机组生物质直燃耦合发电项目资源调查分析

文_王皓冉 王涛 国家能源费县发电有限公司

生物质能被称“绿色能源”，可以转化为高效的固体、液体和气体燃料，用于替代煤炭、石油、天然气等不可再生能源。开发利用生物质能对维护我国能源安全、优化能源结构，缓解我国能源紧张的矛盾，具有十分重要的意义。

本文分析生物质资源的供求关系以及剩余总量，并提出相应的生物质燃料收购、加工、储存及运输方案。运用科学、规范的评价方法，对费县及周边地区（包括临沂市兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县等）的生物质生物质资源总量、剩余量以及能否满足拟建项目每年资源的需求量做出分析，作为项目投资和运营决策依据，确保拟建项目安全、稳定运行。

1 调查区域概况

费县地处沂蒙山区腹地，总面积1660.11km2，北依蒙山，与蒙阴县、沂南县相连；南靠抱犊崮，与兰陵县毗邻；东与兰山区接壤；西和平邑县搭界。费县多山，共有大小山头1400个，海拔高度在1000m以上的山峰有两个，500m以上的山峰有75个。大体上分为南北两条山脉，北条蒙山山脉和南条尼山山脉。费县属暖温带半湿润大陆性季风气候。

国家能源费县发电有限公司（即“费县电厂”）位于费县县城西北方向约8km，占地645亩，行政区划隶属费县费城街道办事处。经对费县及周边地区域内生物质资源量的调查和对拟建项目生物质资源用量的估算，认为资源收集范围应以费县为核心，并涵盖周边半径50km范围内的行政区域。以便满足拟建项目安全用量要求，故资源研究范围为费县及周边地区（包括临沂市兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县等）。

2 资源研究种类

根据调查区农林剩余物资源的品种、数量和利用现状，用于本想工程的生物质燃料品种，初步确定为林业木材加工后的树皮、锯末、边角余料和小麦秸、玉米秸、玉米芯、花生秸、花生壳等农业剩余物。经调查了解，费县及周边区域内农作物秸秆、生物质颗粒等生物质资源较为丰富，目前用量较小，剩余大量的可利用资源。考虑到收集的可能性和成本，认为农作物秸秆和生物质颗粒等都可以利用，且相对成本低，可有效利用。在农作物秸秆中玉米、小麦种植面积较大，且集中、易收集，而其他杂粮种植面积小且分散，不易收集利用。费县是全国三大板材基地之一，木业产业是其传统支柱产业，经调研，木材加工、家具加工等行业企业产生的锯末、下脚料等剩余物产生的比例很大。

3 费县及周边地区农林生物质资源可供应总量调查

3.1 费县及周边地区农业基本概况

根据《2020年临沂统计年鉴》统计的2019年临沂市粮食作物种植面积960万亩，产量410万t。其中，费县128.39万亩，兰山区59.194万亩，兰陵县256.022万亩，沂南县146.642万亩，蒙阴县49.3万亩，平邑县121.4235万亩。据统计年报显示，播种小麦、玉米约占74.95%，花生约占14.17%，水稻约占10.88%。

3.2 费县及周边地区生物质资源量

3.2.1 理论资源量

(1)计算方法

秸秆量=谷草比×粮食产量

(2)谷草比确定

草谷比：某种农作物单位面积秸秆产量与籽粒产量的比值。

(3)主要数据来源

调查区域内近三年主要农作物播种面积、年产量。依据《2020年临沂统计年鉴》提供的2019年农业主要产品生产情况、《2019年临沂统计年鉴》提供2018年的农业主要产品生产情况、《2018年临沂统计年鉴》提供的2017年农业主要产品生产情况。区域范围包括费县、兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县。

（4）主要农作物理论资源量

取2017、2018、2019三年平均值，调查范围内（包括费县、兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县）理论农业废弃物总量约为258.38万t。其中，小麦秆68.54万t、玉米秆108.14万t、玉米芯22.53万t、花生秧41.08万t、花生壳15.71万t、大豆秸秆2.38万t。

3.2.2 可收获资源量

(1)计算方式

可收获资源量=可收获系数×理论资源量

一般情况下，秸秆资源可获得量受自然、地理、气候条件、农民种植习惯、收获方式、秸秆使用习惯、农村经济发展状况、交通运输状况、运输半径和市场需求变化等多种因素的影响。可收获系数主要与农作物收获方式有关，人工收获系数高，机械收获系数低。考虑到当前临沂市农业现代化的发展，机械收获将是农作物主要收获方式，故可全部按机械收获考虑。

（2）秸秆可收集系数

按《中国秸秆资源评价与利用》取值，机械收割可收集系数。

取2017、2018、2019三年平均值，调查范围内（包括费县、兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县）可收获农业废弃物总量约为217.79万t。其中，小麦秆41.81万t、玉米秆98.41万t、玉米芯21.85万t、花生秧41.08万t、花生壳12.57万t、大豆秸秆2.07万t。

3.2.3 可利用资源量

(1)计算方法

可利用资源量=可利用系数×可收获资源量

可利用系数主要考虑资源在收集、运输、贮存等各环节的损失以及发霉变质热值下降等因素。

（2）可利用资源量计算

取2017、2018、2019三年平均值，调查范围内（包括费县、兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县）可利用农业废弃物总量约为192.99万t。其中，小麦秆35.54万t、玉米秆83.65万t、玉米芯21.85万t、花生秧41.08万t、花生壳8.80万t、大豆秸秆2.07万t。

3.2.4 可获得资源量

(1)计算方法

可获得资源量=[1-（农民生活用量+畜牧业用量+还田用量+其他工业用）比例]×可利用资源量。

费县及周边地区生物质主要消耗除生物质电厂掺烧以外，主要被当做饲料及农户家用燃料原料，其余大部分生物质还田处理。

（2）可获得资源量计算

取2017、2018、2019三年平均值，调查范围内（包括费县、兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县）可获得农业废弃物总量约为138.75万t。其中，小麦秆35.54万t、玉米秆50.19万t、玉米芯21.85万t、花生秧24.65万t、花生壳5.28万t、大豆秸秆1.24万t。

3.2.5 果树修剪枝条可收集资源量

据临沂市统计年报统计数据，2017年、2018年、2019年的年末果园面积合计大致相等，故调查范围内，果树修剪枝条资源量约为17.6万t／a。果树枝条一般收集后堆垛储存、晾晒于田间地头，晾晒后出售用作生物质燃料，不能出售时则用作农户家用燃料。目前林业采伐剩余物中约50%做家庭用燃料，可收集资源量约8.8万t。

3.2.6 木材加工后可收集资源量

木业是临沂八大传统产业之首，现以兰山区和费县为木业生产核心聚集地。全市现有木业企业2.1万余家，其中规模以上企业956家，年加工原木6900万m3，年加工成品板材5400万m3，年人造胶合板产量占全国1/3。经调研，木材加工剩余物类型中60%～70%比例的锯末用来制作生物质颗粒，70%比例的边角余料用来制作密度板。调查范围内木材加工后剩余物资源量约为555万t（按全市占比80%计）。

3.2.7 生物质资源可获得量汇总

综合上述分析，调查范围内可获得的农林生物质资源总量约为702.55万t。其中，农业秸秆可获得资源量为138.75万t，果树修剪枝条可收集资源量为8.8万t，木材采伐剩余物可收集量为555万t。

3.3 费县及周边地区生物质颗粒资源汇总

2021年费县拥有木业企业6549家，依靠费县木材加工废弃物及农林废弃物资源，费县及周边地区（包括临沂市兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县等）内存在众多生物质颗粒预处理厂，为了尽可能全面深入地了解区域内生物质颗粒市场情况，调查组经过现场考察了解，目前生物质原料主要是废弃建筑模板、木材加工废弃物等，颗粒产品是木屑类颗粒、刨花类颗粒。生物质颗粒加工企业较多，企业年产量5000t～50万t,所有企业均承诺如能签订长期供货协议，可扩大产能，预计各加工企业年总加工生产颗粒能力可达到104万t（现有设备空置产能就达30万t）。综上，生物质颗粒可获得量可达到104万t。

4 燃料、生物质颗粒资源竞争性分析

本项目通过采用生物质直燃耦合技术用于国能费县电厂2×650MW机组进行3.5%生物质比例的直燃耦合发电项目，该生物质耦合发电项目全年可处理当地生物质干料10万t（按热值3500kcal/kg计）或等同14万t热值为2500kcal/kg的普通生物质燃料。

4.1 农林生物质资源竞争性分析

目前，在本项目100km范围内，有4家生物质发电厂，分别是山东永能生物热电有限公司、山东新天热能有限公司、兰陵琦泉生物质发电有限公司、平邑鲁电生物质发电有限公司。

4家生物质发电都是以秸秆、枝条、树皮、废木片等为主要燃料，年消耗生物质量55万t，其燃料结构均约为60%农作物秸秆，40%林业剩余物，则需消耗农作物秸秆33万t，林业剩余物22万t。4家生物质发电年需求生物质燃料量为66.075万t，燃料成分结构配比为60%农业作物秸秆剩余物，40%林业木材加工剩余物，消耗农作物秸秆剩余物39.645万t，消耗林业木材加工剩余物26.43万t。

4.2 农业秸秆可供应量分析

本项目调查范围内，农业废弃物年可获得量约138.75万t。扣除本项目周边4家生物质电厂秸秆资源消耗量39.645万t后，燃料供应保证系数按0.3计则本项目调查范围内可供应资源量约为29.73万t。

4.3 林业林业废弃物可供应量分析

本项目调查范围内，林业废弃物年可获得量约为563.8万t。扣除本项目周边4家生物质电厂秸秆资源消耗量26.43万t后，燃料供应保证系数按0.3计，则本项目调研范围内可供应资源量约为161.21万t。

4.4 生物质颗粒资源竞争性分析

经实地调研，目前生物质颗粒产品主要有木屑类颗粒、刨花类颗粒，主流产品为8mm直径。木屑类颗粒热值约为3600～4000 kcal，主要用于小型工业锅炉（服装厂等小型企业），用于供热供暖；刨花类颗粒热值约4000～4800 kcal，主要用于酒店、商店、家庭采暖。目前，费县及周边范围内生物质颗粒可获得量可达到104万t，经调研多数企业仅在冬季采暖季才能满负荷生产，并囤积部分生物质颗粒，全年其他时间机器处于零星生产状态。

费县及周边范围颗粒消费量目前是供大于求，尤其费县本地有生产能力稳定、产品质量过关的规模以上企业生物质能源加工企业数家，本项目占据地理优势，极大降低运输成本，如能签订长期稳定供货协议，生物质颗粒可获取量将能得到充分保证。综上，以费县为核心并涵盖周边半径50km范围内的行政区域内，农林生物质资源、生物质颗粒资源供应量能得到有效且充分的保证。

5 调查结果

根据调查评估，调查区域内费县及周边地区（包括临沂市兰山区、兰陵县、沂南县、蒙阴县、平邑县等）主要农林剩余物为小麦秸、玉米秸、玉米芯、花生秸、花生壳和林业采伐、木材加工产生的林业剩余物及木屑剩余物，可收集资源总量为702.55万t。其中，农业废弃物年可获得量约为138.75万t，扣除本项目周边4家生物质电厂秸秆资源消耗量39.645万t后，燃料供应保证系数按0.3计则本项目调查范围内可供应资源量约为29.73万t；林业废弃物年可获得量约为563.8万t，扣除本项目周边4家生物质电厂秸秆资源消耗量26.43万t后，燃料供应保证系数按0.3计，则本项目调研范围内可供应资源量约为161.215万t。供应季节分散、均匀，可持续、稳定满足电厂燃料的供应。

项目建成投产后利国利民，可实现经济、社会、环境效益的有机统一，能大大的增加当地农民的收入，且能减少农林废弃物，具有极强的民生意义和极大的经济效益。