生物質(zhì)能電廠在湖南電網(wǎng)中的發(fā)展現(xiàn)狀分析

韓忠暉，鄧小亮，張午寅，張明敏，李光輝

(國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410007)

生物質(zhì)能電廠在湖南電網(wǎng)中的發(fā)展現(xiàn)狀分析

Progress and analysis of biomass power plant in Hunan power grid

韓忠暉，鄧小亮，張午寅，張明敏，李光輝

(國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410007)

本文介紹了目前主流的生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)，并結(jié)合湖南省內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及特點做出了總結(jié)，最后就生物質(zhì)能發(fā)電前景進行分析。

湖南電網(wǎng)；生物質(zhì)能；清潔能源；發(fā)電

生物質(zhì)能發(fā)電主要是以農(nóng)業(yè)或林業(yè)副產(chǎn)品為原料，采取直接或摻雜燃燒的方式進行發(fā)電，具有清潔環(huán)保等優(yōu)點。近年來，隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，在歐洲一些國家，如丹麥、芬蘭、奧地利等，生物質(zhì)能發(fā)電量已占本國發(fā)電量的10%以上〔1〕?；谏镔|(zhì)能發(fā)電的諸多優(yōu)點及巨大潛力，國家能源局頒布的 《生物質(zhì)能發(fā)展 “十二五”規(guī)劃》提出，至2015年，生物質(zhì)能年利用量要超過5 000萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，發(fā)電裝機容量達(dá)到1 300萬kW，年發(fā)電量約780億kWh。湖南作為一個農(nóng)業(yè)大省，全省耕地總面積413.5萬hm2，森林覆蓋率達(dá)57.5%，生物質(zhì)能資源廣泛，主要以農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、木材加工剩余物為主，因此近年來湖南省內(nèi)生物質(zhì)能發(fā)電裝機規(guī)模發(fā)展迅速。截止2014年底，生物質(zhì)能裝機容量266 MW，占統(tǒng)調(diào)裝機容量的0.66%〔2〕。生物質(zhì)能發(fā)電對湖南電網(wǎng)的運行以及經(jīng)濟社會的發(fā)展影響越來越大。

1 生物質(zhì)能發(fā)電現(xiàn)狀

1.1 發(fā)電技術(shù)介紹

普通的生物質(zhì)能發(fā)電廠生產(chǎn)流程如下:

圖1 生物質(zhì)能電廠生產(chǎn)流程圖

由于南北地區(qū)農(nóng)業(yè)差異，北方生物質(zhì)燃料多以農(nóng)作物秸稈為主，秸稈所占體積大、運輸相對不便，就需要在運輸及預(yù)處理環(huán)節(jié)進行打捆或壓塊處理，也方便了原料的存儲。而南方則多以稻殼、竹屑、樹皮等為主，原料只經(jīng)過簡單的破碎處理就進行燃燒，流程相對較為簡單。

目前主流生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)主要有:直接燃燒、氣化發(fā)電、生物質(zhì)－煤粉混燃發(fā)電等〔3〕。由于氣化發(fā)電技術(shù)尚不成熟，而混燃發(fā)電不是完全的清潔能源，無法享受到國家的補貼政策，因此目前國內(nèi)生物質(zhì)能發(fā)電多采用直接燃燒方式。

1.2 湖南生物質(zhì)能電廠現(xiàn)狀

目前，湖南共有生物質(zhì)能電廠10座，如表1所示，多分布在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，可就地消納當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)出的副產(chǎn)品。按照 《中華人民共和國可再生能源法》、國家電監(jiān)會 《電網(wǎng)企業(yè)全額收購可再生能源電量監(jiān)管辦法》及其它相關(guān)規(guī)定，電網(wǎng)公司對生物質(zhì)能發(fā)電優(yōu)先調(diào)度，實現(xiàn)了電量全額收購，創(chuàng)造了可觀的社會效益和經(jīng)濟效益。

我國的生物質(zhì)能發(fā)電項目主要采用水冷振動爐排鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐2種類型鍋爐。目前湖南省內(nèi)生物質(zhì)能電廠都采用循環(huán)流化床鍋爐以直燃的方式進行發(fā)電。其燃燒方式是通過一個向上流動的空氣或煙氣維持一個顆粒床處于流動懸浮狀態(tài)，并形成相對運動，多次循環(huán)燃燒反應(yīng)，很適應(yīng)生物質(zhì)燃料的特性。與爐排燃燒技術(shù)相比，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)具有布風(fēng)均勻、燃料與空氣接觸混合良好、SOx及NOx排放少等優(yōu)點，更適合燃燒水分過高，低熱值的生物質(zhì)能燃料。同時，爐內(nèi)溫度控制和機組負(fù)荷控制上也具有一定的優(yōu)勢〔4〕。

表1 湖南生物質(zhì)能電廠一覽表

湖南省內(nèi)生物質(zhì)能電廠一般建于2010年后，表2列出了2012—2014年的發(fā)電情況，可以看出近年來大多數(shù)生物質(zhì)能電廠在發(fā)電量、利用小時數(shù)等方面都有了不同程度的增加，生物質(zhì)能發(fā)電得到了持續(xù)的發(fā)展。

表2 湖南生物質(zhì)能電廠發(fā)電情況

湖南各生物質(zhì)能電廠在發(fā)電技術(shù)上沒有很大的差別，皆采用了循環(huán)流化床鍋爐并均以秸稈、廢棄木料等生物質(zhì)原料為主要燃質(zhì)，但在發(fā)電利用小時數(shù)、發(fā)電量方面卻存在一定的差距，這主要涉及到原料采購渠道是否暢通以及電廠周邊群眾是否支持等問題。其中，衡陽里昂、澧縣里昂由于建立時間較早，與當(dāng)?shù)仃P(guān)系較融洽，且原材料收購價格高于凱迪電廠，因此利用小時數(shù)一直較高；而雙峰凱迪與祁東凱迪由于燃料供應(yīng)量不足以及當(dāng)?shù)孛癖娮韫で闆r嚴(yán)重，導(dǎo)致發(fā)電利用小時數(shù)較少。

1.3 湖南生物質(zhì)能電廠發(fā)電特點

由于生物質(zhì)能發(fā)電屬于清潔能源，電網(wǎng)公司實行全額收購，因此其往往不參與電網(wǎng)調(diào)峰，日前發(fā)電計劃一般也波動較小，圖2是益陽凱迪電廠的典型日發(fā)電曲線 (單機運行)，從中可以看出生物質(zhì)能電廠日前計劃一般按照單機容量做滿，負(fù)荷波動往往為鍋爐燃燒不穩(wěn)導(dǎo)致，與水電、火電的運行特點差異較大。

圖2 某日24點時刻益陽凱迪電廠典型日負(fù)荷波動

圖3 是以祁東凱迪、益陽凱迪以及岳陽凱迪電廠2014年月度發(fā)電量為例進行分析，可以看出湖南省內(nèi)生物質(zhì)能發(fā)電呈現(xiàn) “前低后高”的態(tài)勢，基本與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動息息相關(guān)，下半年的發(fā)電量普遍高于上半年，并且全年一般有3個時段為發(fā)電的低谷時期:除2月份受春節(jié)影響外，還有春汛、秋汛2個汛期，期間水電廠全面來水，全省發(fā)電空間有限。同時汛期降雨偏多，也不利于生物質(zhì)能發(fā)電燃料的預(yù)處理，發(fā)電能力受限。

圖3 湖南各生物質(zhì)能電廠月度發(fā)電量統(tǒng)計

2 存在的問題

2.1 原料收集難度大

在歐美地區(qū)，農(nóng)業(yè)經(jīng)營往往以大型農(nóng)場為主，這在一定程度上方便了生物質(zhì)能原料的收集。而國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)往往以單一分散農(nóng)戶為主，使原料收集難度加大。第二，由于生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)建立時間較短，發(fā)展尚不成熟，原料的收集、運輸、儲存、加工等各環(huán)節(jié)尚未形成規(guī)范化的產(chǎn)業(yè)流程。第三，由于收購價格較低，再加上一定的運輸費用，造成農(nóng)戶販賣原料的積極性也不高。以上幾個原因?qū)е铝松镔|(zhì)能電廠經(jīng)常面臨燃料短缺的局面。據(jù)統(tǒng)計，2014年由于燃料短缺共導(dǎo)致事故停機7臺次。

2013年底，國家發(fā)展和改革委員會同環(huán)境保護部和農(nóng)業(yè)部下達(dá)了 《關(guān)于加強農(nóng)作物秸稈綜合利用和禁燒工作的通知》，有利于提高農(nóng)戶正確處置秸稈等農(nóng)副產(chǎn)品的積極性。

2.2 建設(shè)、運營成本高

雖然生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)較為綠色環(huán)保，但其建設(shè)成本、運營成本卻遠(yuǎn)高于常規(guī)火電。據(jù)統(tǒng)計，生物質(zhì)能電廠的初期建設(shè)費用約為常規(guī)火電的1.5～2倍。同時，由于生物質(zhì)發(fā)電機組熱效率低于常規(guī)火電機組，且生物質(zhì)燃料的發(fā)熱量較低，導(dǎo)致燃料成本也較高，文獻(xiàn)〔5〕指出，生物質(zhì)發(fā)電的折算煤耗高達(dá)常規(guī)火電煤耗的2倍及以上，燃料成本已占到了電廠運營成本的70%以上。

2.3 設(shè)備及人員運行情況欠佳

生物質(zhì)能電廠的燃料供應(yīng)系統(tǒng)和鍋爐燃燒技術(shù)不同于常規(guī)火電機組，運行難度較大，且往往是由多種材質(zhì)摻燒，燃質(zhì)成分復(fù)雜，造成生物質(zhì)能發(fā)電出力具有一定的波動性，發(fā)電計劃性欠佳，較為常見的設(shè)備異常為給料系統(tǒng)故障、輸料皮帶斷裂等。另外，國內(nèi)生物質(zhì)能電廠在運行方面經(jīng)驗積累較少，相關(guān)人員運行經(jīng)驗不足，也需要進一步加強管理。

2.4 受國家政策影響較大

目前，國家采取電價補貼政策以支持生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展，具體為生物質(zhì)能發(fā)電上網(wǎng)電價為脫硫燃煤機組標(biāo)桿上網(wǎng)電價加0.25元/kWh補貼電價。由于運行成本較高，電廠實際運營收益很大部分上依賴于該部分補貼費用，因此生物質(zhì)能發(fā)電與煤電、水電等傳統(tǒng)發(fā)電模式相比，對國家政策嚴(yán)重依賴，且存在價格上的劣勢，缺乏真正的市場競爭力。

2.5 有待進一步發(fā)展

從地理分布上，湖南省內(nèi)生物質(zhì)能電廠多集中在湘西北、湘中等地區(qū)，皆依托于當(dāng)?shù)剌^為豐富的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品。而在湘南、湘西南等林業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，則建設(shè)數(shù)量不足，目前只建成有郴州地區(qū)的安仁凱迪電廠。一般來說，普通的生物質(zhì)能電廠影響半徑為50 km左右，因此湖南省內(nèi)的生物質(zhì)能電廠可依托于林業(yè)，存在進一步發(fā)展的潛力空間。

3 發(fā)展前景

生物質(zhì)能發(fā)電是一種清潔環(huán)保，可再生性強的發(fā)電方式，且其運行方式類似于常規(guī)火電，與風(fēng)電、太陽能發(fā)電等其它新能源發(fā)電方式相比具有一定的穩(wěn)定性，在實際運行中尤其是豐水期可通過啟停機組參與電網(wǎng)調(diào)峰運行，且不存在棄風(fēng)、棄水等資源浪費的可能，運行特性較好。其次，生物質(zhì)能電廠的生產(chǎn)模式可在一定程度上增加農(nóng)民收入，改善生態(tài)環(huán)境，具有良好的社會效益。生物質(zhì)能電廠也應(yīng)進一步采取先進技術(shù)以提高機組運行效率，加強運行管理，使生物質(zhì)能發(fā)電真正具有市場競爭力。

〔1〕陳乃超，馮巧波，任建興，等.生物質(zhì)電廠燃料成型設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀〔J〕.上海電力學(xué)院學(xué)報，2010，26(3):227-229.

〔2〕國網(wǎng)湖南省電力公司.2015年度湖南電網(wǎng)運行方式〔S〕.長沙:國網(wǎng)湖南省電力公司，2014.

〔3〕中國電力科學(xué)研究院生物質(zhì)能研究室.生物質(zhì)能及其發(fā)電技術(shù)〔M〕.北京:中國電力出版社，2008.

〔4〕林永明，潘峰，王正峰.生物質(zhì)發(fā)電燃燒方式與爐型選擇〔J〕.廣西電力，2009(1):5-8.

〔5〕馬龍海，鄧宇昆，董勝亮.我國生物質(zhì)發(fā)電現(xiàn)狀分析及研究〔J〕.電力勘探設(shè)計，2012，6(3):70-74.

TK6

B

1008-0198(2015)06-0035-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.009

韓忠暉 (1983)，男，河北滄州人，工程師，目前從事電網(wǎng)調(diào)度運行工作。

2015-02-26 改回日期:2015-05-12