生物质资源利用存在的问题(生物质发电技术的局限性)

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陈愚

根据《完善生物质发电项目建设运行的实施方案(发改能源〔2020〕1421号)》,生物质发电含农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电。

考虑到资源费用差别,农林生物质发电需为购买原材料付费,垃圾发电可收取垃圾处理费;本文讨论的是狭义的农林废弃生物质发电:秸秆、蔗渣、林木质、沼气,不含垃圾发电。

一 生物质发电装机无法达到规划目标

2015年我国生物质发电装机1030万千瓦,未达成“十二五”规划目标;2019年生物质发电装机1158万千瓦,预计无法完成“十三五”规划目标(2020年1500万千瓦)。

同期,风电超额完成“十二五”、“十三五”规划目标,光伏翻倍完成规划目标。

生物质发电技术的局限性

二 生物质发电的理论局限性

生物质发电经济性差,根本原因是生物质能的分散特性,和热发电技术规模化、集中发电的矛盾;直接原因是集运收储的人工成本不可控。

 

(一)热发电技术需要规模化以提高经济性

煤电、气电、核电等热发电技术,需要规模化(提高单个机组的装机容量)以提高经济性:规模化可降低单位千瓦造价;根据传热学基本原理,提高单机规模,可降低子系统单位热容量的表面积,从而减少热损耗、提高热效率。

例如,安徽平山煤电单机135万千瓦,是世界上单机装机容量最大的煤电机组;核电机组中,EPR堆型单机装机容量达175万千瓦。

生物质也是热发电技术,但是,考虑到秸秆收集的经济半径,生物质电站的装机容量很小,例如:2.5万千瓦的生物质电站,每年需16~20万吨秸秆,收集半径约100公里。生物质发电技术无法通过规模化降低造价、提高热发电效率和经济性。

 

(二)生物质是分散的能源

生物质能的固有特性是:分散、能量密度低、能源品位低;为了和集中式、规模化发展的热发电技术配适,分散在田间地头的生物质能,需用将生物质集中运输到生物质电站进行热发电,过程中消耗人力和物资(汽柴油等)。

生物质集运过程中的人力成本是不可控的,取决于当地的营商环境。生物质能量密度低、运输成本远高于煤炭,生物质原料是区域垄断的,替代弹性低,如果当地营商环境差,从远方购买生物质原料进行替代的经济性极差。

 

(三)生物质是低品位的能源

生物质的燃烧性能不如煤炭和天然气,燃烧温度较低,单机规模小,发电效率低于30%。发电效率上限可参考同等规模的小型煤电项目,效率提高空间有限。

集运过程消耗的汽柴油等燃料的能源品位,高于生物质能,可谓高级能源拉低级能源;从全生命周期(LCA)角度看,生物质发电的贡献率低于其热发电效率。

三 生物质和风光的差别

风电和光伏也是分散的、低能量密度的能源,近十年来,风光大规模发展,生物质停滞不前,差别在于:

固定投资:风光是新技术,造价迅速下降。尤其是光伏技术,2010年单位造价2万元/千瓦,2020年降至4500元/千瓦。预计未来风、光的造价还将继续下降。生物质是小型热发电技术,机组构成和小型煤电技术基本一致,是成熟技术,成本下降速度很慢;且受秸秆收集半径影响,无法扩大单机装机容量以降低造价。

运营成本:风机和光伏组件安装完成后,可自动完成风能和太阳能的收集。而生物质,每一个收获季需要进行一次人工完成的收购、集中运输、储存,导致不可控的人工集运成本和季节性储存成本。

四 生物质能适宜分散利用和直接热利用

合适的能源应放在合适的地方。根据生物质能量密度低、分散的特性,建议将生物质能分散利用:成型燃料、沼气,替代农村生活用煤;考虑到生物质能用于发电效率较低,建议直接热利用。

部分发达国家中,如意大利、芬兰、瑞典,生物质供热占比较高。

生物质发电技术的局限性

参考文献:《合适的能源放在合适的地方——倪维斗谈生物质能源发展与利用》

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