推进县域综合能源发展,生物质能源如何实现破局?
作为重要的可再生能源,生物质能绿色、低碳、清洁,不仅发电输出稳定,还可参与电力调峰,在推动实现“双探”目标方面潜力巨大。。城市能源供应竞争日益激烈,发挥农村资源禀赋优势,以生物质能源为核心建设县域综合能源,是可容纳众多企业进入的蓝海市场。
什么是生物质能源?
简单来说,就是太阳能以化学能形式,贮存在生物质中的能量形式。生物质能源是以“生物质”为载体的能量。生物质又大多源于可再生的绿色植物的光合作用。可转化为常规的固态、液态及气态燃料。所以生物质能源就成了一种“取之不尽、用之不竭”的可再生能源。我们可以总结为“绿色环保、无污染、可再生”的资源。
生物质能源的主要来源有哪些?它为什么被称作“零碳”能源?
它的来源主要有“农业秸秆、薪柴、木质废弃物、制糖作物废料以及水生植物等”。相比于煤、石油、天然气等不可再生能源的形成时间和来源。生物质的来源要更广泛一些。而正是因为这一特性,生物质能源也被人类称之为“零碳”能源。
所谓“零碳”,不是没有二氧化碳排放,而是利用植树等自然方式,补充等量的氧气,与人们排放的二氧化碳相抵,达到平衡。零碳排放,是指无限地减少污染物排放,直到为零的活动。
在生物质能源作为零碳能源的利用过程中,如果增加碳的收集和存储过程,收集产生的CO2,能够创造负碳排放,这样就可以成为环境修复的方式之一。因此生物质能源也被广泛认为是限制全球变暖、达到碳中和不可或缺的组成部分。生物质能源不仅具备了零碳能源的属性,更将为负碳能源积极发挥作用。
“生物质能源”“支农兴农、城乡发展与碳中和”的利器
截至2023年9月底,光伏装机容量是生物质发电的12倍,光伏发电量是生物质发电量的3倍;“风、光、生”非水可再生能源发电的“三驾马车”中绿色电力占比:风电发电量52%,光伏发电量36%,生物发电量12%,
由上可见,生物质发电占比并不小。去年统计生物质发电量是光伏发电量约为50%,近两年因为出台了多个不利于生物质产业即项目运行和发展的政策,生物质发电厂大批停机,致使发电量没有达到应有的目标。生物质发电除了供应不需要调峰的稳定的绿色电力外,还能余热供热供暖和热电联产提供绿色的稳定的工业蒸汽,是全生命周期的零碳工程,综合碳减排效益是在可再生能源发电领域是高效、高产,稳定可靠。
2023年前三季度,全国可再生能源新增装机1.72亿千瓦,同比增长93%,截至2023年9月底,中国全国可再生能源装机约13.84亿千瓦,同比增长20%,约占我国总装机的49.6%,已超过火电装机,其中,水电装机4.19亿千瓦,风电装机4亿千瓦,光伏发电装机5.21亿千瓦,生物质发电装机0.43亿千瓦。
(注:上文所称可再生能源装机容量“已超过火电装机”,但是需要注意风电、光伏、水电的这个“装机容量”跟煤电、生物发电等火电的装机容量不是一回事,该同等“装机容量”的实际发电量和上网电量差别很大,是煤电等火电的同等装机容量的最大可能实际发电量的四分之一到八分之一,建议要根据其实际发电能力,关注考察其“等效装机容量”)
2023年前三季度,水电装机4.19亿千瓦,全国规模以上水电发电量8584亿千瓦时,全国水电平均利用小时数为2367小时。
截至2023年9月底,全国风电累计装机突破4亿千瓦,同比增长15%,其中陆上风电3.68亿千瓦,海上风电3189万千瓦。2023年前三季度,全国风电发电量6305亿千瓦时,同比增长16%。全国风电平均利用率97.1%,同比提升0.6个百分点。
截至2023年9月底,全国光伏发电装机容量达到5.2亿千瓦,其中集中式光伏2.95亿千瓦,分布式光伏2.25亿千瓦。2023年前三季度,全国光伏发电量4369亿千瓦时,同比增长33%。全国光伏发电利用率98.3%,同比提升0.3个百分点。
全国生物质发电新增装机207万千瓦,累计装机达4339万千瓦,同比增长6.8%,生物质发电量1474.5亿千瓦时,同比增长9.7%。
县域综合能源服务需求广阔
促进生物质能的健康发展,需要综合考虑其资源禀赋与应用场景的结合,将其放到县域综合能源大的场景之下,以此为依托促进生物质行业转型升级。
县域经济圈是以县城为中心、乡镇为纽带、农村为腹地的区域经济。我国共有县城1800余个,总人口1.55亿人;建制镇超过2万个,总人口约1.95亿人;另外农村人口约5.64亿人。即生活在县域范围内的人口超过9亿,初步估算住宅面积超过300亿平方米,公共建筑面积在50亿平方米以上,仅每年建筑能耗就超过5亿吨标准煤。另外,随着产业转移,县域经济圈存在大量工业企业、园区,能耗量巨大。县域综合能源恰是当前各方主体关注较少的领域,存在巨量市场空间。
生物质能与县域综合能源发展的原则
1.以生物质为核心进行多能互补,实现县域能源自治
县域经济圈内,一般拥有大量的生物质资源,同时存在风、光、水、再生水、地热等其他可再生能源。因地制宜开展县域能源系统规划,对不同供用能系统进行协调、优化,改变原来能源使用中粗放、分散和无序的局面,实现能源的梯级和高效利用。由于生物质类化石能源特性,充分发挥其基石作用,作为县域采暖、炊事、工业蒸汽原料,秸秆特别丰富地区进行热电联产,同时利用畜禽粪便制备沼气,结合分布式光伏、风电、水/地源热泵、水电等方式,实现县域热、电、气、冷、肥供应,提高可再生能源利用率,实现县域能源自治和清洁转型。同时推进电动农机和充换电设施的建设和使用,建立与电网友好协同的生态能源体系。
2.寻找最佳能源转化路径,提升经济性水平
减少生物质能转化环节以提升能源使用效率,同时从分散式的能源禀赋出发匹配分布式的应用场景,提升生物质能源利用经济水平。
尽量发挥农林生物质可再生燃料特性直接燃烧成热进行利用,同时集约化与分散式相结合,分层次匹配多种场景:县城采用秸秆打捆或成型燃料集中供暖;城镇利用分布式成型燃料锅炉进行供暖,对临近工业区进行蒸汽供应;农村采用“一村一厂、来料加工”的方式,将农户秸秆加工成成型燃料,供家庭分散式采暖和炊事。
由于直接面向用户进行分布式供能,有效简化供能系统及能源输送环节,使基于生物质供暖的经济性大于“煤改电”、“煤改气”。经测算,在农村设置加工点,采用“代加工”、“折量兑换”或“加工出售”方式,燃料加工费约300元/吨,燃料售出价格视质量情况为600-1000元/吨不等。农民若利用自家秸秆,只需支付一定的加工费或者足够数量的秸秆就能实现供暖自给自足,按照每户每个供暖季使用2.5吨生物质成型燃料,户均供暖成本为750元/供暖季;即便购买成型燃料户均供暖成本为2000元/供暖季,也仅为“煤改电”、“煤改气”的50%。 3.充分发挥环保、社会效益
最大限度发挥生物质能源、环保、社会等多重效益。前文提到,生物质的能源化利用是其减量化、资源化和无害化利用的最有效途径,将秸秆等农林废弃物加工成成型燃料进行可控燃烧,所排放的CH4和N2O是所有利用方式中最少的,“一村一厂”的成熟燃料发展方式,能充分利用空闲劳动力,降低秸秆还田成本和农户用能成本。特别对于国内越来越集中的畜禽养殖场,畜禽粪便对水体、土壤、空气的污染非常严重,采用“畜禽粪便-沼气-有机肥”循环利用模式,处理养殖废弃物同时,增加能源自给率,同时形成有机肥产业,促进化肥农药减量,有利于实现无公害、绿色和有机农业的发展。
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