碳中和目标下的生物天然气行业展望-减排潜力、成本效益及市场需求

生物天然气行业展望 碳中和目标下的 减排潜力、成本效益及市场需求 报告/2023.12 关于落基山研究所（RMI） 落基山研究所(RMI)是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的国际智库。我们与企业、政策制定者、科研机构及创业者协作，识别并规模化推广能源系统转型解决方案，推动全球能源系统转型，践行1.5°C温控气候目标，创造清洁、繁荣的零碳共享未来。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市、加州奥克兰，华盛顿特区及印度尼西亚巴厘岛设有办事处。 关于中国产业发展促进会生物质能产业分会（BEIPA） 中国产业发展促进会生物质能产业分会（BEIPA）于2018年6月由中国产业发展促进会及其常务理事单位联合发起成立，是国内生物质能领域企事业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性社会组织。分会充分发挥桥梁纽带作用，为政府、企业和社会提供行业咨讯、产业政策等咨询服务，与国际、国内相关机构通力合作，促进生物质能产业高质量发展。 作者与鸣谢 作者 落基山研究所高敏惠 郝一涵李婷 汪维谢璨阳 联系方式 汪维，wwang@rmi.org 引用建议 中国产业发展促进会生物质能产业分会张大勇 刘洪荣王乐乐张峰付春阳 落基山研究所，中国产业发展促进会生物质能产业分会，碳中和目标下的生物天然气行业展望：减排潜力、成本效益及市场需求，2023 鸣谢 本报告作者特别感谢以下专家及企业对报告撰写提供的洞见与建议。 崔宗均中国农业大学教授 袁宝荣中节能咨询有限公司原副总经理、教授级高级工程师李剑中国华电科工集团有限公司高级工程师 吴宪文华晨宝马生物天然气项目负责人 中电建兰考生物质制气有限公司 河北省三河市盈盛生物能源科技股份有限公司黑龙江博能生态环保股份有限公司 山西华新生物质能源开发有限公司 特别感谢GlobalMethaneHub对本报告的支持 本报告所述内容不代表以上专家和所在机构，以及项目支持方的观点。 目录 前言5 第一章生物天然气助力实现碳中和6 生物天然气发展的独特优势6 生物天然气发展的重要意义7 第二章生物天然气行业现状和挑战11 生物天然气行业发展现状11 生物天然气行业发展挑战13 第三章生物天然气市场展望与机遇15 生物天然气供需展望15 生物天然气项目经济性展望16 生物天然气行业投资需求展望22 生物天然气市场动态23 第四章生物天然气发展模式展望25 区域发展格局：因地制宜推进产能布局25 完善产业链构建：打造成熟市场模式30 第五章生物天然气发展行动建议33 参考文献35 前言 应对气候变化已成为全球的广泛共识。《巴黎协定》确定了将本世纪末全球平均升温幅度控制在2℃以内、力争1.5℃以内的目标，我国也提出了碳达峰、碳中和目标愿景。能源绿色低碳转型是关键的行动领域之一，需要这要求各类可再生能源的大规模、迅速发展。生物天然气作为生物质能的利用形式之一，在能源消费脱碳进程中将扮演重要角色。2019年，国家发展改革委等10部门联合印发的《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》提出，以实现生物天然气工业化商业化可持续发展、形成绿色低碳清洁可再生燃气新兴工业为目标，将生物天然气纳入国家能源体系，加快生物天然气专业化市场化规模化发展。2023年11月，生态环境部等11部门联合印发的《甲烷排放控制行动方案》也提出鼓励建设规模化生物天然气工程，探索生物天然气终端利用激励约束机制，从而推动农业领域甲烷排放控制。 生物天然气以农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾等有机废弃物为原料进行生产，可减少农业和废弃物领域的甲烷排放，此外兼具替代农村散煤、保护城乡生态环境、优化天然气供给结构、发展现代新能源产业等多重功能，对于我国在碳中和目标下加速能源转型、保障能源安全、推进乡村振兴、助力生态文明建设具有独特意义。 本报告由落基山研究所与中国产业发展促进会生物质能产业分会共同撰写，针对生物天然气产业化发展的现状和面临的挑战开展深入探讨。分析表明，我国生物天然气需求增长空间广阔，其发展能产生可观的气候、能源、经济和环境效益。生物天然气产业化、市场化发展需要政策引导、技术创新、基础设施完善和金融支持，在产业链上、中、下游各环节共同发力。此外，报告还展望了我国生物天然气行业的未来发展，提出了下一步行动建议，以期为相关市场主体和政策制定提供参考。 第生物一天章然气助力实现碳中和 生物天然气是以各类城乡有机废弃物为原料，经厌氧发酵和净化提纯产生的绿色、低碳、可再生的天然气，是现代生物质能的利用形式之一。充分认识到我国生物天然气发展的独特优势和重要作用，是推动生物天然气产业化发展的前提。本章将首先阐述我国生物天然气的发展基础和优势，并且分析生物天然气发展助力我国实现碳中和目标的重要意义。 生物天然气发展的独特优势 生物天然气在我国并非新生事物。得益于沼气行业数十年的发展，我国生物天然气在生产技术、工程项目和应用模式上已有了一定积淀。近年来，我国频繁出台产业政策支持沼气和生物天然气工业化规模化专业化发展，城乡废弃物管理和循环经济政策也随着生态环境治理行动的深化而不断完善。这些成果使我国生物天然气发展具备了独特优势。 沼气行业为生物天然气发展奠定坚实基础 12 我国沼气行业发展始于上世纪70年代。1979年，国务院成立全国沼气建设领导小组。随着研究、技术和管理体系的成熟以及政策的大力支持，我国农村户用沼气在上世纪末到本世纪初迎来了发展高峰，南北方农村探索出了各自的户用沼气发展模式，也推动了养殖场和生活污水净化沼气工程的建设。2018年，我国沼气产量占约占全球产量的20%。截至2020年，全国已推广户用沼气3900万户，是世界上最大的农村户用沼气池保有国。 在农村户用沼气的基础上，沼气工程技术和应用模式开始快速发展。我国沼气生产技术和工艺逐步成熟。一方面，我国沼气工程可利用各类有机废弃物，包括农作物秸秆、畜禽粪污、市政污泥、城镇生活垃圾等传统原料，近年来原料又拓展到餐厨垃圾、工业有机废水、果蔬垃圾、绿化垃圾等废弃物。另一方面，我国也探索出了一些成功的沼气利用模式，包括发电、供热、净化提纯接入天然气管网等，应用领域实现了农业农村、城市和工 业的全3覆盖。截至2020年底大、中、小型各类沼气工程超过10万处，其中包括64处规模化生物天然气示范 工程。由于沼气可进一步提纯为生物天然气，因此从生产技术、装备制造再到末端应用，生物天然气的产业化 发展大大受益于沼气行业的发展成果和经验。 政策支持生物天然气产业化发展 在加强生态环境保护、促进乡村振兴、推动能源低碳转型等背景下，我国出台支持生物天然气发展的规划和政策，提出发展目标和行动领域明确行动领域。2019年国家发展改革委等10部门联合发布了《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》，提出到2030年生物天然气产量超过200亿m³的发展目标，要求强化生物天然气发展与国家规划衔接并且编制省级、地市或县级、重点企业发展规划，提出加快生物天然气工业化商业化开发建设，建立健全生物天然气产业体系，并明确一系列保障措施。在《“十四五”可再生能源发展规划》《“十四五”生物经济发展规划》等国家战略规划中，我国提出了加快生物天然气发展的关键行动领域，包括以县域为单元建立产业体系、积极开展生物天然气示范、统筹规划建设年产千万立方米级的生物天然气工程、形成多元应用模式、加快关键技术研发和设备制造等。 城乡废弃物管理和污染治理政策不断完善，有利于保障生物天然气原料供应。近年来，餐厨垃圾付费处理、“无废城市”试点建设、生活垃圾分类等废弃物管理政策促进了城市废弃物的能源化资源化利用；在农村领域，2016年中央财经领导小组第十四次会议高度认可了畜禽养殖废弃物处理和资源化在改善农村居民生产生活环境、推动农村能源革命、改善土壤地力、治理农村面源污染等方面的作用，并指出应以沼气和生物天然气为主要处理方向。此外，农作物秸秆的收储运体系不断健全，综合利用规模扩大。综合来看，这些政策加强了生物天然气的原料供应。 生物天然气发展的重要意义 碳中和目标愿景下，我国能源转型需要大力发展可再生能源，而生物天然气作为一种可再生燃气，既能补充能源供应、加强能源安全，又能在能源脱碳进程中发挥独特作用。同时，生物天然气作为现代生物质能的一种利用形式，可在产业转型升级、减污降碳协同、乡村振兴等多个领域贡献力量，助力我国碳中和目标下的能源绿色低碳转型。 生物天然气是推动能源转型、保障能源安全的有效解决方案 生物天然气可加速我国能源绿色低碳转型。我国积极推动能源生产和消费革命，能源绿色低碳转型是我国的重要发展战略，也是实现碳达峰、碳中和目标愿景的关键。能源转型进程中，生物天然气等生物质能源扮演着不可替代的重要角色。作为一种绿色、低碳、可再生的燃气，生物天然气通过在电力、工业、交通、建筑等部门替代传统化石能源，可进一步提升可再生能源比重，从而优化能源消费结构。根据课题组测算，到2060年生物天然气需求量可达近7800万吨标准煤，相当于2022年我国能源消费总量的1.4%和非化石能源消费总量的8.1%。 4 生物天然气可进一步保障我国能源安全。2000—2021年，我国天然气消费量从245亿m³上升至3773亿 i m³，增长超过14倍。天然气的消费需求激增导致我2007年国内消费量首次超过国内产量，对外依存度 国天然气供应从自给自足迅速过渡到依赖进口的状态，从2010年的14%上升到2021年的44%。能源低碳转型 需坚持“先立后破”的原则，确保能源供应安全。发展生物天然气能在一定程度上满足我国经济社会持续发展带来的天然气消费需求，从而进一步保障我国能源安全。特别是在近年来全球能源危机的背景下，发展生物天然气在保障能源安全方面的效益更加凸显。 根据课题组测算，到2050年，生物天然气预计可替代传统天然气消费量的比例近13%，这一数字到2060年有望上升至近20%，显著缓解国内天然气生产压力；从天然气进口的角度看，到2030年，生物天然气产量可替代进口天然气的比例将达到4%，这一比例在2040年和2050年进一步增加到17%和68%。2050年后，随着国内供应能力的提升，我国有望实现天然气自给自足，生物天然气在保障能源安全方面的角色将从降低对外依存度逐步转向加强国内供应转变（图表1）。 i天然气对外依存度定义为天然气进口量与消费量的比值。 图表1发展生物天然气的能源安全效益 70% 60% 50% 比例 40% 30% 20% 10% 0%20252030204020502060 年份 生物天然气可替代进口天然气比例生物天然气可替代国内天然气消费量比例 资料来源：课题组测算 生物天然气能显著减少温室气体排放，减缓气候变化 生物天然气作为一种清洁、低碳的可再生能源，其生产和消费过程均可产生温室气体减排效益。在生产侧，生物天然气的减排效益主要源于减少其生产原料作为废弃物在处理过程中产生的温室气体排放。由于生物天然气的生产原料包括农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、工业有机废水等废弃物，这些废弃物的处理过程会产生甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）等温室气体排放。在消费侧，生物天然气的减排效益则来自替代化石燃料消费相 关的排放。从终端消ii费的角度出发，生物天然气可在电力、工业、交通、建筑等部门应用，因生物质能的“二 氧化碳中和”属性，生物天然气作为燃料或原料消费可避免同等传统化石天然气燃烧导致的二氧化碳(CO2)排 放。此外，由于天然气在开采、生产和运输的全过程中存在CH4逃逸，生物天然气可避免化石天然气产业链上游的CH4排放。消费侧的减排效益还来自于副产品的使用，在厌氧发酵过程中产生的沼渣沼液，经过腐熟剂腐熟生产成肥料后，可以部分替代化肥施用，不仅能降低化肥生产过程中的CO2排放以及化肥施用后产生的N2O排放，同时还能增加土壤中有机碳的存储量。 然而生物天然气的温室气体减排效益因生产原料的不同而差异较大。根据课题组测算，在生产侧，利用畜禽粪污、工业有机废水、餐厨垃圾或秸秆