機(jī)組生物質(zhì)直燃耦合發(fā)電項(xiàng)目資源調(diào)查分析

文_王皓冉 王濤 國(guó)家能源費(fèi)縣發(fā)電有限公司

生物質(zhì)能被稱“綠色能源”，可以轉(zhuǎn)化為高效的固體、液體和氣體燃料，用于替代煤炭、石油、天然氣等不可再生能源。開發(fā)利用生物質(zhì)能對(duì)維護(hù)我國(guó)能源安全、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，緩解我國(guó)能源緊張的矛盾，具有十分重要的意義。

本文分析生物質(zhì)資源的供求關(guān)系以及剩余總量，并提出相應(yīng)的生物質(zhì)燃料收購(gòu)、加工、儲(chǔ)存及運(yùn)輸方案。運(yùn)用科學(xué)、規(guī)范的評(píng)價(jià)方法，對(duì)費(fèi)縣及周邊地區(qū)（包括臨沂市蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣等）的生物質(zhì)生物質(zhì)資源總量、剩余量以及能否滿足擬建項(xiàng)目每年資源的需求量做出分析，作為項(xiàng)目投資和運(yùn)營(yíng)決策依據(jù)，確保擬建項(xiàng)目安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 調(diào)查區(qū)域概況

費(fèi)縣地處沂蒙山區(qū)腹地，總面積1660.11km2，北依蒙山，與蒙陰縣、沂南縣相連；南靠抱犢崮，與蘭陵縣毗鄰；東與蘭山區(qū)接壤；西和平邑縣搭界。費(fèi)縣多山，共有大小山頭1400個(gè)，海拔高度在1000m以上的山峰有兩個(gè)，500m以上的山峰有75個(gè)。大體上分為南北兩條山脈，北條蒙山山脈和南條尼山山脈。費(fèi)縣屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。

國(guó)家能源費(fèi)縣發(fā)電有限公司（即“費(fèi)縣電廠”）位于費(fèi)縣縣城西北方向約8km，占地645畝，行政區(qū)劃隸屬費(fèi)縣費(fèi)城街道辦事處。經(jīng)對(duì)費(fèi)縣及周邊地區(qū)域內(nèi)生物質(zhì)資源量的調(diào)查和對(duì)擬建項(xiàng)目生物質(zhì)資源用量的估算，認(rèn)為資源收集范圍應(yīng)以費(fèi)縣為核心，并涵蓋周邊半徑50km范圍內(nèi)的行政區(qū)域。以便滿足擬建項(xiàng)目安全用量要求，故資源研究范圍為費(fèi)縣及周邊地區(qū)（包括臨沂市蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣等）。

2 資源研究種類

根據(jù)調(diào)查區(qū)農(nóng)林剩余物資源的品種、數(shù)量和利用現(xiàn)狀，用于本想工程的生物質(zhì)燃料品種，初步確定為林業(yè)木材加工后的樹皮、鋸末、邊角余料和小麥秸、玉米秸、玉米芯、花生秸、花生殼等農(nóng)業(yè)剩余物。經(jīng)調(diào)查了解，費(fèi)縣及周邊區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物秸稈、生物質(zhì)顆粒等生物質(zhì)資源較為豐富，目前用量較小，剩余大量的可利用資源?？紤]到收集的可能性和成本，認(rèn)為農(nóng)作物秸稈和生物質(zhì)顆粒等都可以利用，且相對(duì)成本低，可有效利用。在農(nóng)作物秸稈中玉米、小麥種植面積較大，且集中、易收集，而其他雜糧種植面積小且分散，不易收集利用。費(fèi)縣是全國(guó)三大板材基地之一，木業(yè)產(chǎn)業(yè)是其傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)，經(jīng)調(diào)研，木材加工、家具加工等行業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的鋸末、下腳料等剩余物產(chǎn)生的比例很大。

3 費(fèi)縣及周邊地區(qū)農(nóng)林生物質(zhì)資源可供應(yīng)總量調(diào)查

3.1 費(fèi)縣及周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)基本概況

根據(jù)《2020年臨沂統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)的2019年臨沂市糧食作物種植面積960萬(wàn)畝，產(chǎn)量410萬(wàn)t。其中，費(fèi)縣128.39萬(wàn)畝，蘭山區(qū)59.194萬(wàn)畝，蘭陵縣256.022萬(wàn)畝，沂南縣146.642萬(wàn)畝，蒙陰縣49.3萬(wàn)畝，平邑縣121.4235萬(wàn)畝。據(jù)統(tǒng)計(jì)年報(bào)顯示，播種小麥、玉米約占74.95%，花生約占14.17%，水稻約占10.88%。

3.2 費(fèi)縣及周邊地區(qū)生物質(zhì)資源量

3.2.1 理論資源量

(1)計(jì)算方法

秸稈量=谷草比×糧食產(chǎn)量

(2)谷草比確定

草谷比：某種農(nóng)作物單位面積秸稈產(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量的比值。

(3)主要數(shù)據(jù)來(lái)源

調(diào)查區(qū)域內(nèi)近三年主要農(nóng)作物播種面積、年產(chǎn)量。依據(jù)《2020年臨沂統(tǒng)計(jì)年鑒》提供的2019年農(nóng)業(yè)主要產(chǎn)品生產(chǎn)情況、《2019年臨沂統(tǒng)計(jì)年鑒》提供2018年的農(nóng)業(yè)主要產(chǎn)品生產(chǎn)情況、《2018年臨沂統(tǒng)計(jì)年鑒》提供的2017年農(nóng)業(yè)主要產(chǎn)品生產(chǎn)情況。區(qū)域范圍包括費(fèi)縣、蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣。

（4）主要農(nóng)作物理論資源量

取2017、2018、2019三年平均值，調(diào)查范圍內(nèi)（包括費(fèi)縣、蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣）理論農(nóng)業(yè)廢棄物總量約為258.38萬(wàn)t。其中，小麥稈68.54萬(wàn)t、玉米稈108.14萬(wàn)t、玉米芯22.53萬(wàn)t、花生秧41.08萬(wàn)t、花生殼15.71萬(wàn)t、大豆秸稈2.38萬(wàn)t。

3.2.2 可收獲資源量

(1)計(jì)算方式

可收獲資源量=可收獲系數(shù)×理論資源量

一般情況下，秸稈資源可獲得量受自然、地理、氣候條件、農(nóng)民種植習(xí)慣、收獲方式、秸稈使用習(xí)慣、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、交通運(yùn)輸狀況、運(yùn)輸半徑和市場(chǎng)需求變化等多種因素的影響?？墒斋@系數(shù)主要與農(nóng)作物收獲方式有關(guān)，人工收獲系數(shù)高，機(jī)械收獲系數(shù)低?？紤]到當(dāng)前臨沂市農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，機(jī)械收獲將是農(nóng)作物主要收獲方式，故可全部按機(jī)械收獲考慮。

（2）秸稈可收集系數(shù)

按《中國(guó)秸稈資源評(píng)價(jià)與利用》取值，機(jī)械收割可收集系數(shù)。

取2017、2018、2019三年平均值，調(diào)查范圍內(nèi)（包括費(fèi)縣、蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣）可收獲農(nóng)業(yè)廢棄物總量約為217.79萬(wàn)t。其中，小麥稈41.81萬(wàn)t、玉米稈98.41萬(wàn)t、玉米芯21.85萬(wàn)t、花生秧41.08萬(wàn)t、花生殼12.57萬(wàn)t、大豆秸稈2.07萬(wàn)t。

3.2.3 可利用資源量

(1)計(jì)算方法

可利用資源量=可利用系數(shù)×可收獲資源量

可利用系數(shù)主要考慮資源在收集、運(yùn)輸、貯存等各環(huán)節(jié)的損失以及發(fā)霉變質(zhì)熱值下降等因素。

（2）可利用資源量計(jì)算

取2017、2018、2019三年平均值，調(diào)查范圍內(nèi)（包括費(fèi)縣、蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣）可利用農(nóng)業(yè)廢棄物總量約為192.99萬(wàn)t。其中，小麥稈35.54萬(wàn)t、玉米稈83.65萬(wàn)t、玉米芯21.85萬(wàn)t、花生秧41.08萬(wàn)t、花生殼8.80萬(wàn)t、大豆秸稈2.07萬(wàn)t。

3.2.4 可獲得資源量

(1)計(jì)算方法

可獲得資源量=[1-（農(nóng)民生活用量+畜牧業(yè)用量+還田用量+其他工業(yè)用）比例]×可利用資源量。

費(fèi)縣及周邊地區(qū)生物質(zhì)主要消耗除生物質(zhì)電廠摻燒以外，主要被當(dāng)做飼料及農(nóng)戶家用燃料原料，其余大部分生物質(zhì)還田處理。

（2）可獲得資源量計(jì)算

取2017、2018、2019三年平均值，調(diào)查范圍內(nèi)（包括費(fèi)縣、蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣）可獲得農(nóng)業(yè)廢棄物總量約為138.75萬(wàn)t。其中，小麥稈35.54萬(wàn)t、玉米稈50.19萬(wàn)t、玉米芯21.85萬(wàn)t、花生秧24.65萬(wàn)t、花生殼5.28萬(wàn)t、大豆秸稈1.24萬(wàn)t。

3.2.5 果樹修剪枝條可收集資源量

據(jù)臨沂市統(tǒng)計(jì)年報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2017年、2018年、2019年的年末果園面積合計(jì)大致相等，故調(diào)查范圍內(nèi)，果樹修剪枝條資源量約為17.6萬(wàn)t／a。果樹枝條一般收集后堆垛儲(chǔ)存、晾曬于田間地頭，晾曬后出售用作生物質(zhì)燃料，不能出售時(shí)則用作農(nóng)戶家用燃料。目前林業(yè)采伐剩余物中約50%做家庭用燃料，可收集資源量約8.8萬(wàn)t。

3.2.6 木材加工后可收集資源量

木業(yè)是臨沂八大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之首，現(xiàn)以蘭山區(qū)和費(fèi)縣為木業(yè)生產(chǎn)核心聚集地。全市現(xiàn)有木業(yè)企業(yè)2.1萬(wàn)余家，其中規(guī)模以上企業(yè)956家，年加工原木6900萬(wàn)m3，年加工成品板材5400萬(wàn)m3，年人造膠合板產(chǎn)量占全國(guó)1/3。經(jīng)調(diào)研，木材加工剩余物類型中60%～70%比例的鋸末用來(lái)制作生物質(zhì)顆粒，70%比例的邊角余料用來(lái)制作密度板。調(diào)查范圍內(nèi)木材加工后剩余物資源量約為555萬(wàn)t（按全市占比80%計(jì)）。

3.2.7 生物質(zhì)資源可獲得量匯總

綜合上述分析，調(diào)查范圍內(nèi)可獲得的農(nóng)林生物質(zhì)資源總量約為702.55萬(wàn)t。其中，農(nóng)業(yè)秸稈可獲得資源量為138.75萬(wàn)t，果樹修剪枝條可收集資源量為8.8萬(wàn)t，木材采伐剩余物可收集量為555萬(wàn)t。

3.3 費(fèi)縣及周邊地區(qū)生物質(zhì)顆粒資源匯總

2021年費(fèi)縣擁有木業(yè)企業(yè)6549家，依靠費(fèi)縣木材加工廢棄物及農(nóng)林廢棄物資源，費(fèi)縣及周邊地區(qū)（包括臨沂市蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣等）內(nèi)存在眾多生物質(zhì)顆粒預(yù)處理廠，為了盡可能全面深入地了解區(qū)域內(nèi)生物質(zhì)顆粒市場(chǎng)情況，調(diào)查組經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察了解，目前生物質(zhì)原料主要是廢棄建筑模板、木材加工廢棄物等，顆粒產(chǎn)品是木屑類顆粒、刨花類顆粒。生物質(zhì)顆粒加工企業(yè)較多，企業(yè)年產(chǎn)量5000t～50萬(wàn)t,所有企業(yè)均承諾如能簽訂長(zhǎng)期供貨協(xié)議，可擴(kuò)大產(chǎn)能，預(yù)計(jì)各加工企業(yè)年總加工生產(chǎn)顆粒能力可達(dá)到104萬(wàn)t（現(xiàn)有設(shè)備空置產(chǎn)能就達(dá)30萬(wàn)t）。綜上，生物質(zhì)顆?？色@得量可達(dá)到104萬(wàn)t。

4 燃料、生物質(zhì)顆粒資源競(jìng)爭(zhēng)性分析

本項(xiàng)目通過(guò)采用生物質(zhì)直燃耦合技術(shù)用于國(guó)能費(fèi)縣電廠2×650MW機(jī)組進(jìn)行3.5%生物質(zhì)比例的直燃耦合發(fā)電項(xiàng)目，該生物質(zhì)耦合發(fā)電項(xiàng)目全年可處理當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)干料10萬(wàn)t（按熱值3500kcal/kg計(jì)）或等同14萬(wàn)t熱值為2500kcal/kg的普通生物質(zhì)燃料。

4.1 農(nóng)林生物質(zhì)資源競(jìng)爭(zhēng)性分析

目前，在本項(xiàng)目100km范圍內(nèi)，有4家生物質(zhì)發(fā)電廠，分別是山東永能生物熱電有限公司、山東新天熱能有限公司、蘭陵琦泉生物質(zhì)發(fā)電有限公司、平邑魯電生物質(zhì)發(fā)電有限公司。

4家生物質(zhì)發(fā)電都是以秸稈、枝條、樹皮、廢木片等為主要燃料，年消耗生物質(zhì)量55萬(wàn)t，其燃料結(jié)構(gòu)均約為60%農(nóng)作物秸稈，40%林業(yè)剩余物，則需消耗農(nóng)作物秸稈33萬(wàn)t，林業(yè)剩余物22萬(wàn)t。4家生物質(zhì)發(fā)電年需求生物質(zhì)燃料量為66.075萬(wàn)t，燃料成分結(jié)構(gòu)配比為60%農(nóng)業(yè)作物秸稈剩余物，40%林業(yè)木材加工剩余物，消耗農(nóng)作物秸稈剩余物39.645萬(wàn)t，消耗林業(yè)木材加工剩余物26.43萬(wàn)t。

4.2 農(nóng)業(yè)秸稈可供應(yīng)量分析

本項(xiàng)目調(diào)查范圍內(nèi)，農(nóng)業(yè)廢棄物年可獲得量約138.75萬(wàn)t。扣除本項(xiàng)目周邊4家生物質(zhì)電廠秸稈資源消耗量39.645萬(wàn)t后，燃料供應(yīng)保證系數(shù)按0.3計(jì)則本項(xiàng)目調(diào)查范圍內(nèi)可供應(yīng)資源量約為29.73萬(wàn)t。

4.3 林業(yè)林業(yè)廢棄物可供應(yīng)量分析

本項(xiàng)目調(diào)查范圍內(nèi)，林業(yè)廢棄物年可獲得量約為563.8萬(wàn)t?？鄢卷?xiàng)目周邊4家生物質(zhì)電廠秸稈資源消耗量26.43萬(wàn)t后，燃料供應(yīng)保證系數(shù)按0.3計(jì)，則本項(xiàng)目調(diào)研范圍內(nèi)可供應(yīng)資源量約為161.21萬(wàn)t。

4.4 生物質(zhì)顆粒資源競(jìng)爭(zhēng)性分析

經(jīng)實(shí)地調(diào)研，目前生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品主要有木屑類顆粒、刨花類顆粒，主流產(chǎn)品為8mm直徑。木屑類顆粒熱值約為3600～4000 kcal，主要用于小型工業(yè)鍋爐（服裝廠等小型企業(yè)），用于供熱供暖；刨花類顆粒熱值約4000～4800 kcal，主要用于酒店、商店、家庭采暖。目前，費(fèi)縣及周邊范圍內(nèi)生物質(zhì)顆?？色@得量可達(dá)到104萬(wàn)t，經(jīng)調(diào)研多數(shù)企業(yè)僅在冬季采暖季才能滿負(fù)荷生產(chǎn)，并囤積部分生物質(zhì)顆粒，全年其他時(shí)間機(jī)器處于零星生產(chǎn)狀態(tài)。

費(fèi)縣及周邊范圍顆粒消費(fèi)量目前是供大于求，尤其費(fèi)縣本地有生產(chǎn)能力穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)關(guān)的規(guī)模以上企業(yè)生物質(zhì)能源加工企業(yè)數(shù)家，本項(xiàng)目占據(jù)地理優(yōu)勢(shì)，極大降低運(yùn)輸成本，如能簽訂長(zhǎng)期穩(wěn)定供貨協(xié)議，生物質(zhì)顆粒可獲取量將能得到充分保證。綜上，以費(fèi)縣為核心并涵蓋周邊半徑50km范圍內(nèi)的行政區(qū)域內(nèi)，農(nóng)林生物質(zhì)資源、生物質(zhì)顆粒資源供應(yīng)量能得到有效且充分的保證。

5 調(diào)查結(jié)果

根據(jù)調(diào)查評(píng)估，調(diào)查區(qū)域內(nèi)費(fèi)縣及周邊地區(qū)（包括臨沂市蘭山區(qū)、蘭陵縣、沂南縣、蒙陰縣、平邑縣等）主要農(nóng)林剩余物為小麥秸、玉米秸、玉米芯、花生秸、花生殼和林業(yè)采伐、木材加工產(chǎn)生的林業(yè)剩余物及木屑剩余物，可收集資源總量為702.55萬(wàn)t。其中，農(nóng)業(yè)廢棄物年可獲得量約為138.75萬(wàn)t，扣除本項(xiàng)目周邊4家生物質(zhì)電廠秸稈資源消耗量39.645萬(wàn)t后，燃料供應(yīng)保證系數(shù)按0.3計(jì)則本項(xiàng)目調(diào)查范圍內(nèi)可供應(yīng)資源量約為29.73萬(wàn)t；林業(yè)廢棄物年可獲得量約為563.8萬(wàn)t，扣除本項(xiàng)目周邊4家生物質(zhì)電廠秸稈資源消耗量26.43萬(wàn)t后，燃料供應(yīng)保證系數(shù)按0.3計(jì)，則本項(xiàng)目調(diào)研范圍內(nèi)可供應(yīng)資源量約為161.215萬(wàn)t。供應(yīng)季節(jié)分散、均勻，可持續(xù)、穩(wěn)定滿足電廠燃料的供應(yīng)。

項(xiàng)目建成投產(chǎn)后利國(guó)利民，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益的有機(jī)統(tǒng)一，能大大的增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入，且能減少農(nóng)林廢棄物，具有極強(qiáng)的民生意義和極大的經(jīng)濟(jì)效益。