于博

（中國華電集團電力建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟咨詢中心有限公司，北京100044）

　　摘要：目前供電煤耗在315g/（kW·h）的火力發(fā)電機組，碳排放量約880 CO₂g/（kW·h），與“十三五”對大型發(fā)電集團提出的550 CO₂g/（kW·h）還有很大差距。燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)讓控制碳排量成為了可能，就其應(yīng)用前景、效益分析、風(fēng)險控制等環(huán)節(jié)展開討論。

　　0引言

　　隨著我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)得到了較快的發(fā)展。但生物質(zhì)傳統(tǒng)的直燃發(fā)電面臨著較大的成本、環(huán)保等壓力，而燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電結(jié)合了燃煤和生物質(zhì)的優(yōu)勢，具有一定的推廣價值。本文通過分析燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電項目，對項目進行效益分析，并提出相關(guān)風(fēng)險。

　　近年來，國家對環(huán)保的要求日趨嚴(yán)格，對污染物排放超標(biāo)計時考核、對重大污染嚴(yán)重考核等。隨著國務(wù)院“十三五”控制溫室氣體排放工作方案的下發(fā)，CO₂（二氧化碳）排放量進入了人們的視野。目前供電煤耗在315g/（kW·h）的火力發(fā)電機組，碳排放量約880 CO₂g/（kW·h），這與“十三五”對大型發(fā)電集團提出的550CO₂g/（kW·h）要求還有很大差距。目前，火力發(fā)電廠大規(guī)模上CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕捉和貯存）設(shè)備還不太現(xiàn)實。所謂燃煤生物氣化質(zhì)耦合發(fā)電，即將生物質(zhì)經(jīng)氣化爐氣化后，將產(chǎn)生的氣體通過燃燒器直接與爐內(nèi)煤質(zhì)耦合燃燒。這種技術(shù)讓控制碳排量成為可能。

　　1燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電前景分析

　　1.1國際發(fā)展情況

　　大型生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)在歐洲各國得到了大力發(fā)展，主要得益于對CO₂排放指標(biāo)的有效控制和政策補貼等，目前在歐洲大型燃煤電廠耦合生物質(zhì)的主流發(fā)展方向是生物質(zhì)與煤耦合燃燒。1993年，荷蘭率先對1MW燃煤鍋爐進行燃燒耦合試驗，耦合比例為5%～10%，耦合物質(zhì)為廢舊木料、污泥、焦炭等，由于耦合試驗效果良好，燃煤生物質(zhì)耦合技術(shù)得到的了廣泛應(yīng)用。在確定燃煤生物質(zhì)耦合的燃燒特性后，耦合燃燒比例逐漸從10%上升至35%，耦合物質(zhì)也擴展到棕櫚仁、谷物殼等。目前歐洲已經(jīng)有超過50個試驗，將煤和生物質(zhì)耦合的比例升至40%。2015年，荷蘭建成了節(jié)能和CO₂深度減排示范電廠，1100MW超超臨界機組+生物質(zhì)耦合+CCS的CO₂深度減排路線，生物質(zhì)耦合比例30%，機組發(fā)電效率＞47%。與荷蘭相比，芬蘭則建成了全球最大的循環(huán)流化床鍋爐——550MW，煤、煤泥、木材、森林廢棄物等生物質(zhì)在循環(huán)流化床鍋爐實現(xiàn)了任意比例耦合，甚至全部采用生物質(zhì)。作為目前生物質(zhì)耦合技術(shù)使用最多的國家，英國目前生物質(zhì)耦合裝機容量達到25336MW。

　　1.2國內(nèi)申報項目情況

　　2005年，歐美碳交易排放體系正式確立，如今這一體系下運行的歐洲電廠多達10000多個，在歐洲，各工廠、航空公司開展了多項CO₂深度減排工作。2017年，我國有7個碳排放交易市場正式投運，并正式印發(fā)了《全國碳排放交易市場建設(shè)方案》。2030年，全球碳排放交易量將達到峰值，根據(jù)我國《能源生產(chǎn)與消費革命戰(zhàn)略》要求，非化石燃料發(fā)電達到全部發(fā)電量的50%。2017年，我國生物質(zhì)發(fā)電裝機1500萬kW，全年生物質(zhì)發(fā)電量794億kW，同比增長22.7%，全年利用小時數(shù)達5000余小時。

　　國家對農(nóng)林生物質(zhì)執(zhí)行標(biāo)桿電價0.75元/（kW·h）。我國每年分布在各處的生物質(zhì)資源儲量，相當(dāng)于5億t標(biāo)煤，如這些生物質(zhì)的50%能有效用于發(fā)電，那么全年生物質(zhì)發(fā)電量為7000億kW，2017年的全年發(fā)電量僅完成了10%，說明生物質(zhì)發(fā)電還有很大的發(fā)展空間。2020年，我國煤電裝機容量將達到11億kW，如果其中有30%與煤電進行耦合，則燃煤生物質(zhì)耦合容量將達到3.3億kW，按生物質(zhì)耦合10%折算，生物質(zhì)耦合的裝機將增加3300萬kW。

　　2017年，國家能源局下發(fā)的《關(guān)于開發(fā)燃煤生物質(zhì)耦合技改試點工作的通知》，各大央企、國企、民營企業(yè)均踴躍報名。我國目前有國電荊門電廠、華電十里泉電廠等已開展了生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)。目前在申報燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電項目中，央企申報積極性最高，達到120多個，約占本次申報電廠的70%。總體申報情況，前5名依次為：東北三省合計申報30個，江蘇省19個，河南省17個，廣東省12個，湖南省11個。參評項目中，農(nóng)林生物質(zhì)耦合79個，污泥耦合42個，垃圾耦合4個。而農(nóng)林生物質(zhì)耦合中，氣化耦合69個，直燃耦合8個，蒸汽耦合2個。

　　1.3技術(shù)路線分析

　　燃煤耦合污泥、垃圾發(fā)電：污泥需要配備圓盤干化機，污泥系統(tǒng)需要配備除臭等環(huán)保設(shè)備；耦合垃圾發(fā)電則需要設(shè)置單獨的垃圾焚燒爐，并采用蒸汽＋煙氣側(cè)雙鏈耦合技術(shù)，煙氣側(cè)還需要配置消除二噁英等環(huán)保裝置。

　　按耦合形式，燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電可分為蒸汽側(cè)耦合、燃燒側(cè)耦合兩類，燃燒側(cè)耦合技術(shù)是目前生物質(zhì)耦合發(fā)電的主流。燃燒側(cè)耦合技術(shù)又分直燃耦合、氣化耦合兩大類。

　　2燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電項目效益分析

　　2.1技術(shù)簡介

　　生物質(zhì)氣化一般分為固定床和反應(yīng)床2種形式，固定床以水和空氣作為氣化劑，反應(yīng)床以反應(yīng)劑通過床層反應(yīng)，在靜止常壓壓產(chǎn)生氣體。生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)特點：①氣化效率高，滿足商用要求；②原料適應(yīng)性廣，幾乎適用于所有的木質(zhì)燃料、谷類外殼等；③運行方式簡單、靈活；④發(fā)電效率高；⑤可實現(xiàn)生物質(zhì)灰渣綜合利用；⑥環(huán)保性能優(yōu)良。

　　2.2項目效益分析

　　以一臺8t/h氣化爐與350MW超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)機組耦合為例（表2）。

　　從表2可以發(fā)現(xiàn)，燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電一般3a即可收回成本。所以，一般熱電廠可采用抽氣供熱方式，火電廠可選擇性選取氣化爐供熱。

　　3燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電項目風(fēng)險分析

　　3.1政策風(fēng)險

　　目前國家尚未出臺明確的燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電項目電量補貼、電價補貼，在可再生資源配額上也無明確數(shù)據(jù)，綠色電力證書交易、碳排放交易等還處于起步階段，燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電盡管已形成未來業(yè)內(nèi)共識，但是不能一蹴而就，只能小批量推進。

　　3.2技術(shù)風(fēng)險

　　生物質(zhì)氣化耦合在煤粉爐和循環(huán)流化床鍋爐均可：氣化爐產(chǎn)生的可燃氣可作為鍋爐的燃料燃燒，對鍋爐影響較小，但氣化腐蝕、積灰、焦油等問題突出，并且不同設(shè)計單位的氣化爐型也有所不同，需要電廠深入了解后再作選擇；而循環(huán)流化床鍋爐適合采用生物質(zhì)直燃耦合的方式，需要解決正壓給料的問題。

　　3.3燃料風(fēng)險

　　通過調(diào)研幾家生物質(zhì)電廠，發(fā)現(xiàn)一個共性問題：生物質(zhì)燃料供不應(yīng)求，很多生物質(zhì)電廠因“缺糧”處于停發(fā)狀態(tài)。分析原因：①生物質(zhì)電廠和燃料廠家因燃料費用結(jié)算問題，導(dǎo)致生物質(zhì)燃料供應(yīng)中斷；②生物質(zhì)燃料分布范圍廣，從燃料收集、破碎、成型、運輸、結(jié)算整個環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)還未形成有效的產(chǎn)業(yè)鏈來優(yōu)化生物質(zhì)燃料的收集成本，生物質(zhì)燃料供應(yīng)問題已成為限制目前生物質(zhì)發(fā)電廠發(fā)展的主要瓶頸。隨著燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電示范項目的推進，生物質(zhì)燃料供應(yīng)問題會愈發(fā)突出。如果這個問題得不到有效解決，發(fā)展燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電就無從談起。

　　3.4運營風(fēng)險

　　現(xiàn)在生物質(zhì)計量尚未有定論，國家也沒有具體政策，目前氣化是認可的計量方式。如果采用直燃技術(shù)，需要提前與政府部門溝通，采用政府認可的計量方式才能享受補貼。目前已知的只有可數(shù)的幾個生物質(zhì)耦合電廠得到了政策補貼，生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電運營亟待國家出臺相應(yīng)的電量計量、CO₂排放計量、相關(guān)行業(yè)技術(shù)規(guī)范完善、全流程規(guī)范管控、監(jiān)管機制建立等。另外，生物質(zhì)氣作為低熱值燃氣，主要成分為CO（一氧化碳），防火防爆問題突出，需要重點關(guān)注。