小型生物质直燃发电工程及其效益分析

1、第28卷第12期水利电力机械Vo.l 28 No .12 2006年12月WATER CO NSERV ANC Y &EL ECT R I C PO WER MAC H I NERYDec .2006小型生物质直燃发电工程及其效益分析A s mall 2scale bio mass co mbusti o n generation project and its benefits analysis 陈立民,徐征,张贵山,赵碧光,朱春C HEN L i 2m in ,X U Zheng ,Z HANG Gui 2shan ,Z HAO B i 2guang ,Z HU Chun(中国电力科学研究

2、院,北京 100085(Chi na E lectric Po wer R esearch Institute ,B eiji ng 100085,China摘 要:介绍了生物质直燃发电的生产过程和主要生产系统;以1500k W 生物质直燃发电工程为例分析了小型生物质直燃发电的效益;生物质分布较分散难以集中大规模利用的偏远地区及粮食加工、造纸和制糖等农产品加工企业利用废渣废料兴建小型生物质直燃发电厂具有可观的经济效益和广阔的发展前景。关键词:生物质;直燃发电;燃料供应;发电成本;效益分析中图分类号:TK6 文献标识码:A 文章编号:1006-6446(200612-0001-04Ab stra

3、 ct :B io m ass co mbustio n generatio n process and t he ma j or genera ti on system s are i ntro duced .A 1500k W bio 2m ass co mbusti on generati on project is taken as an examp l e f or the po wer generati on benefit ana l ysi s .It has consi der 2ab le econo m i c benefits and broad prospect in

4、 t he re m ote area where the b i o mass is t oo d i spersi ve to be large-scale used .F ar m pro ducts process i ng corporatio n ,such as gra i n process i ng corporatio n ,paper m ill and sugar refi nery can get obvi ous benefit and qu iet great deve l op m ent by bu ildi ng s m all-sca l e bio m

5、ass co mbusti on generati on usi ng waste as fue l supply .K ey w or ds :b i o m ass ;co m busti on generati on ;f ue l supp l y ;generati on cost ;analysis of econo m i c benefits 收稿日期:2006-07-11作者简介:陈立民(1975-,男,辽宁辽中人,中国电力科学研究院工程师,主要从事电力系统及分布式发电方面的研究工作。0 引言能源与环境都是关系国计民生的大事。我国能源短缺,环境污染日益严重,国家各级政府和有关

6、部门都十分重视利用生物质能、风能、太阳能等可再生能源发电。我国生物质资源丰富,生物质发电前景广阔。生物质发电技术主要有直接燃烧发电、混合燃烧发电、热解气化发电和沼气发电。利用生物质直接燃烧发电技术建设大型直燃并网秸秆发电厂,规模大、效率高、效益好。目前,我国有10多个大型秸秆发电厂已开工建设,几十个正在报批核准,数百个正在布点。但是,目前我国农业现代化水平不高,大规模现代化农场不多,大部分农村的农业发展模式仍是单户独产的家庭式操作模式或中小规模的承包经营。一般情况下,秸秆等农业废弃物比较分散,因此,对于偏远地区农民居住分散,秸秆等农业废弃物难以大规模集中利用的地方,也可以因地制宜的建设小型生物

7、质直燃发电厂,为农村供电。有些粮食加工厂,造纸厂、制糖厂也可以利用谷壳、废渣、废料为燃料,兴建小型生物质直燃发电厂作为企业的自备电源。1 生物质直燃发电生产过程及主要生产系统1.1 生物质直燃发电生产过程生物质直接燃烧发电的生产过程是:生物质燃料在特定的蒸汽锅炉中直接燃烧产生蒸汽,驱动汽轮机,带动发电机发电。生物质直接燃烧发电生产过程如图1所示。图1 生物质直接燃烧发电生产过程图#2#水利电力机械2006年12月 表1 生物质原料价格测算表发电规模/MW12510102020计算依据原料供应规模/(万t/年151020干物质平均收集范围/km30%生物质产量计算原料基

8、本费用/(元/t100100100100直接向农户收购价收集及搬运费/(元/t40404040收集与搬运的人工费运输费/(元/t 10152025每增加1km 增加1元/t 储存管理费/(元/t 10152025管理费主要考虑规模与储存时间等的关系综合成本/(元/t 1601701801901.2 生物质直燃发电主要生产系统生物质直接燃烧发电主要生产系统包括燃烧系统、汽水系统和电气系统。1.2.1 燃烧系统生物质直燃发电燃烧系统由锅炉的燃烧部分、生物质加工及传输系统和除灰、除尘及除渣等部分组成,如图2所示。图2 生物质直燃发电燃烧系统1.2.2 汽水系统生物质直燃发电汽水系统由锅炉、汽轮机、凝

9、汽器、给水泵以及化学水处理和冷却水系统组成,如图3所示。图3 生物质直燃发电汽水系统1.2.3 电气系统生物质直接燃烧发电电气系统由发电机、变压器、高低压配电装置等组成,如图4所示。上述生产系统除燃料和燃烧系统与一般火力发电厂略有不同外,其余汽水系统及电气系统均与一般火力发电厂相同。1.3 生物质燃料供应生物质燃料来源的可靠性及收购成本是影响建设生物质发电厂的前提条件和决定电厂效益的关键因素。生物质原料的综合成本与发电规模及生物质收集范围、运输费、存储管理费等有关,生物质原料价格测算见表1。图4 生物质直燃发电电气系统2 1500k W 生物质直燃发电厂2.1 厂址选择生物质能发电厂选址的基本

10、条件:(1尽量靠近出产秸秆地带的中心位置,以减少大量运送秸秆的费用。(2交通方便。(3尽量靠近并网变电所,以减少接入系统投资。(4具有一定的水源条件,便于取水净化后供发电厂工业用水。(5工程地质较好,无文物和地下矿藏,能满足发电厂厂房设施对地基的要求。(6不受洪涝灾害的影响。2.2 生物质燃料供应1500k W 生物质直燃发电厂,按年运行5000h 计算,年发电量750万k W #h ,扣除电厂自身用电,年上网电量约680万k W #h 。生物质能发电厂以秸秆或造纸厂芦苇渣等农林废弃物为原料,每年消耗秸秆等生物质1.2万t 左右。秸秆收购半径应控制在10k m 以内(最好在5km 以内。2.3

11、 主要设备选型1500k W 生物质直燃发电厂,由1台10t/h 生物质锅炉和一台1500k W 凝气式汽轮发电机组构成。发电厂接入电力系统并网运行。(1锅炉选型。根据我国的生产制造能力以及已投运秸秆发电锅炉近年运行情况的调查,认为配 第28卷第12期陈立民,等:小型生物质直燃发电工程及其效益分析#3#套1500k W汽轮发电机选择10t/h秸秆锅炉是合适的,该锅炉的性能如下:蒸汽流量10t/h蒸汽压力锅炉出口处为9MPa蒸汽温度锅炉出口处为540e锅炉效率91%秸秆消耗量2.4t/h左右(2汽轮机选型。汽轮发电机组应选用国产系列产品,与锅炉配套的1500k W的国产凝气式汽轮机,其性能如下:

12、额定进汽压力8.83MPa额定进汽温度535e额定功率1500k W(3发电机选型。型号QF-25-1额定功率1500k W额定电压10kV额定转速3000r/m i n功率因数0.82.4投资估算(1主体设备。10t/h锅炉本体50万元,锅炉辅机系统70万元;1500k W汽轮机及其辅机系统200万元;1500k W发电机组及其保护控制设备80万元。以上主体设备总计约400万元。(2升压联网供电系统总计70万元。(3土建部分包括征地款(13333.4m260万,基建费用100万元,总计160万元。(4设计、安装、调试以及培训费40万元。以上总计670万元,单位投资4500元/k W。2.5劳

13、动组织及定员生物质能发电厂生产人员按3班运行制配备,机、炉、电运行定员36人,具体岗位及人员配备情况见表2。表2岗位表岗位人员岗位人员汽机6小修3锅炉6行政管理2电气3技术人员4燃料9后勤32.6发电成本发电成本由燃料费、水费、材料费、工资及福利、检修维护费、设备折旧及其他费用构成。(1燃料费。按每年发电运行5000h计算,年发电量为750万k W#h,消耗秸秆1.2万,t按160元/t计算,年燃料费为192万元,燃料成本为0.284元/(k W#h。(2工资及福利。发电厂员工总计36人,平均每人年1万元,总计36万元,人工成本为0.053元/(k W#h。(3折旧费。设备按10年,土建按50

14、年,每年折旧费为43.2万元,平均为0.064元/(k W#h。(4水费、材料、检修、维护费及管理费等每年50万元,约为0.074元/(k W#h。以上发电成本总计为0.479元/(k W#h,其中燃料成本占60%,人工成本占11%,折旧占13%,运行成本占16%。3小型生物质直燃发电厂效益分析3.11500k W生物质直燃发电厂效益评估3.1.1经济效益(1年发电产值。根据有关政策规定,上网电价按0.56元/(k W#h计算,年售电量为675万k W#h,年产值为378万元。(2发电厂年利税为54.7万元。(3发电厂全年利润。生物质发电属于可再生能源发电,应该享受国家税收优惠政策,如能免税,

15、则年利润可达54.7万元。(4发电厂年利润54.7万元,折旧费43万元,投资回收期为7年左右。3.1.2环保效益(1每年可处理1.2万t秸秆等农作物废弃物,避免了农民在田间地头焚烧所造成的大气污染。(2与燃煤电厂相比较,可减少CO2,S O2和NO x等大气污染物排放。3.1.3社会效益(11.2万t秸秆可折合6000t标准煤,有利于缓解我国能源短缺现状,有利于社会经济可持续发展。(2农民出售秸秆,以100元/t收购价计算,发电厂收购1.2万t秸秆可使附近农民增加120万元收入。(3增加当地农民的就业机会。3.2小型生物质直燃发电与柴油发电经济效益分析对比我国自2003年以来,连续几年夏季供电

16、紧张,许多省份被迫采取限电措施来缓解电力供需矛盾。在这种情况下有些企业不得不采用柴油发电作为自备电源。现将小型生物质直燃发电与柴油发电效益进行分析对比,见表3。#4#水利电力机械2006年12月表3效益分析对比表比较因素生物质直燃发电柴油发电装机容量/k W15001500建设投资/(万元675300运行时间/(h/年50005000发电量/(万k W#h#年-1750750燃料秸秆或芦苇渣柴油效率/%1931燃料价格/(元/t1604000燃料消耗/(t/年120002400燃料成本/(万元/年192960人工成本/(万元/年366折旧费/(万元/年4330运行维护费/(万元/年5012发电

17、成本/元#(k W#h-10.4791.344目前,由于国内外油价上涨,采用柴油发电其燃料成本占发电成本的95%以上,发电成本高达1.344元/(k W#h。小型生物质直燃发电,燃料成本占发电成本的60%,发电成本0.479元/(k W#h,如果能用芦苇渣及稻壳等废弃物发电,发电成本还会降低。如果当地生物质资源能满足小型生物质直燃发电的燃料供应,用生物质直燃电厂替代柴油发电厂,将会取得非常好的经济效益。3.3小型生物质直燃发电与大型生物质直燃发电经济效益分析对比为了便于分析对比,以目前我国正在建设的24M W秸秆直燃发电工程为实例进行经济效益分析。该发电工程采用2台75t/h高温高压锅炉配2台

18、12M W汽轮发电机组,工程静态总投资为2.93亿元,静态单位投资为12208元/k W。该发电厂年运行按5000h计算,年发电量为1.2亿k W#h,发电成本为0.457元/(k W#h。年生产成本总计5962万元,其中燃料费按190元/t计算共2280万元(占38%,折旧费1794万元(占30%,人工成本762万元(占13%,运行维护费1126万元(占19%。效益分析对比见表4。表4效益分析对比表比较因素小型生物质直燃发电大型生物质直燃发电单位投资/(元/k W450012208发电成本/元#(k W#h-10.4790.457燃料费/%6038折旧费/%1330人工成本/%1113运行成本/%1619由于大型生物质直燃发电的主要设备靠进口,而小型生物质直燃发电的全套设备均为国产,所以两者单位投资相差悬殊。两者发电成本很接近。大型生物质直燃发电效率高,燃料成本只占发电总成本38%,但是由于设备昂贵,建设费用高,使得折旧费占发电总成本30%,同时运行