全球生物质能发展这些趋势值得关注——德国

近日国际能源署生物质能执行委员会（IEA Bioenergy Executive Committee）发布了《2021 IEA 生物质能国家报告》。报告统计了截止到2019年IEA各成员国生物质能的发展情况，包括了中国、欧盟、美国、德国、英国、巴西、印度、日本、加拿大等共计27个国家和地区。内容涵盖了可再生能源（生物质能，核能，水能、太阳能、风能）各自的占比，以及各国生物质能在电力、供热和交通各应用中的发展情况。中国产业发展促进会生物质能产业分会将基于本报告进行国家系列专题报道，就主要国家的生物质能发展情况进行详尽的剖析。

本篇将以德国作为研究案例进行研究分析，将从能源消耗、生物质能的组成以及法律政策方面介绍德国生物质能整体发展情况，供行业人士参考。

1、国家概况

德国国土总面积35.8万平方公里，8300 万人口。大约一半的土地面积是农业用地(46%)和33%的是林地。因此德国农林生物质资源非常丰富。

从能源消费结构上看，德国的人均最终能源消耗约为2.7 吨油当量 (toe)。德国各个部门人均能源消耗量基本保持一致，其中工业能源消耗约占25%，交通运输约占26%，居民消费占比26%（如表1所示）。

表1. 2019年德国全行业人均能源最终消费分布

在政策方面上，德国基于未来十年的国家能源和气候计划，预计到 2030 年可再生能源占最终能源消费总量的30%。在 2021 年 5 月，德国政府修改了其气候保护法并同意国家“气候公约”。德国批准了必要的法律改革，以加快该国气候中和的目标，从原先的2050年提前至2045年。目标到2050年60%的最终能源消耗来自可再生能源，80%的总电力消耗来自可再生能源以及运输部门的最终能源消耗总量与2015年相比减少40%。

在电力方面，欧盟委员会批准了德国可再生能源法案，《可再生能源法》是主要的政策工具用来促进可再生电力的生产并通过竞标的方式参与上网电价。因此，在未来，除陆上风能、海上风能、太阳能和生物质能项目以外的大多数的项目将不再有资格获得供电税收优惠。可再生资源电力与市场价格的差额为由电力消费者和联邦政府补贴承担。此外还通过了《热电联产法案》旨在增加热电联产电厂的发电量，以支持高效燃料电池的市场引入和供暖建设和扩建的资金和冷却系统。政府将热电联产的资金翻了一番，使其提高到 15 亿欧元。

在交通部门能源消耗方面，通过修订引入《生物燃料配额的法案》确定了生物燃料在运输燃料中的最低销售份额。德国已承诺到2030年将包括交通部门在内的碳排放量相比2005年的水平减少38%。

如图1所示，2019 年德国的总能源供应为 12,323 PJ，其中化石燃料（石油、天然气、煤炭）依旧是能源系统的重要组成部分，约占三分之二。可再生能源的份额为15%为1,851 PJ。约60%的可再生能源供应来自生物质能（1115 PJ），其次是风能（453 PJ），太阳能（198 PJ），水电 (71 PJ) 和地热能 (14 PJ)。在过去的10到15年中，能源供应总量以平均每年1%的速度稳步下降。石油产品的份额相当稳定，约占总体能源消耗的33%。煤炭稳定在25%左右，然而，从2016年到2019 年大幅下降到18%。可再生能源的份额从2000年占比约为3%稳步上升到2019年的15%。2012年之后可再生能源的增长主要是风能和太阳能。尽管如此，生物能仍占德国可再生能源供应的60%。

图1：2000年至2019年德国能源供应量及组成

2、生物质能总体发展

图2主要介绍了德国生物质能变化过程。它显示了生物质能在2012 年左右达到峰值后稳定。大约一半的生物能源消耗来自固体生物质 (541 PJ)，其中318 PJ 用于住宅部门。这其中沼气占了很大的比例，为316 PJ (28%)。另外可再生的城市垃圾(129 PJ)、生物柴油 (86 PJ)、生物乙醇 (30 PJ) 和其他液体生物燃料 (6 PJ)组成了剩余的生物质能供应。其中，德国沼气的人均供应量在IEA24个成员国生物能供应中排名第一。

图2：2000年至2019年德国生物质能供应量及组成

3、德国生物质能在不同部门的使用

生物质能在电力、交通和供热等终端能源消费中的占比约为10%。其中生物质发电占总用电量的8.8%；生物燃料占交通运输能源消耗的4.7%，而生物质能供热为13.5%。

3.1 电力

德国的电力生产过去以煤炭、核能和一些天然气为主。2005年之前，煤炭占德国电力生产的 50% 以上（300 TWh）。在过去的 5 年中，特别是 2019 年，煤电发电量大幅下降至 185 TWh 的水平，但仍占总发电量的 30%。在过去的几十年中，天然气发电占总电力生产的10%至15%。过去几年天然气发电量从2015年的63 TWh恢复到2019年的95 TWh。可再生能源发电的份额占电力消费的比例从2000年的6％，稳步上升到2019年的42%。风电发展较早，过去几十年一直保持增长约占总耗电量的22% (126 TWh)。以生物质为原料的电力从从2000年的5 TWh增加到2014年的50TWh，此后一直稳定，目前占电力的 8.8%

图3：2000年至2019年德国电力供应量及组成

3.2 供热和燃料领域应用

图4展示了近20年来德国燃料和供热演变过程。由图可知，供热和燃料仍主要来源于化石燃料包括天然气和石油（黑色和灰色部分）。近些年来，石油产品份额在下降，而天然气则有所增加。生物质直接利用相对稳定在470 PJ（绿色部分），约占燃料和供热的11%。

图4：2000年至2019年德国供热和燃料供应量及组成

具体到供热方面看（图5），生物质供热逐年稳步增长。值得注意的是从 2000 年到 2012 年生物质能供热翻了两番，主要原因是生物质热电联产项目大量投入使用。

图5：2000年至2019年德国供热供应量及组成

3.3 交通运输业的应用

图6显示了德国交通运输中使用的能源类型。2019 年柴油（黑色部分）仍旧是主要的运输燃料占据总运输业消耗的60%，而汽油则下降到30%（灰色部分）。在 2000年初，生物柴油已经占柴油消耗量的1%。到2006年已增加到10%以上。德国政府从2004年开始在汽油中混合生物乙醇，到2012年生物乙醇的添加量已逐渐增加到33PJ，约为汽油份额的4%。德国的车队也使用一些天然气，约占运输燃料的1%。其中大约7%是生物沼气。

图6：2000年至2019年德国交通运输业供应量及组成

4、德国生物质能研究重点

十多年前，德国实施了一项将能源系统向更多地使用可再生能源过渡的积极政策，使用于电力、热能和运输燃料的生物质能源大幅增加。同时，德国的生物质能研究是由国家层面的研究计划推动的，例如，德国联邦研究和教育部、经济事务和能源部以及联邦层面的生物质能研究。德国生物质能资助主要是来自农业、林业和水生资源的生物质领域，用于农林废弃物、水产养殖、加工业、商业和家庭，以及可再生资源的产生、处理、加工和使用，以及跨领域问题的研究工作。

例如，德国可再生资源机构于2021年通过两个关于生物能源和生物产品的可再生资源计划项目，并提供 1.5 亿欧元资助。德国生物质研究中心于2008 年创立，从理论和实践上推广生物质有效利用的可再生能源应用科学。联邦 Thuenen 研究所涵盖生物能源的其他方面，例如植物生产、可再生资源森林管理、温室气体排放等。卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 是欧洲领先的能源研究机构之一，在热化学转化路线方面具有丰富的专业知识。到2019年，可再生能源占德国能源供应总量的15%，大约55%的可再生能源来自生物质能源。可以看出，德国可再生能源的发展离不开政策的支持和激励，而德国生物质能源的发展重点主要集中在电力和热力。特别是沼气的利用，已占生物质能的28%，被广泛的应用在电力、供暖和交通运输的方方面面。

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