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        行業動態

        以等量替代為根本 發展生物質燃煤耦合發電【發表日期:2017-10-26】

        近期,國家發改委、國家能源局等16部委聯合印發了《關于推進供給側結構性改革防范化解煤電產能過剩風險的意見》(發改能源[2017]1404號),《意見》明確了全國煤電停建緩建1.5億千瓦、淘汰0.2億千瓦、各類改造9.8億千瓦的目標,制定了2017年度落實壓減煤電產能5000萬千瓦以上的目標任務和實施方案。當前,煤電產能過剩形勢嚴峻,急需化解治理。從國際經驗來看,發展農林生物質與燃煤耦合發電是治理煤電過剩、逐步替代煤電、加快電力轉型升級的有效手段。

        農林剩余物是重要的生物質資源,其能源化利用是典型的分布式可再生能源,具有清潔低碳、綠色環保等特點。我國包括秸稈在內的農林剩余物資源豐富,約4.6億噸可供能源化利用,折合2.3億噸標煤,但受收儲運等因素影響,目前每年能源化利用實為4000萬噸左右,利用率不足10%。農林生物質能源化利用有較大的發展空間。因地制宜發展農林生物質與燃煤耦合發電,采用農林生物質作為燃料替代燃煤具備一定的資源基礎。

        農林生物質與燃煤耦合發電(以下簡稱生物質耦合發電),又稱農林生物質與燃煤混燃發電,是指在傳統燃煤發電項目中采用農林剩余物作為燃料替代部分燃煤的發電方式,主要包括生物質與燃煤直接混燃發電、增設生物質鍋爐直燃并聯發電、生物質氣化后與燃煤混燃發電等形式。歐美發達國家經過多年探索,在通過生物質耦合發電、最終替代煤電方面已形成了較為成熟的經驗和模式,其最主要的出發點是為了減排以CO2為主的溫室氣體。而且由于技術不斷發展,已由與煤混燃(秸稈摻混比小于20%),過渡到在一個電廠內與天然氣等平行聯合發電,有的機組使用天然氣與生物質成型顆粒混燃,有的則使用100%的秸稈作鍋爐燃料。近年來國內以華電、國電為代表的發電企業也進行了一些嘗試,但是由于思路不清、目的不明,特別是對于生物質發電在耦合中替代燃煤發電沒有清晰的認識,導致生物質燃煤耦合發電成為燃煤電廠多發電的借口和工具,背離了生物質耦合發電的本意。

        在我國生物質直燃發電技術和產業已趨成熟的形勢下,再鼓勵摻燒,而且只是為了規避去過剩和落后產能,似有開倒車之嫌。為引導生物質耦合發電走向正確發展道路,促進可持續健康發展,筆者從發展生物質耦合發電的目的、國外發展生物質耦合發電的成功實踐、我國生物質耦合發電發展目標和思路等方面談幾點看法,供討論和參考。

        1 生物質耦合發電是減少燃煤機組發電量、治理煤電過剩的重要措施

        (一)從國際能源轉型發展趨勢來看,生物質耦合發電是實現煤電減量化的重要手段

        根據BP統計數據,2016年以美國、德國、法國、英國為代表的歐美發達經濟體煤炭占一次能源消費比例較2010年分別下降7.2、0.6、1.3、9.1個百分點,而包括水電在內的可再生能源占一次能源消費比例較2010年分別提高了2.0、6.0、2.2、7.2個百分點。2016年,全球煤炭占一次能源總消費比例為28.1%,較2010年下降了1.5個百分點,包括水電在內的可再生能源占全球一次能源總消費比例為10%,較2010年上升了2.2個百分點。從國際發展趨勢來看,采用可再生能源替代煤炭、逐步實現煤炭減量化是國際能源轉型不可擋、不可逆的客觀規律。

        燃煤發電是煤炭消費的主要利用方式之一,以法國、英國和德國為代表的歐洲發達國家制定了明確的煤電減量化目標和路線圖,分別計劃于2022年、2025年和2050年退出全部燃煤發電,而將燃煤電廠改造為生物質電廠是替代和淘汰煤電的重要手段之一。目前英國正在實施燃煤電站向生物質電站的改造工程,其中2015年生物質發電裝機容量和發電量分別增長了12%和27%;丹麥2000年至2015年的煤炭消耗量下降了將近60%,而同時期農林生物質能消耗量增長了100%,丹麥的燃煤電廠已經逐步被改造為生物質電廠,且以生物質熱電聯產為主。從國際經驗來看,發展生物質耦合發電是治理煤電過剩、逐步替代煤電、實現煤電減量化的重要措施。

        (二)從國內能源轉型戰略要求來看,生物質耦合發電是實現煤電減量化的有益嘗試

        耶魯大學發布的《2016年環境績效指數報告》顯示,我國二氧化氮平均值為15.29,排名全球第176;PM2.5平均值為2.256,排名第180,排名處于全球倒數行列。煤炭消費是大氣污染的重要原因,已成為全社會關注的焦點,引起了中央的高度重視。2016年煤炭消費在我國一次能源消費總量中約占62%,是世界平均水平的2.2倍,全球一半的煤炭消費來自中國。中央提出的能源革命、能源轉型升級,本質上就是要通過發展包括生物質能在內可再生能源逐步替代煤炭,實現煤炭消費的減量化。按照能源發展"十三五"規劃,為確保國家2020年煤炭消費占比下降至58%的戰略性發展目標,我國煤炭減量化任務還十分艱巨。

        根據中電聯統計數據,2016年全國發電設備平均利用小時為3785小時,同比降低203小時,是1964年以來的最低水平,全國電力供應已由總體平衡、局部偏緊轉向相對寬松、過剩加劇。在過去的幾年中,火電平均利用小時數從近6000小時降到了4165小時,非水可再生能源發電量相對較小,即使新能源發電全停,火電平均利用小時數也僅能增加300多小時,因此以煤電為主的火電過剩是電力過剩的真正原因。2016年全國發電裝機容量16.5億千瓦,煤電裝機約為10.5億千瓦,占比64%,這個比例在全世界范圍內都是很高的,而且現在仍有大量在建煤電機組,將進一步加劇電力供需矛盾,不符合國家能源革命和能源轉型升級戰略要求。按照能源發展"十三五"規劃,為確保2020年國家非化石能源占比達到15%的戰略性發展目標,煤電裝機應控制在11億千瓦,科學合理地控制和減少煤電裝機和發電量才是我國能源的戰略轉型之路。借鑒國際經驗,通過發展生物質耦合發電替代燃煤發電,切實減少煤電裝機和發電量,是實現電力生產消費綠色化低碳化的重要措施。

        當前各地去發電產能的主要措施之一是關、停中、小發電廠,理由之一是能效低、環境污染重,但執行起來問題很多。若這些機組在達標排放且可熱電聯產的前提下,不如用秸稈與煤混燃發電方式加以改造。如果對大型發電廠采取秸稈與煤混燃,即便秸稈摻混的比例只有20%,需要的數量亦非常巨大(一個600MW的燃煤電廠,若混燃20%的生物質,則相當于耦合一個120MW的生物質電廠,遠遠超過我國單生物質電廠20-30MW的規模,年需生物質100萬噸以上,原料收集難度和成本會不可想像)。另外,由于技術門檻和原料收儲問題,絕大多數生物質電廠都曾在秸稈原料的保障環節栽跟頭、發生嚴重虧損乃至于破產的歷史教訓,建議耦合電廠由生物質發電龍頭企業建設運營會更為穩妥。

        2 國外有通過生物質耦合發電逐步或完全替代煤電的成功實踐

        近年來,以英國、丹麥和瑞典為代表的發達國家在通過生物質耦合發電逐步或完全替代煤電方面取得了成功,實現了能源轉型升級和經濟可持續健康發展并行的目標,為我國能源轉型升級提供了成功經驗,樹立了良好榜樣。

        英國是首個成功擺脫對燃煤火電嚴重依賴的國家。2017年4月21日,英國實現了工業革命以來首個全天不使用煤電的日子。近年,英國大力推進燃煤電廠改造為生物質電廠工程,煤電占比已由2015年的23%降至2016年的9%,并計劃于2025年關閉所有燃煤電站。倫敦以東約30公里的蒂伯里燃煤電廠,其滿負荷運行時發電量可占到英國用電總需求的2%,該電廠目前已改造為一座純生物質發電廠,改造后電廠的二氧化碳排放量可下降87%,硫化物和氮氧化物排放分別下降75%和50%,各種粉塵排放量下降90%。該電廠的成功改造大幅降低了大氣污染物排放,達到了生物質替代燃煤的效果。

        丹麥在推動經濟發展的同時成功實現能源轉型。丹麥2000年至今GDP實現了86%的增長,煤炭消耗量從660萬噸標煤降至270萬噸標煤,而同時期農林生物質消耗量則從121萬噸標煤增長到241萬噸標煤。丹麥的燃煤電廠通過生物質耦合發電、逐步加大生物質發電量、加快減少煤電發電量,最終成為純生物質電廠。作為丹麥的綠色能源企業代表,Dong Energy從2006年開始采用生物質逐步替代煤炭,至今煤炭消耗量已經減少了73%。公司決定2023年所有發電站采用生物質作為燃料。2017年,公司開始最后兩個燃煤發電站的改造工作,2019年底改造完成后將采用100%生物質作為燃料,為卡倫堡和埃斯比約兩個區域提供清潔電力與熱力。丹麥在經濟穩定發展的同時逐步完成了生物質發電對燃煤發電的替代。

        瑞典實現了能源轉型升級和經濟可持續發展并行目標。瑞典從上世紀80年代開始進行能源結構調整,用于發電和供熱的煤炭及石油消耗從1990年的198萬噸標煤降至2014年的74萬噸標煤,而同時期生物質熱電聯產則發展到621萬噸標煤,生物質能占到能源供應總量的25%。根據國際能源署(IEA)最新的統計資料,瑞典人均碳排放為4.25噸/年,相較于1990年下降了20%,低于歐盟人均排放量6.91噸/年,同期瑞典的GDP增長為50%,可以說瑞典已經成功轉型為可持續發展的經濟體。

        3 以等量替代為根本,發展生物質耦合發電

        從國際能源轉型趨勢和實踐,從國內能源轉型戰略需要,以及從當前化解煤電過剩的嚴峻形勢來看,發展生物質耦合發電最終的落腳點應是替代燃煤發電裝機、替代燃煤發電量、減少燃煤消耗,有效治理煤電過剩,加快電力綠色化低碳化轉型,推進能源結構調整,有效應對大氣污染和氣候變化。

        為實現煤電減量化目標,發展生物質耦合發電必須遵循容量等量替代和電量等量替代原則。容量等量替代原則是指規劃布局生物質耦合發電裝機容量應等量替代煤電裝機容量;電量等量替代原則是指按照生物質耦合發電項目新增生物質發電量,等量削減燃煤發電量。容量替代應立足于電力轉型升級,國家和省級能源主管部門應從電源規劃發展目標上切實減少煤電裝機容量,在規劃實施階段落實容量等量替代原則。電量替代應立足于具體項目層面,地方經濟運行、能源主管部門和發電企業應從項目發電量計劃上切實減少煤電發電量,將電量等量替代目標落實到每一個生物質耦合發電項目上。總體而言,發展生物質耦合發電,應從電源規劃建設層面抓好容量等量替代,從項目電力生產供應層面抓好電量等量替代,兩手都要抓,兩手都要硬,切實減少煤電裝機容量和發電量,實現煤電減量化目標。

        若在發展生物質耦合發電過程中偏離了等量替代原則,那么就有違初衷,失去了原有之義,而且在現實中有借發展生物質耦合發電"之名",實際上卻行增加燃煤發電規模和發電量"之實"。比如,吉林大唐長山熱電廠生物質耦合項目,實施生物質耦合,煤電機組容量和計劃電量卻不發生變化,實質上該項目就是打著耦合的旗號,變相增加煤電項目發電量。在東北地區電力嚴重過剩情況下,此舉無異于加劇過剩。真正的生物質耦合發電應該是,生物質發電等量替代煤電機組容量和發電量,切實減少煤電,切實推進電力轉型升級。

        為切實發揮替代煤電作用,各級政府和相關企業制定等量替代工作方案,落實各方責任。國家能源主管部門應根據可再生能源和生物質能規劃發展目標,制定全國生物質耦合發電替代煤電總體工作方案,將替代任務落實到各個省(區、市)和相關發電企業。各省級能源主管部門根據國家總體工作方案制定本地區生物質耦合發電替代煤電工作方案,按照容量等量替代原則,落實減少燃煤發電目標,等量減少本地區煤電發展裝機容量;將電量等量替代目標落實到每一個生物質耦合發電的煤電項目上,并與相關部門銜接落實減少耦合項目燃煤發電計劃量。發電企業按照等量替代原則,制定生物質耦合發電替代煤電的具體實施方案,明確燃料供應、項目運營管理等方面的具體措施。各級政府和相關企業在貫徹落實工作方案過程中出現違背等量替代原則情形時,國家能源主管部門應進行相應處罰。

        按照等量替代原則,發展生物質耦合發電。若到2020年發展1500萬千瓦生物質耦合發電,等量減少1500萬千瓦的煤電裝機,可使煤電裝機比重下降約0.75個百分點;減少煤電發電量約700億千瓦時,可使煤電發電量比重下降約1個百分點。據初步統計,目前全國10萬千瓦及以下的小火電機組約6000萬千瓦,5萬千瓦及以下的小火電機組約2000萬千瓦,混燃發電若再完全替代1500萬千瓦小火電機組,共計實現超量替代3000萬千瓦的燃煤發電,將減少化石能源消費量4800萬噸,減排二氧化碳12576萬噸,減少二氧化硫排放40.8萬噸,可使燃煤火電裝機比重下降約1.5個百分點,可使燃煤火電發電量比重下降約2個百分點,減排效果顯著。因此,農林生物質與燃煤混燃發電產業應成為"去煤化"發展和國家能源結構轉型的重要手段,逐步實現電力生產綠色化低碳化,為國家電力轉型作出貢獻。

        4 加強行業指導和監管,促進生物質耦合發電有序健康發展

        生物質耦合發電在我國屬于新興產業,剛剛起步,技術路線和發展方向還不明確,管理程序還不清晰,監管責任還未落實,為引導其走向正確發展道路,促進行業有序健康發展,結合國際經驗和我國國情,特提出以下幾點建議。

        一是合理選擇技術路線。從國際經驗來看,國外生物質耦合發電技術路線以直接混燃為主,直接混燃技術優點在于投資較少、技術成熟、混燃比例靈活、適用于大型化、能源綜合利用效率較高,缺點是計量監測困難,國外多以燃料類型和燃料量定碳減排量。國內生物質耦合發電發展以氣化耦合為主,氣化耦合的優點是投資較少,缺點是燃料適應性差、能源綜合利用效率低、工程實踐較少、工程可擴展性差、不適合于大型化。生物質耦合發電發展的目的是逐步替代燃煤發電,最終實現完全替代,直接混燃技術在逐步替代燃煤方面具有明顯的優勢,應為未來生物質耦合發電發展方向。為避免國家投資浪費,氣化耦合發電在技術成熟度和大型化未取得突破之前應謹慎推廣。

        二是服務于縣域清潔取暖供熱。縣城和周邊農村冬季散煤燃燒取暖供熱是造成我國北方地區霧霾的重要原因,治理難度大,以電代煤、以氣代煤在資源和經濟上均存在較大困難。生物質耦合發電燃料為縣域當地的農林剩余物,具有典型的分布式能源特征,因此生物質耦合發電應立足于建立"就近收集資源、就近加工轉化、就近消費"的縣域能源生產和供應模式,立足于直接替代散煤燃燒,為縣域提供清潔熱力服務。

        三是統一歸口管理。生物質耦合發電屬于生物質能,應統一納入生物質能發展規劃;為確保規劃目標引領的一致性,生物質耦合發電發展目標應統一納入國家可再生能源發展目標和生物質能發展目標。生物質耦合發電具有明顯的資源依賴特性,為避免燃料無序競爭,建議由國家新能源主管部門統一審批項目和歸口管理,統籌做好包括直燃和耦合在內的農林生物質熱電聯產項目資源配置和規劃銜接工作,避免出現惡性競爭,造成生物質發電行業的發展混亂。

        四是加強監督管理。充分發揮政府監管責任,履行職責,貫徹落實等量替代原則和煤電減量化目標,加強計量監管,杜絕以發展生物質耦合發電名義變相增加煤電項目機組利用小時數和燃煤發電量。各級政府部門應統一思路,加強溝通、協調和配合,穩步推進,確保生物質耦合發電行業健康有序發展。

        (石元春系兩院院士、我國著名土壤學家、中國生物質能源產業聯盟理事長;程序,農業部科技司原司長、國際可持續農業協會理事、中國生物質能源產業聯盟副理事長;張大勇,中國生物質能源產業聯盟副秘書長、匯能電力投資有限公司副總裁)


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