生物質能將成為零碳產業園區供能系統主要組成部分

邱德杰 善能生態集團有限公司

截至2022 年6 月，我國共有173 個國家級高新區、230 個國家級經濟技術開發區、2107 個省級經濟技術開區，660 家國家級產業園區，15000 多家各類產業園區。從能耗情況來看，我國產業園區能耗約占全國全社會能耗的69%，碳排放約占全國全社會碳排放的31%。

為解決經濟發展與環境污染兩大矛盾體，零碳產業園區應運而生。

1 零碳產業園區介紹

1.1 定義

零碳產業園區是指通過集成優化不同種類的“低碳”“零碳”“負碳”屬性的清潔能源應用技術，運營服務商為產業園區企業提供冷、熱、電、氣、氫等綜合能源與服務，從而使產業園區企業運營過程中的碳排放量與清潔能源供能系統碳減排量全部中和，實現凈零排放。

零碳產業園區不是減生產力，也不是不排放，而是要走生態優先、綠色低碳的發展道路，在經濟發展中促進綠色轉型、在綠色轉型中實現更大發展。

1.2 發展前景

我國要實現“30·60 雙碳目標”,任務非常艱巨。國務院于2021 年10 月印發《2030年前碳達峰行動方案》，設立了“選擇100 個具有典型代表性的城市和園區開展碳達峰試點建設”的目標。

為支持零碳產業園區的快速落地與推廣，多個省市搶灘布局、加快建設各類零碳產業園區，包含對現有工業園區改造和新建零碳產業園區。其中，內蒙古自治區、安徽省、福建省、廣東省率先出臺政策，鼓勵開展零碳工業園示范項目，北京市、江蘇省、重慶市、上海市、浙江省、青海省等已建成或正在建設零碳產業園區。

據初步估算，零碳產業園區將為國家碳中和目標貢獻至少28%的減排量，并帶來約30 萬億的投資需求。

2 主要清潔能源介紹

2.1 分類

2.1.1 按照碳屬性分類

零碳清潔能源：生物質能。

負碳清潔能源：風能、太陽能、水能、氫能、地熱能等。

低碳清潔能源：天然氣。

2.1.2 按照循環利用分類

可再生能源：生物質能、風能、太陽能、水能、氫能、地熱能等。

非可再生能源： 天然氣。

2.2 發展現狀

2.2.1 生物質能

生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。在光合作用過程中，生物質需要吸收大氣中的二氧化碳，從而起到固碳作用；同時，在燃燒或分解過程中，生物質將向大氣釋放二氧化碳。從全壽命周期來看，生物質向大氣中吸收和釋放的二氧化碳含量相同，因此生物質是唯一一種可再生的零碳能源。

生物質資源豐富，被稱為第四大能源，主要分布在山東、安徽、河北、江蘇、湖北、浙江等經濟發達地區。生物質能應用廣泛，但生物質發電技術是目前生物質能應用方式中最普遍、最有效的方法之一。截止2022年年底，生物質發電累計并網裝機容量達到4132 萬kW，全年發電量達1824 億kWh，全國生物質發電年平均利用小時數約4414h。

2.2.2 風能

截止2022 年年底，風電累計并網裝機容量達到36544 萬kW，全年發電量達7626.7 億kWh，全國風電年平均利用小時數約2087h。

2.2.3 太陽能

截止2022 年年底，太陽能發電累計并網裝機容量達到39261 萬kW，全年發電量達4272.7 億kWh，全國太陽能發電年平均利用小時數約1088h。

2.2.4 水能

截止2022 年年底，水電累計并網裝機容量達到41350 萬kW，全年發電量達13522 億kWh，全國水電年平均利用小時數約3270h。

2.2.5 天然氣

截止2022 年年底，天然氣發電累計并網裝機容量達到11355 萬kW，全年發電量達2848 億kWh，全國天然氣發電年平均利用小時數約2508h。

2.2.6 氫能

綠氫作為最理想能源，是未來氫能發展的主要方向。綠氫目前面臨三大難題：儲運、安全、生產成本（40 元/kg）。綠氫產業發展目前尚處于起步階段。

2.2.7 地熱能

我國主要以中低溫地熱資源為主。故我國地熱能適合發展的主要方向是供暖和供熱。

3 生物質能將成為零碳供能系統主要組成部分

3.1 主要清潔能源綜合對比

本文對生物質能、風能、太陽能、水能、天然氣等主要清潔能源應用于發電行業的綜合對比，暫不考慮作為二次能源的氫能和以供暖為主的地熱能，詳見表1。

表1 主要清潔能源綜合對比

通過表1 主要清潔能源綜合對比可以發現：主要清潔能源綜合得分由高到低分別是生物質發電、水電、天然氣發電、風電、太陽能發電；生物質發電具有年平均利用小時數最高、電能穩定性較高、資源豐富區主要分布在經濟發達地區等優勢，雖然純發電成本高于風電和太陽能發電，但生物質可采用熱電聯產技術提高項目經濟性。水電發電成本最低并且年利用小時數較高，但因存在枯水期導致發電周期性波動，資源豐富區也主要分布在西部和中部經濟欠發達地區。天然氣發電雖然電能穩定性最高，但發電成本也最高，年平均利用小時數低。天然氣發電主要分布式在沿海地區。風能資源分布廣，發電成本較低，但電能穩定性最低，年平均利用小時數較低。太陽能資源分布廣，發電成本低，但因晝夜交替、天氣多變等原因而導致電能穩定性較低，年平均利用小時數最低。

3.2 生物質能與儲能系統綜合對比

3.2.1 儲能系統簡介

電能儲存可以轉換為化學能、勢能、動能、電磁能等形態，按照其具體方式主要可分為機械儲能、電磁儲能、化學儲能三大類型。

在零碳供能系統中，儲能以電化學儲能為主，主要有穩壓穩頻、調峰削峰、能量平衡、應急備用等功能。

3.2.2 生物質能與儲能系統綜合對比

作為同樣具有穩壓、調峰作用的生物質能，與儲能系統綜合對比如表2。

表2 生物質能與儲能綜合對比

通過表2 生物質能與儲能綜合對比可以發現：作為零碳供能系統基準源，生物質能綜合優勢更加明顯。因此零碳供能系統基準源應按照以生物質能為主的設計原則。

3.3 生物質能是零碳供能系統主要組成部分

零碳供能系統屬于智能微電網范疇，其系統穩定性和安全性尤為重要。通過本文綜合對比可以看出，在清潔能源中，生物質能不但可以作為零碳供能系統的基準源，同時也是零碳供能系統的定海神針，可為產業園區同時提供冷、熱、電、氣等形式的能源，承擔供能系統基礎保障的重擔。

4 生物質能在零碳產業園區的綜合應用

4.1 生物質能綜合應用

生物質能主要由農林生物質、生活垃圾、餐廚垃圾等三大類組成。生物質能原料來自零碳產業園區自身及周邊。農林生物質利用固化技術、化學轉化技術、直接燃燒技術可向零碳產業園區提供生物質顆粒、氣化氣、生物質炭、冷、暖、汽、電等產品與服務；生活垃圾可通過直接燃燒技術向零碳產業園區提供冷、暖、汽、電等產品與服務；餐廚垃圾可通過生化轉化技術向零碳產業園區提供沼氣（生物質天然氣）、冷、暖、汽、電等產品與服務。詳見圖1。

圖1 生物質能在零碳產業園區的綜合應用

生物質能在零碳產業園區的綜合應用具有以下優勢：通過生物質能的綜合應用，可基本滿足零碳產業園區企業對不同品類能源的需求；遵循能源梯級利用原則，可實現供能系統能量的統籌利用，把能量吃干榨盡，提高能源利用效率；通過對零碳產業園區垃圾的再循環和資源化利用，可大力推進產業園區垃圾的減量化、資源化、無害化，發揮減污降碳協同效應，推動實現碳中和。

4.2 生物質能創新應用

4.2.1 “生生耦合”技術

生物質氣化工藝與生物質熱電廠開展深度耦合，將生物質熱解為富含H2、CO 等還原性氣體的可燃氣體，將該可燃氣體保持在350℃以上引入到電廠鍋爐。

優勢：與純氣化發電相比，提高了綜合利用效率；與純氣化發電相比，解決了焦油處理難題；與純氣化發電相比，減少了投資運營成本；還原性氣體對耦合鍋爐脫硫脫硝具有輔助作用。

4.2.2 “生廢耦合”技術

零碳產業園區產生的污泥等固廢通過與農林生物質摻配混燒，實現固廢垃圾就近處理。通過“生廢耦合”技術，可減少供能系統對農林生物質的供應需求，同時降低了零碳產業園區企業的固廢處理成本，實現多贏局面。

4.2.3 “多生一體化”技術

關于農林生物質、生活垃圾、餐廚垃圾等生物質能，目前在市場上基本都是單獨應用方式（除光大已實現的農林生物質和生活垃圾發電一體化）。在零碳產業園區，為了實現零碳排放，建議運營服務商建設三種生物質能應用一體化，便于統一協同管理，進一步降低項目單位千瓦建設成本和經營度電成本。

5 零碳產業園區布局建議

5.1 優先考慮建設在生物質資源豐富區

作為零碳供能系統主要組成部分，零碳產業園區應優先考慮建設在河北、河南、山東、江蘇、安徽等生物質資源豐富地區。這些地區同時也是產業密集的經濟發達地區，完全符合零碳產業園區的建設需求。

如無法利舊生物質能項目，在規劃新生物質能項目時，要合理規劃生物質資源收儲運體系，保障燃料源頭供應，避免與周邊生物質項目發生原料沖突。

5.2 設計以多能互補為基本原則

首先，作為零碳供能系統基準源，應按照以生物質能為主、儲能為輔、市電為備用的設計原則，確保產業園區企業用能的穩定可靠。

其次，結合當地資源稟賦，因采取“宜風則風，宜光則光、宜氣則氣”多能互補的設計基本原則，盡力做到零碳供能系統碳減排量與產業園區運營過程中碳排放量相等，從而實現凈零排放。詳見圖2。

圖2 零碳供能系統圖

5.3 建設產業循環集群

以“橫向耦合，縱向延伸”為原則，引入產業鏈上下游的企業和服務，形成企業首尾相連，互為供需、互聯互通的產業鏈，從而產業園區由產業集聚向產業集群轉型。

5.4 打造數字化綜合智慧能源平臺

綜合智慧能源服務平臺采用數字化能耗、碳足跡等新一代信息技術應用，打通園區內供能、生產、交通等各場景的碳管理，全面追蹤能耗與碳排放，實現產業園區零碳排的完美閉環，以數字化、智能化賦能綠色化 。

5.5 開發CCER 市場

生態環境部對外宣傳2023 年年內重啟CCER 市場。零碳產業園區每年可減少大量的二氧化碳排放。服務商應重視開發CCER市場，每年可獲得可觀的額外收入。

6 結語

作為一種可再生、性價比高的零碳能源，生物質能不但可以為產業園區提供電能，同時可利用氣炭熱電聯產等新應用技術為產業園區提供熱能、冷能、生物質天然氣、生物質炭等多種形式的能源產品。故生物質能必將成為零碳產業園區零碳供能系統主要組成部分。生物質能在零碳產業園區中的應用前景和發展空間非常廣闊，應推進相關政策和技術創新，促進生物質能在零碳產業園區中的應用和發展，為實現可持續發展和環保目標提供支持。