1 生物发电富民实践
生物质发电项目最大的成本为燃料的购买成本,占电价的50%~60%。以一个30MW左右的生物质直燃发电项目为例,每年大概需要20万~25万t生物质燃料(根据燃料热值和发电利用小时数不同),以炉前价格300 元/t 核算,总计燃料费大概需支付6 000 万~ 7 500 万元,这些费用都是直接支付给出售燃料的农民和农民经纪人。国家给予的生物质发电项目的补贴为6000万~7500万元,因此国家的补贴大部分转化为农民售卖燃料的收入。
一个生物质电厂内部本身运行管理人员数量与同等规模的煤电厂差不多,但是围绕一个生物发电项目的燃料供应产业链,可以为2000名左右农民稳定增收( 在电厂存续运行期间,该部分农民会从中受益,比其他就业方式相对稳定)。中国有8亿多农民,农村地区有很多秸秆可用于发电。目前收购农民秸秆生产生物质能的产业尚在完善中,只要有合理的生物发电的产业需求拉动,通过突破技术和产业链完善,这个问题应该是可以解决的。与现在已很成熟的化石能源如煤炭、石油等的开发相比,生物质能资源的开发完善要容易得多,但是目前我们在此领域的投入很少,相关的科研和技术创新刚刚开始。最初化石燃料的开发成本远远高于生物质能,农业粮食籽粒的收获技术难度也远远高于秸秆。从近几年产业化实践经验来看,秸秆的收获难题只是暂时的,完全能够通过技术创新、产业链完善来逐渐解决的。
中国开发农林生物质能源还有一个重要国情:目前我国有2000万留守儿童,2000多万留守老人,将近4700 多万留守妇女过着“牛郎织女”的生活,金融危机后还有部分农民失业回乡。如果用秸秆、林业剩余物开发生物质能源,可以实现农民绿色就业,年收入1 万~ 2 万元,就可以保障家庭生活和给子女交学费等支出,实现富民安邦。另外,在我国沙地、盐碱地、坡地、山地等边际性土地发展种植多年生灌木或者草本能源植物,既能美化绿化环境,固土减排,增加碳汇,又可隔年平茬作为生物能源原料。中国农民多、勤劳且有优良的种植传统,这种因地制宜发展生物质能源,在给农民带来经济效益的同时又给国家带来环境生态效益和能源效益,是一个潜力巨大的绿色产业 。
2 生物发电项目的技术和产业潜力
农产品生产具有季节性,其价格也因此具有波动性,旺季时候便宜些或质量好一些,淡季时候贵一些或质量差一些。农作物秸秆等农林生物质也是如此,这就需要企业掌握好盈亏平衡点,根据全年控制好总体成本,在国家的补贴范围内,实现盈利和可持发展。秸秆是副产品,是可再生的,从远期看来,生物发电的原料成本与化石能源相比是个此消彼长的关系,笔者保守估计在今后二十年左右可能就会有一个交叉点,届时生物质能源将是逐渐摆脱补贴实现更快发展新起点。生物质能既是现实的能源,又是未来的储备,是我们未雨绸缪积极发展可再生能源的主要的一部分。
生物质发电产业与发展其他清洁能源技术应用不但不矛盾,而且可以相辅相成、相互支持。由于生物质能总量大、资源分布广、种类多,具有独特的储能特性,独具石化材料、液体燃料替代的潜力,虽然目前该产业总体工业化程度低,但也正预示着其巨大的发展潜力。
生物质直燃发电项目( 纯烧、混烧) 储备了工业热源、电站,是现实的生物质资源工业化应用的尝试,同时也为未来的生物质液体、气体、材料开发打开了产业化发展之门。
在农区的农作物剩余秸秆等生物质发电,发出的不仅仅是电,更是边远农村急需的分布式清洁能源,是县域经济发展的自备热电厂,更是未来先进生物质能应用产业发展的必经之路,也将是未来我国农村城镇化、城镇城市化发展的有力支撑。
对城市垃圾生物质,我国现在一般是填埋或者焚烧处理,但前者存在土地限制,后者存在环保问题。因此可以考虑采用规模化生物质循环流化床气化在生物质间接混合燃烧发电技术,将规模化生物质循环流化床产生的燃气在生物质直燃锅炉内混合燃烧,将可能做到环保高效,减少污染排放,值得研究和实践。另外,针对我国必须关停的小火电,结合电厂技术和周边生物质资源情况,将一部分符合条件的改造成生物质电厂。这既是地方区域热电的补充,也是农村地区实现多重社会经济效益的难得载体。
3 我国农林生物质资源高效应用技术路线的选择
我国地域辽阔,东西、南北差异大,农林生物质资源总量丰富,但是种类多样、分布分散。应该结合各地具体情况,因地制宜,采用多样的农林生物质资源高效技术路线。同时,要考虑多种技术路线的优势互补、协同发展。以直燃发电为例,适合的区域是气温较为干燥、地势较为平坦的华北、东北、新疆、内蒙古等区域,秸秆资源品种主要有小麦、玉米、棉花秸秆以及林业剩余物等。在南方气温高、空气湿润、生物质易腐烂地区,则适合开展户用或者工业化沼气、小型气化等项目。
生物质直燃发电项目的灰渣是很好的还田肥料,可以保证土壤中的矿物元素平衡。沼渣液与电厂灰渣结合可以生产绿色有机肥料还田,使土壤中的矿物元素保持平衡、有机质增加。这种综合应用项目,一方面可以刺激农村户用沼气( 或者工业化沼气)的快速发展,提升农村户用炊事能源品位,节省下来秸秆(农村沼气一般采用人、禽、畜粪便等作为发酵原料) 支持直燃发电等,这是一个双赢甚至多赢的项目。
4 关于生物质直燃发电项目装机容量的大小
由于燃料消耗量大,连续性要求高,大家对于生物质直燃发电厂装机规模有不同的看法。有的专家认为,由于生物质燃料收集困难、成本高,因此为了保障电厂效益,生物质直燃发电厂装机越小越好,一般不要超过12 MW。经过产业化实践:12 MW 的生物质直燃电厂整体造价与25 MW 造价差别不大,但是发电量少了50 %; 另外,一年收集10 万t 与20 万t 生物质燃料相比较,单位收集成本差别不大。因此,12 MW 与25 MW 生物质电厂相比较,规模经济效益要差很多。因此,我国生物质直燃发电装机以30 MW 左右投资,经济效益要好一些。
5 我国农林生物质资源规模化收集及其发展模式
生物质电厂投资初期考察资源是考察拟建项目的30 ~ 50 km 半径范围内资源分布和利用情况。由于原料来源和收集模式的不同,实践中的资源收集半径也会大于50 km 甚至更大,但是原料供应总量还是以近距离为主,少部分远距离基本都是空车返程配货。
生物质原料的工业化供应链产业需要考虑“经济性成本、能量投入和产出成本、碳排放分析”三个相对独立的因素。从项目的现实市场可行性考虑,需要考量资金投入和产出的“经济性成本”;从项目的经济模式设计和完善方面考虑则需要关注“能量投入和产出成本、碳排放分析”。项目的健康发展需要以上三个方面因素的有机统一,其中后两者优先。但是,在产业实践中有一些现实的特殊情况要避免以机械的思考方式予以评判。例如,在我国农区广泛存在“空车返程配货”的远程货物输送现象,是不应该作为单程个案分析而得出单宗原料运输距离过远、碳排放和能耗较高的片面结论的。从往返全过程因素考察,这种“空车返程配货”本身是一种资源的统筹优化配置和节能减排的具体实践。
从经济性方面考察( 一般而言,能量投入和碳排放与经济性具有正相关性),燃料的运输费用仅是燃料总价格的一部分,其他还有燃料的原始购买费用、加工费、保存保管费用、利润等。原料的主要成本在于原料收集、购买、加工和装车等方面,加工处理后的生物质原料的运输费用占总体比例较小。
在农村地区普遍存在机动车空车返程配货运输的情况下,运输费用更不是主要考察因素。原料的成本降低需要在收集加工、装卸储运等方面的机械化、规模化装备完善以及模式设计优化方面作出努力,而是仅仅考虑缩小原料收购量和收购半径,这与传统认识显著不同。
从总体降低原料收集成本和农业农村现代化发展方向看,农林生物质资源收集要走“工业化、规模化、机械化”发展道路,只有这样,农业农村才能留下更多的人才、资金,才能有自我良性循环发展的机会。现在工业不发达的农村地区,成年劳动力大多都外出打工了,除了农忙季节外,农村富余的成年劳动力较难找到。农民虽然也有强烈的建设家乡的愿望,但是苦于缺乏资金、项目、技术、经验,这种条件下更谈不上吸引外地优秀人才和资金来参加新农村建设了。生物质发电产业对于农村上下游产业链多方向技术发展具有显著的带动效应,大量资金、人才将流向国内市场和农村建设。在目前无法指望在单一的农业基础生产环节实现农业产业化、脱困情况下,这种带动效应弥足珍贵。
6 生物质直燃发电项目关键系列设备攻关与发展
前面谈过生物质直燃发电的关键技术主要有三部分,一是生物质收集、供应、加工与管理成套技术与装备;二是生物质原料输料、进料系统技术与设备;三是生物质能高效燃烧等转化技术。其中第一个问题比较关键,由于目前缺乏生物质燃料高效收集、加工、供应和上料技术成套装备,缺乏相关制造标准。第一、第二个问题相关的技术装备的可靠性、适用性是当前以及未来国内生物质资源工业化应用产业健康发展的关键。