德國生物質能發展趨勢

張基祥 王樂樂

近日國際能源署生物質能執行委員會（IEA Bioenergy Executive Committee）發布了《2021IEA 生物質能國家報告》。報告統計了截止到2019年IEA 各成員國生物質能的發展情況，包括了中國、歐盟、美國、德國、英國、巴西、印度、日本、加拿大等共計27個國家和地區。內容涵蓋了可再生能源（生物質能，核能，水能、太陽能、風能）各自的占比，以及各國生物質能在電力、供熱和交通各應用中的發展情況。

1 國家概況

德國國土總面積35.8萬平方公里，8300萬人口。大約一半的土地面積是農業用地（46%）和林地（33%）。因此德國農林生物質資源非常豐富。

從能源消費結構上看，德國的人均最終能源消耗約為2.7噸油當量。德國各個部門人均能源消耗量基本保持一致，其中工業能源消耗約占25%，交通運輸約占26%，居民消費占比26%。

在政策方面上，德國基于未來十年的國家能源和氣候計劃，預計到2030年可再生能源占最終能源消費總量的30%。在2021年5月，德國政府修改了其氣候保護法并同意國家“氣候公約”。德國批準了必要的法律改革，以加快該國氣候中和的目標，從原先的2050年提前至2045年。目標到2050年60%的最終能源消耗來自可再生能源，80%的總電力消耗來自可再生能源以及運輸部門的最終能源消耗總量，與2015年相比減少40%。

在電力方面，歐盟委員會批準了德國可再生能源法案，《可再生能源法》是主要的政策工具用來促進可再生電力的生產并通過競標的方式參與上網電價。因此在未來，除陸上風能、海上風能、太陽能和生物質能項目以外的大多數的項目將不再有資格獲得供電稅收優惠。可再生資源電力與市場價格的差額為由電力消費者和聯邦政府補貼承擔。此外還通過了《熱電聯產法案》旨在增加熱電聯產電廠的發電量，以支持高效燃料電池的市場引入和供暖建設和擴建的資金和冷卻系統。政府將熱電聯產的資金翻了一番，使其提高到15億歐元。

在交通部門能源消耗方面，通過修訂引入《生物燃料配額的法案》確定了生物燃料在運輸燃料中的最低銷售份額。德國已承諾到2030年將包括交通部門在內的碳排放量相比2005年的水平減少38%。

2019年德國的總能源供應為12,323PJ，其中化石燃料（石油、天然氣、煤炭）依舊是能源系統的重要組成部分，約占三分之二。可再生能源的份額為15%為1,851PJ。約60%的可再生能源供應來自生物質能（1115PJ），其次是風能（453PJ），太陽能（198PJ），水電(71PJ)和地熱能(14PJ)。在過去的10到15年中，能源供應總量以平均每年1%的速度穩步下降。石油產品的份額相當穩定，約占總體能源消耗的33%。煤炭穩定在25%左右，然而，從2016年到2019年大幅下降到18%。可再生能源的份額從2000年占比約為3%穩步上升到2019年的15%。2012年之后可再生能源的增長主要是風能和太陽能。盡管如此，生物能仍占德國可再生能源供應的60%。

2 生物質能總體發展

德國生物質能在2012年左右達到峰值后穩定。大約一半的生物能源消耗來自固體生物質(541PJ)，其中318PJ 用于住宅部門。這其中沼氣占了很大的比例，為316PJ(28%)。另外可再生的城市垃圾(129PJ)、生物柴油(86PJ)、生物乙醇(30PJ)和其他液體生物燃料(6PJ)組成了剩余的生物質能供應。其中，德國沼氣的人均供應量在IEA24個成員國生物能供應中排名第一。

3 德國生物質能在不同部門的使用

生物質能在電力、交通和供熱等終端能源消費中的占比約為10%。其中生物質發電占總用電量的8.8%；生物燃料占交通運輸能源消耗的4.7%，而生物質能供熱為13.5%。

3.1 電力

德國的電力生產過去以煤炭、核能和一些天然氣為主。2005年之前，煤炭占德國電力生產的50%以上（300TWh）。在過去的5年中，特別是2019年，煤電發電量大幅下降至185TWh 的水平，但仍占總發電量的30%。在過去的幾十年中，天然氣發電占總電力生產的10%至15%。過去幾年天然氣發電量從2015年的63TWh 恢復到2019年的95TWh。可再生能源發電的份額占電力消費的比例從2000年的6%，穩步上升到2019年的42%。風電發展較早，過去幾十年一直保持增長約占總耗電量的22%(126TWh)。以生物質為原料的電力從2000年的5TWh 增加到2014年的50TWh，此后一直穩定，目前占電力的8.8%

3.2 供熱和燃料領域應用

從近20年來德國燃料和供熱演變來看供熱和燃料仍主要來源于化石燃料包括天然氣和石油。近些年來，石油產品份額在下降，而天然氣則有所增加。生物質直接利用相對穩定在470PJ，約占燃料和供熱的11%。

具體到供熱方面看，生物質供熱逐年穩步增長。值得注意的是從2000年到2012年生物質能供熱翻了兩番，主要原因是生物質熱電聯產項目大量投入使用。

3.3 交通運輸業的應用

德國交通運輸中使用的能源類型。2019年柴油仍舊是主要的運輸燃料占據總運輸業消耗的60%，而汽油則下降到30%。在2000年初，生物柴油已經占柴油消耗量的1%。到2006年已增加到10%以上。德國政府從2004年開始在汽油中混合生物乙醇，到2012年生物乙醇的添加量已逐漸增加到33PJ，約為汽油份額的4%。德國的車隊也使用一些天然氣，約占運輸燃料的1%。其中大約7%是生物沼氣。

4 德國生物質能研究重點

十多年前，德國實施了一項將能源系統向更多地使用可再生能源過渡的積極政策，使用于電力、熱能和運輸燃料的生物質能源大幅增加。同時，德國的生物質能研究是由國家層面的研究計劃推動的，例如，德國聯邦研究和教育部、經濟事務和能源部以及聯邦層面的生物質能研究。德國生物質能資助主要是來自農業、林業和水生資源的生物質領域，用于農林廢棄物、水產養殖、加工業、商業和家庭，以及可再生資源的產生、處理、加工和使用，以及跨領域問題的研究工作。

例如，德國可再生資源機構于2021年通過兩個關于生物能源和生物產品的可再生資源計劃項目，并提供1.5億歐元資助。德國生物質研究中心于2008年創立，從理論和實踐上推廣生物質有效利用的可再生能源應用科學。聯邦Thuenen 研究所涵蓋生物能源的其他方面，例如植物生產、可再生資源森林管理、溫室氣體排放等。卡爾斯魯厄理工學院（KIT）是歐洲領先的能源研究機構之一，在熱化學轉化路線方面具有豐富的專業知識。到2019年，可再生能源占德國能源供應總量的15%，大約55%的可再生能源來自生物質能源。可以看出，德國可再生能源的發展離不開政策的支持和激勵，而德國生物質能源的發展重點主要集中在電力和熱力。特別是沼氣的利用，已占生物質能的28%，被廣泛的應用在電力、供暖和交通運輸的方方面面。