绿色观察 | 供热系列之四—生物质热电联产成必然

热电联产，是一种建立在能量梯级利用概念基础上，将供热和发电过程一体化的系统,在一定条件下还可以延展出冷热电联产三重供能的模式

热电联产，是一种建立在能量梯级利用概念基础上，将供热和发电过程一体化的系统,在一定条件下还可以延展出冷热电联产三重供能的模式。热电联产的电站锅炉热效率可以达到80%～90%之间，同时，还可以通过回收冷却塔余热供热，增加供热能力，实现不同品质能量的梯级利用，不仅提高了能源的利用效率，而且减少了碳化物和有害气体的排放，可以做为燃煤小锅炉的替代，达到良好的经济效益和社会效益。
目前我国生物质能发电领域主要包括农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电。根据中国产业发展促进会生物质能产业分会最新统计，截止至2017 年12 月31 日，全国已投产生物质发电项目744 个，并网装机容量1475.83万千瓦，年发电量达794.57亿千瓦时，年上网电量约679.48 亿千瓦时。
最新数据显示，2018年第一季，我国生物质发电新增装机99万千瓦，累计装机容量达到1575万千瓦，发电量达到178.6亿千瓦时。
产业规模稳步增长的同时，如何提高生物质利用能效成为关键问题。为积极探索提高能源利用效率和综合效益，今年1月国家能源局部署了全国范围内的生物质热电联产县域供热，在20个省（区、市）及新疆生产建设兵团开展了“百个城镇”生物质热电联产县域清洁供热示范，共核准了136个示范项目，装机容量380万千瓦，年消耗农林废弃物和城镇生活垃圾约3600万吨，总投资约406亿元。其中新建项目119个，技术改造项目17个。
示范项目的开展也标志着生物质发电产业正逐渐转向热电联产。

图1.“百个城镇”各类生物质热电联产县域清洁供热示范项目数量（单位：个）
生物质供热现状
我国生物质能资源广泛，农作物秸秆、农产品加工剩余物、林木采伐及森林抚育剩余物、木材加工剩余物、畜禽养殖剩余物、城市生活垃圾和生活污水、工业有机废弃物和高浓度有机废水等都可以做为生物质能量的来源。

图2.我国生物质相关燃料年产量（单位：亿吨）
图2中的生物质相关燃料外，畜禽养殖和工业有机废水理论上可年产沼气约800亿立方米，都可以做为生物质能源燃料，每年可供能源化利用约相当于4亿吨标煤。今后随着造林面积的扩大和经济社会的发展，生物质资源转换为能源的潜力还在继续增长，生物质能利用潜力巨大。
目前生物质能供热主要包括生物质锅炉供热和生物质热电联产，生物质能供热与煤炭、天然气等化石能源相比可以做到更大程度的绿色低碳，且可以用于中小型城镇、工业企业、中小型工业园区，布局灵活，适用范围广，适合城镇民用清洁供暖以及替代中小型工业燃煤燃油锅炉。
近年来，我国生物质燃料技术的应用和燃料的生产已初步形成了一定的规模，在成型燃料机械制造、生物质专用锅炉制造和生物质燃料燃烧技术等方面已经取得了比较大的进展，生物质供热的项目建设和运营模式也得到发展。

表1.生物质供热项目主要运营模式
目前生物质供热项目可以在酒店、学校、医院、居民小区、商业办公区、工业园区等领域得到应用，行业涵盖食品、医药、机械、化工等。最大单台锅炉可以达到80吨，单个项目年供应蒸汽量可以达到数万吨。
生物质能供热发展还处在初期，市场培育不完善，产业体系不健全，政策支持不够。为有效治理农村散煤污染，以及为新型城镇化建设提供清洁供热，应加大支持力度，加快生物质能供热产业化发展，形成清洁供热能力，目前政策导向是在县域规模化替代燃煤供热。

表2.生物质能供热支持政策
生物质发电向热电联产全面转型
热电联产在全球正呈现增长趋势，预计2025年前世界热电联产装机年均增长率将维持在2.8%的水平。
在我国，热电联产也正在成为能源界关注的热点。具体到生物质能源热点联产，存在三个驱动因素。
1、首先是能源供给侧改革。随着国民经济增速调整，能源消费增速放缓，实体经济用电需求降温，而电力供应增速不减，造成了供过于求的局面，电力供给的过剩进入调整期。生物质等清洁能源发电量在电力市场竞争中也需要调整战略。
2、其次，基于节能减排和大气污染治理的总体需求，国内清洁供热逐渐兴起，清洁热源需求增长。而在清洁能源供热中应用相对较成熟和便利的天然气供热由于受到气源紧缺的限制，发展遇到阻碍。生物质能由于成本较低和应用灵活等优势可以起到替代燃煤小锅炉等热源的作用。
3、同时，热电联产可以使生物质能源应用的综合效率明显提升，增强企业的盈利能力。资料显示，平均热负荷20t/h、装机容量30MW的生物质热点联产机组比单纯发电的生物质纯凝电厂热效率可以提高近11%，销售收入也有所增加。具体如表3所示。

表3.30MW生物质发电与生物质热电联产项目各项指标比较
2017年8月，发改委、能源局《生物质能发展“十三五”规划》明确指出，推进生物质直燃发电全面转向热电联产。
2018年1月，发改委、能源局《关于促进生物质能供热发展的指导意见》中指出，加快生物质发电向热电联产转型升级，包括大力发展县域农林生物质热电联产、稳步发展城镇生活垃圾焚烧热电联产、加快常规生物质发电项目供热改造、推进小火电改生物质热电联产、加快生物质热电联产技术进步等。
2018年1月，国家能源局在20个省（区、市）及新疆生产建设兵团开展了“百个城镇”生物质热电联产县域清洁供热示范项目。

图3.各省区生物质热电联产示范项目分部（单位：万千瓦）
待解决的问题
全面转向热点联产后，生物质能源应用将开启新的局面，形成新的增长模式，同时也将面临新的问题。
明确分布式发展思路。从全球热电联产发展趋势来看，使用清洁能源的小型热电联产项目将成为主流。据介绍，目前丹麦63%的家庭是区域供热，约60%的电力来自效率高达92%的热电联产。使用热电联产发热和发电，其整体能源效率远高于分别发热、发电——效率可高达85-90%，与单独发热、发电相比，可节约30%的燃料，其中包括了大量的生物质能源项目。我国正在开展的生物质热电联产县域清洁供热示范项目的开展也指向了分布式供热。
盈利能力的挑战。新建农林生物质发电项目实行热电联产，原有的冷凝纯发电项目也要通过技术改造形成热电联产，对于生物质项目业主来说，要增加一笔技术改造和基础设施建设的投入，外部还存在原材料和人工成本不断上涨的压力。而目前我国生物质能源行业整体处于起步阶段，国内生物质项目收入约有50%来源于国家可再生能源补贴，补贴依赖度较高。以风电、光伏等行业经验来看，生物质能源也将面临补贴退坡的问题，如何在多重因素夹击的环境下，探索高效、高附加值的经营模式，对于生物质能源行业来说是一个艰难的挑战。
管理能力的考验。生物质能源项目燃料产能的形式决定了存在废气、废水排放等问题，随着环保进程的发展，国家对生物质能源项目的排放标准将不断提高，针对生物质项目排放的监管体系将逐步完善。其次，虽然目前热电联改造技术基本完善，但在燃料收集、设备可靠性和保障下游用气安全等方面需要严加管控。

图4.生物质热电联产装机容量目标（单位：万千瓦）

图5.生物质燃气年利用量预计（单位：亿立方米）
此外，预计到2020年，生物质热电联产供热合计折合供暖面积约10亿平方米，年直接替代燃煤约3000万吨，2035年则达到20亿平方米，年直接替代燃煤约6000万吨。
生物质全面转向热电联产后，将有可能出现多供热、少发电，甚至以供热为主、发电为辅的局面。

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