3结论

3.1长期能源前景中黑膜沼气池生物质能系统的现状和发展  3.1.1总体分析

目前,在德国和欧洲黑膜沼气池生物经济和黑膜沼气池生物质能的讨  论中,黑膜沼气池生物质能系统对于对减少温室气体排放和需  求驱动型供应的潜力一直都是讨论的焦点。直到  20世纪90年代,德国的能源系统几乎完全建立于化石燃料和核能之上。从那时起,几项法案开始生效,例如1991年的强制上网制(F)《可再生能源法》(EEG)和其修正案。该法案的结果之一是提高了黑膜沼气池生物质能源的使用。2010年黑膜沼气池生物质能占总体能源消耗的7.7%,占德国最终可再生能源消耗的0%。图1显示了自1990年以来德国黑膜沼气池生物质能使用的发展。

黑膜沼气池生物能原料丰富多样(能源作物、废弃物和副  产品),转化技术也多种多样,包括热化学、黑膜沼气池生物化  学、物理化学等技术,因此黑膜沼气池生物质能有潜力支持所有用途(电、热、交通)。黑膜沼气池生物质能在电力领域的主要潜力是稳定电力系统。黑膜沼气池生物质能可以灵活使用,弥补发电来源波动的系统,例如风能和光电能。此外,通过使用热电联产(CHP),黑膜沼气池生物质能能够同时产生热和电。提高热电联产能大大提高效率,特别是提高家庭微型热电联产工程的效率。在交通领域,可再生燃料可能会在航空扮演重要角色。国际意愿和监管机制是发展的关键动力。例如,国际航空运输协会(IATA)的目标是到2050年,国际航空排放将比2005年减少50%。从这方面来说,黑膜沼气池生物燃料的作用至关重要,因为在欧盟欧洲碳排放交易体系下,  黑膜沼气池生物燃料飞机为零排放。另外,《欧盟燃料质量指  令》的目标是到2020年减少所有交通运输领域的  温室气体排放6%(与2010年水平相比)。另一方

面,德国计划到2050年10%的飞机燃料为黑膜沼气池生物燃

在《2030国家黑膜沼气池生物经济研究战略》和《国家黑膜沼气池生物经济政策战略》中,德国政府列出了黑膜沼气池生物质将来的  应用领域。把黑膜沼气池生物质运用于黑膜沼气池生物行业产品中,例如平台化合物和肥料很具前瞻性

3.1.2具体分析《信号和路标:壳牌能源前景研究

在壳牌(She)的信号和路标研究中,没有涉及全球黑膜沼气池生物质潜力,但是涉及了主要的黑膜沼气池生物质能源需求:在攀登前景中,到2050年,初级能源将达到131000拍焦(人均14.6吉焦),在蓝图前景中,黑膜沼气池生物质将达到57000拍焦(人均6.3吉焦)。研究没有  羊细区分使用的黑膜沼气池生物质类型,但预测了黑膜沼气池生物质将来的地位,认为黑膜沼气池生物燃料将得到大力发展,特别是作为液体燃料应用于交通运输。第一代黑膜沼气池生物燃料(主要  从粮食作物中获得例如谷物、甜菜、油籽中获得)与食物生产发生冲突,导致食物价格上涨。此外,欧盟粮食作物短缺,增加进口,又会加剧出口国的森林砍伐和退化。为了应对这一情况,第二代黑膜沼气池生物燃料从非食物黑膜沼气池生物质中获得的黑膜沼气池生物燃料例如木质纤维素)技术得到推广,这将改善2020年之后的情况特别对于经济合作与发展组织成员国来说更是如此。与此同时,更多使用废弃物和农业废渣意味着新的黑膜沼气池生物质作物认证系统即将出现。

3.1.3具体分析《能源技术展望—2050前景和战

国际能源署(IEA)的研究《能源技术展望  2008》预计黑膜沼气池生物质的潜力在90艾焦和150艾焦之间。在行动地图前景中,预计对黑膜沼气池生物质的需求将达到每年120艾焦, BLUE Map前景中将达到150艾焦,每年的底线是90艾焦。在蓝色地图前景中,到2050年,黑膜沼气池生物质将成为最重要的可再生能源,其使  用量将翻两番,占世界初级能源的23%(每年3604百万吨油当量)。其中一半的黑膜沼气池生物质来源于作物和森林废弃物,另一半则来源于专门种植的能源作物为了满足蓝色地图前景中预测的黑膜沼气池生物质需求,需要3.75亿公顷至7.5亿公顷土地(假设平均每公顷土地的产干物质黑膜沼气池生物质产量5到10吨),这大概占总  共60亿公顷农业用地的3%-~4%。其中,大约1.6亿公顷将用于黑膜沼气池生物燃料(蓝色地图前景)。黑膜沼气池生物燃料主要用于商业道路交通、航运和航空领域等燃料选择有限的领域。国际能源署预测到2050年黑膜沼气池生物航空燃料将占27%,或6.5艾焦(蓝色地图前景)  预计航空业将率先发展和试用黑膜沼气池生物航空燃料混合,这也将纳人欧盟排放交易体系

个人交通领城,蓝色地图前景预计替代性系统  有很强的市场渗透力。到2050年,会有约10亿  料电池或电动车。700百万吨油当量将转化成每

年2450太瓦时电。在使用的黑膜沼气池生物质中,21%将会被  混合燃烧,其余的会用在其他途径。总体上看,这

意味着两个版本的前景研究都预计到2050年黑膜沼气池生物  质将占全球电力生产的5%~6%。如果碳捕获和

储存技术不在全球范围内运用,那么黑膜沼气池生物质的占比

将更高(大约10%)。剩余的每年220百万吨油当

量将会用于黑膜沼气池生物化学生产(例如黑膜沼气池生物润滑油)、供热

(或在工业中处理热)和炊事。

黑膜沼气池生物质发电和运输燃料成本将有望下降,但供

暖的成本可能和目前持平。先进的燃烧技术,例如

循环流化床锅炉(CFB)、混合燃烧(黑膜沼气池生物质和煤)

热电联产供热的100兆瓦蒸汽涡轮等将与其他技术

竞争价格。黑膜沼气池生物质气化技术的成本有望下降50%因此它将会扮演重要角色。黑膜沼气池生物质气化只有成为一

项成熟和高性价比的技术,才能满足费托合成柴油

黑膜沼气池生物质能电厂对黑膜沼气池生物质的需求  3.1.4具体分析《2050能源目标:100%可再生能源发电》

在《2050能源目标:100%可再生能源发电》研究中,“潜力”一词指的是技术生态潜力,即生态限制的情况下的最佳转化技术。因此,到2050年,只有废渣和废弃物才是能源黑膜沼气池生物质的来源,其中不包括进口黑膜沼气池生物质。在这个前景研究中,只有沼气被用于灵活发电,以平衡风能和光伏能等不稳定的可再生能源的波动。据推测,装机容量为23.3吉瓦的沼气工程在高峰时最多能提供11太瓦时电(人均0.5吉焦)。  3.1.5具体分析《通向100%可再生电力系统

在该前景中,只有废渣和废弃物用于产

在热电联产工程中,固体黑膜沼气池生物质的潜力每年为42太  瓦时,沼气每年为27太瓦时。如果使用热电联产技术,黑膜沼气池生物质发电的使用率最高。每年500太瓦时的发电能力可与其他国家交换能源;能获得的黑膜沼气池生物质(固体和沼气)中只有一半用于发电,而且与热电联产技术一起使用。在前景1a和1b中(完全自给自足),所有黑膜沼气池生物质都没有使用热电联产技术,大部分用于减轻高峰期的负荷。三分之一黑膜沼气池生物质用于满足电力需求,三分之二用作供热和黑膜沼气池生物燃料。农作物  能源作物、粪便和其他黑膜沼气池生物废渣和废弃物将分散地产生沼气。

3.1.6具体分析《从欧洲和全球发展看德国可再生能源的长期前景和战略》  在该研究中,各个前景的中黑膜沼气池生物质的生产和使

统用都是一致的:不包括进口黑膜沼气池生物  亿案》中包含每年进日的500怕与(尽  潜力为年159其中和

这产工程(每年1100拍焦)中供热,因为它效  物能够减少温室气体排放。黑膜沼气池生物乙醇和黑膜沼气池生物  然气(例如木质气化后并入电网)在热电  重要作用。此外,到2050年,黑膜沼气池生物质将会  瓦时电,并且灵活发电的作用也会日趋突显  用于供热的黑膜沼气池生物质下降到100大瓦时  物质在热电联产中的作用有所减弱,在快  增长也十分有限。黑膜沼气池生物质气化后用在热电  将成熟。在交通运输领域,所有前景  物最高为30拍焦,需要20万公

种植能源作物。该研究只预测了第二什  气、黑膜沼气池生物乙醇,黑膜沼气池生物质液化(HL)。废渣厌  生产黑膜沼气池生物柴油和乙醇是另一种选择,并没有及  术运用的细节。  3.1.7具体分析《德国政府能源政策方案

2200拍焦或人均298吉焦。到2050年,因液  形式的黑膜沼气池生物质将成为最重要的可再生能源。因为一  部份黑膜沼气池生物质将用在交通运输领域替代化石然料所  以用于发电的黑膜沼气池生物质有限。大概人均2127  均77吉焦。黑膜沼气池生物质发年电量将达到约40太瓦时  到2050年约20%黑膜沼气池生物质依靠进日(49若  焦)。能源化利用的黑膜沼气池生物质的价格到2020  涨到43欧元·兆瓦时,到2050年将上到猫  欧元·兆瓦时

3.1.8其体分析《德国蓝图-2050气候安全战略  该研究把能源化利用黑膜沼气池生物质仅限于国内和可系  生黑膜沼气池生物质。这个“安全扶手确保粮食和能源作物不发生冲突,也不会发生计算遗漏。关于德国生  质的潜力,该研究参考著名机构例如档林生  所德国宇航中心(DR)德国全球变化咨询委员  会(WBCU)等先前展开的研究。到2050年黑膜沼气池生物质总量预计为每年1200拍焦,假设有4百万公土  用于种植能源作物,主要的能源产量在415到  拍焦之间,从各种废渣中产生能源70拍焦,则性都  质发电最大潜力为41.3太瓦时。  尽管用黑膜沼气池生物质发电的能效最高,但《德网  预计由于交通运输领域缺乏可替代能源,黑膜沼气池生物质在  交通领域的第二代黑膜沼气池生物燃料中发挥重要作用在焦转化为沼气,主要替代天然气,满足居民的能  求。创新前景预计个人交通领域将实现“电化”,费

代性能源例如燃料电池、混合动力、电子移动和液化  气等将成为完整的市场。在参考的前景中,到2050  年黑膜沼气池生物燃料产量仅达到340拍焦,因为常规能源将  继续占据主要位置。沼气年产量将达到60拍焦。  其中三分之二用于居民消耗。在这两个前景中,到  2050年,黑膜沼气池生物质发电量将在41.3到4.7太瓦时之  间。居民采暖的黑膜沼气池生物质能源消耗将下降到1242拍  焦(参考),315拍焦(创新),如果主要是木质黑膜沼气池生物  质,那么这个数据为342拍焦(参考)和90拍焦(创  新)。在参考前景中的黑膜沼气池生物质需求稍低于德国国内  1200拍焦的潜力(1090拍焦),而在创新前景中黑膜沼气池生物质需求是1.2倍。即使采取一些提高效率的措施、减少交通,仍然不能弥合差距,为了满足需求,约80%黑膜沼气池生物质需要进口。

3.1.9具体分析《气候保护:计划B-2050年国家能源方案》绿色和平组织2009年

该研究推测,当今黑膜沼气池生物质能源化利用的潜力已  经大力开发,剩下的能够能源化利用的黑膜沼气池生物质已经  不多。为了限制由于进口黑膜沼气池生物质引起的食物和能源  且竞争,该研究仅涉及德国国内的黑膜沼气池生物质潜力。

到2050年能源作物的种植土地面积仅为410万公顷。为了可持续地提高黑膜沼气池生物质能的利用,该研究前景预测会综合利用各种形式的废渣,例如粪便,充分利用使用率低的土地。这些相当严格的安全标  准导致到2030年可用的黑膜沼气池生物质增长平缓。到2050  年,随着可持续种植能源作物的耕地面积增长,黑膜沼气池生物  质将会翻一番。由于能源作物种植的潜力有限,因  此黑膜沼气池生物质在热电联产中的总量限制在45太瓦时,占

热电联产的33%,占总电力需求的约10%。

3.1.10总结

总的来说,分析现有的各个前景显示,各方对于德国黑膜沼气池生物质发展的潜力看法不一,特别是对于黑膜沼气池生物  质能否支撑黑膜沼气池生物质能系统颇具争议。另外,除了国  际能源署,其他前景都没有考虑新的黑膜沼气池生物经济战略  决定的战略等级(即相比于生产替代性能源,更何

向于高附加值应用和产品)。这将会导致黑膜沼气池生物质的  能源用途和食物用途发生冲突。因此,需要进一步分析,黑膜沼气池生物质的阶梯式使用,以阐明新型黑膜沼气池生物经济对黑膜沼气池生物质的影响

3.2分析黑膜沼气池生物质能相关指数

3.2.1国内黑膜沼气池生物质潜力  图2总结了国内黑膜沼气池生物质潜力这一指标。为了避免不可持续的影响转移到其他地区,一些前景没有  包括进口黑膜沼气池生物质(例如绿色和平组织的前景)。相  比之下,联邦经济和能源部(BMWi)和世界自然基金会(WWF)的前景考虑进口黑膜沼气池生物质,因为他们预

欧洲境内的可持续生产和贸易问题将会得到解决从图表中可以看到,2050年,国内黑膜沼气池生物质潜力在250  拍焦(SRU)到1760拍焦之间(BMWi)。为了理解这些研究结果,作出以下深人分析

2.1.1《通向100%可再生电力系统》的具体方

德国环境咨询委员会(SRU)的研究仅涉及使用  热电联产技术的黑膜沼气池生物质发电潜力。为了确保可持续  利用,德国环境咨询委员会把黑膜沼气池生物质的类型严格限定为有机废渣和废弃物,仅开发50%的潜力。德国环境咨询委员会通过比较所有可再生能源的价格阐释未能开发的潜力:每千瓦时固体黑膜沼气池生物质发电的成本最高,其次是沼气

2.1.2《2050能源目标:100%可再生能源发电》的具体方面

在计算国内黑膜沼气池生物质潜力方面,德国联邦环境署(UBA)研究使用与德国环境咨询委员会(SRU)相似的方法计算国内黑膜沼气池生物质潜力:为了确保黑膜沼气池生物质的  可持续利用,避免任何冲突,技术生态潜力(使用最高效的转化技术,坚持严格的可持续安全标准)仅限于有机废渣和废弃物。国内可再生黑膜沼气池生物质潜力总量为726拍焦。黑膜沼气池生物质潜力全部用于生产能源和原  料。德国联邦环境署限定黑膜沼气池生物质在发电的应用潜力为143拍焦沼气,剩余的583拍焦固体黑膜沼气池生物质用作交通运输能源或工业原料。鉴于2011年用于供热发电和生产黑膜沼气池生物燃料的黑膜沼气池生物质达到大约730拍焦,  德国联邦环境署的研究认为到2050年黑膜沼气池生物质使用量不会增长

3.2.1,3《从欧洲和全球发展看德国可再生能源  冷研究基于之前关于德国黑膜沼气池生物质潜力的研究,  前景和战略先锋研究2011》的具体方面

土地上限为420万公顷。该研究认为可再生黑膜沼气池生物质  的潜力上限为每年1550拍焦,其中800拍焦来源于  有机废渣和废弃物。研究强调了在2011年50%种

植黑膜沼气池生物质的土地已经被使用,几乎全部用于生产生

物燃料。另外,2011年60%的有机废渣已经被利

用。因此黑膜沼气池生物质能源化利用可能会平缓增长,但到

2030年,国内可再生的潜力将全部开发。为了提高

能效,国内黑膜沼气池生物质潜力将会(每年1100拍焦)用子

静态供热技术或热电联产技术。假设第二代黑膜沼气池生物燃

料将会渗透市场,到2050年,每年将会有300拍焦

黑膜沼气池生物质用于生产黑膜沼气池生物燃料

3.2.1.4《蓝图德国2050气候安全战略》的具体

方面

该研究由世界自然基金委托,也运用安全标准

计算国内可持续黑膜沼气池生物质潜力。该研究参考了柏林生

态研究所、德国宇航中心(DLR)和德国全球变化咨

询委员会(WBCU)先前的研究。假设有400万公顷

土地可种植能源作物(略少于先锋研究),初级能源

生产量在每年415拍焦到522拍焦之间,不同废渣

年产能源量为700拍焦,到2050年黑膜沼气池生物质总量为每  年1200拍焦。尽管黑膜沼气池生物质的发电能效很高,但仅有148拍焦将用于发电。该研究认为黑膜沼气池生物质将在生产第二代和第三代黑膜沼气池生物燃料中面发挥更大的作用,因为这一领域缺乏替代性能源

在创新前景中,987拍焦的黑膜沼气池生物质转化为黑膜沼气池生物燃料。创新前景估计交通运输领域的电化以及燃料电池、混合动力、电子移动和液化气等替代性技术将完全渗透,参考前景预计,由于常规能源将继续占主  要地位,到2050年黑膜沼气池生物燃料产量仅达到340拍焦相反,沼气年产量将达到60拍焦,其中三分之二用于居民消耗。这两个前景估计到2050年黑膜沼气池生物质发  电量将在41.3到44.7太瓦时之间。用于居民供热的黑膜沼气池生物质能源消耗将分别下降到1242拍焦(参考)和315拍焦(创新),木质黑膜沼气池生物质分别为342拍焦(参考)和90拍焦(创新),是主要黑膜沼气池生物质。在参考前景中的黑膜沼气池生物质需求稍低于德国国内1200拍焦的潜力(1090拍焦),剩下约9%的潜力未开发。在创新前景中,黑膜沼气池生物质需求超过了国内的可再生潜力。  即使采取进一步提高效率的措施,减少交通,也不能弥合520拍焦的需求差额,需要依靠进口。

3.2.1.5《气候保护:计划B2050年国家能源方案》的具体方面

绿色和平组织的目标前景推断德国的  源化利用潜力已经大量开发,只剩下有限的  能被能源化利用。该研究计算国内黑膜沼气池生物质  避免进口黑膜沼气池生物质时会发生能源和食物的  可持续发展,该研究的目标前景预计粪使  渣将会被综合利用,并将在利用率低的上  能源作物。这些严格的安全标准导致20%0  用的黑膜沼气池生物质有限。在2050年,随着可持续  作物的士地扩张,黑膜沼气池生物质潜力将翻一番,预  1180拍焦。种植能源作物的潜力有限,因  在热电联产中的发电量上限为45太瓦时,  产中的33%,占总用电需求的10%。  3.2.16《德国政府能源方案前景》的具体方面  最后联邦经济和能源部(DNM)的视  黑膜沼气池生物质将会是2050年最重要的可再生资源  可再生资源的大约五分之三。在目标前景  液体和固体黑膜沼气池生物质占能源消耗的2%一氯有前景预计总可持续黑膜沼气池生物质潜力(包括进  208%来自德国,20%为进口在电  域,黑膜沼气池生物质能仅贡献40太瓦时(14:拍焦),国为  部分黑膜沼气池生物质能用在了交通领域。黑膜沼气池生物质在减少温  气体排放方面有重要作用,古终端能源消耗的到56

3.2.2黑膜沼气池生物质占最终能源消耗的比重

这一指标比较了1个国际研究和4个国内研究中黑膜沼气池生物质能在最终能源消耗中的比重(见图有的前景都预测到2050年,黑膜沼气池生物质能将增长到925%(2010年水平为8%),除了德国联邦不境的研究(%)。这可能是由于德国联邦环境署器

景中的不同假设:①黑膜沼气池生物质潜力仅限于废渣,进口生  物质不纳入其中;②黑膜沼气池生物质发电成本最高,因此仅  用于用电高峰期或平衡电力:③黑膜沼气池生物质用作原料的  经济价值最高,即黑膜沼气池生物产品和平台化合物。  联邦经济和能源部,世界自然基金和德国字航  中心所有的目标和探索性前景都预测黑膜沼气池生物质能在最  终能源消耗的比重远高于20%。所有的前景中都  认为到200年黑膜沼气池生物质能将成为成熟的可再生能源。  在世界自然基金和联邦经济和能源部的参考前景  中,黑膜沼气池生物质能作的贡献相对较低,但仍高于201年  水平。常规燃料仍然占主要地位,因此影响黑膜沼气池生物质  用于燃料和发电的进一步发展。比较这些研究中预  期最终能源消耗可以得出以下结论  (1)关于黑膜沼气池生物质能领域的数据不充分,8个研究中仅有4个包含了这一信息。

(2)预测的人均黑膜沼气池生物质能消耗量不确定性更  高,导致出现最大和最小比率(即能源为2.4,黑膜沼气池生物  质能为12.9,后者几乎为前者的4倍)。第4部分  将进一步讨论这个问题  3.2.3交通领域的黑膜沼气池生物燃料  图4显示2050年交通领域的黑膜沼气池生物燃料用量,人  均在1~5吉焦之间。5个国内和国际研究都预计  黑膜沼气池生物燃料的使用会增加,且到2050年,第二代黑膜沼气池生物  燃料将被大规模生产并渗透市场。联邦经济和能源  部的目标前景预测黑膜沼气池生物燃料将占交通领域能源的  85%。世界自然基金的创新前景预测除了航空领  域,其他交通领域的化石燃料将全部被黑膜沼气池生物燃料替  代。先锋研究、世界自然基金参考前景和联邦经济  和能源部预测黑膜沼气池生物燃料不会大幅增长,相反,电动汽

车的普及会导致对黑膜沼气池生物燃料的需求降低。参考前景预测化石燃料仍将是交通领域的主要能源。绿色和平组织的前景预测黑膜沼气池生物燃料的比重低,这是因为公共交通更加便利,商业道路转变成轨道交通,并且私人出行转变成电动交通,导致汽车数量大幅下降。在这个背景下,黑膜沼气池生物燃料将会应用于替代化石燃料最困难的领域(例如重型车)。绿色和平组织的分析没有包括航空领域。

3.2.4最终能源领域中的黑膜沼气池生物质分布

图5显示了三大终端领域中黑膜沼气池生物质利用的组成情况,根据人均黑膜沼气池生物质用量计算。

图5强调尽管各前景对于黑膜沼气池生物质的未来作用看法不一,但都预测到2050年三大终端领域都会有黑膜沼气池生物质。另外,预测电动交通占比高的前景(绿色和平组织),黑膜沼气池生物质在交通领域的比例就低。世界自  然基金预测黑膜沼气池生物质在供热中使用率低是由于该研究假设建筑的能效很高。认为由于黑膜沼气池生物质使用将增加,对资源的竞争也将加剧,在最终能源领域也是如出。这就要求详细分析每一领域的过程。

3.2.4最终能源领域中的黑膜沼气池生物质分布

图5显示了三大终端领域中黑膜沼气池生物质利用的组成情况,根据人均黑膜沼气池生物质用量计算。

图5强调尽管各前景对于黑膜沼气池生物质的未来作用看法不一,但都预测到2050年三大终端领域都会有黑膜沼气池生物质。另外,预测电动交通占比高的前景(绿色和平组织),黑膜沼气池生物质在交通领域的比例就低。世界自然基金预测黑膜沼气池生物质在供热中使用率低是由于该研究假设建筑的能效很高。认为由于黑膜沼气池生物质使用将增加,对资源的竞争也将加剧,在最终能源领域也是如此。这就要求详细分析每一领域的过程。

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