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发展生物质燃煤耦合发电以等量替代为根本

来源:中国能源报 作者:石元春 2017-10-31 14:14:58
  近期,国家发改委、国家能源局等16部委联合印发了《关于推进供给侧结构性改革防范化解煤电产能过剩风险的意见》(发改能源[2017]1404号),《意见》明确了全国煤电停建缓建1.5亿千瓦、淘汰0.2亿千瓦、各类改造9.8亿千瓦的目标,制定了2017年度落实压减煤电产能5000万千瓦以上的目标任务和实施方案。

  当前,煤电产能过剩形势严峻,急需化解治理。从国际经验来看,发展农林生物质与燃煤耦合发电是治理煤电过剩、逐步替代煤电、加快电力转型升级的有效手段。

  农林剩余物是重要的生物质资源,其能源化利用是典型的分布式可再生能源,具有清洁低碳、绿色环保等特点。我国包括秸秆在内的农林剩余物资源丰富,约4.6亿吨可供能源化利用,折合2.3亿吨标煤,但受收储运等因素影响,目前每年能源化利用实为4000万吨左右,利用率不足10%。农林生物质能源化利用有较大的发展空间。因地制宜发展农林生物质与燃煤耦合发电,采用农林生物质作为燃料替代燃煤具备一定的资源基础。

  农林生物质与燃煤耦合发电(以下简称生物质耦合发电),又称农林生物质与燃煤混燃发电,是指在传统燃煤发电项目中采用农林剩余物作为燃料替代部分燃煤的发电方式,主要包括生物质与燃煤直接混燃发电、增设生物质锅炉直燃并联发电、生物质气化后与燃煤混燃发电等形式。

  欧美发达国家经过多年探索,在通过生物质耦合发电、最终替代煤电方面已形成了较为成熟的经验和模式,其最主要的出发点是为了减排以CO2为主的温室气体。而且由于技术不断发展,已由与煤混燃(秸秆掺混比小于20%),过渡到在一个电厂内与天然气等平行联合发电,有的机组使用天然气与生物质成型颗粒混燃,有的则使用100%的秸秆作锅炉燃料。

  近年来国内以华电、国电为代表的发电企业也进行了一些尝试,但是由于思路不清、目的不明,特别是对于生物质发电在耦合中替代燃煤发电没有清晰的认识,导致生物质燃煤耦合发电成为燃煤电厂多发电的借口和工具,背离了生物质耦合发电的本意。

  在我国生物质直燃发电技术和产业已趋成熟的形势下,再鼓励掺烧,而且只是为了规避去过剩和落后产能,似有开倒车之嫌。为引导生物质耦合发电走向正确发展道路,促进可持续健康发展,笔者从发展生物质耦合发电的目的、国外发展生物质耦合发电的成功实践、我国生物质耦合发电发展目标和思路等方面谈几点看法,供讨论和参考。

  生物质耦合发电是减少燃煤机组发电量、 治理煤电过剩的重要措施

  (一)从国际能源转型发展趋势来看,生物质耦合发电是实现煤电减量化的重要手段

  根据BP统计数据,2016年以美国、德国、法国、英国为代表的欧美发达经济体煤炭占一次能源消费比例较2010年分别下降7.2、0.6、1.3、9.1个百分点,而包括水电在内的可再生能源占一次能源消费比例较2010年分别提高了2.0、6.0、2.2、7.2个百分点。

  2016年,全球煤炭占一次能源总消费比例为28.1%,较2010年下降了1.5个百分点,包括水电在内的可再生能源占全球一次能源总消费比例为10%,较2010年上升了2.2个百分点。从国际发展趋势来看,采用可再生能源替代煤炭、逐步实现煤炭减量化是国际能源转型不可挡、不可逆的客观规律。

  燃煤发电是煤炭消费的主要利用方式之一,以法国、英国和德国为代表的欧洲发达国家制定了明确的煤电减量化目标和路线图,分别计划于2022年、2025年和2050年退出全部燃煤发电,而将燃煤电厂改造为生物质电厂是替代和淘汰煤电的重要手段之一。

  ??目前英国正在实施燃煤电站向生物质电站的改造工程,其中2015年生物质发电装机容量和发电量分别增长了12%和27%;

  ??丹麦2000年至2015年的煤炭消耗量下降了将近60%,而同时期农林生物质能消耗量增长了100%,丹麦的燃煤电厂已经逐步被改造为生物质电厂,且以生物质热电联产为主。

  从国际经验来看,发展生物质耦合发电是治理煤电过剩、逐步替代煤电、实现煤电减量化的重要措施。

  (二)从国内能源转型战略要求来看,生物质耦合发电是实现煤电减量化的有益尝试

  耶鲁大学发布的《2016年环境绩效指数报告》显示,我国二氧化氮平均值为15.29,排名全球第176;PM2.5平均值为2.256,排名第180,排名处于全球倒数行列。煤炭消费是大气污染的重要原因,已成为全社会关注的焦点,引起了中央的高度重视。2016年煤炭消费在我国一次能源消费总量中约占62%,是世界平均水平的2.2倍,全球一半的煤炭消费来自中国。

  中央提出的能源革命、能源转型升级,本质上就是要通过发展包括生物质能在内可再生能源逐步替代煤炭,实现煤炭消费的减量化。按照能源发展“十三五”规划,为确保国家2020年煤炭消费占比下降至58%的战略性发展目标,我国煤炭减量化任务还十分艰巨。

  根据中电联统计数据,2016年全国发电设备平均利用小时为3785小时,同比降低203小时,是1964年以来的最低水平,全国电力供应已由总体平衡、局部偏紧转向相对宽松、过剩加剧。

  在过去的几年中,火电平均利用小时数从近6000小时降到了4165小时,非水可再生能源发电量相对较小,即使新能源发电全停,火电平均利用小时数也仅能增加300多小时,因此以煤电为主的火电过剩是电力过剩的真正原因。2016年全国发电装机容量16.5亿千瓦,煤电装机约为10.5亿千瓦,占比64%,这个比例在全世界范围内都是很高的,而且现在仍有大量在建煤电机组,将进一步加剧电力供需矛盾,不符合国家能源革命和能源转型升级战略要求。

  按照能源发展“十三五”规划,为确保2020年国家非化石能源占比达到15%的战略性发展目标,煤电装机应控制在11亿千瓦,科学合理地控制和减少煤电装机和发电量才是我国能源的战略转型之路。借鉴国际经验,通过发展生物质耦合发电替代燃煤发电,切实减少煤电装机和发电量,是实现电力生产消费绿色化低碳化的重要措施。

  当前各地去发电产能的主要措施之一是关、停中、小发电厂,理由之一是能效低、环境污染重,但执行起来问题很多。若这些机组在达标排放且可热电联产的前提下,不如用秸秆与煤混燃发电方式加以改造。

  如果对大型发电厂采取秸秆与煤混燃,即便秸秆掺混的比例只有20%,需要的数量亦非常巨大(一个600MW的燃煤电厂,若混燃20%的生物质,则相当于耦合一个120MW的生物质电厂,远远超过我国单生物质电厂20-30MW的规模,年需生物质100万吨以上,原料收集难度和成本会不可想像)。

  另外,由于技术门槛和原料收储问题,绝大多数生物质电厂都曾在秸秆原料的保障环节栽跟头、发生严重亏损乃至于破产的历史教训,建议耦合电厂由生物质发电龙头企业建设运营会更为稳妥。

  国外有通过生物质耦合发电逐步或完全 替代煤电的成功实践

  近年来,以英国、丹麦和瑞典为代表的发达国家在通过生物质耦合发电逐步或完全替代煤电方面取得了成功,实现了能源转型升级和经济可持续健康发展并行的目标,为我国能源转型升级提供了成功经验,树立了良好榜样。

  英国是首个成功摆脱对燃煤火电严重依赖的国家。2017年4月21日,英国实现了工业革命以来首个全天不使用煤电的日子。近年,英国大力推进燃煤电厂改造为生物质电厂工程,煤电占比已由2015年的23%降至2016年的9%,并计划于2025年关闭所有燃煤电站。

  伦敦以东约30公里的蒂伯里燃煤电厂,其满负荷运行时发电量可占到英国用电总需求的2%,该电厂目前已改造为一座纯生物质发电厂,改造后电厂的二氧化碳排放量可下降87%,硫化物和氮氧化物排放分别下降75%和50%,各种粉尘排放量下降90%。该电厂的成功改造大幅降低了大气污染物排放,达到了生物质替代燃煤的效果。

  丹麦在推动经济发展的同时成功实现能源转型。丹麦2000年至今GDP实现了86%的增长,煤炭消耗量从660万吨标煤降至270万吨标煤,而同时期农林生物质消耗量则从121万吨标煤增长到241万吨标煤。丹麦的燃煤电厂通过生物质耦合发电、逐步加大生物质发电量、加快减少煤电发电量,最终成为纯生物质电厂。

  作为丹麦的绿色能源企业代表,Dong Energy从2006年开始采用生物质逐步替代煤炭,至今煤炭消耗量已经减少了73%。公司决定2023年所有发电站采用生物质作为燃料。2017年,公司开始最后两个燃煤发电站的改造工作,2019年底改造完成后将采用100%生物质作为燃料,为卡伦堡和埃斯比约两个区域提供清洁电力与热力。丹麦在经济稳定发展的同时逐步完成了生物质发电对燃煤发电的替代。

  瑞典实现了能源转型升级和经济可持续发展并行目标。瑞典从上世纪80年代开始进行能源结构调整,用于发电和供热的煤炭及石油消耗从1990年的198万吨标煤降至2014年的74万吨标煤,而同时期生物质热电联产则发展到621万吨标煤,生物质能占到能源供应总量的25%。

  根据国际能源署(IEA)最新的统计资料,瑞典人均碳排放为4.25吨/年,相较于1990年下降了20%,低于欧盟人均排放量6.91吨/年,同期瑞典的GDP增长为50%,可以说瑞典已经成功转型为可持续发展的经济体。

  以等量替代为根本, 发展生物质耦合发电

  从国际能源转型趋势和实践,从国内能源转型战略需要,以及从当前化解煤电过剩的严峻形势来看,发展生物质耦合发电最终的落脚点应是替代燃煤发电装机、替代燃煤发电量、减少燃煤消耗,有效治理煤电过剩,加快电力绿色化低碳化转型,推进能源结构调整,有效应对大气污染和气候变化。

  为实现煤电减量化目标,发展生物质耦合发电必须遵循容量等量替代和电量等量替代原则。容量等量替代原则是指规划布局生物质耦合发电装机容量应等量替代煤电装机容量;电量等量替代原则是指按照生物质耦合发电项目新增生物质发电量,等量削减燃煤发电量。

  容量替代应立足于电力转型升级,国家和省级能源主管部门应从电源规划发展目标上切实减少煤电装机容量,在规划实施阶段落实容量等量替代原则。

  电量替代应立足于具体项目层面,地方经济运行、能源主管部门和发电企业应从项目发电量计划上切实减少煤电发电量,将电量等量替代目标落实到每一个生物质耦合发电项目上。

  总体而言,发展生物质耦合发电,应从电源规划建设层面抓好容量等量替代,从项目电力生产供应层面抓好电量等量替代,两手都要抓,两手都要硬,切实减少煤电装机容量和发电量,实现煤电减量化目标。

  若在发展生物质耦合发电过程中偏离了等量替代原则,那么就有违初衷,失去了原有之义,而且在现实中有借发展生物质耦合发电“之名”,实际上却行增加燃煤发电规模和发电量“之实”。

  比如,吉林大唐长山热电厂生物质耦合项目,实施生物质耦合,煤电机组容量和计划电量却不发生变化,实质上该项目就是打着耦合的旗号,变相增加煤电项目发电量。在东北地区电力严重过剩情况下,此举无异于加剧过剩。真正的生物质耦合发电应该是,生物质发电等量替代煤电机组容量和发电量,切实减少煤电,切实推进电力转型升级。

  为切实发挥替代煤电作用,各级政府和相关企业制定等量替代工作方案,落实各方责任。国家能源主管部门应根据可再生能源和生物质能规划发展目标,制定全国生物质耦合发电替代煤电总体工作方案,将替代任务落实到各个省(区、市)和相关发电企业。

  各省级能源主管部门根据国家总体工作方案制定本地区生物质耦合发电替代煤电工作方案,按照容量等量替代原则,落实减少燃煤发电目标,等量减少本地区煤电发展装机容量;将电量等量替代目标落实到每一个生物质耦合发电的煤电项目上,并与相关部门衔接落实减少耦合项目燃煤发电计划量。

  发电企业按照等量替代原则,制定生物质耦合发电替代煤电的具体实施方案,明确燃料供应、项目运营管理等方面的具体措施。各级政府和相关企业在贯彻落实工作方案过程中出现违背等量替代原则情形时,国家能源主管部门应进行相应处罚。

  按照等量替代原则,发展生物质耦合发电。若到2020年发展1500万千瓦生物质耦合发电,等量减少1500万千瓦的煤电装机,可使煤电装机比重下降约0.75个百分点;减少煤电发电量约700亿千瓦时,可使煤电发电量比重下降约1个百分点。

  据初步统计,目前全国10万千瓦及以下的小火电机组约6000万千瓦,5万千瓦及以下的小火电机组约2000万千瓦,混燃发电若再完全替代1500万千瓦小火电机组,共计实现超量替代3000万千瓦的燃煤发电,将减少化石能源消费量4800万吨,减排二氧化碳12576万吨,减少二氧化硫排放40.8万吨,可使燃煤火电装机比重下降约1.5个百分点,可使燃煤火电发电量比重下降约2个百分点,减排效果显著。

  因此,农林生物质与燃煤混燃发电产业应成为“去煤化”发展和国家能源结构转型的重要手段,逐步实现电力生产绿色化低碳化,为国家电力转型作出贡献。

  加强行业指导和监管, 促进生物质耦合发电有序健康发展

  生物质耦合发电在我国属于新兴产业,刚刚起步,技术路线和发展方向还不明确,管理程序还不清晰,监管责任还未落实,为引导其走向正确发展道路,促进行业有序健康发展,结合国际经验和我国国情,特提出以下几点建议。

  一是合理选择技术路线。

  从国际经验来看,国外生物质耦合发电技术路线以直接混燃为主,直接混燃技术优点在于投资较少、技术成熟、混燃比例灵活、适用于大型化、能源综合利用效率较高,缺点是计量监测困难,国外多以燃料类型和燃料量定碳减排量。国内生物质耦合发电发展以气化耦合为主,气化耦合的优点是投资较少,缺点是燃料适应性差、能源综合利用效率低、工程实践较少、工程可扩展性差、不适合于大型化。

  生物质耦合发电发展的目的是逐步替代燃煤发电,最终实现完全替代,直接混燃技术在逐步替代燃煤方面具有明显的优势,应为未来生物质耦合发电发展方向。为避免国家投资浪费,气化耦合发电在技术成熟度和大型化未取得突破之前应谨慎推广。

  二是服务于县域清洁取暖供热。

  县城和周边农村冬季散煤燃烧取暖供热是造成我国北方地区雾霾的重要原因,治理难度大,以电代煤、以气代煤在资源和经济上均存在较大困难。

  生物质耦合发电燃料为县域当地的农林剩余物,具有典型的分布式能源特征,因此生物质耦合发电应立足于建立“就近收集资源、就近加工转化、就近消费”的县域能源生产和供应模式,立足于直接替代散煤燃烧,为县域提供清洁热力服务。

  三是统一归口管理。

  生物质耦合发电属于生物质能,应统一纳入生物质能发展规划;为确保规划目标引领的一致性,生物质耦合发电发展目标应统一纳入国家可再生能源发展目标和生物质能发展目标。

  生物质耦合发电具有明显的资源依赖特性,为避免燃料无序竞争,建议由国家新能源主管部门统一审批项目和归口管理,统筹做好包括直燃和耦合在内的农林生物质热电联产项目资源配置和规划衔接工作,避免出现恶性竞争,造成生物质发电行业的发展混乱。

  四是加强监督管理。

  充分发挥政府监管责任,履行职责,贯彻落实等量替代原则和煤电减量化目标,加强计量监管,杜绝以发展生物质耦合发电名义变相增加煤电项目机组利用小时数和燃煤发电量。各级政府部门应统一思路,加强沟通、协调和配合,稳步推进,确保生物质耦合发电行业健康有序发展。
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