30 MW生物质直燃发电项目及其效益分析

魏延军，秦德帅，常永平

(大唐山东发电公司生物质发电项目筹建处，山东 青岛 266061)

0 引言

近年来，可再生能源开发利用越来越受到世界各国和地区的高度重视，在可再生能源中我国生物质资源丰富。生物质发电具有绿色环保、电能质量好、可靠性高、技术比较成熟、综合效益较好的特点，因此其产业化前景广阔。生物质发电技术主要有直接燃烧发电、混合燃烧发电、热解气化发电和沼气发电四类。生物质直燃发电作为生物质能综合利用领域发展最快的产业，有着技术成熟、能质好、清洁度高、可靠性强等优点。发展农林生物质直燃发电，可以扩大能源供给，提高生物质综合利用率，变废为宝，具有较高的社会效益、环保效益与经济价值。目前，我国有40多个大型生物质直燃发电厂陆续建成投产，成功并网发电投入商业运营。因此，无论生物质资源开发潜力、发电技术水平，还是市场需求、政策导向，都将会促进大型生物质直燃发电的发展。

1 生物质直燃发电技术

1.1 生物质直燃发电的原理及工艺流程

生物质直接燃烧发电技术是将农林生物质直接送往锅炉中燃烧，产生的高温、高压蒸汽推动蒸汽轮机做功，带动发电机发电。其原理是将储存在生物质中的化学能通过锅炉燃烧转化为高温、高压蒸汽的内能，再通过蒸汽轮机转化为转子的机械能，最后通过发电机转化为清洁高效的电能。其在原理上与燃煤火力发电基本相同，其工艺流程如图1所示。

图1 生物质直燃发电工艺流程

将生物质原料从附近各个收集点运送至电厂，经破碎、分选等预处理后存放到原料储存仓库，仓库容积要保证可以存放七天的发电原料;然后由原料输送装置将预处理的生物质送入锅炉燃烧，通过锅炉换热将生物质燃烧后的热能转化为蒸汽，为汽轮机发电机组提供汽源进行发电。生物质燃烧后的灰渣落入除灰装置，由输灰机送到灰坑，进行灰渣处理。烟气经过烟气处理系统后由烟囱排放入大气环境中。

1.2 生物质直燃发电系统构成

生物质直燃发电的生产系统包括生物质加工处理、输送系统、锅炉系统、汽轮机系统、发电机系统、化学水处理系统及除灰除渣系统等各部分组成，其发电系统如图2所示。

2 30 MW生物质直燃发电机组的配置

30 MW生物质直燃发电项目选用高温高压的1×30 MW纯凝式汽轮发电机组，配一台130 t/h生物质专用振动炉排高温高压锅炉，燃料以破碎后的农作物秸秆为主，可掺烧部分树枝、树皮等林业和木材加工剩余物。

2.1 锅炉选型

型式:高温高压、自然循环汽包炉

图2 生物质直燃发电系统示意图

全钢炉架、振动炉排、燃烧秸秆、露天布置

锅炉最大连续蒸发量:130 t/h

过热蒸汽温度:540℃

给水温度:210℃

锅炉效率:≥90%

2.2 汽轮机选型

型式:高温高压、单杠、单轴、凝汽式

额定功率:30 MW

主蒸汽额定压力:8.83 MPa

主蒸汽额定温度力:535℃

主蒸汽额定流量:119.1 t/h

2.3 发电机选型

型式:空气冷却，自并励静止励磁

额定功率:30 MW

额定电压:10.5 kV

额定电流:2 062 A

额定转速:3 000 r/min

表1 30 MW生物质直燃发电机组主要经济指标

3 30 MW生物质直燃发电项目效益分析

3.1 机组主要经济指标

为了便于生物质发电技术的选择提供可靠的依据，同时能够把风险降低到可控制的范围内，分析了目前已投产的30 MW纯凝式发电机组和15 MW和热电联产机组设计和实际运行技术经济数据，得出如下结论:

(1)生物质发电较适合在辽宁南部、河北、山东、河南发展，不太适合在东北及南方地区建生物质发电，原因是东北冬天雪量太大、南方降雨量大均造成生物质燃料的含水率太高，锅炉燃烧效率大幅度降低。

(2)单机厂均盈利，双机12 MW、15 MW和热电联产(供工业蒸汽)的电厂多数亏损。秸秆电厂锅炉宜采用高温高压参数，不宜采用中温中压参数。

(3)其技术经济指标如表1所示。

3.2 盈亏平衡点测算

一台30 MW纯凝式发电机组，项目静态投资2.8亿元，80%为贷款，年利息6.14%，年运行7 000 h，年发电量2.1亿kWh，厂用电率12%，年供电量1.85亿kWh，盈亏平衡点的燃料单位成本分别为:投产第一年，盈亏平衡点燃料成本367元/MWh;运营20年平均，盈亏平衡点燃料成本442元/MWh，根据上述入厂燃料成本测算和盈亏平衡点测算的结果，1×30 MW高温高压纯凝发电机组设计发电标杆耗率保证值1000 g/kWh。

入厂单位标准燃料单价:280元/t;发电单位燃料成本:280元/MWh;投产第一年盈利:

(367－280)元/MWh×1.85亿 kWh=1 609万元。

运行20年平均年盈利:(442－280)元/MWh×1.85亿kWh=3 000万元。详细测算如表2所示。

3.3 初步投资估算

(1)一台30 MW纯凝式发电机组工程总投资约28 511万元，其中接入系统580万元，铺底流动资金206万元。

(2)发电工程动态总投资27 725万元，单位千瓦造价:9 242元/kW，其中，建设期贷款利息726万元。

(3)发电工程静态投资为26 999万元，单位千瓦造价为9 000元/kW;其中，建筑工程费5 905万元，单位千瓦造价1 968.27元/kW，占静态总投资的21.87%;设备购置费12 255万元，单位千瓦造价4 085.11元/kW，占静态总投资的45.39%;安装工程费3 461万元，单位千瓦造价1 153.66元/kW，占静态总投资的12.82%;其他费用5 378万元，单位千瓦造价:1 792.55元/kW，占静态总投资的19.92%。

(4)资金筹措:20%为企业自筹资金，80%为融资或贷款资金，融资部分计列建设期贷款利息，贷款利率按6.14%，按季结息。

表2 总成本测算表

3.4 清洁发展机制(CDM)

该项目收益分析温室气体减排量可以作为金融单位在国际市场上流通交易，排放权交易项目的收益提高了生物质电厂的经济效益。生物质CO2的排放和吸收构成自然界碳循环，其能源利用可实现CO2零排放，生物质发电是减排CO2的重要途径。通过CDM项目出售核定减排量的收入，能在很大程度上提高生物质发电厂的经济效益。对于30 MW的生物质直燃发电厂，年可处理农林废弃物25多万t;与同类型火电机组相比，年可替代标准煤12万t，减少CO2排放约13万t，以目前国际市场交易价格10～15美元/tco2(参考价)计算，可直接获得收益约840万元。

3.5 灰渣综合利用效益

生物质直燃电厂的灰渣可以进行综合利用形成经济效益，每年的生物质燃烧后可以产生约4万t的灰渣，灰渣中含有白炭黑和5%的钾元素，合理的综合利用可以变废为宝。可以用于制成耐火保温材料，还可以生产工业紧缺原料白炭黑或提供给临近的肥料厂作为生产农业化肥的原料。若建立肥料厂将电厂灰渣充分利用，灰渣成本则可以忽略不计，生产每吨钾肥的生产成本约为115元/t，比市场上同等级别的钾肥价格低80～100元。按照年产6 000 t钾肥计算，可以实现年产值120～140万元，实现经济效益50～70万元。从而完成生物质电厂灰渣由污染环境废料到绿色商品的转变，实现其价值升值，创造产业末端经济效益。

3.6 生态效益

(1)每年可以处理约25万t秸秆等农作物废弃物，避免了农民在田间地头焚烧所造成的大气污染，减少了对地面、水面的腐蚀质污染。

(2)大量减少CO2和SO2的排放，运营30 MW的生物质发电机组，与同功率火电机组相比，每年可减少CO2排放约13万t，有利于降低温室效应的影响。而且与煤相比，生物质几乎不含硫，秸秆的平均含硫量只有0.38%，远低于电厂用煤的平均含硫量1%，无需配备昂贵的脱硫装置。

(3)生物质电厂的灰渣含有丰富的钾、氮、磷、钙等元素，是优质肥料，有利于增加土壤有机质含量，提高农作物产量和质量。

(4)带动能源产业和能源林业的大规模发展，将有效地绿化荒山荒地，减少土壤侵蚀和水土流失，治理沙漠，保护生物多样性，促进生态的良性循环。

3.7 社会效益

(1)30 MW生物质直燃电厂每年消耗秸秆等生物质25万t，可替代约12万t标准煤。生物质电厂每年可向电力系统输出1.85亿kWh电，缓解社会电力短缺问题。

(2)单纯在秸秆收购这一方面，每年可为当地农民带来直接收入达4 000万元。围绕燃料的收购、破碎、储存、运输等产业链条，能够直接吸纳当地及周边县市农村的劳动力1 000多人。

4 发展生物质直燃发电项目的建议

4.1 资源调查和估算

生物质发电最大的问题集中在原料供应的不确定方面。造成原料供应不确定的原因很多，包括秸秆季节供应问题、储存问题、运输问题、价格上涨问题等，但从已经建成运行的项目来看，最主要的原因是电厂周围农村种植结构调整、缺少统一规划和项目盲目布局导致的秸秆收集半径的扩大，从而提高了运行成本并加大了原料的供应风险。因此，在建设生物质直燃发电项目前，应对该地区的周边环境做详细的调查，如资源种类、资源量、资源分布特点、运输条件等，再合理规划生物质直燃电厂的选址和规模，与电网的建设和其他能源的发电方式相配合。积极开展生物质直燃发电上、下游产业链研究，把燃料的收、储、运、发电作为一个连续的系统。

4.2 财政税收扶持

生物质直燃发电项目造价高，总投资大，运行成本高，其盈利水平不如常规火电。主要原因有:一是单位造价高，目前单位造价为1.0万元/kW;二是燃料成本高，电价成本中的燃料成本约为0.4元/kWh，远高于燃煤发电。三是生物质发电项目执行与传统发电行业一样的税收政策，而且生物质发电企业增值税进项抵扣操作困难，企业实际税率约为12%，高于常规火电实际税率6% ～8%。因此，应该加大生物质直燃发电的政策支持，落实农林生物质直燃发电增值税即征即退、所得税减免和贴息贷款等优惠政策;根据生物质直燃发电项目的投资和运营成本，合理调整生物质发电的上网电价，从而保证我国生物质发电产业的健康发展。

[1]杨勇平，等编.生物质发电技术[M].北京:中国水利水电出版社，2007.

[2]中国电力科学研究院生物质能研究室编.生物质能及其发电技术[M].北京:中国电力出版社，2008.

[3]顾晓山.秸秆焚烧发电项目的技术经济分析[J].可再生能源，2007，8(4):65 －67.

[4]李志军.我国生物质直燃发电的现状、问题及政策建议[J].技术经济，2008，9(9):34 －37.