近日，國(guó)家能源局、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)的通知》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《通知》)，確定了84個(gè)技改項(xiàng)目試點(diǎn)，涉及全國(guó)23個(gè)省、自治區(qū)、直轄市。

燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電是一種成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)役煤電機(jī)組的高效發(fā)電系統(tǒng)和環(huán)保集中治理平臺(tái)，盡力消納田間露天直燃秸稈，規(guī)模化協(xié)同處理污泥，實(shí)現(xiàn)燃料靈活性，降低存量煤電耗煤量，提升可再生能源發(fā)電量，具有投資省、見(jiàn)效快、排放低、可再生電能質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。

在上述通知的80多個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目中，從技術(shù)方案上看，“采用生物質(zhì)氣化爐對(duì)農(nóng)林廢棄殘余物進(jìn)行氣化，產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)廨斔椭寥济簷C(jī)組鍋爐進(jìn)行燃燒、發(fā)電”這一模式達(dá)40多個(gè)。“氣化”成為此次燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技巧的主要模式。

國(guó)內(nèi)首套燃煤耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電示范項(xiàng)目是由國(guó)電長(zhǎng)源電力公司與合肥德博生物能源科技有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)德博能源)共同研發(fā)的荊門(mén)10.8MW工程，目前成功穩(wěn)定運(yùn)行近6年時(shí)間，為燃煤耦合生物質(zhì)氣化產(chǎn)業(yè)提供了運(yùn)營(yíng)樣本。中國(guó)能源研究會(huì)將該項(xiàng)目作為國(guó)內(nèi)燃煤電廠循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展經(jīng)典案例進(jìn)行推介，受到了各界專(zhuān)家和能源行業(yè)資深人士的高度認(rèn)可。

在此基礎(chǔ)上，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家也有指出，盡管氣化技術(shù)路線相比其它耦合方式優(yōu)勢(shì)突出，但氣化灰渣的高附加值利用，是該技術(shù)路線需要改進(jìn)和提高的方向。

針對(duì)這一問(wèn)題，《中國(guó)電力報(bào)》記者采訪了生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域多位資深專(zhuān)家，調(diào)研生物質(zhì)氣化領(lǐng)域最新進(jìn)展，為生物質(zhì)氣化在燃煤耦合發(fā)電中應(yīng)用提供新思路。

華電襄陽(yáng)15MW級(jí)燃煤耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目

能源企業(yè)變身為能源材料綜合中心

彼之砒霜，我之蜜糖。能源領(lǐng)域追求降低氣化灰渣含碳量，減少能量損失;而從價(jià)值角度來(lái)分析，隨著氣化固體產(chǎn)物中含碳量增大，無(wú)價(jià)值灰渣轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r(jià)值生物炭，會(huì)大幅度提高項(xiàng)目收益，這正是生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)工藝追求的。

為了氣化事業(yè)發(fā)展，德博能源與相關(guān)科研單位深入合作，并投入大量資金進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。他們首先從生物質(zhì)原料特性做起，建立了涵蓋秸稈、稻殼、玉米芯、木塊、竹屑在內(nèi)的100多種生物質(zhì)的堆密度、流動(dòng)性、元素分析、灰成分等理化特性庫(kù)。他們開(kāi)發(fā)出了適合不同原料的固定床和流化床氣化裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃?xì)夂蜕锾康榷喾N產(chǎn)品的智能調(diào)控。他們還擴(kuò)大了生物燃?xì)獾膽?yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了生物燃?xì)庠陔娏?yīng)、熱能生產(chǎn)、化工領(lǐng)域、金屬冶煉等領(lǐng)域的全覆蓋。在氣化產(chǎn)品方面，他們實(shí)現(xiàn)了生物燃?xì)獾母咝鍧嵢紵茫锾慨a(chǎn)品深加工成工業(yè)炭和活性炭用于修復(fù)退化、污染的土壤和水體，并開(kāi)發(fā)了新型炭基肥、生物質(zhì)液肥等產(chǎn)品應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，減少化肥用量。他們還與合作單位一起延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，將生物炭變成為價(jià)值極高的電極材料，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)向高端碳材料的轉(zhuǎn)化。

已故中國(guó)工程院張齊生院士畢生致力于生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化推廣，利用生物質(zhì)中揮發(fā)分和固定碳等可燃組分理化特性，在高溫?zé)o氧或缺氧條件下，發(fā)生分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w及高品質(zhì)生物炭，通過(guò)調(diào)整固定碳的氧化程度，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)生物炭及燃?xì)馔瑫r(shí)輸出，提升生物質(zhì)價(jià)值。

在張齊生理論指導(dǎo)下，合肥德博生物能源科技有限公司陸續(xù)建設(shè)并運(yùn)行了一百多套生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，在我國(guó)東北地區(qū)的黑龍江和吉林，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)清潔供暖同時(shí)獲得高品質(zhì)炭材料;在浙江安吉、麗水等地，踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)刂駨U料清潔高價(jià)值利用;項(xiàng)目輻射到緬甸、剛果金等國(guó)家，讓我國(guó)的綠色能源設(shè)備幫助“一帶一路”沿線國(guó)家向清潔能源轉(zhuǎn)型;多聯(lián)產(chǎn)設(shè)備更是出口到了希臘、西班牙、斯洛文尼亞等歐洲國(guó)家，實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)制造”出口向“中國(guó)創(chuàng)造”出口的轉(zhuǎn)變，并獲得業(yè)主的一致好評(píng)。經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)開(kāi)發(fā)，近幾年創(chuàng)造性實(shí)現(xiàn)了大型流化床炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)突破和項(xiàng)目運(yùn)行，不僅為大型燃煤電站耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電提供了新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，更為中國(guó)生態(tài)環(huán)境治理書(shū)寫(xiě)了新篇章。

緬甸1200KW生物質(zhì)氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)炭項(xiàng)目

氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)中產(chǎn)生的高溫燃?xì)馀c煤粉混燃，實(shí)現(xiàn)高效耦合發(fā)電，同時(shí)獲得生物炭，這就構(gòu)成了燃煤耦合生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)路線。根據(jù)生物質(zhì)原料不同，生物炭可以制作工業(yè)還原炭、活性炭、生活用炭、電容炭、炭基肥料等。燃煤電站不但能夠?qū)崿F(xiàn)電能和熱能等二次能源全方位輸出，而且變成生物炭材料中心。

生物炭有較大的孔隙度和比表面積，較強(qiáng)吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)、增加土壤碳含量，因此被廣泛應(yīng)用于改良酸化土、沙化土、白漿土等低產(chǎn)土壤，被國(guó)際學(xué)術(shù)界譽(yù)為“黑色黃金”。

中國(guó)工程院院士、沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授陳溫福的研究方向一直圍繞著國(guó)家糧食安全和耕地品質(zhì)，“保障國(guó)家糧食安全的根本在耕地，既要守住耕地紅線，也要扭轉(zhuǎn)耕地質(zhì)量下降的趨勢(shì)。”作為我國(guó)北方超級(jí)稻研究首席科學(xué)家，陳溫福這些年來(lái)把研究重心放在秸稈炭化還田即生物炭基肥上，為推進(jìn)“藏糧于地”奔走。“我國(guó)生物炭研究特別是產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用在國(guó)際上已處于領(lǐng)先地位，研究人員發(fā)表的SCI論文幾乎占到50%，生物炭產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)相當(dāng)成熟。”陳溫福說(shuō)，秸稈生物炭能夠?qū)崿F(xiàn)自循環(huán)、零排放、無(wú)污染，生物炭及其制成品“生物炭基肥”成本也降了下來(lái)，與復(fù)合肥成本大體相當(dāng)。

木質(zhì)活性炭

生物質(zhì)電容炭

生物質(zhì)硅炭黑

竹質(zhì)活性炭

經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的三贏

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)空氣、水體和土壤等環(huán)境的潔凈程度要求也越來(lái)越高，作為吸附材料的活性炭和生物炭?jī)r(jià)值逐漸凸顯。“生物炭以及生物炭制成的活性炭富含大量微孔和中孔，可以有效過(guò)濾空氣、水體和土壤中的污染物。”南京林業(yè)大學(xué)周建斌教授對(duì)記者說(shuō)。而隨著國(guó)家對(duì)土窯燒炭等落后制炭工藝的全面關(guān)停，生物炭和活性炭?jī)r(jià)格日益高企。

“在現(xiàn)有燃煤機(jī)組耦合生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)，生物炭的價(jià)值可以部分抵消生物質(zhì)原料成本，生物燃?xì)猥@得的綠色電力是錦上添花。”合肥德博生物能源科技有限公司董事長(zhǎng)張守軍現(xiàn)身說(shuō)法，按照他建設(shè)運(yùn)行的多套生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)工程實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，給記者算了這樣一筆賬。按照每噸生物炭?jī)r(jià)格1000多元，生物質(zhì)的產(chǎn)炭率在15%以上，燃煤電廠對(duì)生物質(zhì)原料的價(jià)格耐受力可大幅提升，加上國(guó)家對(duì)燃煤電廠耦合生物質(zhì)的其他優(yōu)惠政策，從而做到耦合發(fā)電成本可控。

全國(guó)人大代表、農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院副院長(zhǎng)趙立欣接受記者采訪時(shí)說(shuō)，建議加大秸稈生物炭產(chǎn)業(yè)支持，促進(jìn)我國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的三贏。趙立欣指出，當(dāng)前秸稈由過(guò)去的主要用于農(nóng)村生活能源和牲畜飼料，已拓展到肥料化、飼料化、燃料化等領(lǐng)域。另一方面，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化肥等農(nóng)用化學(xué)品投入逐年增加。2016年，我國(guó)化肥使用量為5984萬(wàn)噸，利用率36%左右。2015年農(nóng)業(yè)部曾下發(fā)通知，開(kāi)展化肥“零增長(zhǎng)”行動(dòng)，以生物炭為核心的炭基肥、土壤改良劑等，可最大限度地實(shí)現(xiàn)秸稈中的氮磷鉀和有機(jī)質(zhì)的高效循環(huán)利用，提高土壤有機(jī)質(zhì)、減少化肥施用量，提升農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，改良土壤環(huán)境。

浙江麗水生物質(zhì)氣化燒10噸鍋爐聯(lián)產(chǎn)生物炭項(xiàng)目

發(fā)展空間巨大

“這次耦合發(fā)電試點(diǎn)工作在各大煤電企業(yè)中激起了巨大反響，煤電機(jī)組將充分利用自身發(fā)電效率高和污染物集中治理超低排放的優(yōu)勢(shì)，參與到可再生能源的生產(chǎn)中。在各耦合發(fā)電技術(shù)路線中，氣化耦合以計(jì)量方便、對(duì)鍋爐影響小、規(guī)模靈活等優(yōu)勢(shì)受到了大多數(shù)煤電企業(yè)的青睞。”張守軍對(duì)記者分析道。

記者注意到，上述《通知》明確，生物質(zhì)能電量單獨(dú)計(jì)量，由各省級(jí)發(fā)展改革委(能源局)負(fù)責(zé)認(rèn)定，由電網(wǎng)企業(yè)全額收購(gòu)。各地根據(jù)節(jié)能低碳電力調(diào)度有關(guān)原則優(yōu)先安排調(diào)度序位，并按照發(fā)電序位實(shí)施差別電量制度，因地制宜制定生物質(zhì)資源消納處置補(bǔ)償機(jī)制，采用政府購(gòu)買(mǎi)公共服務(wù)等多種方式合理補(bǔ)償生物質(zhì)資源消納處置成本并保障技改試點(diǎn)項(xiàng)目合理盈利。

在這次技改試點(diǎn)中，從省份上看，江蘇省(13)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目數(shù)量最多，同時(shí)也是唯一一個(gè)試點(diǎn)數(shù)量超過(guò)10的省份;其次是遼寧省(7)，河北省(6)和黑龍江省(6)。從各發(fā)電企業(yè)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目數(shù)量上看，華能(14)居所有企業(yè)之首，緊隨其后的是大唐(11)、華潤(rùn)(11)以及華電(10)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，五大發(fā)電集團(tuán)共計(jì)斬獲44個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，占全部試點(diǎn)項(xiàng)目數(shù)量的52%。

中國(guó)工程院院士蔣劍春指出，“高值化利用是生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)利用的方向，需要物理、化學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科知識(shí)的相互滲透、交叉，更需要多種產(chǎn)業(yè)之間的融合”，這與張守軍認(rèn)為“工農(nóng)能一體化”是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高值化利用最好方式的思路不謀而合。

“在現(xiàn)有燃煤機(jī)組嫁接流化床氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，可以大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)生物炭和燃?xì)猓細(xì)馑腿氪笮腿济哄仩t耦合發(fā)電，將傳統(tǒng)的作坊式生物炭生產(chǎn)帶入了大工業(yè)時(shí)代，也為燃煤發(fā)電行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供了新方向。”浙江大學(xué)能源工程學(xué)院教授王勤輝對(duì)燃煤耦合生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)發(fā)電帶來(lái)的價(jià)值效應(yīng)充滿(mǎn)期待。

近年來(lái)，由于相關(guān)政策的鼓勵(lì)，許多電廠正在積極開(kāi)展將現(xiàn)有大型鍋爐改造成生物質(zhì)耦合發(fā)電的工作，減少煤炭消費(fèi)，增加清潔能源使用，有助于緩解火電廠經(jīng)營(yíng)壓力。相關(guān)專(zhuān)家分析，我國(guó)燃煤電廠裝機(jī)容量超過(guò)10億千瓦，如果有一半能夠耦合生物質(zhì)并聯(lián)產(chǎn)生物炭，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源化利用和能源化利用相結(jié)合，可進(jìn)一步提高生物質(zhì)利用效益，提高電廠贏利能力。燃煤電廠聯(lián)產(chǎn)的生物炭用于土壤和水體修復(fù)，生產(chǎn)炭基肥，減少化肥農(nóng)藥使用量，增加有機(jī)肥使用量，能有效提升我國(guó)的生態(tài)發(fā)展水平，在解決農(nóng)林生物質(zhì)無(wú)序焚燒問(wèn)題同時(shí)并實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)，成為良好生態(tài)環(huán)境建設(shè)、實(shí)現(xiàn)生態(tài)惠民的重要一環(huán)，具有廣闊發(fā)展前途。