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1生物质能热电联产项目设计有关问题的探讨By于国续2017年4月前言本文所涉及的生物质能仅限于秸秆，即称之谓硬质和软质秸秆（主要包括农作物秸秆、林业三剩物、粮食加工废弃物玉米芯稻壳等），热电联产是指利用直燃秸秆进行发电供热的活动。以生物质能为燃料的热电联产项目，不同于常规化石燃料的项目，对于生物质能热电联产项目的设计，涉及到项目规模、机组选型、接入系统、辅助生产系统等问题，在相应的标准和规范中，一些原则并不明确，为此在设计中，因理解的差异，观点各有不同。在设计评审时，专家可能提到一些意想不到的问题，令设计单位措手不及。本文根据个人对有关问题的理解和工程实践，提出生物质能热电联产项目设计的一些原则，可用于编写相关专题论证的参考材料，作为引玉之砖，不当之处，敬请批评指正。1、政策依据1）中华人民共和国电力法（2015年修正）2）中华人民共和国可再生能源法（修正），2009年12月26日3）《关于建立煤电规划建设风险预警机制暨发布2019年煤电规划建设风险预警的通知》国能电力〔2016〕42号）4）《小型火力发电厂设计规范》（GB50049-2011）5）《秸秆发电厂设计规范》（GB50762-2012）6）国家发展改革委、建设部关于印发《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》的通知（发改能源[2007]141号）7）《热电联产项目可行性研究技术规定》及修改条文（2001年）8）国家发展改革委、能源局、财政部、住建部、环保部联合印发了关于印发《热电联产管理办法》的通知（发改能源[2016]617号）9）《关于加强和规范生物质发电项目管理有关要求的通知》（发改办能源[2014]3003号）10）国家发展改革委关于印发《可再生能源发电全额保障性收购管理办法》的通知（发改能源[2016]625号）211）《分布式发电管理暂行办法》（发改能源[2013]1381号）12)《国家能源局综合司关于开展生物质热电联产县域清洁供热示范项目建设的通知》（国能综通新能﹝2017﹞65号）2、生物质能热电联产的产业政策和行业准入2.1相关产业和准入政策摘要1）热电联产项目可行性研究技术规定（国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部文件计基础[2001]26号）“1.2本技术规定主要适用于以煤为燃料的区域性热电厂和企业的自备热电站，以及凝汽式发电机组改造为供热式机组的工程项目。”“1.4各类热电厂应符合下列指标：1.4.1常规燃煤热电厂：1.4.1.1全厂年平均总热效率大于45%；1.4.1.2全厂年平均热电比应符合下列要求：（1）单机容量为1.5～25MW的供热机组，其年平均热电比应大于100%；（2）单机容量为50、100、125MW的供热机组，其年平均热电比应大于50%；（3）单机容量为200、300MW的供热机组，其在采暖期的平均热电比应大于50%。”2）《关于发展热电联产的规定》（计基础[2000]1268号）（已废止）常规燃煤热电厂指标要求同计基础[2001]26号3）国家发展改革委、建设部关于印发《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》的通知（发改能源[2007]141号）第十四条在电网规模较小的边远地区，结合当地电力电量平衡需要，可以按热负荷需求规划抽凝式供热机组，并优先考虑利用生物质能等可再生能源的热电联产机组；限制新建并逐步淘汰次高压参数及以下燃煤（油）抽凝机组。“第二十条国家支持利用多种方式解决中小城镇季节性采暖供热问题，推广采用生物质能、太阳能和地热能等可再生能源，”4）关于印发《热电联产管理办法》的通知发改能源〔2016〕617号对规划新建2台30万千瓦级抽凝热电联产机组釆暖期热电比应不低于80%。对燃气-蒸汽联合循环热电联产项目釆暖型联合循环项目供热期热电比不3低于60%，供工业用汽型联合循环项目全年热电比不低于40%。5）《国家能源局综合司关于开展生物质热电联产县域清洁供热示范项目建设的通知》（国能综通新能﹝2017﹞65号）示范项目以民用采暖为主的，县域采暖面积不小于20万平方米，单个乡镇（或独立的工商业设施等）暖面积不小于2万平方米，采暖季热电比不小于100%；以工业热负荷为主的，年平均热电比不小于100%；2.2生物质能热电联产项目的准入2.2.1准入政策的解析1）《联产项目可行性研究技术规定》主要适用于以煤为燃料的区域性热电厂和企业的自备热电站，以及凝汽式发电机组改造为供热式机组的工程项目。生物质能热电联产项目不属于“以煤为燃料的热电厂”，故规定的准入条件不适用于生物质能热电联产项目。2）按《关于发展热电联产的规定》，已废止。3）按发改能源[2007]141号，国家支持利用多种方式解决中小城镇季节性采暖供热问题，推广采用生物质能、太阳能和地热能等可再生能源，但无量化的准入条件。4）按最新2016年的《热电联产管理办法》，涉及准入条件，除对规划新建2台30万千瓦级抽凝热电联产机组釆暖期热电比提高了30个百分点外，对于其它规模的热电联产项目的准入条件未提及。5）《国家能源局综合司关于开展生物质热电联产县域清洁供热示范项目建设的通知》的规定，是申报示范项目的条件，不是行业准入的条件。由上可见，对于燃用生物质能的热电联产项目目前尚无相应的准入政策。2.2.2准入政策的运用政府核准生物质能热电联产项目时，要求在项目申请报告中对生物质能热电联产项目的产业政策和行业准入进行论证。生物质能热电联产项目具有生物质能利用和热电联产双重属性。根据以上分析，对于燃用生物质能的热电联产项目目前尚无相应的准入政策，现有准入条件上暂无明确的适用标准。作为生物质能利用，由于生物质能项目是国家鼓励、支持和推广的项目，并4通过可再生能源法，在法律层面上认定其符合准入条件。作为热电联产项目，在工程设计实践中，由于燃用的是生物质和机组选型的限制，难以满足以煤为燃料的常规热电联产项目准入指标。为此，在判断项目是否符合产业政策和满足行业准入时，如果生物质能热电联产项目可满足常规热电联产的效率和热电比指标，则可作为比照标准引证；如不满足，应首先从生物质能利用的产业政策上分析其符合产业政策和准入条件，不应以不符合常规热电联产的准入条件为由予以否定，3生物质能热电联产项目的主要设计数据3.1发电年利用小时和年发电量项目的年发电量等于项目额定发电功率与年利用小时数的乘积。火电机组年平均设备利用小时=8760h）×设备可用率%×火电机组年负荷率%×（1-负载、事故备用率%）。目前，电力网装机容量过剩，负载率较低，设备利用小时偏小，部分地区甚至不到4000小时。常规的热电联产项目，采暖期发热定电，发电设备利用小时稍高于凝汽式项目。目前设计年利用小时数按5000~5500小时控制。生物质能热电联产项目年发电设备利用小时数的确定的原则不同于常规项目。从生物质能替代化石燃料减少温室气体排放的愿望出发，最大限度的利用生物质能资源应是一个重要原则，即只要设备可用和生物质燃料供应充足，就要全力发挥设备的能力发电，即使在采暖季，也不以热定电方式运行，而是热电兼顾。根据“国家实行可再生能源发电全额保障性收购制度”，所发电力不受限制。为此在确定发电设备利用小时数时，只考虑设备可用率，即扣除计划仃机和非计划仃机时间。负荷率主要受燃料供应情况影响，如运输和收贮的波动等。为此，生物质能热电联产项目年发电设备利用小时数远高于常规的热电联产项目。根据目前运行的生物质热电联产项目，扣除计划仃机和非计划仃机时间设备可用率可达90%以上，负荷率主要受燃料供应情况影响，也可达90%以上。设计在计算项目年发电量的发电设备的年利用小时一般取7000~7500小时较为适宜。3.2年供热量5生物质热电联产项目的热化系数一般为1，年供热量按机组的最大供热能力和设计热负荷持续曲线计算确定。当热化系数小于1时，按相应的热负荷持续曲线计算。3.3热电比热电联产项目热电比是年供热量与年发电量之比。由3.1可知，同等规模的生物质能热电联产项目年发电量要高于常规热电联产项目，年供热量与项目的热负荷有关，其热电比一般要小于常规热电联产项目。3.4统计资料生物质能热电联产项目的热效率、热电比的统计详见下表：名称安广乾安镇赉扶余前郭蛟河榆树规模t/hMW1×130+1×301×130+1×301×150+1×303×75+3×123×75+3×122×30+2×1201×130+1×30燃料及热值MJ/kg玉米、水稻秸秆和稻壳12.25玉米秸秆12.25秸秆、稻壳、牛粪和林木13.93秸秆、稻壳及花生壳11.83玉米秸秆、稻壳、花生壳13.77秸秆和林业废弃物14.24玉米秸秆11.82年耗燃料量104t20.6722.328.1823.0445.0821.9发电煤耗g/kWh309309328376340328328供热煤耗kg/GJ40.5641.0844.154142.1841厂区占地hm27.959.8710.056.075.37.73冷却塔及通风方式机力机力2000m2自然机力1000m2自然2×750m2自然1000m2自然年补水量104m37779848652.397静态投资万元28968270341986026142323935281026985发电设备年利用小时h7000700080006500650075007000供热面积104m2111.811019020013010380供热方式低真空低真空低真空低真空+抽汽低真空+抽汽低真空？低真空热化系数1111111年均热效率%48.54559.1248.0954.553.848年均热电比%80.481.3145157.61469568.4热价元/GJ30.262930.2633.23326由上表可见，由于热电联产，减少了冷源损失，项目的热效率通常都可达到45%以上。热电比在68~158%，热电比超过100%的项目，其发电设备年利用小时为6500小时，供热面积明显较大。4、燃料供应与燃料特性根据秸秆发电厂设计规范，生物质能项目的燃料是指秸秆和辅助燃料。秸秆，指农作物收获籽实后的剩余部分和枝状林作物的统称，包含硬质秸秆和软质秸秆，辅助燃料指农林作物的籽实外壳和木屑等碎料。本部分的内容主要针对秸秆。4.1资源量4.1.1资源量的调查与评价秸秆资源是生物质热电联产项目建设规模的前提条件。在生物质热电项目建设之前，准确掌握拟建项目的资源状况十分重要。要通过深入调研，搞清楚拟建项目当地的资源分布状况、可利用生物质量、气候特点、收集的难易程度、运输状况、劳动力情况以及潜在的竞争对手。生物质原料的收集受气候影响和地域限制，有些地区根本不适于建设生物质发电项目，为了确定项目的建设规模和保证日后秸秆供应的可靠性，减少投资风险，项目单位需要委托有资质的单位进行秸秆资源的调查和评估，编制专题调查报告。合理的调查范围一般以电厂项目为中心，半径50km的范围内。目前农作物秸秆资源调查主要依据《农作物秸秆资源调查与评价技术规范》（NY/T1701-2009）和国家能源局可再生能源司的《农作物秸秆直接燃烧发电项目资源调查与评价技术规定》（试行）2009。在资源核查时，要深入乡镇、村舍，切忌搞形式主义、走过场。对农作物秸秆核查，要真正掌握各类农作物的种植面积和粮食产量，了解当地收割方式、留茬高度和秸秆的实际利用率，推算草谷比系数和项目可收集率，从而计算出可收集量。秸秆资源调查报告经专家评审和项目单位确认后，可作为设计依据。4.1.2可供资源量农作物秸秆可供资源量是指可供给项目燃用的秸秆量，由秸秆资源调查和评估确定。可供资源量按农作物秸秆可收集资源量、可获得资源量折减后获得。可收集资源量或称为理论资源量，视秸秆资源调查的方式不同，一般按单位种植面积或农作物年产量进行计算。如按种植面积调查，可收集资源量按单位种7植面积产生的秸秆量计算；如按农作物年产量调查，则根据各种农作物的草谷比计算出农作物秸秆的年产量。农作物秸秆可获得资源量是考虑扣除秸秆调查范围内农作物秸秆其它用途折减后的值。目前秸秆资源减量因素主要考虑秸秆的直接还田、农户自留和禽畜粗饲料以及作为工业原料