當下,由于煤炭去產能引發的能源電力緊張、拉閘限電頻繁,可以預見,今冬明春能源電力保供壓力非常大。那么在這樣的關鍵時期,充分發揮生物質能源在民生用能保障及縣域經濟社會發展中的作用,不僅關乎鄉村振興戰略落地,關乎構建以新能源為主體的新型電力系統,還有利于提高電網對高比例可再生能源的消納和調控能力,為保供大局提供堅強的服務。另外,大力發展生物質能源立足本國資源,是把“能源飯碗端在自己手里”的現實做法。集眾多優點與一身的生物質能源可謂是“天生麗質”,但從“天生麗質”到真正發揮潛質,成長為可堪大用之才,生物質能源發展過程中還缺少哪些因素呢?本文試著給出解答。
我國生物質能資源豐富、分布廣泛
生物質能源是一種清潔可再生能源,可靈活轉化為電能、熱能、冷能或其他固體燃料(直接燃燒)、液體燃料(生物乙醇、生物柴油等)和氣體燃料(沼氣、生物天然氣、生物一氧化碳和生物氫氣等)。
同時生物質能源貯存吸收自然界中的二氧化碳,是唯一的可再生碳源。我國生物質資源主要為各類剩余物和廢棄物(被動型生物質資源),主要包括農業廢棄物、林業廢棄物、畜禽糞污、生活垃圾、污水污泥等。
我國生物質資源可開發空間巨大。每年產量約為36億噸,可替代10億噸標煤。我國生物質資源分布與用能集中區域重合。秸稈資源主要分布在東北、河南、四川、湖南等產糧大省。林業剩余物資源集中在我國東北林區、廣西、云南、福建、廣東、湖南、四川等省山區。
我國生物質能源開發潛力巨大但陷于困境
自2006年《可再生能源法》實施以來,我國生物質能利用主要集中在電力生產應用方面,目前我國生物質發電裝機容量連續三年居全球第一。我國生物質發電主要包括農林生物質發電、垃圾焚燒發電、熱解氣化發電和沼氣發電等。截至2021年10月,我國已投產生物質發電項目為1360個,發電并網裝機容量2976萬千瓦,裝機容量同比增長24%,占可再生能源裝機總量的3.35%,年提供的清潔電力1150億千瓦時,占可再生能源發電總量的6%。我國生物質發電裝機量前幾位的省份分別為山東、廣東、江蘇、浙江、安徽,裝機量分別為369、285、242、240、217.3萬千瓦。
國家電網公司旗下的國能生物發電集團公司,已經發展成全球最大的生物質直燃發電集團,生物發電能源站分布在13個省區,建成生物質天然氣能源站年產高品質生物天然氣1100萬立方米、1.6萬噸高品質生物CO2;擁有44臺生物質發電機組,裝機容量1201兆瓦,發電設備平均利用小時數在7800小時以上,平均鍋爐熱效率90%以上、設備等效可用系數90%以上、發電秸稈單耗折合標煤約430克/千瓦時,年發電量86億千瓦時,多項經濟技術指標達到了國際先進水平。年消納1000萬噸生物質剩余物,直接向群眾支付約30億元,惠及產業鏈上下游約160萬人(含1.5萬收儲運加工經紀人),解決25萬農村人口脫貧,替代化石能源折標煤約400萬噸,減排CO2約720萬噸,在發展縣域循環經濟、提升農村能源安全、助力鄉村振興戰略實施、防治秸稈露天焚燒、大氣污染治理和土地保護等方面發揮了不可替代的作用。
但是2020年以來,全國生物質直燃發電行業一半機組受政策、疫情及燃料惡性競爭等因素疊加影響被迫停產或轉讓。其中光大集團受影響機組約10臺次,凱迪集團受影響機組約45臺次,長青集團受影響機組約17臺次,國能生物發電集團受影響機組約11臺次。2021年以來,全國生物質行業受影響機組共減少發電量約400億千瓦時。今冬明春保供期間,如果得到重新啟動,這些機組共可減少標煤消耗約1720萬噸,其中國能生物發電集團將增加發電量18.4億千瓦時,可減少標煤消耗約79萬噸。
生物質發電具有巨大發展潛力。盡管生物質發電成本受收儲加工運輸制約,遠高于風電、光伏等其他可再生能源發電成本,但是生物質發電輸出穩定、品質優良,能夠參與電網調節,如果與儲熱結合,更能參與電力市場的深度調峰,未來在電力交易市場獲取輔助服務、備用容量等受益的同時,能夠靈活參與熱力市場,提供清潔熱力、工業蒸汽。預計到2030年我國生物質發電總裝機容量達到5200萬千瓦,提供的清潔電力超過3300億千瓦時。到2060年,我國生物質發電總裝機容量達到1億千瓦,提供的清潔電力超過6600億千瓦時。
生物質能是落實多項國家戰略的交集
生物質能是實現碳達峰碳中和、鄉村振興、構建新型電力系統戰略目標的重要途徑。
生物質能具有天然碳中和屬性。與森林碳匯、碳捕捉封存利用技術結合是實現碳中和的重要手段。在農村地區因地制宜利用生物質資源,為開展農村能源生產和消費革命、構建農村清潔能源體系、推進農村地區降碳減排,是我國應對氣候變化行動的重要支撐。
完全符合鄉村振興戰略發展理念,在實施鄉村振興戰略過程中,將薪柴、秸稈等傳統生物質資源就地轉化為清潔高效的現代生物質電、熱、氣等高品位能源,對建設美麗鄉村具有重要現實意義。近年來,全國年消納約1.2億噸農林剩余物,整個行業每年支付給農戶的燃料款約350億元左右,對促進縣域循環經濟發展效益顯著。
發電是生物質能利用的主要形式,生物質分布廣泛、資源豐富,生物質發電技術是目前農業生產剩余物、養殖廢棄物、城市垃圾大規模處理最具性價比的技術,從這個角度講,該技術不可或缺,與此同時,由生物質能綜合利用將成為國家開展碳中和戰略、鄉村振興戰略和構建新型電力系統戰略的投資載體;發展生物質能源綜合利用產業,是實現縣域資源循環利用的唯一手段,它的戰略價值,是任何能源都無法替代的。
構建縣域新型電力系統中支撐力量。生物質能源與分布式光伏等清潔能源末端融合,將助力縣域新型電力系統建設,對靈活、高效、彈性的電網構建具有重要推動作用。在供給側(源),生物質能源是全球唯一具有減碳、負碳、碳中和功能的能源,是可再生能源當中唯一具備多元化利用的能源品類,生物質發電是可再生能源中唯一一種具備高質量電能輸出的發電技術,同時作為一種可控電壓源為區域綜合能源電網提供穩定支撐,可作為靈活調節電源為局域電網提供調峰、調頻、調壓服務。可作為電源、熱源、冷源提供綠色電、熱、冷,可以實現與多種能源互補優化。
在縣網側(網),可在維持大電網有序運行的的基礎上,圍繞生物質能源站,因地制宜、因時制宜、因勢制宜構建若干個智慧微電網、智能微能網,與分布式光伏、分布式風電、小水電、儲能、沼氣等清潔能源末端融合,與大網、氣網互濟共生,更可為縣域工農業生產、生活提供安全、優質、穩定的能源服務,將助力縣域新型電力系統建設,民生能源保供社會效益、經濟效益顯著。
在消費側(荷),可以實現電、熱、冷、氣多元深度融合,滿足用戶多種用能需求,實現電從遠方來與能從就地取融合,就地生產,就地消納,就地平衡,可逐步替代縣域化石能源使用,助力碳中和、鄉村振興快速實現。目前我國生物質清潔供暖面積超過3億平方米,約占全國總供熱面積的4%,全國生物質供熱量超過4億吉焦,每年消耗生物質成型燃料產量超過1500萬噸。到2025年,形成可再生燃氣新興產業,年產量超150億立方米,年替代縣域及農村散煤約2500萬噸;到2030年,實現穩步發展,年產量超300億立方米,年替代縣域及農村散煤超過5000萬噸。2019年12月十部委出臺的《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見》,提出到2030年,生物天然氣年產量超過200億立方米的發展目標,屆時將在天然氣消費量中占比達到5%左右,到2060年生物天然氣產量達到1000億立方,極大的緩解我國天然氣的緊張局面。
在儲能側(儲),生物質能源是具有天然儲能特性的清潔能源,是一種可實現長時空能量儲存和轉換的能源,類比于跨季節儲熱技術,生物質發電技術更是可將不同季節的太陽能搜集,在不同季節、不同區域內發電供熱,可規模化制備高能量密度固體生物燃料,氣體生物燃料(沼氣與車用天然氣、生物綠氫)、液體生物燃料(燃料乙醇、甲醇、生物柴油、BTL)以及替代石油基產品生物基乙烯及乙醇衍生物等。
(作者系國能生物發電集團有限公司副總經理)