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燃煤生物质耦合发电:煤电转型新路径

2017-07-24 13:26:00 中国电力报   作者: 冯义军 张媛媛  

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“为了实现中国能源的转型,并达到2030年非化石能源发电量占比不低于50%的目标,大力发展燃煤生物质耦合发电是必然的选择。”在日前召开的第七届燃煤生物质耦合发电国际会议上,电力规划设计总院副院长孙锐表示。

燃煤生物质耦合发电是一种成熟的可再生能源发电技术,通过现役煤电机组的高效发电系统和环保集中治理平台,尽力消纳田间露天直燃秸秆,规模化协同处理污泥,实现燃料灵活性,降低存量煤电耗煤量,提升可再生能源发电量。

“从煤电机组在电力结构中占主体地位的国情出发,燃煤生物质耦合发电是优化能源资源配置、破解污染治理难题、促进生态文明建设、推动经济社会绿色发展的有力举措。”在上述会议主持人、清华大学教授毛健雄看来,燃煤生物质耦合发电是降低二氧化碳和其他污染物排放的有效途径,可谓当前我国煤电转型升级的新路径。

成熟技术进入大规模推广阶段

“燃煤生物质气化耦合发电技术门槛相对较低,是当前大型煤粉炉电站比较可靠可行的技术路线之一,已经具有应用和推广价值。”中国投资协会能源发展研究中心常务副理事长、中国可再生能源学会理事庄会永在接受《中国电力报》记者采访时表示。

据浙江大学能源工程学院教授王勤辉介绍,燃煤生物质耦合发电技术存在发电侧耦合、蒸汽侧耦合和燃烧侧耦合等多种技术形式。其中,燃烧侧耦合中生物质气化耦合技术是将生物质气化成热燃气,经过高温气固分离后直接送入锅炉与燃煤混燃,利用大型燃煤电站高参数发电机组进行高效发电。

“由于气化温度较低,同时,生物质中的大部分灰分在炉前被去除,燃气燃烧对于锅炉的影响远小于生物质制粉直接喷入炉膛燃烧。因此,生物质气化耦合更易于实现与燃煤电站深度耦合,协同发电,是最有推广前途的技术之一。”王勤辉分析道。

“我国目前燃煤机组种类较多,采用何种耦合技术需要因地制宜,要采用合理、合适的项目技术路线,达到项目运行稳定、监测客观科学的基本要求。”庄会永向记者分析道,以气化耦合技术路线为例,其优点是对于煤粉炉本身改造很少,燃料在线监测相对较为简单、可靠,缺点是对燃料的多品种、不同品质的适应性相对较差,相应的关键技术研发和装备应用还需要实践检验。另外,在庄会永看来,生物质与燃煤直接混合燃烧耦合发电技术虽然运行效率高、技术成熟,但是也存在生物质燃料应用量的在线监测难题。

多年来,中国工程院院士张齐生一直关注燃煤生物质气化耦合发电技术。据张齐生介绍,国电、大唐等多家大型发电集团都积极推进燃煤生物质气化耦合发电技术,其中国电长源与合肥德博生物能源科技有限公司(简称合肥德博)开发建设的荆门10.8兆瓦生物质耦合发电项目已经稳定运行近5年时间,标志着燃煤生物质气化耦合发电技术已经完成技术示范,可以进入大规模商业推广阶段。

“我国生物质气化技术的开发时间较长,积累了多年的研发运行经验,这也为耦合发电项目提供了技术条件。而我国耦合发电产业的不足主要体现在整体技术发展时间较短,工程实践较少,专业人才紧缺,在大型化、标准化以及进一步深度耦合等技术环节还需要突破。”合肥德博董事长张守军认为。

未来发展空间巨大

“随着我国碳减排制度体系建设和碳排放交易市场建设的日趋完善,燃煤生物质耦合发电将迎来良好的发展机遇。”国家能源局电力司副巡视员郭伟在上述会议上谈道,碳减排是我国经济社会绿色低碳可持续发展的客观要求,燃煤生物质耦合发电具有生物质能电力二氧化碳零排放的特点,可较大幅度消减煤电的碳排放。

目前,国际上燃煤生物质耦合发电技术已较为成熟,而我国在这一领域总体上尚处于起步阶段。记者从上述会议上了解到,我国可作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和能源作物等生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤,而目前我国生物质能利用量约3500万吨标准煤/年,利用率仅为7.6%。截至2016年,我国的生物质发电装机为1214万千瓦,其中农林生物质发电605万千瓦,还有部分垃圾焚烧发电和沼气发电,生物质发电装机容量占比不到1%。

我国煤电机组发电小时数持续下降,2016年已经低于4100小时,煤电机组的高效发电平台以及有大量剩余发电负荷存在,为生物质与燃煤耦合提供了基础条件。“我们算过一笔账,如果每年我国有50%的生物质用于发电,那么可发电量约7200亿千瓦时,是2016年全国发电量的12%,折算成装机容量约1.8亿千瓦。”孙锐向《中国电力报》记者分析,“到2020年,燃煤装机容量达到11亿千瓦,如果50%与生物质掺烧,那么燃煤生物质耦合发电机组总容量可以达到5.5亿千瓦,按平均掺烧量为10%估算,则折算生物质发电装机容量可达到5500万千瓦。”

国家相关部门重视进一步推进燃煤生物质耦合发电及其相关产业的发展,已将燃煤生物质耦合发电纳入《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《电力发展“十三五”规划》《能源技术创新“十三五”规划》和《“十三五”节能减排综合工作方案》等产业规划和行动方案,这必将推动燃煤生物质耦合发电在我国的大力发展。

相关资料显示,近期,一批燃煤生物质耦合发电试点项目建设已经启动,国家能源局支持吉林大唐长山热电厂开展燃煤与农作物秸秆耦合发电技术改造试点工作,广东、宁夏、湖北等地也已启动了一批燃煤与农林生物质、污泥耦合发电的试点项目。

期待得到政策大力支持

“建议相关部委能继续关心支持燃煤生物质耦合发电行业,在试点项目的基础上,根据实际情况,完善相关配套政策措施,一定时期内在电价、电量、财税和资金等方面予以适当的政策支持。”郭伟在上述会议上提出。

国家能源局之前已起草《关于推进燃煤与生物质耦合发电的指导意见(征求意见稿)》,征求国家发展改革委、财政部、环境保护部、住建部和农业部等相关部委意见。征求意见稿对耦合发电的可再生能源电量、锅炉生物质输入热量、污泥处置量的确定和计算,以及计量装置、计量方式均提出明确要求,规定相关在线监测数值需同步传输至电力调度机构,并明确了各政府部门的监管职能。

记者注意到,《电力发展“十三五”规划》中明确提出:“研究燃煤与光热、生物质耦合,风光抽蓄耦合等可再生能源利用方式补助方法。”

“燃煤生物质耦合发电如果能落实目前生物质发电电价,或因此增加电厂运行时间,将有助于缓解火电厂经营压力。”王勤辉对燃煤生物质耦合发电带来的价值效应充满期待。

“保障燃煤生物质耦合发电实施的政策,不应只有国家电价补贴一个出路。”庄会永向记者分析道,“如果我们大型燃煤电厂度电碳排放、度电煤耗等要求坚决贯彻执行下去,把非水可再生能源比例目标、炭税、绿电证书、碳减排与交易、区域煤炭减量等政策落实下去,煤电企业及社会资本投资燃煤与生物质耦合项目的积极性会很高,也会有非常好的经济和社会效益。”

在毛健雄看来,二氧化碳减排的巨大压力,将会倒逼我国燃煤生物质耦合发电的大力发展:“政府关于碳减排的激励和处罚政策,特别是欧盟行之多年的有效政策,这或许是推动燃煤生物质耦合发展的关键。”

【专家观点】

生物质高值化技术是国内外研究重点

中国工程院院士 张齐生

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生物质是可持续获得的绿色资源,由于资源分散,堆密度较小,收集运输困难,大部分未得到妥善利用。生物质中可燃成分以碳氢为主,燃烧和热解气化等热化学转化技术是实现生物质资源大规模利用的重要途径,但传统的直燃和气化只是将生物质中可燃成分转化为低品位热能,项目效益较低。开发和推广基于热化学转化的生物质高值化技术是目前国内外研究的重点,其中生物质气化耦合燃煤发电技术和多联产技术均已实现了产业化示范,是最具有大规模商业应用前景的技术。

我国煤电机组发电小时数持续下降,2016年已经低于4100小时,煤电机组的高效发电平台以及有大量剩余发电负荷存在,为生物质与燃煤耦合提供了基础条件。国电集团、华电集团和大唐集团等多家大型发电集团都积极推进生物质气化耦合燃煤机组发电项目,其中国电长源与合肥德博开发建设的荆门10.8兆瓦生物质耦合发电项目已经稳定运行近5年时间,显示了气化耦合发电已经完成技术示范,进入了大规模商业推广阶段。

但是,生物质发电电量的精准计量,并形成国家或者行业标准;高湿、高灰和高碱生物质的宽适应性;与不同容量、不同负荷状态燃煤机组的深度耦合;灰渣的高价值利用这些问题依旧是生物质气化耦合发电技术还需要解决的问题。

在线科学监测是针对性补贴等的重要依据

中国投资协会能源发展研究中心常务副理事长、中国可再生能源学会理事 庄会永

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我国具有广阔的大型燃煤电厂耦合生物质的市场,无论是直接混合耦合还是气化混合耦合技术路线,都有相应的技术研发和服务企业队伍,都有成功案例。而且,我国关于生物质气化技术和装备研发生产具有很好的基础,有众多从事技术研究的专家和一大批与生物质气化有关的企业。

然而,燃料的科学、公正在线监测依旧是燃煤生物质耦合发电现有技术所面临的最大问题。

国外一般没有对生物质燃料掺混的在线检测的要求。而在我国,如果实施针对生物质混合燃烧应用量予以差别补贴的政策,就必须有生物质燃料的在线科学客观监测,这是针对性补贴或者政策支持的重要依据。

针对科学、客观、准确的生物质应用的监测,我们还需要进一步的研究和努力;针对多品种、多品性的生物质原料的前处理和稳定运行气化应用,还需要进一步技术开发和试验示范,还需要有规模化的项目开展运行总结。

另外,关于生物质耦合煤电项目的实施,也不应是仅仅只有国家电价补贴政策一个出路,在目前国家可再生能源基金短缺、可再生能源电价关注度很高的情况下,建议也不要把目光紧紧盯着补贴电价。如果把降低大型燃煤电厂的度电煤耗的高目标坚决贯彻执行下去,把非水可再生能源目标比例、炭税、绿电证书、碳减排指标、区域煤炭利用减量等政策落实下去,煤电企业进行煤电与生物质耦合项目的投资和技术研发的积极性也会很高,项目投资的经济和社会效益会很好。

尽早明确燃煤生物质耦合发电政策规划

国核电力规划设计研究院有限公司副总经理 吴伟
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当前,我国能源结构深度调整,煤电转型升级压力持续加大,生物质直燃发电快速发展,但面临着较大的成本、环保等压力。燃煤生物质耦合发电技术有效结合了两者优势,是朝阳产业,具有广阔的发展前景。

一是有效替代化石能源,促进煤电清洁低碳发展。2020年发电企业单位供电二氧化碳排放要控制在550克/千瓦时以内,随着碳排放市场的建立及非水可再生能源发电量配额制的实施,燃煤生物质耦合零碳排放的优势将有力促进煤电产业的健康发展。

二是具有成熟的技术借鉴。燃煤生物质耦合发电物料系统与成熟的生物质直燃电厂基本一样,具有成熟的设计、运行经验。通过耦合,能更加充分利用燃煤电厂具有的高效发电设备,综合热效率相比生物质直燃电厂提高5个百分点以上,具有效率高、投资少、占地小、见效快的优势。

三是能有效提升我国城市的生态发展水平。燃煤与农林生物质耦合发电能有效解决农林生物质无序焚烧的问题;燃煤与垃圾耦合发电能有效解决城市生活垃圾围城问题;燃煤与污泥耦合发电能有效解决污泥填埋处理问题等。

目前,燃煤与生物质耦合发电已被国家列为“十三五”能源重点发展方向,但是国家在电量、电价方面的配套支持政策还未完全到位,当前只能参考生物质直燃电厂国家政策执行,强烈希望尽早明确燃煤生物质耦合发电的政策规划,促进这一新兴产业的快速健康发展。

燃煤生物质耦合发电可缓解火电厂经营压力

浙江大学能源工程学院教授 王勤辉
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近年来,由于相关政策的鼓励,许多电厂正在积极开展将现有大型锅炉改造成生物质耦合发电的工作,其中通过生物质循环流化床气化耦合大型煤粉锅炉燃烧发电备受关注。

部分欧洲国家在生物质循环流化床气化耦合大型燃煤电厂发电方面有相对多的研发和工业应用实践,与他们相比,我们在大型生物质循环流化床气化的研发及工业实践方面相对缺乏经验,需要加强相关技术的研究开发及工业实践。但同时也应该注意到,目前欧洲生物质气化耦合发电所使用的生物质原料主要是低碱金属含量的生物质原料如木质类生物质。而我们在高碱类生物质循环流化床燃烧利用方面已经具有多年的研发和工业应用,在此基础上,有望较快地研究开发出适用于高碱秸秆类生物质的大型循环流化床气化耦合发电技术及装置。

如果能落实目前生物质发电电价,并因此增加电厂运行时间,显然有助于缓解火电厂经营压力。

同时,如果通过生物质气化耦合燃烧实现大型燃煤锅炉的超低负荷稳定运行,提高发电厂的深度灵活调峰能力,则同样可能有助于缓解电厂的经营压力。

另外,生物质耦合发电技术如果能将生物质资源化利用和能源化利用相结合实现生物质的高值化利用,则有望进一步提高生物质利用效益,提高电厂赢利能力,如基于生物质气化联产炭和燃气的耦合发电技术等。

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责任编辑: 李颖

标签: 新能源 燃煤生物质 耦合发电 煤电转型

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