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摻燒生物質(zhì)將成為燃煤機(jī)組“脫碳”重要支撐

今年6月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電低碳化改造建設(shè)行動(dòng)方案（2024—2027年）》，將生物質(zhì)摻燒列為三種煤電低碳化改造建設(shè)方式之一，明確提出實(shí)施煤電機(jī)組耦合生物質(zhì)發(fā)電，并將摻燒比例定在10%以上，以實(shí)現(xiàn)燃煤消耗和碳排放水平顯著降低。

當(dāng)前，我國(guó)燃煤機(jī)組摻燒生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)成熟度如何？經(jīng)濟(jì)收益如何保障？11月21日，在由中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會(huì)、中國(guó)能源研究會(huì)綠色低碳技術(shù)專業(yè)委員會(huì)主辦的“燃煤機(jī)組摻燒生物質(zhì)低碳化技術(shù)路徑與發(fā)展策略”學(xué)術(shù)研討會(huì)上，與會(huì)者就上述問(wèn)題進(jìn)行了交流與探討。

農(nóng)林生物質(zhì)資源應(yīng)用潛力巨大

農(nóng)林生物質(zhì)以及日常生活垃圾都可作為生物質(zhì)資源，近二十年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于發(fā)電行業(yè)。

相較燃煤發(fā)電，生物質(zhì)發(fā)電碳排放強(qiáng)度低，僅為燃煤的1.8%左右，是“雙碳”目標(biāo)下降低煤電機(jī)組碳排放量的有效手段之一。

中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會(huì)發(fā)布的《2024中國(guó)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》顯示，截至2023年底，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量約4414萬(wàn)千瓦。其中，垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)容量最大，達(dá)2577萬(wàn)千瓦，占生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量的58%；農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量為1688萬(wàn)千瓦，占生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量的38%；沼氣發(fā)電裝機(jī)容量約149萬(wàn)千瓦，占生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量的4%。

中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心研究員張麗欣表示，我國(guó)生物質(zhì)資源年產(chǎn)量為34.94億噸，其中包含約10.5億余噸的農(nóng)林生物質(zhì)資源，折合4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，應(yīng)用發(fā)展市場(chǎng)潛力巨大。

張麗欣認(rèn)為，目前影響煤電機(jī)組摻燒生物質(zhì)的因素，主要表現(xiàn)在鍋爐運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)挑戰(zhàn)、安全風(fēng)險(xiǎn)等四個(gè)方面。生物質(zhì)單位體積熱值較低、含氧量較高，燃煤鍋爐摻燒生物質(zhì)后，會(huì)造成燃料體積及煙氣量發(fā)生變化。同時(shí)，秸稈煙氣在高溫時(shí)具有較高的腐蝕性，且飛灰的熔點(diǎn)較低，易產(chǎn)生結(jié)渣的問(wèn)題；為維持鍋爐輸出蒸汽參數(shù)，不影響機(jī)組帶負(fù)荷最大出力，一般限制秸稈在鍋爐總輸入熱量中所占有的比例不超過(guò)20%。

張麗欣表示，隨著國(guó)家能源局等部門積極推進(jìn)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)工作，在配套激勵(lì)政策完善、生物質(zhì)摻燒量滿足社會(huì)現(xiàn)狀的情況下，將對(duì)建設(shè)成本低、技術(shù)成熟可靠的生物質(zhì)摻燒發(fā)電市場(chǎng)起到促進(jìn)作用，對(duì)生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)、建設(shè)也將起到正向連鎖效應(yīng)。未來(lái)，生物質(zhì)燃料在煤電機(jī)組摻燒應(yīng)用和探索將變得更加活躍。

燃煤機(jī)組摻燒生物質(zhì)發(fā)電

已有典型案例

十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)不少電廠嘗試在燃煤機(jī)組中摻燒生物質(zhì)。

2005年12月，我國(guó)首個(gè)秸稈與煤粉混燒發(fā)電項(xiàng)目在華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠竣工投產(chǎn)。

2012年，國(guó)電荊門電廠依托64萬(wàn)千瓦煤電機(jī)組建設(shè)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目，折合生物質(zhì)發(fā)電容量1.08萬(wàn)千瓦。

2022年，華能日照電廠68萬(wàn)千瓦機(jī)組耦合生物質(zhì)發(fā)電示范項(xiàng)目順利完成試運(yùn)行，這是國(guó)內(nèi)首臺(tái)大型燃煤機(jī)組耦合生物質(zhì)發(fā)電示范項(xiàng)目，設(shè)計(jì)生物質(zhì)發(fā)電容量3.4萬(wàn)千瓦。

今年8月14日，國(guó)電電力勝利電廠大型燃煤機(jī)組摻燒牛糞試驗(yàn)成功。試驗(yàn)以錫林郭勒草原上的牛糞為原材料，利用電廠現(xiàn)有上煤系統(tǒng)，摻燒牛糞36.2噸，摻燒比例13.45%，是全國(guó)首例煤電機(jī)組摻燒牛糞試驗(yàn)，生態(tài)效益、社會(huì)效益明顯。

在湖北襄陽(yáng)，湖北華電襄陽(yáng)發(fā)電有限公司將生物質(zhì)原料破碎或壓塊后，利用空氣作為氣化劑，在高溫條件下將燃料中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，進(jìn)入大型電站鍋爐與燃煤混合燃燒，產(chǎn)生蒸汽，用以代替部分原煤，所產(chǎn)生的煙氣依托燃煤機(jī)組的高效環(huán)保治理平臺(tái)處理，實(shí)現(xiàn)凈排放。

據(jù)湖北華電襄陽(yáng)發(fā)電有限公司生物質(zhì)運(yùn)維主任楊濤介紹，摻燒生物質(zhì)發(fā)電的機(jī)組每年可以發(fā)電5900萬(wàn)千瓦時(shí)，可消納生物質(zhì)農(nóng)林廢棄物約5萬(wàn)噸，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.8萬(wàn)噸，每年可減排二氧化碳5萬(wàn)噸，在兜底消納農(nóng)林廢棄物的同時(shí)，有效降低了煤電企業(yè)的碳排放。

“通過(guò)消納周邊多種類農(nóng)林廢棄物，解決農(nóng)林廢棄物因棄置、焚燒造成的環(huán)境污染問(wèn)題，有效改善了周邊的環(huán)境。通過(guò)優(yōu)化燃料采購(gòu)模式，直接帶動(dòng)了周邊農(nóng)民增收，每年可直接帶動(dòng)周邊農(nóng)民增收1700萬(wàn)元，同時(shí)為附近農(nóng)民提供近百個(gè)就業(yè)崗位。”楊濤說(shuō)。

廣泛推廣應(yīng)用或?qū)⒓觿≡细?jìng)爭(zhēng)

與會(huì)專家表示，在具體實(shí)施過(guò)程中，煤電機(jī)組摻燒生物質(zhì)發(fā)電要根據(jù)不同地區(qū)情況因地制宜、合理布局生物質(zhì)資源的利用和開(kāi)發(fā)。

全聯(lián)新能源商會(huì)生物質(zhì)能專委會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)王彪表示，隨著煤電機(jī)組摻燒生物質(zhì)的規(guī)?；瘧?yīng)用推廣，或?qū)⑴c現(xiàn)在推廣生物質(zhì)燃料供熱、生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)氣化耦合制取綠色甲醇等項(xiàng)目爭(zhēng)奪原料，造成原料不足，導(dǎo)致項(xiàng)目無(wú)法延續(xù)。

中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會(huì)常務(wù)副秘書(shū)長(zhǎng)劉洪榮也指出，目前我國(guó)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目主要集中在東北地區(qū)以及山東、河北、河南、安徽等農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)，而這些地區(qū)的煤電機(jī)組也比較集中。如果對(duì)這些區(qū)域的煤電機(jī)組實(shí)施摻燒生物質(zhì)改造，勢(shì)必會(huì)跟存量的純生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目產(chǎn)生原料競(jìng)爭(zhēng)。

劉洪榮介紹，常規(guī)火電廠兩臺(tái)60萬(wàn)千瓦煤電機(jī)組，如果摻燒10%的生物質(zhì)，意味著需要相當(dāng)于能夠提供12萬(wàn)千瓦功率的生物質(zhì)，而一座純生物質(zhì)發(fā)電廠的裝機(jī)規(guī)模一般在3萬(wàn)千瓦左右。這意味著，如果開(kāi)展煤電機(jī)組摻燒生物質(zhì)，相當(dāng)于在一個(gè)地方突然增加4個(gè)純生物質(zhì)發(fā)電廠。

基于此，劉洪榮提出了三點(diǎn)建議。一是在原料保障方面，要充分考慮周邊可收集生物質(zhì)原料量、已有生物質(zhì)原料用戶、是否有同業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)，還要對(duì)原料市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行充分調(diào)研，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性做出評(píng)估。可以考慮利用或聯(lián)合周邊已有生物質(zhì)發(fā)電廠建立原料供應(yīng)體系。

“二是根據(jù)機(jī)組情況選擇適合的摻燒技術(shù)路徑。不同的爐型摻燒工藝不一樣，要加強(qiáng)科技創(chuàng)新與實(shí)踐，比如生物質(zhì)熱解氣化、生物質(zhì)粉碎預(yù)處理等相關(guān)科技裝備的研發(fā)與創(chuàng)新，提高摻燒比例和燃燒效率。”劉洪榮說(shuō)。

“三是因地制宜進(jìn)一步拓展原料來(lái)源?！眲⒑闃s表示，除常規(guī)農(nóng)林廢棄物和秸稈之外，還可以考慮有機(jī)工業(yè)廢棄物，比如甘蔗渣、糠醛渣、酒糟、污泥等，但這也需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提高摻燒燃料適應(yīng)性。