分布式生物質(zhì)直燃供熱技術在新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)應用的可行性分析

宋宏升

(北京燃氣能源發(fā)展有限公司，北京 朝陽 100101)

0 引言

目前全球能源緊缺和環(huán)境污染等問題日益加重，開發(fā)利用新能源已經(jīng)成了緊迫課題[1]。生物質(zhì)燃料具有可再生、來源廣泛、成本低廉、燃燒有害氣體少等優(yōu)點，在新能源燃料中占據(jù)了重要的地[2-3]。生物質(zhì)能是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，是以生物質(zhì)為載體的能量[4]。生物能資源具有可再生和環(huán)境友好的雙重屬性，現(xiàn)已成為新疆能源發(fā)展的重要組成部分[5]。我國是世界秸稈產(chǎn)量第一大國[6]，新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)的棉花、果樹等生物質(zhì)秸稈資源豐富。尤其是對于資源最豐富的棉花秸稈處置, 由于棉花秸稈中含有豐富的氮、磷、鉀等多種微量元素，可直接還田作有機肥使用[7]，因此目前更多的是進行粉碎還田,這雖避免了秸稈焚燒的空氣污染,在一定程度上起到了培肥農(nóng)田地力的作用,但未能充分體現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)保效益。棉花秸稈主要化學成分為木質(zhì)素、纖維素和半纖維素,還含有單寧、果膠素、有機溶劑抽取物(包括樹脂、脂肪、蠟等)、色素及灰分等少量組分,是一種資源量巨大的可再生資源[8]。通過生物質(zhì)的合理綜合利用不僅可以促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展,還能夠解決當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境改善問題，因此生物質(zhì)能源的合理利用受到了越來越多的關注?！懊焊纳镔|(zhì)”是繼“煤改天然氣”之后，清潔能源替代煤炭供熱的第二條道路[9]。在煤改生物質(zhì)將成我國清潔供熱的重要戰(zhàn)略趨勢下，生物質(zhì)燃料供熱在新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)逐步替代目前燃煤供熱的發(fā)展可行性亟待研究。

新疆地區(qū)作為我國重要的煤炭產(chǎn)區(qū)，煤炭資源豐富且價格低廉，因此新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)現(xiàn)階段的熱電聯(lián)產(chǎn)及發(fā)電機組均采用燃煤作為一次能源。根據(jù)新疆自治區(qū)節(jié)能監(jiān)察總隊聯(lián)合新疆電力科學研究院于2016年8月1日—8月28日對全疆單機容量125 MW及以上常規(guī)燃煤發(fā)電機組、熱電聯(lián)產(chǎn)機組所開展的能效對標情況所完成的《新疆燃煤發(fā)電機組能效對標情況通報》(新經(jīng)信環(huán)資〔2016〕625號)中明確指出了新疆地區(qū)電力供需矛盾突出，發(fā)電裝機容量增長與電力需求增長不匹配，發(fā)電機組運行小時數(shù)減少，平均負荷率較低，嚴重影響了發(fā)電機組能效水平的提高，這種現(xiàn)象在公用電廠尤為突出。結合實地調(diào)研，烏蘇、奎屯區(qū)域的常規(guī)燃煤發(fā)電機組、熱電聯(lián)產(chǎn)機組在供暖季時，其發(fā)電負荷僅能開機60%左右，在這種情況下，生物質(zhì)電廠的上網(wǎng)小時數(shù)也難以得到滿負荷保證，相應的熱輸出能力也會受到影響，在一定程度上會影響供熱的穩(wěn)定性，特別是在胡楊河市建設規(guī)模逐漸增大以后，這種情況會更加明顯；即使在新疆生產(chǎn)建設兵團電網(wǎng)中，在用電量增速較緩的情況下，也會出現(xiàn)生物質(zhì)電廠與錦疆電廠、錦龍電廠爭奪上網(wǎng)小時數(shù)的情況。因此，生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)技術在新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)的發(fā)展暫不具備發(fā)展條件，結合目前新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)的現(xiàn)狀供熱價格為以燃煤價格為計算基礎的22元/m2，目前生物質(zhì)成型顆粒達到了950～1 000元/t的價格，且散料加工成成型燃料從本質(zhì)上僅是生物質(zhì)資源改變外形和狀態(tài)的物理變化。而對于需求量巨大且靠近原料產(chǎn)地的項目，相比于采購成型燃料，就地取材使用散料不失為最為經(jīng)濟、實用的辦法，由此節(jié)省的費用將大于散料防塵等環(huán)保處理的開支，因此現(xiàn)階段不適宜將生物質(zhì)成型顆粒作為供熱燃料。

生物質(zhì)直燃供熱技術是指以生物質(zhì)為燃料，通過直接燃燒進行供熱，相對于生物質(zhì)成型顆粒來說燃料成本較低。由于生物質(zhì)原料的能源密度較低，單位面積土地上的生長量、收集量、可利用量相對有限。項目燃料收購半徑造成運輸成本主導生物質(zhì)燃料成本，采用分布式能源生產(chǎn)模式，生物質(zhì)燃料收購半徑縮短可大幅度降低燃料成本，提高了生物質(zhì)供熱項目效益，該種模式值得進一步探索并推廣。

本文結合新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)棉花秸稈資源儲量、相關政策、生物質(zhì)直燃供熱技術的發(fā)展現(xiàn)狀及系統(tǒng)經(jīng)濟性等內(nèi)容，對分布式生物質(zhì)直燃供熱技術目前在新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)的應用可行性進行分析，為該技術在新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)的發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)發(fā)展分布式生物質(zhì)供熱技術的資源條件

兵團作為我國重要的棉花生產(chǎn)基地，棉花產(chǎn)業(yè)是兵團的支柱產(chǎn)業(yè)，種植區(qū)域覆蓋南疆、北疆、東疆，其中北疆地區(qū)主要位于天山北麓平原，西起博爾塔拉河東南，東至瑪納斯河流域西；南疆棉區(qū)環(huán)塔里木沙漠，分布于塔里木盆地周圍的各平原綠洲，棉區(qū)主要集中在孔雀河、阿克蘇河、和田河流域及塔里木河流域；東疆棉區(qū)主要位于新疆東部哈密盆地的周圍[10]。

從整個生產(chǎn)建設兵團來看，2017年棉花種植總面積達到了62.7億 m2，其中第八師19億 m2，第七師9億 m2，第五師4億 m2，棉花秸稈資源非常豐富。

2 新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)發(fā)展分布式生物質(zhì)供熱技術的政策分析

2017年12月國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《關于促進生物質(zhì)能供熱發(fā)展的指導意見》明確提出，生物質(zhì)2020年直接替代燃煤3 000萬 t，并將生物質(zhì)能供熱與治理散煤、“煤改氣”、“煤改電”等一起納入各級能源主管部門的工作部署和計劃。

目前，“推進以農(nóng)林生物質(zhì)散料為燃料的生物質(zhì)鍋爐示范建設，提高環(huán)保排放水平”已經(jīng)寫進《關于促進生物質(zhì)能供熱發(fā)展的指導意見》，人性化的靈活發(fā)展思路日益明確，但《關于促進生物質(zhì)能供熱發(fā)展的指導意見》中鼓勵發(fā)展的生物質(zhì)能開發(fā)技術，主要是生物質(zhì)電熱聯(lián)產(chǎn)和生物質(zhì)鍋爐供熱，其中后者又包括生物質(zhì)成型燃料和生物質(zhì)燃氣兩個發(fā)展方向，生物質(zhì)散料燃料則基本沒有獲得政策支持。

3 新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)發(fā)展分布式生物質(zhì)供熱技術的經(jīng)濟性分析

本文以新疆擬規(guī)劃建設的與新疆生產(chǎn)建設兵團第七師實行師市合一管理體制直轄縣級市——胡楊河市為例，進行分布式生物質(zhì)供熱技術的經(jīng)濟性分析計算。目前該地區(qū)的供熱均采用燃煤鍋爐，目前供熱價格為以燃煤價格為計算基礎的22元/m2，隨著環(huán)保壓力逐步加大，燃煤改清潔能源將成為必然趨勢，該地區(qū)豐富的棉花秸稈資源可為生物質(zhì)直燃供熱提供了充足的燃料保障，胡楊河市總供熱面積65.5萬 m2，單位面積供熱負荷指標為70 W/m2，供熱季長達6個月，年供熱總天數(shù)為182 d，每天供熱時段為全天24 h，設計日最大熱負荷為45.85 MW，單位面積年耗熱量為0.66 GJ/(m2·a)。選用5臺16 t/h鏈條爐排熱水鍋爐(4用1備)，供熱介質(zhì)為130/80 ℃高溫熱水，總裝機容量56 MW。

3.1 基礎計算參數(shù)

棉花秸稈原料價格和峰谷電價制約著分布式生物質(zhì)直燃供熱技術的成敗與否，影響著系統(tǒng)的運行策略。表1為與新疆生產(chǎn)建設兵團第七師所確定的峰谷電價，與新疆生產(chǎn)建設兵團第七師所確定的棉花秸稈收購價格為120元/t，棉花秸稈熱值按新疆建設兵團棉桿樣本實際實驗熱值15 566.522 4 kJ/kg進行計算。

表1 峰谷電價Table 1 Peak valley electricity price

3.2 總投資

系統(tǒng)總投資構成如圖1所示，系統(tǒng)主要構成及總投資計算原則分別如表2、3所示。

圖1 系統(tǒng)總投資構成Fig.1 System total investment composition

項目數(shù)值生物質(zhì)鍋爐總裝機規(guī)模/(t·h-1)80機房土建面積(含料倉、通風、消防、給排水等附屬系統(tǒng))/m23150

表3 投資測算原則Table 3 Calculation principle of investment

根據(jù)前述系統(tǒng)主要投資構成、投資測算原則進行系統(tǒng)總投資測算，結果如表4所示。

表4 系統(tǒng)投資Table 4 System investment

3.3 運行費用及收入

系統(tǒng)運行成本構成如圖2所示。根據(jù)前述系統(tǒng)運行成本主要構成、項目面積及供熱能耗等數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)運行成本和收入測算，結果如表5所示。

圖2 系統(tǒng)運行成本構成Fig.2 System operation cost composition

項目數(shù)值系統(tǒng)運行成本/(萬元·a-1)1168.17折舊成本/(萬元·a-1)209.66能源成本/(萬元·a-1)605.81管理成本/(萬元·a-1)62人工成本/(萬元·a-1)124維修維護成本/(萬元·a-1)166.70營業(yè)收入/(萬元·a-1)1296.9

3.4 財務經(jīng)濟性分析

基于以上數(shù)據(jù)，進行項目的稅后動態(tài)投資回收期、稅后投資財務內(nèi)部收益率(internal rate of return, IRR)的計算分析，結果如表6所示。

表6財務經(jīng)濟性分析結果
Table6Resultsoffinancialandeconomicanalysis

項目數(shù)值稅后動態(tài)投資回收期/a13.44IRR/%4.38

圖3 NPV隨運行年限變化趨勢Fig.3 Trend of NPV with years of operation

進一步對于項目財務凈現(xiàn)值進行分析，系統(tǒng)的壽命周期為20 a，折現(xiàn)率取10%，繪制的20 a凈現(xiàn)值(net present value, NPV)變化趨勢圖如圖3所示。由圖3可知，系統(tǒng)第14 a才可收回投資成本，運行期最后第20 a的項目累計所得稅后財務NPV為2 330萬元。由以上數(shù)據(jù)可知，在新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)目前以燃煤價格為計算基礎的22元/m2供熱價格以及無相關針對性實際補貼政策的條件下，即使棉花秸稈的收購價僅為120元/t，分布式生物質(zhì)直燃供熱技術項目的投資經(jīng)濟性依然欠佳。

4 新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)發(fā)展分布式生物質(zhì)供熱技術的風險及建議

4.1 風險分析

1) 鍋爐實際運行效率需要廠家承諾并簽入技術協(xié)議中，且生物質(zhì)燃料熱值要穩(wěn)定、有保障。

2) 項目收費率的保障對項目的經(jīng)濟性影響很大，因此需要采取措施使其得以保障，可考慮采用由物業(yè)代收等方式來提高收費率。

3) 生物質(zhì)燃料價格風險：預先談好的生物質(zhì)燃料價格，后期項目運行過程中農(nóng)戶坐地起價，還會摻入雜質(zhì)，燃料價格無法鎖定，導致項目成本不斷提高，無法控制，經(jīng)濟性遠不如預期，甚至虧損嚴重這也是項目的最大風險。

4.2 發(fā)展建議

1) 制定有針對性的補貼政策。

完善支持政策，盡快形成生物質(zhì)能政策體系。生物質(zhì)能開發(fā)利用政策尚比較零散，除了《關于促進生物質(zhì)能供熱發(fā)展的指導意見》中提到的“生物質(zhì)能供熱在鍋爐置換、終端取暖補貼、供熱管網(wǎng)補貼等方面享受與‘煤改氣’、‘煤改電’相同的支持政策”，以及適當?shù)耐恋貎?yōu)惠、稅收優(yōu)惠政策之外，還需要針對產(chǎn)業(yè)特點與發(fā)展現(xiàn)狀，整體布局生物質(zhì)能政策體系，對生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)鏈條中的原料收集、加工轉化、運輸、工程建設等各環(huán)節(jié)出臺更具針對性的扶持措施。

2) 因地制宜發(fā)展。

充分結合當?shù)氐纳镔|(zhì)資源儲量及分布以及能源需求等情況進行綜合考慮，進行生物質(zhì)供熱項目的布局。

3) 簽訂詳細的合同，明確三方責任和義務，保障三方利益，實現(xiàn)控制生物質(zhì)原料價格及穩(wěn)定供應。業(yè)主、當?shù)鼐用窕蜣r(nóng)戶、經(jīng)紀人是原料收集的重要三方。業(yè)主委托經(jīng)紀人向當?shù)鼐用窕蜣r(nóng)戶收購原料，不能隨意終止收購行為，收購原料應確定收購價格及收購量；農(nóng)民出售作物秸稈不能隨意漲價。三方責任、義務明確，利益以合同的形式受到法律保護，從而規(guī)范和穩(wěn)定項目原材料供應市場，確保項目順利實施。

5 結論

新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)棉花秸稈等生物質(zhì)資源豐富，且當?shù)赜休^大而且穩(wěn)定的冬季采暖熱負荷需求；而目前的生物質(zhì)處理方式未能充分體現(xiàn)生物質(zhì)資源的經(jīng)濟和環(huán)保效益，且隨著當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境改善及清潔供熱需求的日趨強烈，利用當?shù)厣镔|(zhì)資源優(yōu)勢發(fā)展生物質(zhì)清潔供熱將是一種趨勢。但由于一方面目前該地區(qū)的供熱價格均為采用燃煤價格為計算基礎，因此價格較低；另一方面由于缺乏有針對性的補貼及相關扶持性政策支持以及生物質(zhì)燃料價格風險較大，而導致生物質(zhì)清潔供熱目前在新疆生產(chǎn)建設兵團地區(qū)的經(jīng)濟性依然欠佳。