30 MW生物質直燃發電項目及其效益分析

魏延軍，秦德帥，常永平

(大唐山東發電公司生物質發電項目籌建處，山東 青島 266061)

0 引言

近年來，可再生能源開發利用越來越受到世界各國和地區的高度重視，在可再生能源中我國生物質資源豐富。生物質發電具有綠色環保、電能質量好、可靠性高、技術比較成熟、綜合效益較好的特點，因此其產業化前景廣闊。生物質發電技術主要有直接燃燒發電、混合燃燒發電、熱解氣化發電和沼氣發電四類。生物質直燃發電作為生物質能綜合利用領域發展最快的產業，有著技術成熟、能質好、清潔度高、可靠性強等優點。發展農林生物質直燃發電，可以擴大能源供給，提高生物質綜合利用率，變廢為寶，具有較高的社會效益、環保效益與經濟價值。目前，我國有40多個大型生物質直燃發電廠陸續建成投產，成功并網發電投入商業運營。因此，無論生物質資源開發潛力、發電技術水平，還是市場需求、政策導向，都將會促進大型生物質直燃發電的發展。

1 生物質直燃發電技術

1.1 生物質直燃發電的原理及工藝流程

生物質直接燃燒發電技術是將農林生物質直接送往鍋爐中燃燒，產生的高溫、高壓蒸汽推動蒸汽輪機做功，帶動發電機發電。其原理是將儲存在生物質中的化學能通過鍋爐燃燒轉化為高溫、高壓蒸汽的內能，再通過蒸汽輪機轉化為轉子的機械能，最后通過發電機轉化為清潔高效的電能。其在原理上與燃煤火力發電基本相同，其工藝流程如圖1所示。

圖1 生物質直燃發電工藝流程

將生物質原料從附近各個收集點運送至電廠，經破碎、分選等預處理后存放到原料儲存倉庫，倉庫容積要保證可以存放七天的發電原料;然后由原料輸送裝置將預處理的生物質送入鍋爐燃燒，通過鍋爐換熱將生物質燃燒后的熱能轉化為蒸汽，為汽輪機發電機組提供汽源進行發電。生物質燃燒后的灰渣落入除灰裝置，由輸灰機送到灰坑，進行灰渣處理。煙氣經過煙氣處理系統后由煙囪排放入大氣環境中。

1.2 生物質直燃發電系統構成

生物質直燃發電的生產系統包括生物質加工處理、輸送系統、鍋爐系統、汽輪機系統、發電機系統、化學水處理系統及除灰除渣系統等各部分組成，其發電系統如圖2所示。

2 30 MW生物質直燃發電機組的配置

30 MW生物質直燃發電項目選用高溫高壓的1×30 MW純凝式汽輪發電機組，配一臺130 t/h生物質專用振動爐排高溫高壓鍋爐，燃料以破碎后的農作物秸稈為主，可摻燒部分樹枝、樹皮等林業和木材加工剩余物。

2.1 鍋爐選型

型式:高溫高壓、自然循環汽包爐

圖2 生物質直燃發電系統示意圖

全鋼爐架、振動爐排、燃燒秸稈、露天布置

鍋爐最大連續蒸發量:130 t/h

過熱蒸汽溫度:540℃

給水溫度:210℃

鍋爐效率:≥90%

2.2 汽輪機選型

型式:高溫高壓、單杠、單軸、凝汽式

額定功率:30 MW

主蒸汽額定壓力:8.83 MPa

主蒸汽額定溫度力:535℃

主蒸汽額定流量:119.1 t/h

2.3 發電機選型

型式:空氣冷卻，自并勵靜止勵磁

額定功率:30 MW

額定電壓:10.5 kV

額定電流:2 062 A

額定轉速:3 000 r/min

表1 30 MW生物質直燃發電機組主要經濟指標

3 30 MW生物質直燃發電項目效益分析

3.1 機組主要經濟指標

為了便于生物質發電技術的選擇提供可靠的依據，同時能夠把風險降低到可控制的范圍內，分析了目前已投產的30 MW純凝式發電機組和15 MW和熱電聯產機組設計和實際運行技術經濟數據，得出如下結論:

(1)生物質發電較適合在遼寧南部、河北、山東、河南發展，不太適合在東北及南方地區建生物質發電，原因是東北冬天雪量太大、南方降雨量大均造成生物質燃料的含水率太高，鍋爐燃燒效率大幅度降低。

(2)單機廠均盈利，雙機12 MW、15 MW和熱電聯產(供工業蒸汽)的電廠多數虧損。秸稈電廠鍋爐宜采用高溫高壓參數，不宜采用中溫中壓參數。

(3)其技術經濟指標如表1所示。

3.2 盈虧平衡點測算

一臺30 MW純凝式發電機組，項目靜態投資2.8億元，80%為貸款，年利息6.14%，年運行7 000 h，年發電量2.1億kWh，廠用電率12%，年供電量1.85億kWh，盈虧平衡點的燃料單位成本分別為:投產第一年，盈虧平衡點燃料成本367元/MWh;運營20年平均，盈虧平衡點燃料成本442元/MWh，根據上述入廠燃料成本測算和盈虧平衡點測算的結果，1×30 MW高溫高壓純凝發電機組設計發電標桿耗率保證值1000 g/kWh。

入廠單位標準燃料單價:280元/t;發電單位燃料成本:280元/MWh;投產第一年盈利:

(367－280)元/MWh×1.85億 kWh=1 609萬元。

運行20年平均年盈利:(442－280)元/MWh×1.85億kWh=3 000萬元。詳細測算如表2所示。

3.3 初步投資估算

(1)一臺30 MW純凝式發電機組工程總投資約28 511萬元，其中接入系統580萬元，鋪底流動資金206萬元。

(2)發電工程動態總投資27 725萬元，單位千瓦造價:9 242元/kW，其中，建設期貸款利息726萬元。

(3)發電工程靜態投資為26 999萬元，單位千瓦造價為9 000元/kW;其中，建筑工程費5 905萬元，單位千瓦造價1 968.27元/kW，占靜態總投資的21.87%;設備購置費12 255萬元，單位千瓦造價4 085.11元/kW，占靜態總投資的45.39%;安裝工程費3 461萬元，單位千瓦造價1 153.66元/kW，占靜態總投資的12.82%;其他費用5 378萬元，單位千瓦造價:1 792.55元/kW，占靜態總投資的19.92%。

(4)資金籌措:20%為企業自籌資金，80%為融資或貸款資金，融資部分計列建設期貸款利息，貸款利率按6.14%，按季結息。

表2 總成本測算表

3.4 清潔發展機制(CDM)

該項目收益分析溫室氣體減排量可以作為金融單位在國際市場上流通交易，排放權交易項目的收益提高了生物質電廠的經濟效益。生物質CO2的排放和吸收構成自然界碳循環，其能源利用可實現CO2零排放，生物質發電是減排CO2的重要途徑。通過CDM項目出售核定減排量的收入，能在很大程度上提高生物質發電廠的經濟效益。對于30 MW的生物質直燃發電廠，年可處理農林廢棄物25多萬t;與同類型火電機組相比，年可替代標準煤12萬t，減少CO2排放約13萬t，以目前國際市場交易價格10～15美元/tco2(參考價)計算，可直接獲得收益約840萬元。

3.5 灰渣綜合利用效益

生物質直燃電廠的灰渣可以進行綜合利用形成經濟效益，每年的生物質燃燒后可以產生約4萬t的灰渣，灰渣中含有白炭黑和5%的鉀元素，合理的綜合利用可以變廢為寶。可以用于制成耐火保溫材料，還可以生產工業緊缺原料白炭黑或提供給臨近的肥料廠作為生產農業化肥的原料。若建立肥料廠將電廠灰渣充分利用，灰渣成本則可以忽略不計，生產每噸鉀肥的生產成本約為115元/t，比市場上同等級別的鉀肥價格低80～100元。按照年產6 000 t鉀肥計算，可以實現年產值120～140萬元，實現經濟效益50～70萬元。從而完成生物質電廠灰渣由污染環境廢料到綠色商品的轉變，實現其價值升值，創造產業末端經濟效益。

3.6 生態效益

(1)每年可以處理約25萬t秸稈等農作物廢棄物，避免了農民在田間地頭焚燒所造成的大氣污染，減少了對地面、水面的腐蝕質污染。

(2)大量減少CO2和SO2的排放，運營30 MW的生物質發電機組，與同功率火電機組相比，每年可減少CO2排放約13萬t，有利于降低溫室效應的影響。而且與煤相比，生物質幾乎不含硫，秸稈的平均含硫量只有0.38%，遠低于電廠用煤的平均含硫量1%，無需配備昂貴的脫硫裝置。

(3)生物質電廠的灰渣含有豐富的鉀、氮、磷、鈣等元素，是優質肥料，有利于增加土壤有機質含量，提高農作物產量和質量。

(4)帶動能源產業和能源林業的大規模發展，將有效地綠化荒山荒地，減少土壤侵蝕和水土流失，治理沙漠，保護生物多樣性，促進生態的良性循環。

3.7 社會效益

(1)30 MW生物質直燃電廠每年消耗秸稈等生物質25萬t，可替代約12萬t標準煤。生物質電廠每年可向電力系統輸出1.85億kWh電，緩解社會電力短缺問題。

(2)單純在秸稈收購這一方面，每年可為當地農民帶來直接收入達4 000萬元。圍繞燃料的收購、破碎、儲存、運輸等產業鏈條，能夠直接吸納當地及周邊縣市農村的勞動力1 000多人。

4 發展生物質直燃發電項目的建議

4.1 資源調查和估算

生物質發電最大的問題集中在原料供應的不確定方面。造成原料供應不確定的原因很多，包括秸稈季節供應問題、儲存問題、運輸問題、價格上漲問題等，但從已經建成運行的項目來看，最主要的原因是電廠周圍農村種植結構調整、缺少統一規劃和項目盲目布局導致的秸稈收集半徑的擴大，從而提高了運行成本并加大了原料的供應風險。因此，在建設生物質直燃發電項目前，應對該地區的周邊環境做詳細的調查，如資源種類、資源量、資源分布特點、運輸條件等，再合理規劃生物質直燃電廠的選址和規模，與電網的建設和其他能源的發電方式相配合。積極開展生物質直燃發電上、下游產業鏈研究，把燃料的收、儲、運、發電作為一個連續的系統。

4.2 財政稅收扶持

生物質直燃發電項目造價高，總投資大，運行成本高，其盈利水平不如常規火電。主要原因有:一是單位造價高，目前單位造價為1.0萬元/kW;二是燃料成本高，電價成本中的燃料成本約為0.4元/kWh，遠高于燃煤發電。三是生物質發電項目執行與傳統發電行業一樣的稅收政策，而且生物質發電企業增值稅進項抵扣操作困難，企業實際稅率約為12%，高于常規火電實際稅率6% ～8%。因此，應該加大生物質直燃發電的政策支持，落實農林生物質直燃發電增值稅即征即退、所得稅減免和貼息貸款等優惠政策;根據生物質直燃發電項目的投資和運營成本，合理調整生物質發電的上網電價，從而保證我國生物質發電產業的健康發展。

[1]楊勇平，等編.生物質發電技術[M].北京:中國水利水電出版社，2007.

[2]中國電力科學研究院生物質能研究室編.生物質能及其發電技術[M].北京:中國電力出版社，2008.

[3]顧曉山.秸稈焚燒發電項目的技術經濟分析[J].可再生能源，2007，8(4):65 －67.

[4]李志軍.我國生物質直燃發電的現狀、問題及政策建議[J].技術經濟，2008，9(9):34 －37.