《生物质发电专题报告:双碳助推,未来可期》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2021-11-23
  • 1、行业市场发展总体情况

    生物质指通过光合作用直接或间接形成的各种有机体,包括植物、动物和微生物等。生物 质能指由太阳能以化学能的形式在生物质中贮存的能量,是一种清洁环保的可再生能源。生物质发电是指利用生物质具有的生物质能进行发电。生物质发电分为农林生物质发电、 垃圾焚烧发电和沼气发电。农林生物质发电从发电技术上又可分为直接燃烧发电和混合燃烧发电。

    我国生物质发电装机容量连续3年世界第一 。截止到2020年年底,全国已投产生物质 发电项目1353个;并网装机容量2952千瓦 ,年发电量1326万千瓦,年上网电量1122 万千瓦。近年来,我国生物质能发电量保 持稳步增长态势。2020年,中国生物质年 发电量达到 1326 亿千瓦时 , 同比增长 19.35%。

    生物质发电装机容量中垃圾焚烧发电和农林生物质发电合计贡献96%。根据国家能源局统计 数据,截至2020年底,全国生物质发电在建容量1027.1万千瓦。其中,垃圾焚烧发电624.5万千 瓦,占比60.8%;农林生物质发电382.9万千瓦,占比37.3%;沼气发电19.7万千瓦,占比1.9%。截至2020年底,全国生物质发电累计并网装机2962.4万千瓦。其中,垃圾焚烧发电1536.4万千 瓦,农林生物质发电1338.8万千瓦,沼气发电87.2万千瓦。

    垃圾焚烧装机近几年增速较快。垃圾焚 烧装机容量2015-2020复合增速26.9% ;农林生物质发电项目利用受补贴拖欠影 响较大。农林生物质发电项目利用小时 数从2018年开始逐年走低,主要原因是 可再生能源补贴拖欠对农林生物质发电 项目影响较大。2020年农林生物质发电 新增装机容量也有所下降,为217万千 瓦。

    分地区看,生物质发电累计装机规模 整体呈现东强西弱的局面。累计并网 装机规模看,2020年山东、广东、浙 江、江苏和安徽五省累计并网装机均 超过200万千瓦,占全国累计并网容 量的46.6%

    在生物质发电新政的基调下,十四 五生物质发电的政策走向主要有以 下五大方面:1)竞争性配置项目资 源:自2021年1月1日起,规划内已 核准未开工、新核准的生物质发电 项目全部通过竞争方式配置并确定 上网电价;2)建立电价补贴分担机 制,中央补贴滑坡,预计到“十四 五”末期,新建生物质发电项目电 价补贴将全部由地方承担;3)鼓励 生物质能多元化和高附加值利用;4 )逐步推动生物质发电走向市场化 ;5)进一步强化生物质发电项目建 设运行管理。

    2、投资收益模式

    垃圾发电运营收入稳定,项目现金流较好。垃圾运营一般采取特许经营的方式,主流的是 BOT(建设-经营-转让)或BOO(建设-拥有-运营)模式,特许经营期一般在25-30年。垃圾 焚烧属于重资产行业,项目前期公司需要投入较多资金完成项目建设,项目建设周期一般为 2年左右,项目内部收益率一般在6%-12%,回收期一般5-10年。n 垃圾焚烧运营收入主要来自于上网电费(向电网收取)和垃圾处理费(向政府收取),上网 电费一般占比70%~80%,垃圾处理费一般占比20%~30%。

    上网电费:根据《国家发展改 革委关于完善垃圾焚烧发电价 格政策的通知》,垃圾焚烧上 网电价大致由三部分组成:1 )当地脱硫燃煤机组标杆上网 电价、省级电网负担及可再生 能源补贴;2)每吨生活垃圾 折算上网电量暂定为280千瓦 时,并执行全国统一垃圾发电 标杆电价每千瓦时0.65元;3) 对于高出当地脱硫燃煤机组标 杆上网电价的部分实行两级分 摊。其中,当地省级电网负担 每千瓦时0.1元,电网企业由此 增加的购电成本通过销售电价 予以疏导,其余部分纳入全国 征收的可再生能源电价附加解 决。

    垃圾焚烧行业负债率较高,融资需求高:垃圾焚烧行业资金要求高,建设期资金投入大。2014年 以前,我国环保投资的融资主体主要为地方政府。2014年,中央经济会议提出将化解地方政府性 债务作为重点任务之一,且发文强化地方债务管理;同时财政部发文推广PPP项目模式。此后, 企业逐步成为行业加杠杆主体,垃圾焚烧企业近年负债率不断提升。龙头企业平均负债率由2015 年的52%左右增长至2020年的64%左右。

    REITS在垃圾焚烧行业大有可为:1)垃圾焚烧项目契合REITs对底层资 产要求。行业盈利能力较高且稳定性 强。垃圾焚烧企业ROE整体表现稳定 (伟明环保2016年有所波动主要由于 公司刚刚上市导致净资产提升所致) 2)政府刚需属性明确,项目现金流稳 定性高:地方政府、电网支付能力强 ,垃圾焚烧企业收入来源稳定。从行 业主要公司数据来看,瀚蓝环境、伟 明环保、旺能环境等公司2015年以来 现金流均呈现上升状态。垃圾焚烧项 目现金流稳定,利于行业长期发展。(报告来源:未来智库)

    行业REITS发行情况:6月21日,首钢绿能作为国家首批9只公募REITs之一成功上市, 也是垃圾处理行业第一只发售的公募REITs。在首钢绿能REIT整个基础设施项目中,生 活垃圾处置及发电收入占整个收入超过90%。

    3、碳中和下生物质发电前景看好

    3.1、上游分析

    目前我国主要生物质资源年生产量约为34.94亿吨,生物质资源作为能源利用的开发潜力为 4.6亿吨标准煤。随着我国经济的发展和消费水平的不断提升,生物质资源产生量呈不断上升趋势,总资源量 年增长率预计维持在1.1%以上。预计2030年我国生物质总资源量将达到37.95亿吨,到2060年 我国生物质总资源量将达到53.46亿吨。

    根据农业农村部相关统计数据,可估算我国目前秸秆产生量约为8.29亿吨,可收集资源量约 为6.94亿吨。根据国家统计局发布的我国关于粮食产量统计数据分析,近年来我国粮食产量 总体保持1%的平稳上涨趋势,预计未来秸秆资源总量也将保持平稳上升,2030年秸秆产生量 约为9.16亿吨,秸秆可收集资源量约为7.67亿吨。

    3.2、下游分析

    碳达峰碳中和目标是我国经济进入高质量发展的内在要求和必然趋势,电力系统建设也在发 生结构性转变。生物质发电技术是目前生物质能应用方式中最普遍、最有效的方法之一。目前我国生物质资源量能源化利用量约4.61亿吨,生物质能各类途经的利用包括生物质发电 、生物质清洁供热、生物天然气、生物质液体燃料、化肥替代等共实现碳减排量约为2.18亿 吨。预计到2030年我国生物质发电总装机容量达到5200万千瓦,提供的清洁电力超过3300亿千瓦 时,碳减排量超过2.3亿吨。

  • 原文来源:https://newenergy.in-en.com/html/newenergy-2409358.shtml
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    • 在中国工程院发布的《中国可再生能源发展战略研究报告》中,目前我国含太阳能在内每年开采的清洁能源经过换算能源效率等于21.48亿吨标准煤。在清洁能源中生物质能占总量的54.5%,是整个清洁能源体系的重要组成部分。按照目前的能源发展来看,生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气等化学能源外的第四大能源。 根据国际能源署的预测,在2030年全球36%的能源消费或将来自可再生能源,其中生物质能将占到可再生能源部分的60%。生物质能或将成为双碳大背景下能源发展的新趋势。 一、生物质能的概念 生物质指的是指通过光合作用而成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。生物质存在于木材、稻草、种子废料、粪肥、废纸、生活垃圾、废水等各种材料中,属于全球范围内最广泛存在的物质。生物质能是通过生物质作为载体将太阳能储存于有机体,在通过自然界的循环实现能源的转换,据统计生物质目前储存的能量是世界能源消费总量的2倍,提升生物质能的转换效率对解决未来能源使用问题有重要意义。生物质能通过直接或间接的绿色植物的光合作用,一方面有效吸收大气中排放的二氧化碳,另一方面又将太阳能转化为常规的固态、液态和气态燃料,属于可再生能源的碳源。 二、生物质能的优势 1、可循环再生。生物质能作为可再生能源,具有天然的自我再生功能,可以保证能源长久持续的使用,有助于解决因有限的不可再生能源未来可能出现的能源危机。 2、应用方式多样。生物质能既可直接使用,也可以利用转化工艺作为二次能源使用,还可通过生物、化学和物理方法转换成其他生物能源; 3、零碳能源,保护环境。生物质能是二氧化碳中性,燃烧产生的二氧化碳量等于植物在生长过程中吸收的二氧化碳量,有助于减碳,且在转化过程的相比于其他方式硫化物、氮化物和粉尘等的排放更少。 三、生物质能发电 基于目前能源体系的构建,电能是目前使用占比较大的一种能源形式。在生物质能的应用中,生物质能发电是具有一定发展前景的一种能源使用方式,生物质能发电是通过运用生物质及其加工转化成的固体、液体、气体的生物质能燃料而实现的一种热力发电技术,目前主要分为直接燃烧发电、甲醇发电、城市垃圾发电和沼气发电四种。 1、直接燃烧发电 直接燃烧发电是先采用专门的生物质工业锅炉将生物质压缩成密度较大、性能接近煤的成型燃料,然后将生物质原料送入适合生物质燃烧的特定蒸汽锅炉中,燃烧产生的热量将水转换为水蒸汽,再通过水蒸汽带动汽轮机,从而驱动蒸汽机转动,最后再带动发电机发电。 直接燃烧发电的工作原理同燃煤火力发电原理相同,两者的区别主要体现在燃料上,火力发电的原料是煤,而直接燃烧发电的原料主要是农林废弃物和秸秆,同烧煤相比,生物质锅炉排放的碳排放量会更低,又助于实现发电过程中的减碳。 直接燃烧发电是快速直接利用生物质能的方法,但由于生物燃料密度相比于化石燃料较低,燃料效率和发热量都不如化石燃料,所以目前大多数应用于生物废弃物的回收再利用。目前,在生物质能技术相对比较成熟的国家,生物质能的燃烧发电占可再生能源发电量的70%,目前像一些糖厂榨糖后的原料就被利用于生物质能的发电。 2、甲醇发电 除了传统的秸秆、木屑等农产品原料,甲醇发电目前也是生物质能发电的一种选择方式,因其发电成本逐步下降,污染较低且液态状态易储存的原因,被认为具有较高的发展前景。 甲醇发电的工作原理是先将甲醇加热使其气化,气化的甲醇通过水蒸汽发生化学反应产生氢气,再以氢气为燃料,在燃烧室中燃烧生成燃气,通过燃气驱动燃气轮机带动发电机组发电。 3、城市垃圾发电 城市垃圾发电的工作原理是通过特殊的焚烧锅炉燃烧城市固体垃圾,再通过蒸汽轮机发电机组发电。其中焚烧垃圾产生的高温烟气在余热锅炉中进行热交换,产生过热蒸汽,推动汽轮发电机组产生电能,实现生活垃圾的回收再利用,一方面缓解了城市垃圾过多带来的环境问题,另一方面也为城市提供了一定的能源输送。 4、沼气发电 沼气发电的工作原理以沼气作为燃料产生动力来驱动发电机产生电能,是目前沼气大型化利用的一种方式。在沼气发电流程中,生物质原料经气化器形成沼气,再经脱硫器由贮气罐供给燃气发电机组,从而驱动与沼气涡轮机相连接的发电机而产生电力。需要的主要设备有沼气发电机组、发电机和热回收装置,目前沼气利用主要集中在养殖业、工业等领域,通过充分利用资源实现循环经济的综合性发展。 四、国内生物质能的发展现状以及前景 中国拥有丰富的生物质能资源,据测算理论总量有50亿吨左右。2021年中国生物质能发电累计装机量为3798万千瓦,新增装机为808万千瓦,同比2020年上涨48.80%。据统计,截至2021年底,我国生物质能发电累计装机容量占可再生能源发电装机容量的3.6%。从目前的装机容量看,相比于我国丰富的生物质能资源,生物质能资源的使用率并不高。随着生我国2030年碳达峰和2060年的碳中和目标的实施,生物质能未来会有更大的需求。在产业政策不断完善和生物质能技术不断提高下,未来生物质能的应用或迎来新的发展机遇。
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    • 针对生物质能资源客观存在的不利现状及生物质能直燃发电技术面临的技术难题,生物质能直燃发电行业技术探索可主要从燃料加工技术优化、燃烧发电技术优化、智能控制水平提升等方向着手,最大程度规避资源能量密度低、有害元素含量多等特点,提升技术水平。 优化燃料加工技术 生物质能热电联产的规模化、高效化发展离不开生物质燃料的规范化、统一化生产。生物质原料收集后、燃烧前的预处理工作意义重大。生物质原料品种繁杂、能量密度低、水分大,不经处理直接燃烧,不利于锅炉、汽机等主设备稳定运转,不仅发电效率低,而且对设备损害极大。理想的生物质燃料应该具有低含水量、高能量密度、形状规则等特点。为解决上述问题,可重点探索水分即时检测技术、快速干燥技术、成分即时检测技术、适应性压缩成型技术和标准化生物质燃料生产技术。 其中,压缩成型对生物质资源化利用意义重大。燃煤发电的稳定性很大程度来源于燃料性质的稳定和较高的能量密度,生物质燃料燃烧的不稳定主要也是来源于燃料性质的多样性和较低的能量密度。基于此,可考虑在有效获取生物质燃料水分、元素含量等重要参数的基础上,将不同的生物质原料通过适应性加工,获取物理形状、含水量、元素成分等统一高品质生物质燃料。目前,压缩成型技术和设备已取得一定成果,应在此基础上结合具体锅炉类型、燃烧条件等进行针对性改进,进一步提高生物质燃料的利用价值,对提高能源利用率、保障生物质发电设备健康稳定有积极作用。 此外,结合即时检测与压缩成型技术,实现对不同生物质原料的统一加工,将不同成分、不同形状的生物质原料,加工成高能量密度、成分统一的生物质燃料,便于标准化生产的实现。目前,生物质能直燃发电过程通常只是将生物质原料进行简单破碎甚至不进行处理就送入锅炉燃烧,导致上给料设备运转不畅、燃烧过程不易控制、温度不稳定、锅炉腐蚀严重,给安全稳定生产带来较大风险。基于上述影响,可在标准化生物质燃料生产技术的标准化、规范化方面着手,将燃料识别、燃料制备等多个过程加以改进优化,探索生物质燃料相关关键技术并加以整合联动,提高直燃发电工艺的生产效率。 提升热电联产效率 生物质能直燃发电工艺热电转换效率在30%左右,生物质能热电联产工艺可将能源转化效率提高至60%~80%。生物质能直燃热电联产过程中如能做到燃料充分燃烧、热量与循环水充分换热,控制燃烧条件使燃烧稳定无污染,各级换热过程热量损失降到最低,各阶段优质高效统一,可将生物质能热电联产的优势充分发挥,有助于绿色低碳生产流程的实现。 一是燃烧过程即时优化与调节技术。为使燃烧过程稳定,实现稳定的热量供应,同时避免氯元素造成的腐蚀,可在燃料元素成分、含水量等参数及时获取的基础上,对燃烧控制系统进行反馈,进而即时调整炉内进风、进料情况,以实现燃料性质与燃烧条件的对应统一,达到燃料充分、稳定燃烧、灰渣易排出、热量集中等目的,提高锅炉燃烧效率,保障安全稳定生产。 二是传热过程技术优化。热电联产的电力生产过程和热量供应过程中,传热效率直接影响生产效率,需加强流体力学与传热学的理论分析,提高发电过程、供热过程的换热效率。同时基于生物质燃料碱金属及氯含量高的特性,进行燃烧优化,规避燃烧产物中碱性物质、飞灰等的生成,解决腐蚀与结焦的难题,保障锅炉等主要设备的热量传递效率。通过改进锅炉、管道几何形状与布置,更换高效换热工质,增加余热回收装置等方式,提高能量利用效率,实现燃烧、发电系统的长周期安全稳定运行。 三是超低排放与灰渣综合利用技术。可通过在燃烧前增加燃料预处理工序,燃烧中添加辅助物、控制燃烧条件,燃烧后高效捕集污染物等方式,实现生物质发电过程污染物的超低排放或者零排放。燃烧前预处理可通过生物质液化、气化等化学性质优化过程实现污染元素的提前剥离,燃烧中可通过特定条件下的催化反应或者避开污染物生成的温度区间避免污染物的产生,燃烧后可通过催化反应、吸附等手段实现污染物的收集处理。同时生物质发电会产生大量灰渣,探索低成本的灰渣综合利用技术,变废为宝,降低污染的同时创造价值,提升资源利用率。 智能化机械化改造生产过程 智能化与机械化是工业发展的必然选择,实现高度智能化和机械化可以极大地提升生产效率、降低运维成本、降低人员伤亡风险。 一是全流程动态检测与自动调控技术。要从燃料收加储运到燃烧、排放、发电、供热各环节,构建智能监控系统,实现对质量、能量输入输出的动态监控,对工艺流程中压力、温度、流量等参数的实时反馈,并根据设定参数与即时参数的差异分析处理得到优化方案,反馈至调节系统,立即进行调整优化,实现工艺流程的即时最优化配置,打造智能电厂。要统筹硬件、软件需求,提高数据获取能力和传输反馈效率,同时通过大数据手段实现解决方案的及时获取,从而实现生物质能直燃发电系统的整体智能化升级。 二是全流程机械化设备改造。通过生物质能直燃发电各关键环节和设备机械化的实现,可有效弥补生物质燃料性质差、燃烧调整困难等劣势,助力生物质能直燃发电规模化发展。生物质原料收集后可通过相应设备的机械化处理得到高质统一的生物质燃料,根据不同原料的形态成分、燃烧特性研究常温常压下的生物质燃料成型机理,以简易、高效为出发点制造秸秆打包、压缩成型的一体化设备,实现从农田直接获得成型燃料。上给料系统机械化改造可依据生物质燃料特点和即时参数,根据产品需求实现定时定量的燃料供应。生物质发电废料处理方面可配套灰渣清理、再利用的一体化设备,避免产生污染的同时实现副产品的高效生产。开发生物质能直燃发电系统特色的检修、巡检机器人(12.940, 0.99, 8.28%),配备成像和基础检测功能,实现对高危场所的自动化巡视、参数检测。