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市场状况:装机容量、发电量与空间分布目前国家对生物质直燃发电行业在上网电价和上网电量等多方面都给予了较大的支持和鼓励力度。虽然近年来我国新能源的发展很快,但与传统能源相比,总体规模还是很小,在我国能源结构中所占比例还很低。
我国生物质电装机情况
截止到2022年底,我国生物质发电装机容量4132万千瓦,比去年增加334万千瓦,同比增长8.8%,占全国电力总装机的1.6%。其中,垃圾焚烧发电装机容量2386万千瓦,农林生物质发电装机容量1623万千瓦,沼气发电装机容量122万千瓦。
2022年全年,生物质发电新增装机容量334万千瓦,累计装机达4132万千瓦。其中,生活垃圾焚烧发电新增装机257万千瓦,累计装机达到2386万千瓦;农林生物质发电新增装机65万千瓦,累计装机达到1623万千瓦;沼气发电新增装机12万千瓦,累计装机达到122万千瓦。
生物质发展的简况与分类
关于生物质发电的内含与外延,2006年1月国家发展改革委印发《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》(发改价格〔2006〕7号),对生物质发电项目进行了界定,包括:(1)农林废弃物直接燃烧和气化发电;(2)垃圾焚烧和垃圾填埋气发电;(3)沼气发电。
生物质发电发端于上世纪70年代,全球能源危机爆发后,丹麦等西方国家开始利用秸秆等生物质能进行发电。上世纪90年代之后,生物质能发电技术在欧美得到了大力发展。其中,丹麦在生物质发电领域的发展先进,目前已建成一百多家生物质发电厂。
我国生物质发电起步于上世纪90年代,近年来,随着国家相关政策的出台,生物质发电厂的装机容量和发电量都在逐年攀升。在双碳目标背景下,生物质发电在碳排放方面的优势得以更好体现,成为新能源领域近年来社会关注的重要领域之一。
生物质发电技术根据工作原理可划分为直接燃烧发电技术、气化发电技术和耦合燃烧发电技术三大类。
直接燃烧发电技术
生物质直接燃烧发电在原理上与燃煤锅炉火力发电十分类似。与燃烧煤炭和废弃物时一样,直接燃烧法是使用焚烧炉燃烧干性生物质的技术。使用“自动加煤炉”、“窑炉”、“流化床锅炉”等现有的焚烧技术。具体的原料除了废木材、树皮、甘蔗渣等之外,还有燃烧污泥的情况。可以用燃烧得到的热量进行发电,也可以直接作为热源使用。由于生物质资源分散,能量密度低,收集运输困难,使得生物质直接燃烧发电对燃料供应的持续性和经济性有较高的依赖度,导致了生物质发电高昂的成本。
气化发电技术
生物质气化发电要经过如下环节:(1)生物质气化,经过破碎干燥等其他预处理的生物质在高温环境下热解气化,产生含有CO、CH4和H2等可燃组分的气体;(2)气体净化,气化过程生成的可燃气体通入净化系统,去除其中的灰分、焦炭和焦油等杂质,以满足下游发电设备的入口要求;(3)气体燃烧发电,净化后的可燃气通入燃气轮机或者内燃机燃烧做功发电,也可以通入锅炉内燃烧,利用产生的高温高压蒸汽驱动汽轮机发电。
耦合燃烧发电技术
生物质耦合发电是利用生物质燃料替代部分其他燃料(通常指煤)进行混烧的发电方式,在提高生物质燃料灵活性的同时减少煤炭用量,实现了燃煤火电机组的CO2减排问题。现阶段生物质耦合发电技术主要包括:直接混燃耦合发电技术、间接燃烧耦合发电技术和蒸汽耦合发电技术。
生物质发电在能源体系中的定位
相比于传统能源与其他新能源,生物质发电的优势包括:原料来源广泛可再生、发电稳定、碳排放较低等。生物质资源来源广泛,包括农业废弃物、木材和森林废弃物、城市有机垃圾、藻类生物质以及能源作物等。我国是农业大国,拥有丰富的农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和能源作物、生活垃圾等生物质资源。在“双碳”背景下,生物质能已逐渐成为有潜力的可再生能源。目前生物质发电技术已大范围推广应用。未来随着生物质发电技术的发展和各项政策的支持,生物质发电景气将有所上升。
生物质能作为重要的可再生能源,国际公认的零碳可再生能源,具有绿色、低碳、清洁等特点。若结合BECCS(生物能源与碳捕获和储存)技术,生物质能将创造负碳排放。在未来,生物质能将在各个领域为我国2030年碳达峰、2060年发布版碳中和做出巨大减排贡献。
相比于其他绿色能源,发电稳定是生物质发电的优势。尽管生物质发电成本远高于风电、光伏等其他可再生能源发电成本,但是生物质发电输出稳定,能够参与电力调峰。而且生物质质能可以转换为多种形式的能源(比如供电、供热、供气、提供液体燃料等),能够灵活参与热力市场,提供清洁热力。
生物质发电的产业链图谱
生物质发电厂是利用桔梗、树皮等燃料的化学能产出电能的工厂,即为燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能。在锅炉中,燃料的化学能转变为蒸汽的热能,在汽轮机中,蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能,在发电机中机械能转变为电能。生物质发电产业链主要包括上游的原料及设备,其中有生物质原料及相关的发电设备,焚烧炉则是垃圾焚烧处理系统核心的设备;中游则是生物质能发电的方式;生物质发电下游为电网输送,参与主体为国营电网企业,电网企业依据国家制定的统一标杆上网电价购买电力之后再将电发送给终端消费者。