自從人類學(xué)會(huì)用火開始，生物質(zhì)能就開始成為重要的能源類型，但其地位自蒸汽時(shí)代后一落千丈，化石能源后來居上。進(jìn)入21世紀(jì)，石油危機(jī)、能源危機(jī)促使人類尋找替代能源，生物質(zhì)能再次進(jìn)入視野范圍。
我國的生物質(zhì)能行業(yè)發(fā)展從“十一五”伊始，目前仍然有十幾倍的發(fā)展?jié)摿τ写诰?。機(jī)遇伴隨著挑戰(zhàn)，本文從行業(yè)整體到四大細(xì)分領(lǐng)域，逐一為你分析生物質(zhì)能各細(xì)分領(lǐng)域的發(fā)展方向：
?生物天然氣——技術(shù)成熟但尚需政策推力
?生物質(zhì)發(fā)電——盈利性挑戰(zhàn)嚴(yán)峻，技術(shù)和模式突破是方向
?生物質(zhì)成型燃料——行業(yè)發(fā)展成熟，增長穩(wěn)定
?生物液體燃料——供需均未完全放開，進(jìn)入快車道還需時(shí)日
我國生物質(zhì)能發(fā)展?jié)摿薮?/strong>
生物質(zhì)能是指太陽能以化學(xué)能形式儲存在生物質(zhì)中的能量形式，燒柴火便是對生物質(zhì)能的利用，自從人類學(xué)會(huì)了使用火，生物質(zhì)能就成為重要的能源來源之一?，F(xiàn)代生物質(zhì)能行業(yè)進(jìn)一步對各種有機(jī)質(zhì)中的能源進(jìn)行加工和轉(zhuǎn)換，變成各類更易儲存、運(yùn)輸和使用的能源類型，具體可分為四大類別：生物天然氣，生物質(zhì)發(fā)電，生物質(zhì)成型燃料，生物液體燃料。這四類均已有一定的發(fā)展基礎(chǔ)（見圖1）。
然而總的來說，生物質(zhì)能發(fā)展的時(shí)間并不長，21世紀(jì)以前這個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)研究極少，我國也直到“十一五”才首次將其納入規(guī)劃范圍。2008年石油危機(jī)促使人類開始尋找替代能源，生物質(zhì)能也逐漸成為一個(gè)重要的選項(xiàng)（見圖2）。
正因如此，我國生物質(zhì)能還處于發(fā)展的初級階段，潛力巨大。根據(jù)公開資料測算，當(dāng)前我國生物質(zhì)能每年可以利用的量將近5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相較之下目前已經(jīng)利用的量只有不到0.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，生物質(zhì)能是一座待持續(xù)發(fā)掘的能源寶庫，行業(yè)還有十幾倍的增長空間。
辰于預(yù)測，隨著“30·60”雙碳目標(biāo)引導(dǎo)下的能源革命和能源轉(zhuǎn)型，以及相關(guān)政策支持（例如明確對存量、增量的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目將按照新增不欠的原則由國家繼續(xù)給予電價(jià)補(bǔ)貼，并鼓勵(lì)金融機(jī)構(gòu)按照市場化原則對列入補(bǔ)助項(xiàng)目清單的企業(yè)予以支持），生物質(zhì)能市場“十四五”期間的投資和運(yùn)營規(guī)模將持續(xù)提升，復(fù)合增長率16.6%，到2025年達(dá)到3700億元規(guī)模（見圖4）。投資方面，預(yù)計(jì)生物天然氣投資額最高，增長也最快；運(yùn)營方面，生物質(zhì)發(fā)電占比最高，但生物天然氣的增速最快。
四大細(xì)分市場各有不同，機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)并存
潛力雖大，但是挖掘潛力并非一個(gè)容易的過程。生物質(zhì)能四大應(yīng)用途徑的產(chǎn)業(yè)鏈各有差異，享受的政策待遇也各不同，各細(xì)分領(lǐng)域都是機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)并存，需要一事一論。
生物天然氣——技術(shù)成熟但尚需政策推力
生物天然氣是指通過對秸稈、人畜糞便等生物質(zhì)經(jīng)過發(fā)酵形成沼氣后，進(jìn)一步提純獲得的天然氣，作為天然氣的替代品用于家庭炊事取暖、車用燃料、工業(yè)用氣等領(lǐng)域，它的價(jià)值鏈較長（見圖5）。
發(fā)展生物天然氣意義重大。生物天然氣是技術(shù)成熟的唯一一種“負(fù)碳”能源——以每1kWh排放的全生命周期(LCA) CO2量計(jì)，煤炭為703-1143g，天然氣為508g，風(fēng)電為89g，而生物天然氣為-414g，此外還具有能源、生態(tài)和環(huán)保以及振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)等功能?！笆濉逼陂g發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確了到2020年、2025年和2030年全國要分別實(shí)現(xiàn)生物天然氣產(chǎn)量80億、100億和200億立方米。
然而從國家前期重點(diǎn)支持的生物天然氣項(xiàng)目運(yùn)行情況來看，生物天然氣發(fā)展并沒有預(yù)料中的順利，2018年只有1/3的項(xiàng)目開始運(yùn)轉(zhuǎn)。辰于認(rèn)為主要原因有兩方面，一是政策支持不完善，二是產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不足。
政策支持：生物天然氣的發(fā)展有總規(guī)劃，但是缺乏配套政策，導(dǎo)致項(xiàng)目落地難。例如，當(dāng)前政策補(bǔ)貼重前端投資建設(shè)，后端運(yùn)營過程沒有補(bǔ)貼或補(bǔ)貼少，生物天然氣運(yùn)營成本高，不利于長久發(fā)展；各地方政府對于生物天然氣的配套規(guī)劃大多處于不完善的狀態(tài)，可操作的具體政策少，一半以上省份和地區(qū)甚至并未出臺生物天然氣規(guī)劃的量化目標(biāo)。
產(chǎn)業(yè)鏈：生物天然氣產(chǎn)業(yè)鏈上下游都尚未形成成熟的模式，運(yùn)營困難，難以盈利。上游各種原料收集的模式不成熟，部分項(xiàng)目收集不到足夠的原料導(dǎo)致產(chǎn)出不足，原料收儲的成本占到項(xiàng)目運(yùn)營成本的70%。下游各類產(chǎn)品的消納銷售途徑也不成熟，生物天然氣并網(wǎng)難度較高，而且由于有機(jī)肥市場還沒有完全打開，沼液、沼渣等副產(chǎn)品的銷售也不樂觀。
生物質(zhì)發(fā)電——盈利性挑戰(zhàn)嚴(yán)峻，技術(shù)和模式突破是方向
根據(jù)生物質(zhì)發(fā)電的熱量來源，我國的生物質(zhì)發(fā)電可以分為四個(gè)細(xì)分領(lǐng)域：農(nóng)林廢棄物發(fā)電、生活垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電和沼氣發(fā)電，前兩者占主導(dǎo)，業(yè)態(tài)較為成熟，沼氣發(fā)電也已經(jīng)形成一定規(guī)模，垃圾填埋氣發(fā)電規(guī)模極小（見圖6）。
在地區(qū)分布上，各類型的生物質(zhì)發(fā)電集中于華東華南地區(qū)，但各地區(qū)側(cè)重點(diǎn)有所不同。截至2020年底，垃圾焚燒發(fā)電集中在廣東省、浙江省、山東省、江蘇省、安徽省等地區(qū)，合計(jì)占全國累計(jì)裝機(jī)容量的54%；農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電主要集中于山東省、湖北省、安徽省、黑龍江省、河南省，合計(jì)占比達(dá)到55.3%；沼氣發(fā)電主要集中于廣東省、山東省、河南省、江蘇省、浙江省，合計(jì)占比達(dá)到54.3%（見圖7）。
目前生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)面臨著盈利壓力。以農(nóng)林廢棄物發(fā)電為例，我國從2012年3月即確定上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)是0.65元/千瓦時(shí)，價(jià)格長期沒有調(diào)整，但運(yùn)營成本連年上漲；在補(bǔ)貼時(shí)限上，2020年9月《關(guān)于<關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見>有關(guān)事項(xiàng)的補(bǔ)充通知》中明確生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目全生命周期合理利用小時(shí)數(shù)為82500小時(shí)，相比之前的15年，補(bǔ)貼時(shí)限減少了30%以上，項(xiàng)目全周期收益將受到較大影響。
盈利壓力一方面將促進(jìn)行業(yè)洗牌，在優(yōu)勝劣汰的過程中預(yù)計(jì)行業(yè)集中度將逐步提升，民營企業(yè)的份額會(huì)逐步降低；另一方面，行業(yè)也在積極探索新的商業(yè)模式，提升項(xiàng)目盈利性，其中熱電聯(lián)產(chǎn)是主要的方向（見圖8）。相比單純發(fā)電賣錢，熱電聯(lián)產(chǎn)在發(fā)電過程中產(chǎn)生的剩余熱量也通過向居民或工業(yè)用戶供熱的方式來獲取收入，能量利用率得到提升，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都更好。
生物質(zhì)成型燃料——行業(yè)發(fā)展成熟，增長穩(wěn)定
生物質(zhì)成型燃料是以農(nóng)林剩余物為主原料，經(jīng)切片-粉碎-除雜-精粉-篩選-混合-軟化-調(diào)質(zhì)-擠壓-烘干-冷卻-質(zhì)檢-包裝等工藝，最后制成的成型環(huán)保燃料。不同的原料制成的生物質(zhì)成型燃料熱值不同，可達(dá)3700-5000Kcal/Kg（標(biāo)準(zhǔn)煤是7000 Kcal/Kg），同時(shí)熱效率可以達(dá)到90%以上（煤炭是78%到85%）。燃燒過程中不排渣、無煙、不產(chǎn)生二氧化硫等有害氣體，不污染環(huán)境也是其優(yōu)點(diǎn)之一。
我國從2007年開始關(guān)注生物質(zhì)成型燃料，在《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中明確到2020年，生物質(zhì)固體成型燃料成為普遍適用的一種優(yōu)質(zhì)燃料，年產(chǎn)量達(dá)到3000萬噸。
目前生物質(zhì)成型燃料行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)較為市場化的行業(yè)，辰于預(yù)計(jì)“十四五”期間生物質(zhì)成型燃料的產(chǎn)量將以大約3%的復(fù)合增長率持續(xù)穩(wěn)定增長。
在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上，2015年國家能源局發(fā)布《生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量分級NB/T 34024-2015》，對生物質(zhì)成型燃料的分類、規(guī)格、分級指標(biāo)和試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定；在政策上，自2007年以來各類型政策持續(xù)出臺，政策相對完善（見圖9）；在技術(shù)上，我國已經(jīng)研發(fā)了螺旋擠壓式、活塞沖壓式、模輥碾壓式3種固體成型燃料生產(chǎn)設(shè)備，技術(shù)成熟；在商業(yè)模式上，生物質(zhì)成型燃料鍋爐供熱、生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)等項(xiàng)目模式已經(jīng)形成并廣泛運(yùn)用。
生物液體燃料——供需均未完全放開，進(jìn)入快車道還需時(shí)日
生物液體燃料是指把生物質(zhì)經(jīng)過發(fā)酵提純或者生化合成的方式制造成乙醇或油類等液體燃料，目前主要包括生物柴油、生物乙醇、生物航煤、生物甲醇等類型，生產(chǎn)制造方式各異，其中生物柴油、生物乙醇發(fā)展較為成熟（圖10）。
生物柴油
生物柴油的主要原料是動(dòng)植物油、廢棄油脂或微生物油脂，與甲醇/乙醇經(jīng)酯化轉(zhuǎn)化形成脂肪酸甲酯/乙酯，可以分為上游原料供應(yīng)、中游研發(fā)生產(chǎn)、下游銷售應(yīng)用三大環(huán)節(jié)。
在原料供應(yīng)上，我國生物柴油的原料主要是廢油脂，依賴于餐廚垃圾分類處置，前端收集的產(chǎn)業(yè)尚未完全成熟，原料的成本占生產(chǎn)成本的比例高達(dá)92.7%。而印度、馬來西亞等國主要是以棕櫚油為原料，巴西、阿根廷主要是以豆油為原料，供應(yīng)更加充足。
在研發(fā)生產(chǎn)上，我國產(chǎn)能達(dá)到220萬噸，主要集中在山東、廣東省，行業(yè)集中度較低，行業(yè)前3的集中度僅30%（見圖11）。
在銷售應(yīng)用上，國內(nèi)的主要渠道是出口、交通燃料、化工等，出口是拉動(dòng)行業(yè)發(fā)展的主要渠道，2019年出口占產(chǎn)量的比例達(dá)到80%。國內(nèi)需求的打開是行業(yè)發(fā)展的最大希冀，其中最有望打開的市場是交通燃料領(lǐng)域——生物柴油強(qiáng)制添加政策。部分城市已經(jīng)開始在試點(diǎn)，上海市2013年開始在公交車上實(shí)行B5標(biāo)準(zhǔn)（添加比例5%）?，F(xiàn)在國家已開始全國范圍進(jìn)行B5 強(qiáng)制添加標(biāo)準(zhǔn)的意見征求，并有望隨著雙碳目標(biāo)深入推進(jìn)提升到B10。若政策落地實(shí)施，將產(chǎn)生450萬噸~1000萬噸的產(chǎn)能缺口。
生物乙醇
生物乙醇的發(fā)展路徑要復(fù)雜許多，為了追求高產(chǎn)出，全球范圍內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)不斷迭代升級，原料從玉米、小麥等糧食作物，逐步轉(zhuǎn)向木薯、甘蔗，以及其他農(nóng)林產(chǎn)品廢棄物，解決了與人畜爭糧爭地的問題，生態(tài)效益逐步提升，產(chǎn)量從2500~4000升/公頃提升到46000~140000升/公頃（最新代微藻乙醇）。
我國發(fā)展生物乙醇的總思路是“核準(zhǔn)生產(chǎn)、定向流通、封閉運(yùn)行、有序發(fā)展”，生物乙醇的生產(chǎn)、流通、銷售等都在嚴(yán)格限制范圍內(nèi)進(jìn)行，目標(biāo)到2025年達(dá)到688萬噸產(chǎn)量（2020年400萬噸）。但這一數(shù)字與美國、巴西等國家相比差距較遠(yuǎn)，2017年全球生物乙醇產(chǎn)量中，中國的產(chǎn)量只有美國的二十分之一（見圖12）。
其主要原因，一是我國尚未實(shí)現(xiàn)2代生產(chǎn)的技術(shù)突破，生物乙醇生產(chǎn)水平還處于從1代向1.5代過渡的階段，2代生物乙醇的經(jīng)濟(jì)效益偏低；二是生物乙醇受到政策嚴(yán)格控制，并未廣泛推廣。
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