煤電機組低碳化改造，為何選中生物質摻燒？
【谷騰環保網訊】“在燃煤機組中摻燒生物質，是降低煤電企業碳減排的必經之路。因此，要謀劃好生物質能源利用前景，深化交流合作，為建設美麗中國貢獻生物質力量。”中國產業發展促進會副會長、國家能源局新能源和可再生能源司原副司長史立山在近日舉辦的“燃煤機組摻燒生物質低碳化技術路徑與發展策略”學術研討會上（以下簡稱研討會）表示。
據悉，今年6月，國家發展改革委、國家能源局聯合印發《煤電低碳化改造建設行動方案（2024—2027年）》（以下簡稱《方案》），將生物質摻燒列為三種煤電低碳化改造建設方式之一，明確提出，改造建設后煤電機組應具備摻燒10％以上生物質燃料能力，燃煤消耗和碳排放水平顯著降低。
在《方案》發布近半年之際，中國產業發展促進會生物質能產業分會、中國能源研究會綠色低碳技術專業委員會主辦了此次探討會。在研討會上，本報記者就煤電機組摻燒生物質的減碳潛力、相關技術的環境效益等問題采訪了多位業內專家和企業代表。
生物質摻燒先行者，取得良好的環境、社會效益
“《方案》旨在深化煤電機組減碳行動，加速構建清潔、低碳、安全、高效的新型能源生態系統。生物質摻燒作為重要的煤電低碳改造舉措，具有重大的現實意義和廣闊的發展前景。”華電湖北發電有限公司（以下簡稱為華電湖北公司）黨委委員、副總經理汪家軍說。
據悉，煤電耦合生物質發電已在山東十里泉、日照等燃煤電廠實施，有關技術已具備規模化示范的基礎。
在今年8月，國電電力勝利電廠大型燃煤機組摻燒牛糞試驗成功。試驗以內蒙古自治區錫林郭勒草原上的牛糞為原材料，利用電廠現有上煤系統，摻燒牛糞36.2噸，摻燒比例13.45%，是全國首例煤電機組摻燒牛糞試驗，生態效益、社會效益明顯。
目前，華電湖北公司也充分發揮湖北華電襄陽發電有限公司（以下簡稱襄陽發電公司）生物質能源領域首臺（套）重大技術裝備（目）技術領先優勢，在襄陽發電公司、西塞山電廠等燃煤發電企業部署了不同技術路線的生物質耦合煤電降碳項目，多技術路線生物質耦合發電“減碳集群”已初具規模。
以襄陽發電公司為例，此前，這家公司的碳配額相對較張，因碳減排壓力較大，公司考慮用生物質可再生能源替代煤炭。而國內主流的摻燒技術主要有兩種，一種為直接摻燒，即將生物質燃料直接破碎隨煤粉一起進入燃煤鍋爐；還有一種是氣化耦合技術。
“氣化耦合技術是將生物質燃料破碎或壓塊后，送到生物質氣化爐內，經過干燥、熱解、氧化、還原四個過程，同時，以空氣作為氣化劑，生成可燃氣體，進入大型燃煤鍋爐，與燃煤進行混合燃燒，可替代一部分燃煤。”襄陽發電公司生物質運維主任楊濤告訴本報記者，“我們根據襄陽發電公司所處的地理位置和電廠的實際情況，確定采用氣化耦合技術進行生物質摻燒。”
本報記者現場看到，項目主體工程是在襄陽公司自有地上建了一套折算容量為10.8兆瓦的循環離合床的氣化裝置，配套有干料棚、上料系統以及綜合用房，并配以電氣控制、風機燃氣等設備。
據楊濤介紹，這一項目年可消納農林廢棄物5萬噸，直接帶動農民增收1700余萬元。年節約標煤1.8萬噸，減少二氧化碳排放量5萬噸。而且，其發電效率比直接摻燒生物質電廠的效率高6%—9%；目前，這一技術不需要投資汽輪機、發電機等設備，投資成本也比直接燃燒生物質電廠成本更低；另外，運營檢修可以直接使用電廠現有資源，整體上管理成本也相對較低。
“從經濟效益方面來看，目前，湖北省對類似的耦合機組發電有相應補貼，整體的經濟效益比較可觀。”楊濤說。
靠節能技改減碳難度大，需源端減碳、末端固碳
今年下半年，圍繞煤電如何進行低碳化改造，國家相關部門發布了多個政策文件，均提到了支持煤電機組摻燒生物質或使用清潔能源進行煤炭替代。
9月中旬，發改委發布《加強煤炭清潔高效利用的意見》，要求開展煤電低碳化改造和建設，并支持燃煤機組實施清潔能源替代。
10月中旬，生態環境部在《2023、2024年度全國碳排放權交易發電行業配額總量和分配方案》中也明確提出，完整履約年度內，化石燃料摻燒生物質（含垃圾、污泥）的機組，摻燒生物質（含垃圾、污泥等）熱量年均占比超過10%且不高于50%的化石燃料機組，暫不納入配額管理的機組判定標準。業內人士告訴本報記者，這一規定，意味著摻燒生物質可以讓煤電機組暫時免于配額管理，是對煤電機組摻燒生物質的鼓勵政策。
10月底，發改委、工信部等六部門又發布《關于大力實施可再生能源替代行動的指導意見》，也支持大型燃煤發電鍋爐摻燒生物質。
為何生物質成為煤電機組低碳化改造的“救星”？
中國電力企業聯合會規劃發展部主任張琳告訴本報記者：“長期以來，我國積極推動煤電裝備技術自主創新發展并實施煤電節能改造，煤電機組碳排放水平逐步降低。但隨著新能源大規模并網，煤電調峰的深度和頻度持續增加，煤電運行條件已經發生深刻變化，僅靠節能技術改造實現持續降碳的難度越來越大。”
根據國家統計局發布的《中華人民共和國2023年國民經濟和社會發展統計公報》，2023年，我國能源強度比2022年下降了0.5%，碳強度則與上年持平。2022年，能源強度同比下降0.1%，碳強度同比下降0.8%。
國家能源集團首席科學家朱法華告訴本報記者：“20世紀中國在發電技術方面，與國外先進水平的差距約20年—50年，到21世紀，中國的技術水平己超越發達國家。但我國富煤貧油少氣的資源稟賦決定了煤炭的主體能源地位。我國能源領域碳排放占全國總量的80%以上，電力碳排放在能源行業中的占比超40%，且絕大部分來源于煤電。
目前，中國電力的碳足跡仍相對較高，為632克/千瓦時，美國約為398克/千瓦時。”
“在‘雙碳’目標下，為確保全社會如期達峰，亟需通過源端減碳、末端固碳等技術方式進一步推動煤電低碳轉型。可以說，煤電低碳化改造建設，既是推動煤電行業轉型升級、發展新質生產力的應有之義，又是支撐實現碳達峰碳中和目標的必然選擇。”張琳說，在資金支持、政策支撐、優化電網調度等多角度保障下，煤電低碳改造示范項目將如期推進，煤電廠可優選農業廢棄物或沙生植物豐富區域開展生物質摻燒改造。
我國生物質利用率尚不足15%，應用發展市場潛力大
根據《方案》，煤電機組低碳化改造的方案主要有三個途徑。第一是生物質摻燒，第二是綠氨的摻燒，第三是應用CCUS技術。
在研討會上，多位專家均認為，“從三種改造方式來看，生物質摻燒技術是最可行、最成熟、成本最低的方式”。
史立山表示：“目前，我國生物質資源利用率尚不足15%，發展空間很大。”
“我國生物質資源年產量為34.94億噸，其中包含約10.5億噸農林生物質資源，折合4.6億噸標準煤。”據中國質量認證中心研究員張麗欣介紹，在我國所有生物質資源中，動物糞便主要通過發酵做飼料，廢棄油脂則作為生物柴油的原料，秸稈林業剩余物能源化利用率比較低，特別是林業廢棄物能源化利用率市場不足3%。
但從另一個角度看，在我國東北等產糧區域，每年的秸稈焚燒屢禁不止，成為環境污染治理的一大難題，如果因為煤炭摻燒生物質而建立起一套秸稈處置利用系統，在減碳的同時，也能有效保護當地的生態環境。
根據《方案》，改造建設后的煤電機組應具備摻燒10％以上生物質燃料能力，是基于燃料熱量占比的10%，即煤電機組實際發電消耗總熱量的10%。
根據西安交通大學在2x660兆瓦火電機組所做的實驗結果，如果2x660兆瓦火電機組摻燒熱量達到17.5%的話，每年可以減少碳排放量約77.25萬噸，按照這個數據推算，如果2023年所有裝機煤電機組按照17.5%的比例摻燒，不考慮生物質充分性，大概每年由此帶來的減排量約為6.8億噸。
“生物質的總熱值大概在每公斤2800—4500大卡，部分資源的熱值能達到4500大卡，遠遠高于大多數褐煤，所以其替代潛力也較大。” 張麗欣說。
“不過，我們要清醒地看到，目前，國內摻燒技術的成熟度、經濟性還有待提高，而且在已有的生物質發電廠和垃圾焚燒發電廠的競爭下，可能會進一步帶來原料競爭等一系列急需解決的問題。”史立山說，“尤其是煤電企業在組織生物質燃料方面須提高管理水平，根據所在地區的資源稟賦和機組實際情況，因地制宜選材、結合實際摻燒，在保障原料供給有力、現有設備運行穩定的前提下，穩妥有序降低碳排放水平，蹄疾步穩推進綠色發展。”
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