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“煤改生物質”將成為我國清潔供熱的重要戰略

添加時間:2018-01-22 15:06:37 來源:北極星電力網

今年的冬天特別冷。在“煤改氣”遭遇挫折的現實下,既保持溫暖,又保證藍天,是不是注定魚和熊掌不可得兼?1月20日中國生物質能聯盟在江城武漢主持召開的“煤改生物質”清潔供熱研討會上給出了新的答案。

一、 生物質成型燃料是經濟的清潔燃料

生物質成型燃料是以農業廢棄物、林業三剩物(農業廢棄物如稻殼、秸稈等;林業廢棄物如采伐剩余物、清林撫育剩余物和木材加工剩余物等)為原材料,經過粉碎、烘干、成型等工藝,制成粒狀、塊狀、柱狀,一定規格和密度的,可在生物質能鍋爐直接燃燒的新型清潔燃料。顆粒燃料直徑6毫米或8毫米,長度為1-5倍直徑,凈密度1.1-1.4噸/立方米,熱值14.6-18.8兆焦/千克,大約相當于天然氣熱值的1/2,燃燒充分,便于運輸和貯存。由于成型燃料含硫量和含氮量低,配套專用鍋爐可以達到很高的清潔燃燒水平,一般只需要適當除塵即可達到天然氣的鍋爐排放標準,是國際公認的可再生清潔能源。

2014年6月,國家能源局和環保部聯合發出了《關于開展生物質成型燃料鍋爐供熱示范項目建設的通知》(國能新能[2014]295號)。通知明確生物質成型燃料鍋爐供熱的煙塵、SO2、NOx排放濃度執行標準分別小于30mg/m3、50mg/m3、200mg/m3,非常接近天然氣的20mg/m3、50mg/m3、200mg/m3;遠低于燃煤的50mg/m3、300mg/m3、300mg/m3(新建工程)和80mg/m3、400mg/m3、400mg/m3(在運行工程)。

以中國在運行項目核算,生物質成型燃料鍋爐供熱與煤炭、重油、天然氣等化石能源相比,單位熱量費用比值分別約為1:0.85:1.7:1.5,成型燃料比煤炭供熱貴約1/5,但比重油和天然氣顯著便宜。如果煤炭供熱達到生物質成型燃料鍋爐供熱同等的清潔水平,要增加除塵、脫氮、脫銷的措施,成本將顯著超過生物質成型燃料鍋爐供熱。因此,生物質成型燃料鍋爐供熱是經濟的清潔可再生能源供熱方式。在同等排放標準下,生物質供熱的成本甚至比煤炭都低。

生物質供熱還具有便于分布式供應,滿足空間獨立或者偏遠地區、有特殊需求的供熱需求,比如賓館、醫院、學校、經濟開發區、鄉村等。除此之外,發展生物質供熱還有利于促進農林有機廢棄物的資源化利用、減排溫室氣體等。

在氣荒漫延、壓煤成本高企和清潔供熱燃料缺乏之際,生物質燃料供熱無疑給清潔供熱帶來了新希望。

二、 生物質供熱歐美發達國家應用廣泛

據世界生物質協會發布的報告《全球生物能源統計2017》(WBA Global Bioenergy Statistics 2017) 提供的數據,2014年全球一次能源消費總量為360EJ(360×1018J)。其中,熱力(供熱+直燃取暖) 所占份額為49.9% 。生物能源占一次能源的份額約為10%,而生物能源的80%用于取暖、供熱和炊事(包括傳統方式使用及現代商品能源)。顯然,不論是傳統方式使用還是現代商品能源使用方式,取暖和供熱都是當代生物能源最大的用戶。

全球商品生物質能供熱量的前五個大國全部位于歐洲,依次為:瑞典、俄羅斯、德國、芬蘭和丹麥,尤其集中在北歐。這些都是經濟發達、環保標準嚴苛的國家,卻在廣泛使用生物質成型燃料,并被作為替代化石能源,應對氣候變化的重要舉措。瑞典就是一個生物質成型燃料利用的先鋒國家,他們的經驗值得借鑒。

瑞典生物質能源概況

瑞典是北歐最大的國家,位于斯堪的納維亞半島,國土面積45萬平方公里,人口900多萬。瑞典是世界最富裕的國家之一,近年來更因為可再生能源利用率最高,溫室氣體排放量下降和宣布2020年告別石油而受到世界高度關注。瑞典2010年的GNP比1990年增長了50%,溫室氣體排放量卻降低了9%,成為首個名副其實的可持續發展的國家。瑞典的成功減排,主要歸功于生物質能源產業的發展。當前瑞典生物質能源占全國一次能源消費量的36%,排名世界第一位。2009年生物質能源首次超過石油成為消費量最多的能源,比水能和核能之和還多。其中生物質成型燃料又是最重要的產品,約占生物質能源的80%。

2016年瑞典消費生物質成型燃料240萬噸,人均消費量約270公斤,人均消費量位居世界第一。瑞典有大約70家成型燃料生產企業,年生產能力300多萬噸,其中年產10萬噸以上10余家,年產1萬至10萬噸10余家,其余大多是小型企業。全國20%的企業生產了80%的成型燃料。除本國生產以外,瑞典每年還進口生物質成型燃料數十萬噸。生物質成型燃料廣泛應用于發電,工業供熱、蒸汽以及商業、辦公和居民采暖。2012-2013年曾因暖冬影響,生物質成型燃料消費量有所下降,2014年開始強勁復蘇,繼續快速發展。

瑞典位于寒帶地區,每年供暖季長達7-8個月,生物質供熱占其全部供熱市場的70%以上。瑞典生物質發電多采用熱電聯產的模式,熱效率通常在80%以上;近年更趨向于熱電和成型燃料等多聯產,綜合熱效率達到驚人的95%以上。瑞典北部一個常住人口約4000人的小城市謝萊夫特奧,就因為擁有一個50MW的熱電和成型燃料聯產工廠,成為瑞典最富裕的城市之一。

瑞典全國有超過10萬個大中小型生物質供熱站,供熱對象涵蓋機場、寫字樓、工業園區、居民小區、商場等幾乎所有類型的熱水和蒸汽用戶。一個典型的生物質供熱站,是高度自動化的無人值守系統。供熱站的供熱負荷、供熱溫度,以及鍋爐上料系統全部是自動控制的,成型燃料的運輸和加注也高度自動化。當鍋爐料倉儲料量低于低位警戒線,該供熱站會自動向燃料配送站發送警示信息。成型燃料在風送系統中具有很好的流動性。配送站分派專用運輸車將燃料運達供熱站,將運輸車輸料管和供熱站的進料接口連接起來,通過風送系統可快速將成型燃料加注到儲料倉。當儲料倉燃料到達高位警戒線,系統會自動停止加注燃料。生物質專用鍋爐的燃燒和熱分配系統都可以遠程控制。整個生物質供熱系統十分清潔、高效、便捷。

在瑞典,除了電廠和隨處可見的生物質供熱站大量使用之外,成型燃料是居家日常消費必需品,可以很便利的從超市購買。家庭大多采用成型燃料專用壁爐取暖。新型壁爐外觀精致,配備高度自動控制系統,每天加料1-2次,就可以滿足全天取暖需求。

發展歷程和驅動機制

瑞典是個缺油少氣的國家,能源使用曾經長期依賴石油進口。生物質能源產業是進口原油價格飛漲和核能安全事故觸發的。1973年全球石油危機爆發,恰巧瑞典遭遇罕見寒冬,導致隨后的人口嚴重外流,經濟受到重創。可再生、可本地供應的能源成為國家迫切的戰略需要。到1979年石油價格再次狂飆,美國又發生了三哩島核電事故。1980年瑞典經過全民公投決定到2010年逐步淘汰核電。

生物質能源具有清潔、環保、碳中性的特點,并可以本地生產和供應。與燃煤相比,使用生物質成型燃料供熱可以減少溫室氣體排放達到90%。瑞典的可再生能源開發最終選擇了以生物質能源為主導的策略,并在1980年代初形成第一個發展浪潮。

瑞典生物質能源快速發展的主要原因,一是堅定的政策支持,二是強有力的激勵措施,三是先進的科技和標準體系支撐。

瑞典1991年實施的碳稅政策催生了生物質能源最快速的發展期。碳稅政策使得石油燃料成本大幅上升,可再生能源因而具有了競爭力。數年間,燃油供熱的價格逐步升高到翻番,結果將燃油供熱逐出了工業和民用供熱市場。1970年燃油供熱占瑞典90%的供熱市場,而到2010年,僅剩2%。這部分市場主要轉換為生物質供熱,2010年生物質供熱占據70%的市場份額。民用供熱方面生物質燃料與燃油相比價格優勢明顯,居民主要采用生物質成型燃料供熱。

1990年瑞典政府決定對生物質熱電聯產工程進行投資補貼, 2003年又實行了綠電證書政策。綠電證書政策要求企業消費者必須消費一定比例的經認證的“綠色電力”,否則就要購買綠色電力指標。而獲得“綠色電力”認證的電力生產,則可以免除碳稅,同時綠電指標還可進行交易。生物質發電是典型的綠色電力,并且大量采用生物質成型燃料作原料。這兩個措施促進生物質發電產業快速發展。當然隨著碳匯交易平臺的建立,生物質能源是最大的受惠產業之一。

瑞典建立了完備的生物質成型燃料研發體系和標準體系,是歐盟生物質成型燃料技術、相關設備和標準的主導國家。先進的成型燃料生產技術和設備保證了產品質量,降低了成本;先進的生物質燃燒裝備和技術,提高了效率,減少了污染物排放;而從原料收集到產品生產、配送、燃燒等環節,再到相關設備,相關操作規程的標準化,為產業快速穩定發展提供了重要保障。如今歐洲生物質成型燃料標準體系被世界廣泛使用和借鑒。

2000年之后,瑞典又實行了生物質運輸燃料免稅政策,促進了生物質運輸燃料如生物柴油、生物天然氣等快速發展。瑞典生物質能源年利用量從1970年代的40 TWh增加到2012年的140 TWh。根據瑞典生物質能源協會預測,到2020年,瑞典生物質能源年利用量將達到約250TWh。

瑞典成型燃料產業經驗對我國的啟示

瑞典已經成功從1970年代70-80%的能源依賴進口石油,轉型到石油僅限用作運輸燃料,而社區供熱、工業供熱和電力供應都主要使用生物質能源。在很多國家都在爭論生物質能源是否應該支持發展的時候,瑞典做出了杰出表率。示范了在油價高企,環境問題嚴峻和全球氣候變化的形勢下,一個國家依靠強有力的政策支持,開發利用本地資源,在不長的時間內,成功將進口依賴型能源結構調整為可持續、可再生和清潔能源結構,建成了低碳經濟模式,實現了可持續發展。

中國不具備瑞典那樣豐富的森林資源,但是中國每年有十幾億噸農林廢棄物亟需妥善處理,比瑞典的資源量高出幾個數量級,完全可以通過生物質成型燃料產業和相關生物質能源產業的開發,為國家能源安全、有機廢棄物資源化利用、大氣污染物治理和減排溫室氣體應對氣候變化做出重要貢獻。我們需要向瑞典學習如何制定有力政策,有利措施,并長期穩定的支持研發和標準化工作,促進生物質成型燃料產業的發展。


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