世界秸秆发电的发展是如何形成的?
20世纪70年代第一次石油危机爆发后,一直依赖能源进口的丹麦,着手推行能源多样化政策,制定适合本国国情的能源发展战略,积极开发生物能、风能、太阳能等清洁可再生能源。
根据丹麦最新能源计划,到2030年,即使那时石油和天然气资源枯竭,丹麦也能够保持其在能源方面的自足。其能源构成的目标是:风能50%,太阳能15%,生物能和其他可再生能源35%。其中生物能主要指的是秸秆发电。
国际能源机构的有关研究表明,农作物秸秆为低碳燃料,且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低,是一种很好的清洁可再生能源。每两吨秸秆的热值相当于一吨煤,而且其平均含硫量只有3.8‰,远远低于煤1%的平均含硫量。
丹麦是较早利用秸秆发电的国家。丹麦的农作物主要有大麦、小麦和黑麦,这些秸秆过去除小部分还地或当饲料外,大部分在田野烧掉了。这既污染环境、影响交通,又造成生物能源的严重浪费。为建立清洁发展机制,减少温室气体排放,丹麦政府很早就加大了生物能和其他可再生能源的研发和利用力度。丹麦BWE公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术,迄今在这一领域仍保持世界最高水平。在该公司的技术支持下,丹麦1988年建成了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。
同时,为了鼓励秸秆发电以及风能和太阳能等可再生能源的发展,丹麦政府制定了财税扶持政策。对于秸秆发电、风力发电等新型能源,丹麦政府免征能源税、二氧化碳税等环境税,并且优先调用秸秆产生的电和热,由政府保证它们的最低上网价格。政府还对各发电运营商提出明确要求,各发电公司必须有一定比例的可再生能源容量。1993年,政府与发电公司签订协议,要求每年燃用秸秆及碎木屑140万吨。另外,丹麦从1993年开始对工业排放的二氧化碳进行征税并将税款用来补贴节能技术和可再生能源的研究。
目前,丹麦已建立了130多家秸秆生物发电厂,还有一部分烧木屑或垃圾的发电厂也兼烧秸秆。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24%以上,丹麦靠新兴替代能源由石油进口国一跃成为石油出口国。丹麦的秸秆发电技术现已走向世界,并被联合国列为重点推广项目。瑞典、芬兰、西班牙等国由BWE公司提供技术设备建成了秸秆发电厂,许多国家还制定了相应的计划,如日本的“阳光计划”、美国的“能源农场”、印度的“绿色能源工厂”等,它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。其中位于英国坎贝斯的生物质能发电厂是世界上最大的秸秆发电厂,装机容量3.8万千瓦,总投资约5亿丹麦克朗。
秸秆发电是党和国家惠民政策的具体体现
我国广大的农村,特别是平原地区的农村,主要还是靠种粮,每年每季都产生出大量秸秆。过去农村烧火做饭全靠秸秆,烧地锅,烟熏火燎,农民的厨房都是熏得黑黢黢的;随着农村生活水平的逐渐提高,农民烧火做饭不再完全依赖秸秆,因此农村秸秆大量废弃。农民种地为省事,干脆收获粮食后,一把火将秸秆就地焚烧。这样在高速公路沿线或飞机场附近的农田,因为焚烧秸秆每每造成交通事故或飞行事故,造成很大的人身及财产损失。于是当地政府就出台政策,不准烧秸秆,烧一亩罚一万。但这终究不是长远之计,关键是得给秸秆找个出路。
2005年以来,国家相继出台一系列政策,《中华人民共和国可再生资源法》,《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》,《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》等,大力推行可再生能源的开发利用。好啦,秸秆发电项目有了,农民的秸秆再也不愁没有出路了。而且农民本来废弃的秸秆,可以变成一项可靠的经济收入。 建国后的30年,我们国家政策是以农辅工,我国农民为工业的发展作出了巨大的贡献;1980年后,我国大搞经济建设,工业得到了快速发展。进入二十一世纪,我国的工业发展已经大大超过了农业的发展,农民外出打工的收入已远远超过种地的收入。有人做过计算,一亩地种粮一年的净收入不顶外出打工一个月的收入。国家提出,工业反哺农业。并出台一系列政策:减免农业税,种粮补贴、农机具购置补贴等。使种粮农民确确实实得到实惠。农民们真是打心眼里感激党和国家这一届领导人,甚至有农民自己出资铸“免赋鼎”以做永世纪念。可见党和国家的政策是深得人心。人们逐渐认识到:现搞秸秆发电项目也应该从“工业反哺农业”的角度去看待,也是党和国家惠农政策的一方面体现。
秸秆发电是节约矿物资源的有力举措
人们生活水平的提高,必然加剧对矿物资源的大量消耗。国际石油价格的大幅飙升就是一个很好的例证。短短3年时间,2004年从40$多/桶 上涨到90$/桶,曾一度超过100$/桶 大关。别以为我国地大物博,地下的石油和煤炭就取之不尽、用之不竭,我国已经成为石油进口第三大国。而煤炭我国还自给有余,好像无后顾之忧,但是,且不可掉以轻心,仅从火力发电一项来说,2007年一年新增装机容量达8158万KW。我国火电装机总容量是5.656亿KW,如果全部满负荷运转,每天消耗的煤炭近500万吨标媒。地球母亲能够提供给我们的矿物资源毕竟是有限的,我们不能在我们这一代就把资源采干挖净,是否应该给我们的子孙留下点?
聪明的美国人对能源危机的认识要比我们早。在二次世界大战后,各国都在大力发展经济,中东海湾国家更是大量开采地下石油出口换汇。美国人却反其道而行之,他们不再开采本土的石油和煤炭(阿拉斯加州除外,因为这个州与美国本土不连接),而是把油田和煤矿都封存起来,大量进口中东阿拉伯国家廉价的石油和煤炭。试想到了中东石油采完的那一天,美国的石油可就弥足珍贵了。 煤炭看还不短缺,但是电煤价格从2004年的不足200元/T,已经上涨到超过400元/T(这是官方价格,但是这个价格买不到煤);实际市场价格700元/T,火电厂发一度电亏一度电。看来煤炭价格超过1000元/T 已是指日可待了。而秸秆(以玉米为例),每公斤干燥的玉米秸秆热值可达3700大卡以上,每二吨秸秆就顶一吨煤炭。我国东部的平原农业县,如果一个县有200万亩土地,每亩地一年产一吨秸秆计算,每年就是200万吨秸秆。相当于一座年产100万吨煤的煤矿。这么大的一部分资源如果废弃掉岂不太可惜?!所以泰华就把农作物秸秆,以及各种可再生利用的生物资源充分利用起来,是大力节约我国矿物资源的有效途径。
为推动生物质发电技术的发展,2003年以来,国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东3个秸秆发电示范项目,拉开了中国秸秆发电建设的序幕。颁布了《可再生能源法》,并实施了生物质发电优惠上网电价等有关配套政策,从而使生物质发电,特别是秸秆发电迅速发展。据不完全统计,到2006年底,全国在建农作物秸秆发电项目34个,分布在山东、吉林、江苏、河南、黑龙江、辽宁和新疆等省(区),总装机容量约120万千瓦;山东单县、江苏宿迁和河北威县三座发电站已投产发电,总装机容量8万千瓦。
2008年前后几年间,国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底,国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万千瓦。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。可以看出,中国生物质发电产业的发展正在渐入佳境。
根据国家“十一五”规划纲要提出的发展目标,未来将建设生物质发电550万千瓦装机容量,已公布的《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标。此外,国家已经决定,将安排资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。总的说来,生物质能发电行业有着广阔的发展前景。
中国秸秆发电迈出实质性步伐。 大力发展秸秆发电,不仅可以减少由于在田间地头大量焚烧、废弃所造成的污染,变废为宝,化害为利,而且对解决“三农”问题,促进当地经济发展具有重要作用。据估算,建设一个2.5万千瓦的秸秆发电厂,每年需要消耗秸秆20万吨,按每吨秸秆收购价200元计算,可为当地农民增加约4000万元收入,惠及的农户数量将近5万户,是发展农村经济,增加农民收入的重要举措。
中国对秸秆发电实行优惠电价政策,上网电价高出燃煤发电0.25元/千瓦时,并且还可以享受税收减免等一系列政策。随着中国有关配套政策的不断完善,以及秸秆发电技术的进步和原料收储运体系的形成,中国秸秆发电产业必将取得更快发展,为解决“三农”问题,建设社会主义新农村做出应有的贡献。
中国利用秸秆发电的市场广阔
生物质能秸秆发电技术的开发和应用,已引起世界各国政府和科学家的关注。许多国家都制定了相应的计划,如日本的“阳光计划”,美国的“能源农场”,印度的“绿色能源工厂”等,它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。根据我国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标,至2010年,中国生物质能发电装机容量要超过:300万kw。因此,从中央到地方政府都制定了一系列补贴政策支持生物质能技术的发展,加快了技术商业化的进程。随着中国国民经济的高速发展和城乡人民生活水平的不断提高,既有经济、社会效益,又能保护环境的秸秆发电技术的利用前景将会越来越广阔。
中国农村的秸秆资源相当丰富,主要的农作物种类有稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类油料作物、棉花和甘蔗。根据中国地理分布和气候条件,南方地区水域多、气温高,适合水稻、甘蔗、油料等农作物生产,北方地区四季温差大,适合玉米、豆类和薯类作物生长,故播种面积大于其他地区。小麦在中国各地区都普遍种植,播种面积以华中、华东地区最多;棉花产地主要是华东和华中地区,其次是华北和西部地区。预计在2000年到2010年期间,我国每年秸秆资源的可获得量为3.5亿~3.7亿t,相当于1.7亿tce。如果将这些秸秆资源用于发电,相当于0.9亿kw火电机组年平均运行5000h,年发电量为4500亿kWh。
中国开始引进世界先进技术,启动生物质能发电工程示范项目的实施
农作物秸秆直接燃烧供热发电的利用方式,是一条将秸秆转化为生物质能源可行的工艺技术路线。如果秸秆直接燃烧供热发电示范成功,将成为中国最大的支农项目、最大的节能、环保项目,是我国最可能迅速大面积推广的可再生能源项目。正是由于秸秆直燃发电项目拥有以上特点,同时它又可能解决许多企业面临的煤炭供应趋紧,价格持续上升的问题,中国启动实施秸秆发电的示范工程引起了国内外业界的极大关注。
中国大型企业与丹麦BME公司合资合作蓄势待发
由中国龙基电力科技有限公司与北京德源投资有限公司共同合作经营的龙基电力有限公司,是BWE公司“超超临界锅炉”和“生物质能发电”等核心技术、锅炉设备相关技术及其更新技术进入中国的唯一平台。作为BWE公司在中国电力领域的项目发展公司和窗口公司,龙基电力有限公司将在中国境内投资生产世界先进的发电厂设备,逐步把BWE公司的生物质能发电技术引入中国,在国内生产BWE公司的生物质能发电锅炉及全部配套设备。
生物质能发电工程已列入国家级示范项目
国家发展和改革委员会已正式批准将河北晋州和山东单县的生物质能秸秆发电工程列为国家级示范项目(发改能源[2004]2017号文件和发改能源[2004]2018号文件),旨在示范中完善技术,规范和培育市场,形成新的产业。这正式将秸秆发电技术在国内的推广驶上了一条农村能源全新利用的快车道。
河北晋州(1×25MW)和山东单县(1×24MW)两个示范项目都将引进丹麦BWE公司的世界先进秸秆发电技术,龙基电力有限公司作为项目投资和项目实施单位,在当地做了大量的前期调研,力争在吸收丹麦BWE先进技术的基础上,开创出一条符合中国国情的新路。两个示范项目如能成功,将给我国广袤的农村带来前所未有的新能源革命和巨大的经济效益,如河北晋州项目每年燃烧秸秆20多万t,发电1.38亿kWh。按照每吨秸秆100元的收购价测算,将带动农户增收2000多万元/年;与同等规模的燃煤火电厂相比,一年可节约l0万多tce。
除上述两个示范项目外,江苏如东县、黑龙江庆安县、北京平谷区等生物质能丰富的县(区)都在积极与龙基电力有限公司洽谈,着手筹建秸秆发电厂。
C+O2=CO2 2C+O2=2CO
2H2O+C=CO2+2H2 2CO+O2=2CO2
H2O+CO=CO2+H2 CO2+C=2CO
CH4+CO2=2CO+2H2 C+2H2=CH4
CO+3H2=CH4+H2O 2H2+O2=2H2O
上述生物质的气化过程的实现是通过气化反应装置(即制气炉)完成的。
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目前,可以通过秸秆气化技术,使其通过不完全燃烧即热解产生一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体,用于农村生活用能。目前,这一技术已在山东、东北、北京等地农村推广使用。
“发电机组一年运转10个半月,要吃掉秸秆22万吨。我们通过集中管理、免费收割、创新技术等措施解决了生物质发电的原料问题。同时也实现秸秆的零废弃、零污染和高效利用。”江苏生物发电有限公司董事长王介绍说。
生物质发电成本怎么降?
工业化管理秸秆的收、储、运,建筑废木料破碎掺烧,提高热值
“我们利用循环流化床技术,以小麦、水稻、棉花等农作物秸秆和其他生物质为原料发电供热。”走在厂区大道上,王说,目前,通过升压站,将电输送到长湾变电所并入国家电网,年可发电量1.8亿度,供电量1.6亿度,供热35万吨。
据介绍,可年处理秸秆22万吨,相当于节约原煤15万吨,减排二氧化碳12万吨,减排二氧化硫1.8万吨,减排烟尘5200吨。而秸秆燃烧后的灰烬富含钾、磷等成分,可还田作为有机肥。
在生物质发电行业中,原料成本约占总成本的60%~70%,也是盈亏关键所在。目前,收运大多依靠人工,随着劳动力、燃油等成本的提高,以及秸秆收购价格的不断攀升,支出成本不断增加,也导致了生物质发电企业普遍经营亏损。
数据显示,2013年,江苏省13家秸秆发电企业中,9家亏损,4家盈利,是盈利的4家之一。
2010年建厂之初,就购买了多台收割机,免费为农户收割农作物。农户既节省了200元/亩的收割费,又减少了秸秆处置的麻烦,而则解决了秸秆来源的难题。
由于秸秆热值较低,要达到发电能量,通常添加15%~20%的煤。通过技术创新,专门从德国进口了打碎机,对建筑废木料破碎后掺烧,来提高秸秆热值(热值在5000大卡左右)。
虽然采取了一系列措施,但每年秸秆收集的人力成本、燃油成本的上涨等,仍让倍感压力。
原料成本怎么降低?
探索秸秆收集利用新模式,签订近万亩土地集体流转协议
几十台收割机在稻田里作业,扒草机将产生的秸秆收集,打捆机将秸秆打成重约400公斤的包装,夹包机夹到路边卡车上,然后运回发电厂。这是探索的秸秆收集利用新模式在访仙镇农场秋收时展现出的景象。
镇农服中心副主任侯新华介绍说,作为市最大的农场,农场水稻种植面积有7000多亩,占了全镇水稻总面积的1/5。
2013年,投资2.5亿元,上马了30万吨大米加工项目,并与村签订全村近万亩土地的集体流转协议,打造当地最大的稻米种植基地。
为方便收集秸秆,投资4000多万元,统一派发种子、统一播种、统一收割、统一收粮,将流转农田交由31位受聘农户管理,农户管理工资为400元/亩,每亩要上交600斤麦子、1050斤稻子,超产部分由农户和农场分成。这31位种粮大户中最多的管理近千亩,最少的也有200多亩。
如何延伸产业链?
构建循环农业产业链,打造集发电、稻麦生产、加工、销售于一体的企业
“机械、种子、农药等农资都由公司承担,我们出人工、拿报酬,种得好还能拿超产分成,去年收入有10多万元。”一名受聘农户坦言,在家种田有这样的收入,真是做梦也没想到。
据悉,农场的主导产品是优质无公害稻米,生产过程中采用稻、鸭共养模式,使用无公害的有机肥料,收获的稻谷运往公司稻米加工厂加工,稻麦秸秆则作为生物发电厂的原料,发电后剩下的草木灰返还到基地作为有机肥料,循环利用,形成生态、环保、绿色、可持续发展的循环农业产业链。
据测算,每亩粮田稻麦两季可回收秸秆近一吨,每吨秸秆可发电800度,每年农场及周边农户回收的秸秆可达两万吨,可生产1600万度电。回收的秸秆经过能源化处理产生草木灰,再回归农田作为农场的生态肥料,形成颇具特色的清洁环保、生态循环的可持续发展农业产业链。
目前,该公司已是一家集生物质发电、优质稻麦生产、优质大米加工销售等涉农项目于一体的农业龙头企业。