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生物质沼气峰时发电产业发展模式探讨
时间: 2019-11-06   浏览:43   【加入收藏】  【字体:

 

  随着工业规模化的发展,石油、煤炭等一次能源日益短缺,且对自然界带来不可逆的环境危害。可再生能源依靠其绿色、节能等特性,越来越被重视,使用风能、太阳能、生物质能等可再生能源是未来必然的发展方向。可再生能源发电并利用电网输送到使用终端是当前最佳的利用模式。但可再生能源供给存在不确定性,电网在接纳可再生能源电力时存在诸多问题,一些可再生能源又被称为“垃圾电”,弃风、弃光、生物质电力不能上网等情况常有发生,目前国内可再生能源的产业发展并非一路光明,特别是生物质能源利用存在着产业发展瓶颈。

  据统计,2013年末,全国发电总装机容量为12.5亿kW,其中火电8.6亿kW,水电2.8亿kW,风电7548万kW,太阳能1547万kW,核电1461万kW,生物质发电780万kW。到2018年末,全国发电总装机容量为19亿kW。其中火电11.4亿kW,水电3.5亿kW;风电1.8亿kW,太阳能1.74亿kW,生物质发电1781万kW。风电和太阳能的并网规模为生物质的10倍。

  在可再生能源中,生物质能源领域发展最慢,产业模式一直处在探索阶段。从生物质发电项目类型来看,直燃发电类型项目占累计并网容量的55%,是应用最广泛的生物质能利用方式。其次为垃圾焚烧发电技术类型项目,占累计并网容量的41.5%。沼气发电技术类型项目占累计并网容量的3.5%。由于农林生物质收集、运输困难,运费增长使得燃料价格增加,大部分生物质电厂处于亏损运营状态。与此同时,我国可作为能源利用的生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤,目前能源利用率仅为5%,可利用空间及潜力巨大。

  近些年国家在生物质能源发电方面制定了多个专项规划,同时给予了大量的促进政策。其中鼓励政策核心内容包括:生物质发电优先上网,电网公司全额收购上网电量,全时段、各地区上网统一电价为0.75元/kWh,通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决补贴费用。按照国家给予的鼓励政策分析,生物质能应迅速得以发展,但从以上数据分析,生物质发电的发展却差强人意。

  究其原因,没有充分发挥生物质发电的自身优势,产业发展模式不适宜,政策的指向需要进行应对性的完善。目前生物质发电主要有直燃发电、高温气化发电和沼气化发电,其中直燃发电占主导,高温气化发电在技术探索阶段,沼气发电技术成熟但应用占比很小,无论哪种模式都没有真正具备大规模推广的条件,生物质分布式发电应用模式的瓶颈主要包括:

● 资源分散,收集难度大,能源密度低,储运费用高,电厂经营亏损,企业投资意愿不强。

● 发电负荷不易调节,低负荷发电效率低,谷时发电需要利用火电调峰,降低火电运行效率,各时段发电量全额同价收购,电网公司利益受损,不愿意接收。

● 用于补贴的费用较高,需要持续增加可再生能源附加费征收比例,政策难以为继。

● 规模不宜调整,原料相对单一,运输能耗高,对环保贡献低。

  能否找到一种新的产业模式,突破上述产业瓶颈,将生物质发电从“垃圾电”变为“优质电”,在国家不增加电价补贴额度的基础上实现盈利,并提升生物质发电在环保方面的贡献,实现产业快速发展?“生物质沼气峰时发电”的应用模式可以有效解决上述问题,如果能够利用合适的支持政策,并进行示范推广,将有可能实现广泛的复制,推进生物质发电进入发展快车道。

  生物质沼气峰时发电,就是将生物质先转化为沼气,进行临时的存储,在一个峰谷周期内暂存。在电力需求高峰时进行满负荷发电,将“垃圾电”变为“优质电”,为电网雪中送炭,谷时完全停机不发电,实现生物质发电和分布式调峰双重功能。将调峰电站的运行补贴与可再生能源发电补贴政策结合,在不增加现有补贴总量的情况下使生物质发电具有较好的经济性,实现快速发展,同时还可降低电网公司建设调峰电站投入,亦可作为智能电网整体产业发展体系的电力基础,可谓一举多得。

生物质沼气峰时发电的特点:

● 与风能、光能相比,沼气可以适量进行存储,将不可调整的供能系统变为可控的供能系统。

● 沼气采用内燃机或燃气轮机发电,可短时间迅速启动供电,特别是内燃机发电模式,10分钟可以迅速启动并实现满负荷输出。

● 能利用多种生物质为原料,对单一类型燃料依赖小,可以降低成本,提升效益。

● 电站效率不受规模影响,1MW和10MW的发电效率相当,效益接近,适合各种发展模式。

  相对于传统的生物质发电形式,沼气峰时发电充分利用沼气能源的暂存和内燃机的即时发电特性,可以实现峰时满发、平时调度、谷时全停,参与调度,作为优先调峰系统,仅发优质电,不发垃圾电。在项目投资中,投资占比较大的沼气生产系统,建造能力为满发消耗量的40%~50%即可,可以大大降低等规模电站的投资,沼气存储量建设适当提升,一般存储设计为单日用沼气量的60%左右。同时沼气存储性能源发电系统还可以作为分布式能源和智能电网整体产业发展体系的电力基础。规模可大可小,等规模发电容量电站对原料需求量降低50%,同规模的发电站容易获取优惠的原料价格,相对于直燃模式,可以利用餐余、粪便、过期食品,生活垃圾等等,沼气电厂的原料来源更广,推广性更强。

  除了主要的特性外,还有一些在推广应用的有利环节,比如规模适当,特别适宜民营企业发展,民营企业全面的投资推进可使产业迅速发展。可以与风电和光电系统实现动态互补,实现可再生能源多模式并存,促进共同发展。国家可以少建设同等规模的调峰电厂,实现补峰综合效益。在同等的规模下,政府补贴更少,峰时电力电网公司的采购销售差价大,电网公司在应用中收益,电力并网从先前的障碍变为了推动力。

  沼气峰时发电模式将可再生能源发电和峰时发电结合为一体,享受生物质补贴的同时再给予部分峰时电价补贴,项目即可有很好的经济效益,撬动产业发展的利益源,使生物质能源发电产业具有了推广的经济动力。

  生物质峰时发电在国内进行产业化推广应用,还需要多部门、协会和企业共同结合。发展模式需要得到政府和行业协会的认可,建立推广示范的先导性政策,通过政策作为产业发展的示范。

  第一,完善原料收集模式,将市政和环保系统纳入到收集体系中,对于各种废弃的污染物必须进行强制收集处理,不能依靠企业自主采购原料。产生污染物的个人、企业要承担环保责任,通过市政和环保配套政策,将污染物产生企业与生物质能源化利用企业建立供应链,保证生物质能源的来源问题。

  第二,采取峰时高补、平时少补、谷时不补的补贴模式,改变原来的发电全额收购政策。体现生物质能源特点,实现投资和资源行为的规范化,国家等同投入的情况下,提升生物质沼气模式的盈利能力。

  第三,优化电力设计配置体系,通过电池实现调峰,促动电网企业自身利益。如果通过多元并举的措施,建造的项目示范在技术和盈利模式被认可后,生物质沼气利用将获得巨大发展契机,必将替代生物质直燃发电成为主流模式。按照目前的生物质资源总量情况,突破盈利和解决上网问题后,生物质发电量将有望超过风、光、小水电成为第一可再生能源。使得农林生物质以外的大量的废弃物原料有了新途径,对于厨余、粪便、屠宰、过期食品、病死牲畜等垃圾将会有能力进行充分收集和利用,环境可大大改善,实现一举两得。

  总的来说,生物质能源利用目前在中国发展不够理想,究其原因是没有找到适合在中国发展的模式,希望通过本文我们可以找到一种有中国特色的发展模式,并利用有中国特色的模式,推动生物质能源化利用产业在中国快速发展。

  注:撰写本文的前提,生物质沼气技术在国际上已经非常成熟,仅德国就有1万多个生物质沼气发电站,发电容量达到了全国的5%以上,但中国的生物质能源利用一直未发展起来。在国内,通过多年的交流、引进和消化吸收,生物质沼气及发电技术已得到长足发展,目前原料处理、厌氧反应系统、沼气发电等技术具备了产业化推广的条件,在工业污水处理、大型养殖场等领域已全面应用,但一直无法在广泛的生物质原料领域推广应用,没有找到破解发展瓶颈的模式。

  本文作者于海滨系中国沼气学会常务理事、中石化胜动集团副总经理,山东蓝动节能环保技术公司总经理。从事燃气内燃机分布式发电技术的研发和应用推广二十余年。作为主要负责人研究的低浓度瓦斯安全输送及发电技术成果获得山东省科技进步奖。主持规划设计的生产厂区十万平方米冷热电联供综合用能系统被评为住建部节能示范项目。曾参与沼气发电工程和冷热电联供等相关国家及行业标准的起草。现主要从事国产燃气内燃机发电技术的理论研究、示范应用和产业推广工作。

  本文刊登在中国城市燃气协会分布式能源专业委员会主办的《分布式能源》2019年第3期/总第27期上

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