魏延軍，秦德帥，常永平

(大唐山東發(fā)電公司生物質(zhì)發(fā)電項目籌建處，山東 青島 266061)

0 引言

近年來，可再生能源開發(fā)利用越來越受到世界各國和地區(qū)的高度重視，在可再生能源中我國生物質(zhì)資源豐富。生物質(zhì)發(fā)電具有綠色環(huán)保、電能質(zhì)量好、可靠性高、技術(shù)比較成熟、綜合效益較好的特點，因此其產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)主要有直接燃燒發(fā)電、混合燃燒發(fā)電、熱解氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電四類。生物質(zhì)直燃發(fā)電作為生物質(zhì)能綜合利用領(lǐng)域發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)，有著技術(shù)成熟、能質(zhì)好、清潔度高、可靠性強等優(yōu)點。發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)直燃發(fā)電，可以擴(kuò)大能源供給，提高生物質(zhì)綜合利用率，變廢為寶，具有較高的社會效益、環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)價值。目前，我國有40多個大型生物質(zhì)直燃發(fā)電廠陸續(xù)建成投產(chǎn)，成功并網(wǎng)發(fā)電投入商業(yè)運營。因此，無論生物質(zhì)資源開發(fā)潛力、發(fā)電技術(shù)水平，還是市場需求、政策導(dǎo)向，都將會促進(jìn)大型生物質(zhì)直燃發(fā)電的發(fā)展。

1 生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)

1.1 生物質(zhì)直燃發(fā)電的原理及工藝流程

生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)是將農(nóng)林生物質(zhì)直接送往鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的高溫、高壓蒸汽推動蒸汽輪機(jī)做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。其原理是將儲存在生物質(zhì)中的化學(xué)能通過鍋爐燃燒轉(zhuǎn)化為高溫、高壓蒸汽的內(nèi)能，再通過蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的機(jī)械能，最后通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為清潔高效的電能。其在原理上與燃煤火力發(fā)電基本相同，其工藝流程如圖1所示。

圖1 生物質(zhì)直燃發(fā)電工藝流程

將生物質(zhì)原料從附近各個收集點運送至電廠，經(jīng)破碎、分選等預(yù)處理后存放到原料儲存?zhèn)}庫，倉庫容積要保證可以存放七天的發(fā)電原料;然后由原料輸送裝置將預(yù)處理的生物質(zhì)送入鍋爐燃燒，通過鍋爐換熱將生物質(zhì)燃燒后的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，為汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組提供汽源進(jìn)行發(fā)電。生物質(zhì)燃燒后的灰渣落入除灰裝置，由輸灰機(jī)送到灰坑，進(jìn)行灰渣處理。煙氣經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)后由煙囪排放入大氣環(huán)境中。

1.2 生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成

生物質(zhì)直燃發(fā)電的生產(chǎn)系統(tǒng)包括生物質(zhì)加工處理、輸送系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、汽輪機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)及除灰除渣系統(tǒng)等各部分組成，其發(fā)電系統(tǒng)如圖2所示。

2 30 MW生物質(zhì)直燃發(fā)電機(jī)組的配置

30 MW生物質(zhì)直燃發(fā)電項目選用高溫高壓的1×30 MW純凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，配一臺130 t/h生物質(zhì)專用振動爐排高溫高壓鍋爐，燃料以破碎后的農(nóng)作物秸稈為主，可摻燒部分樹枝、樹皮等林業(yè)和木材加工剩余物。

2.1 鍋爐選型

型式:高溫高壓、自然循環(huán)汽包爐

圖2 生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)示意圖

全鋼爐架、振動爐排、燃燒秸稈、露天布置

鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量:130 t/h

過熱蒸汽溫度:540℃

給水溫度:210℃

鍋爐效率:≥90%

2.2 汽輪機(jī)選型

型式:高溫高壓、單杠、單軸、凝汽式

額定功率:30 MW

主蒸汽額定壓力:8.83 MPa

主蒸汽額定溫度力:535℃

主蒸汽額定流量:119.1 t/h

2.3 發(fā)電機(jī)選型

型式:空氣冷卻，自并勵靜止勵磁

額定功率:30 MW

額定電壓:10.5 kV

額定電流:2 062 A

額定轉(zhuǎn)速:3 000 r/min

表1 30 MW生物質(zhì)直燃發(fā)電機(jī)組主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 30 MW生物質(zhì)直燃發(fā)電項目效益分析

3.1 機(jī)組主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

為了便于生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的選擇提供可靠的依據(jù)，同時能夠把風(fēng)險降低到可控制的范圍內(nèi)，分析了目前已投產(chǎn)的30 MW純凝式發(fā)電機(jī)組和15 MW和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組設(shè)計和實際運行技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論:

(1)生物質(zhì)發(fā)電較適合在遼寧南部、河北、山東、河南發(fā)展，不太適合在東北及南方地區(qū)建生物質(zhì)發(fā)電，原因是東北冬天雪量太大、南方降雨量大均造成生物質(zhì)燃料的含水率太高，鍋爐燃燒效率大幅度降低。

(2)單機(jī)廠均盈利，雙機(jī)12 MW、15 MW和熱電聯(lián)產(chǎn)(供工業(yè)蒸汽)的電廠多數(shù)虧損。秸稈電廠鍋爐宜采用高溫高壓參數(shù)，不宜采用中溫中壓參數(shù)。

(3)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

3.2 盈虧平衡點測算

一臺30 MW純凝式發(fā)電機(jī)組，項目靜態(tài)投資2.8億元，80%為貸款，年利息6.14%，年運行7 000 h，年發(fā)電量2.1億kWh，廠用電率12%，年供電量1.85億kWh，盈虧平衡點的燃料單位成本分別為:投產(chǎn)第一年，盈虧平衡點燃料成本367元/MWh;運營20年平均，盈虧平衡點燃料成本442元/MWh，根據(jù)上述入廠燃料成本測算和盈虧平衡點測算的結(jié)果，1×30 MW高溫高壓純凝發(fā)電機(jī)組設(shè)計發(fā)電標(biāo)桿耗率保證值1000 g/kWh。

入廠單位標(biāo)準(zhǔn)燃料單價:280元/t;發(fā)電單位燃料成本:280元/MWh;投產(chǎn)第一年盈利:

(367－280)元/MWh×1.85億 kWh=1 609萬元。

運行20年平均年盈利:(442－280)元/MWh×1.85億kWh=3 000萬元。詳細(xì)測算如表2所示。

3.3 初步投資估算

(1)一臺30 MW純凝式發(fā)電機(jī)組工程總投資約28 511萬元，其中接入系統(tǒng)580萬元，鋪底流動資金206萬元。

(2)發(fā)電工程動態(tài)總投資27 725萬元，單位千瓦造價:9 242元/kW，其中，建設(shè)期貸款利息726萬元。

(3)發(fā)電工程靜態(tài)投資為26 999萬元，單位千瓦造價為9 000元/kW;其中，建筑工程費5 905萬元，單位千瓦造價1 968.27元/kW，占靜態(tài)總投資的21.87%;設(shè)備購置費12 255萬元，單位千瓦造價4 085.11元/kW，占靜態(tài)總投資的45.39%;安裝工程費3 461萬元，單位千瓦造價1 153.66元/kW，占靜態(tài)總投資的12.82%;其他費用5 378萬元，單位千瓦造價:1 792.55元/kW，占靜態(tài)總投資的19.92%。

(4)資金籌措:20%為企業(yè)自籌資金，80%為融資或貸款資金，融資部分計列建設(shè)期貸款利息，貸款利率按6.14%，按季結(jié)息。

表2 總成本測算表

3.4 清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)

該項目收益分析溫室氣體減排量可以作為金融單位在國際市場上流通交易，排放權(quán)交易項目的收益提高了生物質(zhì)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。生物質(zhì)CO2的排放和吸收構(gòu)成自然界碳循環(huán)，其能源利用可實現(xiàn)CO2零排放，生物質(zhì)發(fā)電是減排CO2的重要途徑。通過CDM項目出售核定減排量的收入，能在很大程度上提高生物質(zhì)發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。對于30 MW的生物質(zhì)直燃發(fā)電廠，年可處理農(nóng)林廢棄物25多萬t;與同類型火電機(jī)組相比，年可替代標(biāo)準(zhǔn)煤12萬t，減少CO2排放約13萬t，以目前國際市場交易價格10～15美元/tco2(參考價)計算，可直接獲得收益約840萬元。

3.5 灰渣綜合利用效益

生物質(zhì)直燃電廠的灰渣可以進(jìn)行綜合利用形成經(jīng)濟(jì)效益，每年的生物質(zhì)燃燒后可以產(chǎn)生約4萬t的灰渣，灰渣中含有白炭黑和5%的鉀元素，合理的綜合利用可以變廢為寶。可以用于制成耐火保溫材料，還可以生產(chǎn)工業(yè)緊缺原料白炭黑或提供給臨近的肥料廠作為生產(chǎn)農(nóng)業(yè)化肥的原料。若建立肥料廠將電廠灰渣充分利用，灰渣成本則可以忽略不計，生產(chǎn)每噸鉀肥的生產(chǎn)成本約為115元/t，比市場上同等級別的鉀肥價格低80～100元。按照年產(chǎn)6 000 t鉀肥計算，可以實現(xiàn)年產(chǎn)值120～140萬元，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益50～70萬元。從而完成生物質(zhì)電廠灰渣由污染環(huán)境廢料到綠色商品的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)其價值升值，創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)末端經(jīng)濟(jì)效益。

3.6 生態(tài)效益

(1)每年可以處理約25萬t秸稈等農(nóng)作物廢棄物，避免了農(nóng)民在田間地頭焚燒所造成的大氣污染，減少了對地面、水面的腐蝕質(zhì)污染。

(2)大量減少CO2和SO2的排放，運營30 MW的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組，與同功率火電機(jī)組相比，每年可減少CO2排放約13萬t，有利于降低溫室效應(yīng)的影響。而且與煤相比，生物質(zhì)幾乎不含硫，秸稈的平均含硫量只有0.38%，遠(yuǎn)低于電廠用煤的平均含硫量1%，無需配備昂貴的脫硫裝置。

(3)生物質(zhì)電廠的灰渣含有豐富的鉀、氮、磷、鈣等元素，是優(yōu)質(zhì)肥料，有利于增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

(4)帶動能源產(chǎn)業(yè)和能源林業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，將有效地綠化荒山荒地，減少土壤侵蝕和水土流失，治理沙漠，保護(hù)生物多樣性，促進(jìn)生態(tài)的良性循環(huán)。

3.7 社會效益

(1)30 MW生物質(zhì)直燃電廠每年消耗秸稈等生物質(zhì)25萬t，可替代約12萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)電廠每年可向電力系統(tǒng)輸出1.85億kWh電，緩解社會電力短缺問題。

(2)單純在秸稈收購這一方面，每年可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來直接收入達(dá)4 000萬元。圍繞燃料的收購、破碎、儲存、運輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)鏈條，能夠直接吸納當(dāng)?shù)丶爸苓吙h市農(nóng)村的勞動力1 000多人。

4 發(fā)展生物質(zhì)直燃發(fā)電項目的建議

4.1 資源調(diào)查和估算

生物質(zhì)發(fā)電最大的問題集中在原料供應(yīng)的不確定方面。造成原料供應(yīng)不確定的原因很多，包括秸稈季節(jié)供應(yīng)問題、儲存問題、運輸問題、價格上漲問題等，但從已經(jīng)建成運行的項目來看，最主要的原因是電廠周圍農(nóng)村種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、缺少統(tǒng)一規(guī)劃和項目盲目布局導(dǎo)致的秸稈收集半徑的擴(kuò)大，從而提高了運行成本并加大了原料的供應(yīng)風(fēng)險。因此，在建設(shè)生物質(zhì)直燃發(fā)電項目前，應(yīng)對該地區(qū)的周邊環(huán)境做詳細(xì)的調(diào)查，如資源種類、資源量、資源分布特點、運輸條件等，再合理規(guī)劃生物質(zhì)直燃電廠的選址和規(guī)模，與電網(wǎng)的建設(shè)和其他能源的發(fā)電方式相配合。積極開展生物質(zhì)直燃發(fā)電上、下游產(chǎn)業(yè)鏈研究，把燃料的收、儲、運、發(fā)電作為一個連續(xù)的系統(tǒng)。

4.2 財政稅收扶持

生物質(zhì)直燃發(fā)電項目造價高，總投資大，運行成本高，其盈利水平不如常規(guī)火電。主要原因有:一是單位造價高，目前單位造價為1.0萬元/kW;二是燃料成本高，電價成本中的燃料成本約為0.4元/kWh，遠(yuǎn)高于燃煤發(fā)電。三是生物質(zhì)發(fā)電項目執(zhí)行與傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)一樣的稅收政策，而且生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)增值稅進(jìn)項抵扣操作困難，企業(yè)實際稅率約為12%，高于常規(guī)火電實際稅率6% ～8%。因此，應(yīng)該加大生物質(zhì)直燃發(fā)電的政策支持，落實農(nóng)林生物質(zhì)直燃發(fā)電增值稅即征即退、所得稅減免和貼息貸款等優(yōu)惠政策;根據(jù)生物質(zhì)直燃發(fā)電項目的投資和運營成本，合理調(diào)整生物質(zhì)發(fā)電的上網(wǎng)電價，從而保證我國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

[1]楊勇平，等編.生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社，2007.

[2]中國電力科學(xué)研究院生物質(zhì)能研究室編.生物質(zhì)能及其發(fā)電技術(shù)[M].北京:中國電力出版社，2008.

[3]顧曉山.秸稈焚燒發(fā)電項目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].可再生能源，2007，8(4):65 －67.

[4]李志軍.我國生物質(zhì)直燃發(fā)電的現(xiàn)狀、問題及政策建議[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008，9(9):34 －37.