2017年中國(guó)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)原理分析及未來市場(chǎng)空間測(cè)算

　　生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)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(zhì)發(fā)電起源于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)，世界性的石油危機(jī)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(zhì)發(fā)電。自1990年以來，生物質(zhì)發(fā)電在歐美許多國(guó)家開始大力發(fā)展。

　　我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源十分豐富，各種農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈6億多噸，其中可以作為能源使用的約4億噸，全國(guó)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(zhì)發(fā)電市場(chǎng)空間測(cè)算

　　2007-2015年國(guó)家出臺(tái)相關(guān)政策扶持農(nóng)林生物質(zhì)能源的發(fā)展，國(guó)家對(duì)行業(yè)的扶持主要從三個(gè)方面：稅收優(yōu)惠，農(nóng)林生物質(zhì)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(jià)補(bǔ)貼，農(nóng)林生物質(zhì)享受0.75元/度的發(fā)電收入，高出火電約0.4元/度；競(jìng)爭(zhēng)性保護(hù)，政策規(guī)定在糧食主產(chǎn)區(qū)，每個(gè)縣或者100公里內(nèi)不得重復(fù)建設(shè)生物質(zhì)發(fā)電廠。

　　生物質(zhì)發(fā)電相關(guān)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(zhì)資源條件，有序發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)直燃發(fā)電和沼氣發(fā)電，到2020年，農(nóng)林生物質(zhì)直燃發(fā)電裝機(jī)達(dá)到700萬千瓦，沼氣發(fā)電達(dá)到50萬千瓦。到2020年，生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)達(dá)到1500萬千瓦，年發(fā)電量超過900億千瓦時(shí)，其中農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)達(dá)到700萬千瓦。

　　“十三五”行業(yè)市場(chǎng)空間預(yù)測(cè)

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　　對(duì)應(yīng)行業(yè)市場(chǎng)空間的預(yù)測(cè)，我們從投資額和運(yùn)營(yíng)收入來分析。投資額：2015年底農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)約為500萬千瓦，2020年要達(dá)到700萬千瓦，按照單位裝機(jī)投資9000萬/萬千瓦，“十三五”期間年投資額為180億。運(yùn)營(yíng)收入：按照生物質(zhì)發(fā)電廠年利用小時(shí)6500小時(shí)（長(zhǎng)青生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目?jī)?yōu)質(zhì)，發(fā)電小時(shí)數(shù)達(dá)8000小時(shí)），廠自用電率15%，售電單價(jià)為0.75元/千瓦時(shí)計(jì)算，“十三五”期間運(yùn)營(yíng)收入為1240億。因此，我們預(yù)測(cè)“十三五”期間整個(gè)行業(yè)市場(chǎng)空間將超過1400億。

　　2.生物質(zhì)發(fā)電的技術(shù)原理

　　(1)發(fā)電原理：與燃煤發(fā)電原理相同

　　生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電與燃煤火力發(fā)電在原理上沒有本質(zhì)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(nóng)林廢棄物和秸稈。直接燃燒發(fā)電是把生物質(zhì)原料送入適合生物質(zhì)燃燒的特定蒸汽鍋爐中，產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

　　具體流程如下：將秸稈等生物質(zhì)加工成適于鍋爐燃燒的形式(粉狀或塊狀)，送入鍋爐內(nèi)充分燃燒，使儲(chǔ)存于生物質(zhì)燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能；鍋爐內(nèi)的水燒熱后產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽在過熱器內(nèi)繼續(xù)加熱成過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)，將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，最后由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變成電能。

　　生物質(zhì)發(fā)電原理

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

　　(2)生物質(zhì)發(fā)電核心不同在于燃燒鍋爐

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

　　水冷振動(dòng)爐排爐：

　　水冷振動(dòng)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(dòng)爐排，爐排下部設(shè)置四個(gè)獨(dú)立風(fēng)室，沿鍋爐寬度方向?qū)ΨQ布置，一次由風(fēng)室穿過爐排孔進(jìn)入爐內(nèi)。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(jī)構(gòu)，設(shè)二次風(fēng)管，及時(shí)投入二次風(fēng)助燃。適當(dāng)?shù)囊欢物L(fēng)系統(tǒng)，加上通過調(diào)節(jié)水冷振動(dòng)爐排頻率和周期，可適用不同的秸稈燃料燃燒。

　　水冷振動(dòng)爐排整體布置

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　　水冷振動(dòng)爐排鍋爐結(jié)構(gòu)

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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(chǔ)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(shù)。之前常用于燃煤鍋爐，其主要特點(diǎn)在于燃料及脫硫劑經(jīng)過多次循環(huán)，反復(fù)的進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，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(gè)容積空間中，是一種三維液態(tài)化燃燒方式。

　　由于其相對(duì)與傳統(tǒng)燃煤鍋爐對(duì)原料適用性更廣，也可以用來進(jìn)行生物質(zhì)燃燒。由于生物質(zhì)燃料與煤的性質(zhì)不同，在使用循環(huán)流化床進(jìn)行生物質(zhì)發(fā)電的時(shí)候，鍋爐狀態(tài)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

　　循環(huán)流化床鍋爐整體布置

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　　經(jīng)典循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)

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　　循環(huán)流化床鍋爐適用于生物質(zhì)原料時(shí)的一些不適應(yīng)問題：

　?。?）生物質(zhì)燃料熔點(diǎn)低，易結(jié)焦。生物質(zhì)中富含鉀和鈉，容易形成低熔點(diǎn)的共晶體，將沙粒粘接。因此在鍋爐設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格控制循環(huán)燃燒系統(tǒng)的溫度水平。

　　（2）生物質(zhì)中的堿金屬對(duì)爐膛具有腐蝕性。同樣由于鉀氧化物和納氧化物熔點(diǎn)很低，在爐膛正常燃燒溫度下很容易升華，在膛內(nèi)表觀為氣相，并會(huì)在高溫過熱器上面凝結(jié)，對(duì)受熱面造成腐蝕。

　?。?）不同生物質(zhì)產(chǎn)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(duì)進(jìn)料的粒徑大小、密度等要求較高，而生物質(zhì)燃料具有季節(jié)性變化，不同生物質(zhì)性質(zhì)不同，給循化流化床的設(shè)計(jì)建設(shè)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(jié)構(gòu)的原因，需要解決受熱面的磨損、循環(huán)物料平衡和物料結(jié)焦等問題。對(duì)中壓參數(shù)鍋爐，其尾部受熱面布置需要認(rèn)真考慮受熱面腐蝕問題。另外，廠用電率高也是機(jī)組運(yùn)行需要考慮的問題。

　　(3)以生物質(zhì)為燃料的兩種鍋爐對(duì)比

　　水冷振動(dòng)爐排爐與循環(huán)流化床爐相比，雖然設(shè)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(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定使得年發(fā)電小時(shí)數(shù)多；設(shè)備磨損較流化床爐輕使得日常維修、部件更換費(fèi)用低；設(shè)備廠用電率低使得同等裝機(jī)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(dòng)爐排爐的整體指標(biāo)和效益，優(yōu)于循環(huán)流化床鍋爐。

　　兩種生物質(zhì)鍋爐比較

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