關(guān)于燃煤電站耦合生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的調(diào)研報(bào)告

大唐環(huán)境環(huán)保分公司黨委委員、副總經(jīng)理、紀(jì)委書(shū)記、工會(huì)主席 谷小兵

一、前言

十八大以來(lái),總書(shū)記站在國(guó)家發(fā)展和安全的戰(zhàn)略高度,對(duì)推動(dòng)我國(guó)能源革命作出深刻論述,強(qiáng)調(diào)“綠色低碳發(fā)展,這是潮流趨勢(shì),順之者昌”。黨的二十大提出,要立足我國(guó)能源資源稟賦,推動(dòng)能源清潔低碳高效利用,深入推進(jìn)能源革命。電力行業(yè)在能源生產(chǎn)和消費(fèi)中起著核心作用,保障電力安全,推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和和綠色低碳轉(zhuǎn)型,是我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的核心任務(wù)。

煤電作為我國(guó)的主力電力之一,在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)仍將在保障電力安全方面發(fā)揮基礎(chǔ)性作用。提升煤炭清潔高效利用水平,推動(dòng)煤電的綠色低碳轉(zhuǎn)型,是加快構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系,助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要舉措。

為全面貫徹黨的二十大精神,認(rèn)真落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院決策部署,今年年初,國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電低碳化改造建設(shè)行動(dòng)方案》,就統(tǒng)籌推進(jìn)存量煤電機(jī)組低碳化改造和新上煤電機(jī)組低碳化建設(shè)制定行動(dòng)方案,其實(shí)施路徑之一就是生物質(zhì)摻燒。方案指出要利用農(nóng)林廢棄物、沙生植物、能源植物等生物質(zhì)資源,綜合考慮生物質(zhì)資源供應(yīng)、煤電機(jī)組運(yùn)行安全要求、靈活性調(diào)節(jié)需要、運(yùn)行效率保障和經(jīng)濟(jì)可行性等因素,實(shí)施煤電機(jī)組耦合生物質(zhì)發(fā)電。

二、燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

生物質(zhì)是指通過(guò)光合作用而形成的各種有機(jī)體,包括所有的動(dòng)植物和微生物。生物質(zhì)能就是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式,即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來(lái)源于綠色植物的光合作用,取之不盡、用之不竭,是一種可再生能源。可能源利用的生物質(zhì)分為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。

生物質(zhì)燃燒利用時(shí)雖然排放CO2,但其排放的CO2是其在生長(zhǎng)過(guò)程中從大氣中吸收的,因此燃燒生物質(zhì)沒(méi)有CO2的凈排放,被公認(rèn)為是碳中性的能源。采用生物質(zhì)替代化石燃料就是直接減排CO2,而直接替代CO2排放強(qiáng)度最高的燃煤是最有效的CO2減排措施之一。

燃煤電廠發(fā)電效率高,具有深度調(diào)峰的能力,污染物控制水平先進(jìn)。借助燃煤發(fā)電機(jī)組耦合生物質(zhì)發(fā)電,意味著生物質(zhì)發(fā)電部分也可實(shí)現(xiàn)相近的發(fā)電效率、調(diào)峰能力和污染物的超低排放,比直接燃燒生物質(zhì)發(fā)電有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。同時(shí),火電廠摻燒生物質(zhì)可有效降低煤炭消耗,從而降低碳排放強(qiáng)度,是燃煤電廠低碳轉(zhuǎn)型的重要途徑之一。

三、國(guó)外燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在國(guó)外特別是歐洲及北美得到了廣泛的應(yīng)用,近年來(lái)在日本、韓國(guó)的燃煤電廠也正得到普遍的應(yīng)用。

丹麥早在1993年就通過(guò)立法要求發(fā)電廠2000年以后每年必須使用1.2 Mt秸稈和0.2Mt木片以替代燃煤。1992年,裝機(jī)7.8萬(wàn)千瓦的Midkraft發(fā)電廠使用秸稈混燃的比例已達(dá)到50%。1999年,丹麥已實(shí)現(xiàn)120萬(wàn)噸秸稈(占全國(guó)年產(chǎn)秸稈近三成)及20萬(wàn)噸木切片與煤混燃發(fā)電的目標(biāo)。據(jù)丹麥能源信息署估計(jì):目前生物質(zhì)能已占到全國(guó)發(fā)電能源消費(fèi)量的四分之一以上,到2026年這個(gè)數(shù)字將提高至57%。

英國(guó)燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的廣泛商業(yè)應(yīng)用始于2002年,其主要的政策驅(qū)動(dòng)力是2002年實(shí)行的可再生能源義務(wù)法。該法規(guī)針對(duì)于可再生能源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用建立了一種基于類似于綠色電力證書(shū)制的激勵(lì)和處罰機(jī)制:政府向提供1%以上可再生能源電力的發(fā)電企業(yè)發(fā)放可再生能源義務(wù)證書(shū)(ROC),所獲得的ROC可通過(guò)交易銷售給其他能源供應(yīng)商。在此政策的推動(dòng)下,經(jīng)過(guò)近20年的實(shí)踐,英國(guó)所有的大型燃煤電廠全部改造成為生物質(zhì)混燒。最典型的是英國(guó)裝機(jī)容量最大(6×66萬(wàn)千瓦)的Drax電廠。該電廠從2003年在一臺(tái)機(jī)組上改造混燒5%的生物質(zhì)開(kāi)始,不斷增加生物質(zhì)混燒比,最終于2018年實(shí)現(xiàn)了4臺(tái)66萬(wàn)千瓦煤電機(jī)組100%燃燒生物質(zhì)顆粒燃料,成為世界上最大的生物質(zhì)燃料火電廠。與此同時(shí),該廠通過(guò)國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng),解決了年需1000萬(wàn)噸生物質(zhì)顆粒燃料的供給問(wèn)題。2022年,該廠發(fā)電業(yè)務(wù)的稅前利潤(rùn)達(dá)6.96億英鎊,生物質(zhì)燃料業(yè)務(wù)的稅前利潤(rùn)達(dá)1.34億英鎊,真正實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益的全面豐收。

美國(guó)是以煤電為主要電源的國(guó)家之一,但生物質(zhì)發(fā)電量很少,約占1–2%。目前有40家燃煤電廠(占電廠總數(shù)約7%)采用共燃技術(shù)燃燒生物質(zhì)。在國(guó)家層面上,美國(guó)的生物質(zhì)能政策主要是支持生物乙醇等交通燃料的生產(chǎn),生物質(zhì)發(fā)電缺乏政策支持,因此生物質(zhì)共燃的商業(yè)運(yùn)行并不多。

韓國(guó)為實(shí)現(xiàn)CO2減排目標(biāo),于2012年推行可再生能源強(qiáng)制配額制度,要求發(fā)電廠供應(yīng)電力的2%必須來(lái)源于可再生能源,2024年是10%,2030年預(yù)計(jì)達(dá)20%,2018年,參加可再生能源強(qiáng)制配額制度的發(fā)電公司共21家,發(fā)電廠的容量都在500 MWe以上。韓國(guó)同時(shí)實(shí)行可再生電力證書(shū)(REC)制,政府為1MWh的可再生電力發(fā)放一個(gè)可再生電力證書(shū)REC。受上述政策驅(qū)動(dòng),2012年起,韓國(guó)主要燃煤電廠普遍采用生物質(zhì)共燃技術(shù),生物質(zhì)(不包括廢棄物)發(fā)電量在可再生能源電力中的占比由2012年的3%增加至2016年的15.3%。由于國(guó)內(nèi)資源缺乏,目前韓國(guó)生物質(zhì)燃料顯著依賴進(jìn)口,2018年55%的生物質(zhì)電力來(lái)自進(jìn)口木質(zhì)顆粒,主要來(lái)自東南亞的越南、馬來(lái)西亞、泰國(guó)、印尼等國(guó)。

上述國(guó)家狀況表明,燃煤電站耦合生物質(zhì)發(fā)電在技術(shù)上是十分成熟的,其應(yīng)用取決于廉價(jià)生物質(zhì)燃料的獲取以及政策的支持,特別是財(cái)政政策的支持十分重要。近年來(lái),在英國(guó)、丹麥等,因燃煤發(fā)電的減少,生物質(zhì)共燃發(fā)電利用呈減少的趨勢(shì),一些在役的燃煤電廠開(kāi)始轉(zhuǎn)型100%燒生物質(zhì)發(fā)電,成為新的國(guó)際趨勢(shì)。而在其他國(guó)家,如亞洲的韓國(guó),可再生能源政策的實(shí)施正推動(dòng)著生物質(zhì)共燃技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此,從全球范圍來(lái)看,作為廉價(jià)的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù),燃煤發(fā)電機(jī)組耦合生物質(zhì)及100%燃燒生物質(zhì)技術(shù)仍正發(fā)揮著重要的作用。

四、我國(guó)燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)于2010年發(fā)布了《關(guān)于完善農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電價(jià)格政策的通知》,對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電統(tǒng)一執(zhí)行標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)0.75元/kWh。這一政策刺激了農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電的投資,2010年到2012年間,農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量增加了200%。而我國(guó)對(duì)于燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)一直沒(méi)有明確的政策,加之耦合發(fā)電的生物質(zhì)電量計(jì)量的困難,示范項(xiàng)目中只有華電十里泉電廠得到山東省政府的電價(jià)補(bǔ)貼,國(guó)電長(zhǎng)源享受了國(guó)家生物質(zhì)發(fā)電標(biāo)桿電價(jià),實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期商業(yè)化運(yùn)行。

華電集團(tuán)于2004年在山東十里泉電廠5號(hào)機(jī)組開(kāi)展生物質(zhì)摻燒示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目引進(jìn)丹麥BWE公司技術(shù),摻燒秸稈,摻燒比例為20%,采用直接混燃摻燒技術(shù)路線,是生物質(zhì)摻燒技術(shù)在我國(guó)大容量煤粉燃燒機(jī)組上的首例成功商業(yè)應(yīng)用。因采用引進(jìn)技術(shù),系統(tǒng)造價(jià)昂貴,初投資8000多萬(wàn)元,相當(dāng)于3100元/kW,但這一投資仍低于我國(guó)同期生物質(zhì)直燃電廠投資成本。

國(guó)電集團(tuán)于2012年在荊門發(fā)電公司7號(hào)機(jī)組開(kāi)展生物質(zhì)氣化再燃發(fā)電示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用CFB微負(fù)壓氣化技術(shù),使用稻殼及秸稈類燃料,額定生物質(zhì)處理能力為8t/h,產(chǎn)生的燃?xì)饨?jīng)除塵凈化后通過(guò)高溫風(fēng)機(jī)送至鍋爐燃燒,是生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電在我國(guó)大型燃煤電廠的首次應(yīng)用。該廠于2018年又在8號(hào)機(jī)組實(shí)施了生物質(zhì)氣化摻燒項(xiàng)目。

大唐集團(tuán)于2019年在長(zhǎng)山電廠開(kāi)展燃煤耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用微正壓CFB氣化技術(shù),使用稻殼及秸稈類燃料,輸出電功率為20 MWe,是目前國(guó)內(nèi)投運(yùn)的容量最大的燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)。

我國(guó)生物質(zhì)摻燒技術(shù)發(fā)展較晚,存在技術(shù)路線尚未標(biāo)準(zhǔn)化、摻燒比例較低(均不大于20%)、燃料來(lái)源不足、鼓勵(lì)政策較少、項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)鏈、經(jīng)濟(jì)回報(bào)不穩(wěn)定等問(wèn)題。總體上落后于國(guó)際先進(jìn)水平。

五、小結(jié)

燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電相對(duì)小型生物質(zhì)電站有較大的優(yōu)勢(shì),技術(shù)成熟可靠,在歐美等國(guó)家廣泛應(yīng)用,可有效降低碳排放強(qiáng)度,是燃煤電廠低碳轉(zhuǎn)型的重要途徑之一。但在我國(guó)發(fā)展較慢,主要存在技術(shù)路線不成熟、政策支持不夠、燃料供應(yīng)不足等問(wèn)題。

目前,國(guó)家已經(jīng)把生物質(zhì)摻燒作為煤電低碳轉(zhuǎn)型的主要途徑之一,后續(xù)必將出臺(tái)強(qiáng)有力的支持政策刺激相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)日趨標(biāo)準(zhǔn)化,供應(yīng)已市場(chǎng)化,有相當(dāng)量的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)成型顆粒和塊狀燃料可應(yīng)用于發(fā)電行業(yè),國(guó)家也有可能會(huì)放開(kāi)生物質(zhì)燃料國(guó)際市場(chǎng)。此外,隨著生物質(zhì)的機(jī)械化生產(chǎn)、收集、處理和儲(chǔ)運(yùn)等產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善,以及利用邊際土地(灘涂、沼澤、鹽堿地)種植能源植物的生物科技的規(guī)模化推廣應(yīng)用,生物質(zhì)燃料短缺的局面將不斷改觀。

總之,燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電在國(guó)內(nèi)仍有較大的發(fā)展空間,環(huán)境公司可適時(shí)儲(chǔ)備燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù),獲取生物質(zhì)資源,積極參與生物質(zhì)耦合發(fā)電項(xiàng)目投資建設(shè),為公司發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力開(kāi)辟新路徑。