性,保证可持续种植。

进口可持续生产的生物能源

德国需要依赖其他欧盟成员国或第三国的供应来实现其能源政策目标。进口也应遵守可持续生产和加工生物质的标准。

为经济发展和新创增值做贡献

考虑到农村地区中型企业以及农林业带来的经济效益和机会,应在可行的情况下促进生物质的分散利用,包括供热以及热电联产。此外,相关高效生产设备的出口也为德国企业提供了更多机会,同时有利于其他国家缓解气候变化的压力。

除以上几点之外,还包括提高生物能源相对化石能源竞争力,减轻能源使用与原材料使用的冲突性,限制耕作环境的压力等方面。

具体措施和手段

1. 确保可持续的生物质供应

生物质能的大规模生产也会带来负面效应,例如作物轮换时间缩短会导致土壤中有机物质的损失(腐殖质耗竭)并威胁到生物多样性,因此在寻求可持续发展的过程中要尽量避免负面结果,可以采取以下措施:

a)监测和加强良好农业规范

具有约束力的耕作规范要求可以保障种植作物的可持续的生产,同时定期监测耕作规范,并在必要时进行调整,例如德国的《联邦林业法》和各州特定林业法律中都明文规定了可持续森林管理规范。

b)制定可持续发展标准

确保可持续地生产和使用生物质需要制定合理的标准,以此为生物质作物的种植方法和生物质衍生品等提供检验方法。国家,欧盟和国际上都需要建立可持续性标准和相关的认证体系。例如欧盟的《可再生能源指令》,对于生物燃料做出了相关要求。德国的《可再生能源加热法》也对所用生物质的类型提出了可持续性要求。

c)在国际层面制定和快速执行可持续性标准

全球生物能源的使用虽然促进了生物能源燃料的国际贸易,但也降低了各国法规的有效性,因此在国际层面上需要积极制定统一的可持续性标准,建立全球适用的体制框架,例如国际公认和广泛使用的森林可持续性认证(例如FSC和PEFC)。

d)促进可持续性研究与发展

政府需要积极促进和开展涉及可持续生物质利用的各类研究和开发工作,其中包括能源作物的种植方法,如何扩大使用范围,如何建立可持续性标准和认证计划以及生物质转化等。

2. 缓解生物质利用冲突

生物质能的多用途性必然会导致生物质生产和土地利用方面的冲突和竞争,需要采取以下措施来应对:

a)增加农业单位面积的产量

为了实现现有耕地上生物量单产的可持续增长,德国政府促进开发和优化了适合当地需求的能源作物生产模型。培育高能源产量植物是重中之重,政府因此提供了大量研究经费。此外要进一步改善农业生产。

b)不与食品生产或生物质的其他用途竞争的废品和副产品

通过开发和示范活动促进秸秆等生物废料的使用,提供政府资助。通过《可再生能源法》(EEG)促进青贮饲料和有机废物等的更多使用。

c)挖掘木材的使用潜力

评估更广泛使用木材的潜力。根据《联邦林业法》修正案,通过建立森林所有者协会来简化木材共享销售,并根据“改善农业结构和沿海保护联合任务”引入奖励机制,提高营销活动效率(GAK)。在木材储备时,必须考虑到土壤保护和自然保护法的要求,如枯木量,濒危物种的栖息地保护和生物多样性保护。

e)提高生物质利用效率

通过研究,开发和示范来改善生物质到能源的转化过程。并通过建立适当的法律框架,促进级联使用。

根据《可再生能源法》,对生物质发电的热电联产给予激励措施。

3. 生物质供热

a)《可再生能源加热法》和市场激励计划

德国的《可再生能源热法》规定了新建建筑物的所有者有义务使用可再生能源来满足其部分热量需求,其中包括生物能热。法律还规定了只有在利用高效技术的情况下,才可以使用生物能源。除此之外,德国政府也为其市场激励计划(MAP)也提供了高额资金,以促进可再生能源产热。

b)促进供热和沼气网络的构建

为了充分使用生物质发电时产生的能量,通常有必要将热量或沼气本身输送到需求处,在这个过程中区域供热和沼气网络的构建十分重要。自2008年以来,德国政府和各州就促进了对这种供应系统的投资,

c)限制排放

为了限制和减少由生物质供热过程中释放的污染物带来的风险,通过法律对中小型燃烧工厂排放标准进行了严格的规定,并推广了新的减排技术。 

4. 生物质发电

a)《可再生能源法》

在过去这几年里,德国进行了一系列的改革,《可再生能源法》(EEG 2017)、《热电联产法案》(KWKG)和《能源经济法案》(EnWG)的发布,提升了能源转型对于所有参与方的可计划性以及成本效益。生物质发电领域的许多变化,是对当前市场趋势和原材料成本的回应。最重要的新规定涉及激励措施,以提高能源效率并更多地利用生物质能,例如促进通过热电联产设备进行生物质发电。

b)简化了向天然气网格的沼气输入

想要有效利用沼气必须改善沼气供入燃气网的机会。生物甲烷可以通过气网运输以提供热量或燃料,也可以用于热电联产厂和运输部门。为此,德国的《燃气网访问条例》,《燃气网支付条例》和《激励条例》已作相应修订,目的是了满足2020年的6%和2030年的10%的沼气需求目标,同时优化了生物甲烷气网格访问规则,提高了电网连接方式的透明度,并通过《燃气网格通行条例》和《燃气网格支付条例》中的特殊规定,并通过修改《激励条例》(例如统一的质量标准,更长的平衡期,更大的灵活性范围和特殊条款),打破生物甲烷电网的壁垒。

c)符合高科技战略的研究

通过改进流程提高效率并降低成本,进一步开发液化气工艺,以在中型设施中有效利用木质纤维素生物质。研究开发用于生物质利用的新型高效热电联产(制冷)和电力技术,现有的创新技术方法也具有巨大的发展潜力。

5. 生物燃料

早在2004年,德国政府就制定了一个到2020年的燃料战略,采取了双重方法:促进创新,以提高通用发动机技术的能源效率;在较长时期内提升交通运输的能源供应基础。生物燃料在所有这些方面都起着关键作用。2008年德国政府提出了立法草案,以改变生物燃料的推广方式,旨在修改《联邦排放控制法》中有关生物燃料配额的规定以及《能源税法》中所包含的生物燃料税收减免规定。

a)欧盟燃料和生物燃料指令

欧洲议会,欧洲理事会和欧洲委员会之间就生物燃料和可再生能源指令达成了协议,这些规定将在很大程度上决定了政策框架(尤其是有关可持续性条例的规定),并且必须由成员国实施。

b)更多使用生物燃料并提高效率

c)生物甲烷作为燃料

根据修订生物燃料的立法草案,将生物甲烷计入汽油和总配额之内,进一步促进生物甲烷在运输部门的使用,为生物甲烷的制备和向电网供料提供新的动力。

6. 其他措施

a)研究,开发和示范项目

要实现生物能源的最佳利用,需要进行大量研究,通结合科学和工业领域的专业知识来制定一套共同的战略目标,这将有助于大大提高农业原料的生产和使用效率,对于大幅提高生物质能所占的份额并促进国际竞争也是必要的。2008年2月,政府成立了德国生物质能研究中心(DBFZ),通过应用研究,全面的、科学的支持将生物质高效地整合为宝贵的资源,用作可持续发展的能源储备,涵盖包括技术,生态,经济和社会等的生物质能整条产业链,也为政府制定政策提供了基于科学的决策支持。除此之外,还有其他农业,能源和环境领域的公共研究机构,例如BMELV研究部门,Helmholtz研究中心,大学和技术学院以及其他德国,欧洲和国际研究机构等。德国政府将继续促进高层研究,开发和示范项目。

图:德国生物质能研究中心(DBFZ)

b)国际合作

德国政府积极与国际机构和委员会合作,特别是与巴黎国际能源署合作, 并支持2005年发起的八国集团(G8)倡议全球生物能源伙伴关系(GBEP)的活动,该论坛使其各成员能够通过自愿合作,在政府、国际组织和其他伙伴之间,就生物能源的可持续性以及生物能源对减缓环境变化的贡献达成共识,同时为各成员提供一个分享信息和良好做法的平台。

c)结合群众形成网络

生物能源的使用涉及生活的许多领域,因此需要加强针对生物质生产者,工业和贸易,消费者以及对此主题感兴趣的其他人的公共关系工作。德国2008年启动的生物能源区域竞赛,其中选择了约25个示范区域,以展示如何通过群众参与来促进生物能源利用。通过呼吁建立可持续的生物能源结构,推广适合于本地的生物能源项目之例如,在分散供热厂的区域供热系统中使用生物质。

除此之外,还有一些其他促进生物质能使用的措施,这里就不一一赘述。


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