0、引言
秸稈等生物質(zhì)與煤炭的混合燃燒技術(shù)可充分利用現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備,在現(xiàn)階段是一種低成本、低風(fēng)險的可再生能源利用方案,可替代一部分常規(guī)能源。燃煤電廠混燒生物質(zhì)和廢棄物的研究始于20世紀(jì)80年代,目前己成為許多歐美國家常見的發(fā)電技術(shù),并被認(rèn)為是清潔煤技術(shù)的新突破,對減輕環(huán)境污染及減少溫室氣體的排放有重要作用,是應(yīng)對全球氣候變暖的有效措施。但是在我國,這種技術(shù)因為種種原因一直沒有得到重視。
1、歐美燃煤電廠混燃生物質(zhì)的經(jīng)驗
燃煤電廠混燒生物質(zhì)是指將農(nóng)作物秸稈、林木加工廢棄物、舊輪胎等廢棄物與煤混合直接燃燒。目前,歐盟和美國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)建設(shè)了一定數(shù)量的生物質(zhì)和煤混合燃燒的電廠,裝機(jī)容量主要在50~700MW之間,主要的燃燒設(shè)備是煤粉爐(也有層燃和流化床技術(shù))。另外,將固體廢物放入水泥窯中進(jìn)行燃燒也是一種生物質(zhì)混合燃燒技術(shù)。實際上,混合燃燒電廠最大的挑戰(zhàn)在于如何將現(xiàn)有的燃煤電廠進(jìn)行技術(shù)改造以適應(yīng)混燒生物質(zhì)的需要。國際上普遍研究表明,當(dāng)生物質(zhì)占總?cè)剂系谋壤陀?0%時,一般不需要改變現(xiàn)有電廠的任何設(shè)備就可以實現(xiàn)這種清潔煤炭技術(shù)。
2002年4月,荷蘭就此項技術(shù)的采用達(dá)成一致意見,在2008~2012年間,所有燃煤電廠都要混燒至少12%的生物質(zhì)能(按能量計算)。而在芬蘭裝機(jī)容量為550 MW的AlholmensKraft電廠,采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù),燃料由45%的泥煤、10%的森林殘余物、35%的樹皮和木材加工廢料以及10%的重油或煤所組成。丹麥Studstrup電廠從1996年開始進(jìn)行混燒農(nóng)作物秸稈示范實驗,經(jīng)過2年的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)秸稈的混燒量達(dá)到10%時,沉淀物的產(chǎn)生十分明顯,但只需增加吹灰次數(shù)即可解決。但高硫煤由于與生物質(zhì)中的鉀形成K2S04(硫酸鉀)致使出現(xiàn)結(jié)垢問題。當(dāng)秸稈混燒量增至20%時,造渣將出現(xiàn)問題。從2002年開始,該廠在一臺350 MW的機(jī)組上開始混燒的商業(yè)運(yùn)行,運(yùn)行結(jié)果表明,當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷在100%和75%時,混燒生物質(zhì)可以達(dá)到降低氮氧化物排放濃度的效果,當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷降至50%時,氮氧化物的排放濃度略高于純?nèi)济簷C(jī)組。美國認(rèn)為混燒技術(shù)有助于更多地使用國內(nèi)資源,特別是可再生能源,并把其作為保障能源安全的重要措施。目前,美國有300多家發(fā)電廠采用生物質(zhì)與煤炭混燃技術(shù),裝機(jī)容量達(dá)6000 MW。經(jīng)過實驗和示范,美國更傾向于把生物質(zhì)的混燃比例控制在5%以內(nèi),這樣可以使鍋爐的燃料效率不受任何影響,富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料,生物質(zhì)成型燃料是替代煤等化石燃料最佳的選擇。
2、混燃電廠混燃生物質(zhì)的優(yōu)勢
生物質(zhì)與煤炭混合燃燒發(fā)電技術(shù)在我國一直沒有得到重視。清潔煤技術(shù)領(lǐng)域把注意力集中在了如何提高燃煤發(fā)電效率和開發(fā)大容量、高參數(shù)的發(fā)電設(shè)備上;而混燃技術(shù)從技術(shù)創(chuàng)新的角度看并沒有太多的新穎之處,自然不會受到重視。而可再生能源領(lǐng)域則把注意力放在了純粹的生物質(zhì)能項目上,與化石能源之間有十分明顯的界線,混燃電廠的絕大部分燃料仍然是常規(guī)能源——煤,混燃技術(shù)也不在可再生能源發(fā)展的考慮范圍內(nèi)。因此,混燃處在中間地帶,無論是國家的清潔煤計劃,還是可再生能源規(guī)劃,都沒有對其在研究或示范上給予支持。但是,生物質(zhì)與煤炭混燃技術(shù)存在很多優(yōu)勢。
2.1 和純生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)相比
(1)投資少。純生物質(zhì)燃燒發(fā)電廠的機(jī)組容量都比較小,單位裝機(jī)成本較高,例如由中國生物發(fā)電集團(tuán)公司在山東菏澤單縣獨資興建的秸稈燃燒發(fā)電項目,裝機(jī)容量25 MW,投資2. 23億元,每kW裝機(jī)成本近9 000元;而混燒生物質(zhì)技術(shù)只是對現(xiàn)有電廠的燃料制備和輸送系統(tǒng)進(jìn)行了一些改造,投資很少。
(2)燃料效率高。目前大型常規(guī)燃煤機(jī)組的效率在35%左右,即350 g標(biāo)煤/( kW h),加入10%以下的生物質(zhì)不會對其效率產(chǎn)生影響;而純生物質(zhì)燃燒發(fā)電由于規(guī)模小,加上生物質(zhì)的能量密度低,一般每kW h消耗1.4 kg秸稈,按每kg秸稈折合0.5 kg標(biāo)煤計算(麥桿熱值),其效率僅為18%。
(3)避免了因秸稈收集半徑過大帶來的運(yùn)輸成本問題。生物質(zhì)的能量密度低、體積大,運(yùn)輸過程中增加了二氧化碳的排放。在大型燃煤電廠中,混燃技術(shù)不需要對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行太多的改造,而且大型電廠的可調(diào)節(jié)性大,能適應(yīng)不同的混合燃燒,使混燃裝置能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)能源的特點,并可根據(jù)需要調(diào)整收集半徑。因此,混燃技術(shù)能夠降低生物質(zhì)的運(yùn)輸成本。表1比較了純生物質(zhì)燃燒和生物質(zhì)一煤炭混燒2種電廠在生物質(zhì)發(fā)電量相同的情況下,秸稈的收集半徑。一般認(rèn)為收集半徑小于15 km在運(yùn)輸成本上可以接受。
2.2和純?nèi)济喊l(fā)電技術(shù)相比
美國經(jīng)過大量的實踐證明,混燃電廠可以降低燃料成本,同時,生物質(zhì)的供應(yīng)可以使當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和環(huán)境受益。美國可再生能源國家實驗室( NREL)對不同燃煤鍋爐混燃生物質(zhì)進(jìn)行了研究,混燃的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益如表2所示。
2.3混燃發(fā)電技術(shù)CO,減排效應(yīng)和市場潛力
我國目前擁有單機(jī)容量在6 MW及以上的燃煤機(jī)組3984臺,總裝機(jī)容量24 446. 86 MW,如果每臺機(jī)組都能采用生物質(zhì)混燃技術(shù),混燒比例10%,則中國的電力工業(yè)每年至少可以減少CO,排放1億t。發(fā)達(dá)國家為了完成其《京都議定書》中的承諾,在第一承諾期2008~ 2012年的5年時間里,每年將需要通過世界碳交易市場購買約2—4億t二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體減排量。如果生物質(zhì)與煤炭混燃項目列入CDM交易,可以為中國企業(yè)帶來額外的收益。
3、相關(guān)的政策機(jī)制與建議
3.1我國現(xiàn)有政策不利于混燃技術(shù)的推廣
我國的政策法規(guī)并沒有采取相應(yīng)的激勵措施來推動混燃技術(shù)的發(fā)展,我國的電力行業(yè)也沒有重視生物質(zhì)和煤炭混燃技術(shù)。《可再生能源發(fā)電價格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》明確規(guī)定:“生物質(zhì)發(fā)電項目上網(wǎng)電價實行政府定價的,由國務(wù)院價格主管部門分地區(qū)制定標(biāo)桿電價,電價標(biāo)準(zhǔn)由各省2005年脫硫燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價加補(bǔ)貼電價組成。補(bǔ)貼電價標(biāo)準(zhǔn)為0. 25元/(kW h)。發(fā)電消耗熱量中常規(guī)能源超過20%的混燃發(fā)電項目,視同常規(guī)能源發(fā)電項目,執(zhí)行當(dāng)?shù)厝济弘姀S的標(biāo)桿電價,不享受補(bǔ)貼電價。”也就是說,生物質(zhì)混燃比例必須超過80%才能享受政府的補(bǔ)貼電價。從技術(shù)角度上看,試行辦法中提到的混燃發(fā)電項目與國際上通常講的混燒發(fā)電不是一個概念,基本屬于生物質(zhì)純?nèi)嫉姆懂,添?0%以下的常規(guī)能源是為了助燃和穩(wěn)燃。然而,這一規(guī)定從政策上否定了歐美試行成功的20%以下生物質(zhì)與煤炭混燃技術(shù)是可再生能源發(fā)電技術(shù)組成部分的看法,限制了這種無論從技術(shù)上還是從燃燒效率上來看都比純生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)優(yōu)越的混燃技術(shù)在我國的推廣。
3.2政策建議
(1)國家一切對可再生能源項目的優(yōu)惠政策都應(yīng)適用于混燃電廠,建議國家在混燃電廠發(fā)展的初期階段,制定鼓勵與支持混燃發(fā)電的產(chǎn)業(yè)政策,電價補(bǔ)貼可以根據(jù)混燒生物質(zhì)的比例來確定,例如一個混燒10%秸稈的燃煤電廠將享受國家規(guī)定補(bǔ)貼電價0. 25元的10%,即0.025元/(kW h)。
(2)建立公平競爭的市場秩序。在全國范圍內(nèi)建立起健全的電力市場競爭機(jī)制,各區(qū)域電網(wǎng)施行競價上網(wǎng)。混燃發(fā)電有利于降低發(fā)電成本,在競價上網(wǎng)的公平競爭機(jī)制下,與純?nèi)冀斩捄图內(nèi)济喊l(fā)電相比有成本低廉的優(yōu)勢,更容易在市場上得到廣泛的推廣。
(3)加強(qiáng)秸稈收購、儲存和運(yùn)輸管理的制度化和科學(xué)化。生物質(zhì)發(fā)電最大的問題是資源的收集,這在我國尤其困難。由于田地分散,秸稈的集結(jié)和運(yùn)輸成本都很高。在一些示范項目當(dāng)中,出現(xiàn)了秸稈收購價格被惡意抬升的現(xiàn)象,而秸稈堆放占地、防火也是一個需要面對的問題。造成這一問題的主要原因是缺乏工業(yè)化、規(guī)模化的秸稈綜合利用體系和物流系統(tǒng)。建議在混燃項目立項時加強(qiáng)對原料收集、運(yùn)輸成本的考證;發(fā)電廠與當(dāng)?shù)卣畢f(xié)同成立專門的秸稈管理機(jī)構(gòu),統(tǒng)一對秸稈的收購、運(yùn)輸及存貯等環(huán)節(jié)進(jìn)行管理,富通新能源不但生產(chǎn)銷售
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備,同時我們還大量的銷售楊木木屑和玉米秸稈顆粒燃料。