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新疆地区开展生物质发电的可行性研究

北极星固废网  来源:电力科技创新    2021/2/10 10:30:35  我要投稿  

北极星固废网讯:摘要:本文分析了生物质能源在新疆地区的应用和发展现状,通过估测和计算新疆的四类能源生物质资源,即农作物秸秆、禽畜粪便、薪柴资源和城市生活垃圾的资源量,对新疆生物质资源的分布分析特点进行了阐述,可以为新疆地区能源生物质资源的开发利用以及生物质发电项目的选址提供参考。

1开展生物质能发电研究的背景和意义

生物质能源是指可再生成循环的有机物质,主要包括树木、农作物等植物及其残体、动物粪便和部分生活垃圾。生物质能发电是生物质能源当前最成熟、最普遍的利用技术方式。随着生态坏境的恶化加剧、极端气候时有爆发、能源供应日趋紧张,生物质能源凭着其存储量丰富、来源广泛、可再生等诸多优点愈来愈受到重视。

国家“十三五”规划提出的绿色发展理念,有助于解决企业转型期的可持续性发展问题。“十三五"规划提出“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念,其中“绿色发展理念”占据重要位置。发展生物质能发电有诸多好处。

第一,能解决能源供应紧张的同时减少大气和水源污染;

第二,为解决农村地区大量焚烧秸秆等生物质造成的安全隐患提供的途径;

第三,生物质资源作为唯一可再生碳源,它的再利用就是变废为宝,具有良好的发展前景。

然而,起步阶段巨大的资金需求,高昂的生产成本和研发技术的不足等都是目前生物质发电产业所面临得问题。对比已发展两百多年传统的煤电能源,生物质能发电对政策的依赖性很强,还处于发展的初期阶段。

国内外生物质发电应用现状

自世界性石油危机爆发的上世纪70年代,欧美国家已开始发展利用新能源和可再生能源。截止2015年,已有78个国家开展了可再生能源的开发与利用。在生物质发电方面,截至2011年底,美国生物质发电量占全国总发电量的1%。德国拥有八千多家生产工业沼气的工厂,产量达106亿M3。丹麦在80年就建成了首座秸秆生物质直燃发电厂。目前世界上生物质发电占比最大是芬兰,占本国总发电量的11%,我国在第六个五年计划,开始安排新能源和可再生能源项目。2017年《国家能源局关于可再生能源发展”十三五”规划实施指导意见》(国能发新能[2017]31号)及本省(区、市)生物质发电规划;(国家“十三五”规划布局方案中新疆生物质发电布局规模19万千瓦,其中垃圾焚烧发电布局19万千瓦;新疆兵团生物质发电29万千瓦,其中农林生物发电布局25万千瓦、垃圾焚烧发电布局规模4万千瓦)。我国新能源与可再生能源产业的发展进入了崭新阶段。

2新疆地区生物质资源的估算

新疆地区化石能源拥有较为丰富,但其不可再生性必然会导致化石能源的枯竭。作为传统的农牧业大省,开发和利用好生物质资源对于优化新疆能源能源结构,促进三农经济持续发展具有重要意义。为了有效规划和实施生物质能源发展,必须充分了解和把握能源生物质资源的数量及其分布特点。

生物质能源是可再生能源的一个重要组成部分。一般认为,生物质(biomass)主要是指可再生成循环的有机物质,包括农作物、树木和其他植物及其残体。新疆地域广大,又是农牧业大省。能源生物质资源比较丰富。据2016年《新疆统计年鉴》资料,2015年农作物播种面积6126千公顷,其中,粮食播种面积2365千公顷;粮食总产量约1501万吨,棉花产量429.8万吨,薯类产量99.8万吨;年末牲畜存栏头数4340万头;大畜生存栏头数584.89万头。本次研究是结合相关的统计资料,重点估测和分析新疆的四类能源生物质资源,即农作物秸秆、禽畜粪便、薪柴资源和城市生活垃圾的资源量及其分布特点,为生物质发电的选址提供参考。

3农作物资源

农作物资源以农作物桔秆为主,农作物生物质资源量通常是以农作物产品的产量进行推算的,首先宏观地确定产品与桔杆的质量比值。如产出1吨玉米,估计就有2吨玉米秸秆,其谷草比(产率)为2。农作物枯秆资源量的估算公式:

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式中,Sn为秸杆资源实物量,i=1,2,3,……,n。为资源品种编号;Si为第i类(种)作物产量;Di表示第i类(种)农作物谷草比系数(或称产率)。农作物谷草比系数的确定,是经验常数通过田间试验和观测得到,不同品种、不同地区的作物相差不大。本次研究选取水稻、小麦、玉米、大麦、豆类、薯类、棉花、油料、油菜、胡麻、葵花、甜菜、蔬菜,果用瓜、苜蓿的谷草比系数分别为:1.0、1.1、2.0、1.5、2.0、1.7、1.0、3.0、2.0、2.0、3.0、0.1和2.0。而水稻、小麦、玉米、大麦、豆类、薯类、棉花、油料、油菜、胡麻、葵花、甜菜、蔬菜,果用瓜、苜蓿的折标煤系数分别取值为:0.43、0.50、0.53、0.50、0.54、0.49、0.54、0.53、0.53、0.53、0.53、0.44、0.43、0.43和0.43。

新疆2015年农产品产量如下表所示。

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根据上表中新疆2015年农作物产品产量,并利用前面所示的估算公式,估算出新疆昌吉州2015年农产品产量为227.38万吨,农作物秸秆估算资源量为951.1万吨,折合标准煤464.15万吨。新疆地区农作物秸秆资源量为6289万吨,折合标准煤3069.18万吨。

4畜禽粪便

畜禽粪便也属于生物质资源。粪便经干燥可直接燃烧,若经厌氧处理还可产生甲烷和肥料。根据各类畜禽饲养周期和每日粪便产生量可以估算畜禽粪便排放量,公式为:

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式中,D为畜禽粪便量;Qdi为第i类畜禽数目;Mi为第i类畜禽在整个饲养期内的粪便排放总量。

各类畜禽饲养期参考国外资料和实际调查,确定为:肉猪300天;肉兔、肉禽为55天,羊、马、驴、骡按照全年饲养计算。

新疆2015年畜禽饲养及年底存栏量情况如下表。

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数据来源:2016 年《新疆统计年鉴》

根据表中新疆2015年牲畜饲养数量,并利用估算公式,计算出畜禽粪便排放量为11113.47万吨。计算出畜禽粪便排放量后,需根据收集系数、干物质含量进一步计算出牲畜类便资源理论可获量,然后再根据相应的折标系数,换算成标准煤量。这里,不同牲畜的收集系数和干物质含量主要参照《中国可再生能源发展战略研究丛书·生物质能卷》来确定,最后计算得出昌吉州2015年牲畜饲养数量为443.22万头,计算出畜禽粪便资源理论可获量为111.4万吨,折合标煤量为55.28万吨。新疆地区2015年牲畜粪便资源理论可获量为1225.33万吨,折合标煤最为608.06万吨。

5薪柴资源

薪柴资源包括薪炭林、防护林、用材林、灌木林、疏林和四旁林等通过采伐、抚育采伐、更新改造和修枝打叉等所取得的薪柴量。新疆薪柴资源丰富。根据新疆维吾尔自治区林业厅的数据,新疆林业用地面积1086.67万公顷,其中,山区天然林212.79万公顷,绿洲人工林173.87万公顷,荒漠河谷天然林700万公顷。活立木总蓄积量为3.1亿立方米。薪柴资源量可以通过三类估算方法进行估算:第一,森林采伐木和木材加工的剩余物。可用作燃料量按原产量的1/3估算;第二,薪炭林、用材林、防护林、经济林、疏林的收取或育林剪枝,按林地面积统计产柴量;第三,四旁林(田旁、路旁、村旁、河旁的林木)的剪枝,按数目株树统计产柴量。若在一片较大的地域范围,里面有几个区域,在第二和第三中,各种林木在不同的区域里拥有不同的情况,统计这片地域范围的薪柴资源量,可用相关公式估算,这里不再赘述。

本次研究引用新疆农业大学刘彦东、李红(2010年)的一个估算值,作为对2015年新疆薪柴资源量的近似值—─即认为这几年新疆薪炭林、用材林、防护林、经济林面积及四旁林数量没有大的变化,进而确认新疆薪柴资源的估算值为21355.22万吨,折合12193.83万吨标准煤。

昌吉州2015年造林面积2.42万公顷,全疆造林面积18.66万公顷,昌吉州2015年造林面积占全疆造林面积的12.9%,以此类推,昌吉州薪柴资源模糊估算值为2754.82万吨,折合1573万吨标准煤。

6城市生活垃圾

城市生活垃圾主要是由居民生括垃圾、商业和服务业垃圾、少量建筑垃圾等废弃物构成。其成分和产量受城市人口、燃料结构、饮食习惯、居民收入、城市建设以及季节变化等的影响。根据《2016年新疆统计年鉴》统计数据,新疆2015年生活垃圾清运量为380.04万吨,估算约折合44.1万吨标准煤。其中昌吉市2015年生活垃圾清运量为16.06万吨,估算约折合1.86万吨标准煤。

由前述计算,新疆四类主要生物质资源的理论蕴藏量,折合标准煤分别为:农作物桔秆资源3069.18万吨、薪柴资源12193.83万吨、牲畜粪便资源608.06万吨和城市生活垃圾44.1万吨,合计达15914.99万吨标准煤。昌吉州四类主要生物质资源的理论蕴藏量,折合标准煤分别为:农作物桔秆资源464.15万吨、薪柴资源1573万吨、牲畜粪便资源55.28万吨和城市生活垃圾1.86万吨,合计达2094.29万吨标准煤。可见,新疆地区及昌吉州的能源生物质资源储存是巨大的,具有良好的开发利用前景。

7新疆能源生物质资源的分布特征

本次研究利用《2016年新疆统计年鉴》数据,对新疆2015年能源生物质资源量的分布特征进行估算。

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从图可以看到,喀什地区、昌吉回族自治州、伊犁州直属、阿克苏地区和巴音郭楞蒙古自治州的农作物秸秆资源比较丰富。这五个地区的农作物桔杆资源量占到全部地区(市)农作物桔秆资源量的71.19%。

从人均角度看,各地区(市)中,人均农作物枯秆资源占有量(以标煤计〕居前3位的分别是:昌吉州人均2.81吨、塔城地区人均2.3l吨、巴音郭楞蒙古自治州人均2.06吨。

从生物质空问分布密度来看,各地区(市)中,每平方公里秸杆农作物桔杆资源空间密度(以吨标煤计)居前5位的分别是:石河子市1854.93吨、伊犁州直属56.26吨、昌吉州52.94吨、喀什地区39.93吨、博尔塔拉蒙古自治州33.99吨。

新疆牲畜粪便资源的地区分布

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从图可以看到,伊犁州直属、喀什地区、阿克苏地区、塔城地区和昌吉州的畜禽粪便资源较为丰富。这五个地区的畜禽粪便资源占到全部地区畜禽粪便资源量的65.65%。

从人均角度着,各地区〔市)中,人均畜粪便资源占有量(以标煤计)居前5位的分别是:阿勒泰地区0.54吨、塔城地区0.38吨、伊犁州直属0.32吨、昌吉州0.27吨、克州0.27吨。

从牲畜粪便生物质空间分布密度来看,15个地区(市)中,每平方公里畜类粪便资源空间密度(以吨标煤计)居前5位的分别是:石河子市141.98吨,伊犁州直属15.45吨、喀什地区5.64吨、乌鲁木齐市5.48吨、昌吉州5.15吨。

8新疆城市生活垃圾资源的分布

《2016年新疆统计年鉴》列示了2015年新疆26个主要城市的生活垃圾资源量。其中,列前五位的城市及其生话垃圾资源量分别是:乌鲁木齐市138.55万吨、库尔勒市30.18万吨、伊宁市29.21万吨、喀什市25.66万吨、和田市22.00万吨。这五个城市的生活垃圾资源量占到全部26个城市生活垃圾资源总量的64.62%。

研究小结

结合其他相关研究,总体上看,新疆各地区的能源生物质资源在绝对数量、人均占有量、空间分布密度上极不均衡,差异较大。

从总体上看,南疆地区中,喀什、阿克苏地区的生物质绝对量较大。北疆地区中,昌吉州、伊犁州直属、塔城地区的生物质绝对量也较大。昌吉州、塔城地区、巴州、博州的人均生物质资源占有量较大,生物质资源开发利用潜力巨大。

从人均生物质资源占有量指标看,排前列的主要是北疆的地区,而反过来看,南疆如喀什、阿克苏地区的人口数量对其生物质资源总量优势有一个抵消。

从空间分布密度看,石河子市、昌吉州、伊犁州直属、喀什地区、博州的生物质资源分布密度较大,每平方公里资源量较大,资源可获性较高,可以对这些地区具有区域优势的生物质资源进行集中开发利用。

此外,可以看到,新疆的优势生物质资源主要分布在传统的农牧业区,生物能资源蕴藏潜力分布,在一定程度上与常规一次能源蕴藏潜力分布呈现互补状态。例如,克拉玛依市的石油丰富,但生物质资源的人均量及空间密度均较低;而博州、喀什地区、塔城地区等生物质资源丰富,但常规一次能源蕴藏潜力有限。这就使得在一次能源蕴藏量较低的地区开发生物质能源有巨大潜力,且也有必要。未来,华电集团可以根据新疆能源生物质资源的总量及分布特征,结合具休的经济技术环境,因地制宜地对生物质资源进行开发利用。

9新疆地区生物质发电产业现状

目前新疆生物质能产业缺乏政府配套服务体系,地方政府对项目后期的运营并不重视,这样势必导致生物质能源利用混乱,如有些企业可以白天使用生物质发电,晚上使用煤炭燃料发电,或者使用煤炭生物质混合燃料,靠打擦边球来获取政府在生物质发电产业方面的补贴优惠,从而使清洁环境的效果大大降低,也浪费了国家的支持资金,进而给整个行业带来不好的名声。因此,后期的管理十分重要,如市场监管、技术监督等等,能够直接影响生物质发电的产业化程度。

国家对生物质发电企业的目前政府补贴每千瓦0.25元。相比生物质发电高昂的发电成本,这个补贴并不高,然而仍旧出现补贴不能及时到位的现状,这大大减弱了政府补贴的效果。另外,国内的生物质发电上市公司较少,大多数企业都是民间小额资本公司,生产规模较小,经不起市场的折腾,因此财政补贴对这些企业的起到重要影响。同时补贴容易导致道德风险,在监控力度还有限的情况下,就会出现做假账、制造虚假销售等违法手段,为企业竞争带来不公平性。

新疆目前在生物质能源利用方面还处于起步阶段,据《2016年度全国生物质能源发电监测评价通报》截至2016年底,新疆生物质发电总装机容量2.7万千瓦,仅有的几个利用生物质能发电的企业基本都处于亏损经营,如石河子天富垃圾电厂,该厂2014年建成,两炉一机(12MW),2015年开始焚烧垃圾,每天垃圾焚烧量200-300吨,运行十天左右就必须停炉检修,主要停炉原因是堵渣,市政府给的垃圾处理费60元/吨,实际运营成本200-230元/吨,员工:165人,每年亏损3000-4000万,主要亏损原因:渗滤液、飞灰处理成本高,垃圾分选设备磨损厉害。

2015年以来,受经济下行压力影响,新疆地区内外用电需求增速放缓,发电企业发电利用小时数大幅下降,冬季采暖期电网调峰困难,新能源弃风弃光现象严重,电力产业和消费结构转方式压力不断增大,电力供大于求的矛盾日益突出,对新疆的生物质能源开发带来的非常大的影响。可就是在这样的情况下,2017年新疆的生物质能源的开发建设也迎来了蓬勃的发展。

新烨生物发电有限公司与新疆库尔勒上库综合产业园区签订入驻协议,开发2×6MW生物质并网直燃发电项目。

和田盛世热电公司在新疆建设兵团十四师224团驻地(昆玉市)建设一座生物质热电联产项目,装机规模2×130t/h高温高压生物质锅炉+2×30MW抽凝式汽轮发电机组,同时配套建设光伏发电项目。该项目总投资7亿元左右,计划2017年上半年建成并投产发电。同时盛世热电公司计划在和田地区和新疆再开发建设10座同样规模的生物质发电项目。

国能生物发电有限公司在新疆阿瓦提、山东巨野、内蒙古赤峰、辽宁黑山、河南扶沟的五个生物质发电项目同时开工,项目合同签字仪式及开工仪式一并在京举行。

巴州新亚投生物热电有限公司,在焉耆县新建2×30MW生物热电联产发电厂,项目总投资7.5亿元人民币,装机容量为2×130t/h高温、高压生物质锅炉+2×30MW抽凝式汽轮发电机组。该项目计划年处理垃圾、芦苇、废弃料等原料33.6万吨,年发电量4.2亿度,国家规定上网标杆电价0.75元/度,年电价收入3.15亿元人民币,供热面积628万平方米,20元/平方米,供热年收入1.256亿元人民币,合计收入4.406亿元。上交税费7125万元,原料收购支出1亿元,工人工资、利息、设备折旧等综合费用0.5亿元,实际年收入2.1935亿元。

新疆清源生物质能源有限公司阿克苏市棉秆沼气化资源综合利用项目建设地点分布在两个区块,其中沼气制备及发电项目布置在阿拉尔2号工业园区内,占地面积约197018.74m2(约295亩);沼渣堆肥场地及棉杆储存场布置在十二团十连二干渠以南,占地面积333333.33m2(约500亩),距离工业2号园区建设场地约15公里。该项目沼气制备及发电机组分两期建设,总装机容量30MW。其中一期安装建设2MW沼气内燃机中试机组,二期安装建设25MW沼气内燃机组并配套两台7.5t/h余热锅炉及3MW蒸汽发电机组。项目全部达产后,年产沼气9153万m3/a,年发电量24000万kWh/a,其中沼气发电量21600万kWh/a,余热蒸汽发电量2400万kWh/a,项目自用电量2400万kWh/a,上网供电量21600万kWh/a;年产沼渣有机肥12万吨。

其实,回顾2017年新疆自治区的垃圾焚烧项目发展就会发现,盛运环保可谓大赢家。今年以来盛运环保已在新疆签署了六个项目协议,涉及五个焚烧发电项目。其中昌吉市人民政府与盛运环保签订了总投资5亿元的《昌吉市生活垃圾焚烧发电合作框架协议》,该项目两年前即以开展前期工作,协议商定就盛运环保控股子公司(新疆宝润)在昌吉市独资设立项目公司,负责以投资、设计、建设、运营、拥有、移交的规模建设昌吉市生活垃圾焚烧发电项目。项目建设规模一期为1000吨/日,配套2台500吨/日焚烧炉和2台9兆瓦汽轮发电机组。另,该公司与塔城、乌苏、吐鲁番等城市均签订了类似协议。

10结束语

通过对生物质能产业现状和资源分布、利用方式进行研究,结合历年投产和在建的生物质直燃发电厂的运行情况,对新疆地区的生物质能源开发利用开展了一定程度的研究。结果表明,近十年来,尽管新疆生物质发电厂的数量和规模都有了长足的发展,但生物质发电在产业化发展过程中受到了经济层面和技术层面的诸多限制。

国家能源局《生物质能发展“十三五”规划》明确指出:坚持创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,紧紧围绕能源生产和消费革命,主动适应经济发展新常态,按照全面建成小康社会的战略目标,把生物质能作为优化能源结构、改善生态环境、发展循环经济的重要内容,立足于分布式开发利用,扩大市场规模,加快技术进步,完善产业体系,加强政策支持,推进生物质能规模化、专业化、产业化和多元化发展,促进新型城镇化和生态文明建设。国务院《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》也指出:积极发展生物质能,制定生物质能开发利用规划,积极推动生物质能清洁高效利用,推广生物质能发电示范工程。

研究结果显示,随着国家对新能源利用的日益重视和生物质燃烧技术的不断成熟,我们预计在未来十年内,新疆生物质发电将在可再生能源发电中占主导地位,生物质能源发电厂的建设也将进入一个高峰期。而昌吉州、塔城地区、巴州、博州等地由于人均生物质资源占有量较大,非常适宜生物质资源的开发和利用,是开展生物质能源发电项目的理想区域,发展潜力巨大。但是,由于新疆幅员广阔,人口分布不均匀,生物质资源利用市场规模始终有限,想要占得先机,必须提前布局,方能在竞争中获得一席之地。

参考文献

[1]蒋大华,孙康泰,亓伟,张辉,魏殉,李强,周劲松,葛毅强我国生物质发电产业现状及建议《可再生能源》2014,04:542.546

[2]中国产业研究报告网2015《2020年中国生物质发电行业市场分析及投资趋势研究报告》2015

推荐单位:新疆华电昌吉热电二期有限责任公司

本文作者:刘亚、吴镝、蒲金梅


原标题:火力发电 | 新疆地区开展生物质发电的可行性研究

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