2017年中國生物質發(fā)電技術原理分析及未來市場空間測算

　　生物質發(fā)電是利用生物質所具有的生物質能進行發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電等。

　　世界生物質發(fā)電起源于20世紀70年代，當時，世界性的石油危機爆發(fā)后，丹麥開始積極開發(fā)清潔的可再生能源，大力推行秸稈等生物質發(fā)電。自1990年以來，生物質發(fā)電在歐美許多國家開始大力發(fā)展。

　　我國是一個農業(yè)大國，生物質資源十分豐富，各種農作物每年產生秸稈6億多噸，其中可以作為能源使用的約4億噸，全國林木總生物量約190億噸，可獲得量為9億噸，可作為能源利用的總量約為3億噸。如加以有效利用，開發(fā)潛力將十分巨大。

　　1.生物質發(fā)電市場空間測算

　　2007-2015年國家出臺相關政策扶持農林生物質能源的發(fā)展，國家對行業(yè)的扶持主要從三個方面：稅收優(yōu)惠，農林生物質發(fā)電享受占比收入10%的所得稅免除和增值稅即征即退的優(yōu)惠；電價補貼，農林生物質享受0.75元/度的發(fā)電收入，高出火電約0.4元/度；競爭性保護，政策規(guī)定在糧食主產區(qū)，每個縣或者100公里內不得重復建設生物質發(fā)電廠。

　　生物質發(fā)電相關政策

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　　從能源局在2016年底發(fā)布的《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》可知，根據(jù)生物質資源條件，有序發(fā)展農林生物質直燃發(fā)電和沼氣發(fā)電，到2020年，農林生物質直燃發(fā)電裝機達到700萬千瓦，沼氣發(fā)電達到50萬千瓦。到2020年，生物質發(fā)電總裝機達到1500萬千瓦，年發(fā)電量超過900億千瓦時，其中農林生物質發(fā)電裝機達到700萬千瓦。

　　“十三五”行業(yè)市場空間預測

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　　對應行業(yè)市場空間的預測，我們從投資額和運營收入來分析。投資額：2015年底農林生物質發(fā)電總裝機約為500萬千瓦，2020年要達到700萬千瓦，按照單位裝機投資9000萬/萬千瓦，“十三五”期間年投資額為180億。運營收入：按照生物質發(fā)電廠年利用小時6500小時（長青生物質發(fā)電項目優(yōu)質，發(fā)電小時數(shù)達8000小時），廠自用電率15%，售電單價為0.75元/千瓦時計算，“十三五”期間運營收入為1240億。因此，我們預測“十三五”期間整個行業(yè)市場空間將超過1400億。

　　2.生物質發(fā)電的技術原理

　　(1)發(fā)電原理：與燃煤發(fā)電原理相同

　　生物質直接燃燒發(fā)電與燃煤火力發(fā)電在原理上沒有本質區(qū)別，主要區(qū)別體現(xiàn)在原料上，火力發(fā)電的原料是煤，而直接燃燒發(fā)電的原料主要是農林廢棄物和秸稈。直接燃燒發(fā)電是把生物質原料送入適合生物質燃燒的特定蒸汽鍋爐中，產生蒸汽，驅動蒸汽機轉動從而帶動發(fā)電機發(fā)電。

　　具體流程如下：將秸稈等生物質加工成適于鍋爐燃燒的形式(粉狀或塊狀)，送入鍋爐內充分燃燒，使儲存于生物質燃料中的化學能轉變成熱能；鍋爐內的水燒熱后產生飽和蒸汽，飽和蒸汽在過熱器內繼續(xù)加熱成過熱蒸汽進入汽輪機，驅動汽輪發(fā)電機組旋轉，將蒸汽的內能轉換成機械能，最后由發(fā)電機將機械能變成電能。

　　生物質發(fā)電原理

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　　生物質發(fā)電廠的發(fā)電設備和同樣規(guī)模的燃煤發(fā)電設備是非常相似的，目前我國大多數(shù)生物質直燃發(fā)電廠內所使用的燃燒工具主要包括生物質水冷振動爐排鍋爐、生物質循環(huán)流化床鍋爐以及聯(lián)合爐排鍋爐，其中運用最廣泛的是水冷振動爐排鍋爐。蒸汽發(fā)電機組多采用高溫高壓抽凝式汽輪機組。

　　(2)生物質發(fā)電核心不同在于燃燒鍋爐

　　雖然生物質發(fā)電廠的發(fā)電設備與傳統(tǒng)燃煤發(fā)電設備相似，但是由于生物質在燃燒過程中的特殊性，對所使用的燃燒鍋爐具有較高的技術要求。目前最常用的生物質發(fā)電鍋爐主要有：水冷振動爐排爐和循環(huán)流化床鍋爐。

　　水冷振動爐排爐：

　　水冷振動爐排鍋爐本體由四部分組成：爐膛、冷卻室、過熱器室和尾部豎井。爐膛底部布置水冷振動爐排，爐排下部設置四個獨立風室，沿鍋爐寬度方向對稱布置，一次由風室穿過爐排孔進入爐內。燃燒室在爐膛下部，其斷面積較大，爐膛中下部前后墻水冷壁形成收腰機構，設二次風管，及時投入二次風助燃。適當?shù)囊欢物L系統(tǒng)，加上通過調節(jié)水冷振動爐排頻率和周期，可適用不同的秸稈燃料燃燒。

　　水冷振動爐排整體布置

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　　水冷振動爐排鍋爐結構

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　　循環(huán)流化床（CFB）鍋爐

　　循環(huán)流化床鍋爐是在傳統(tǒng)鍋爐基礎上發(fā)展起來用于燃煤鍋爐的一代高效、低污染清潔燃燒技術。之前常用于燃煤鍋爐，其主要特點在于燃料及脫硫劑經過多次循環(huán)，反復的進行低溫燃燒和脫硫反應，可以降低氮氧化物和硫氧化物的排放。循環(huán)流化床的燃燒發(fā)生在爐膛的整個容積空間中，是一種三維液態(tài)化燃燒方式。

　　由于其相對與傳統(tǒng)燃煤鍋爐對原料適用性更廣，也可以用來進行生物質燃燒。由于生物質燃料與煤的性質不同，在使用循環(huán)流化床進行生物質發(fā)電的時候，鍋爐狀態(tài)會發(fā)生相應的變化。

　　循環(huán)流化床鍋爐整體布置

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　　經典循環(huán)流化床鍋爐結構

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　　循環(huán)流化床鍋爐適用于生物質原料時的一些不適應問題：

　?。?）生物質燃料熔點低，易結焦。生物質中富含鉀和鈉，容易形成低熔點的共晶體，將沙粒粘接。因此在鍋爐設計中應嚴格控制循環(huán)燃燒系統(tǒng)的溫度水平。

　?。?）生物質中的堿金屬對爐膛具有腐蝕性。同樣由于鉀氧化物和納氧化物熔點很低，在爐膛正常燃燒溫度下很容易升華，在膛內表觀為氣相，并會在高溫過熱器上面凝結，對受熱面造成腐蝕。

　?。?）不同生物質產生熱量不同給燃料供給系統(tǒng)增大困難。循環(huán)流化床鍋爐對進料的粒徑大小、密度等要求較高，而生物質燃料具有季節(jié)性變化，不同生物質性質不同，給循化流化床的設計建設難以定型，隨著鍋爐容量增加，這一問題更為突出。

　　由于循環(huán)流化床鍋爐結構的原因，需要解決受熱面的磨損、循環(huán)物料平衡和物料結焦等問題。對中壓參數(shù)鍋爐，其尾部受熱面布置需要認真考慮受熱面腐蝕問題。另外，廠用電率高也是機組運行需要考慮的問題。

　　(3)以生物質為燃料的兩種鍋爐對比

　　水冷振動爐排爐與循環(huán)流化床爐相比，雖然設備初期投資較大，但考慮到燃燒效率高使得單位發(fā)電量燃料耗量低、設備運行穩(wěn)定使得年發(fā)電小時數(shù)多；設備磨損較流化床爐輕使得日常維修、部件更換費用低；設備廠用電率低使得同等裝機容量的電廠上網(wǎng)電量多；從整體生命周期綜合考慮，水冷振動爐排爐的整體指標和效益，優(yōu)于循環(huán)流化床鍋爐。

　　兩種生物質鍋爐比較

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