秸秆发电技术经济应用综合评价研究

【摘要】研究开发农林生物质资源循环综合利用，尤其是以秸秆为原料的发电技术经济应用，可复合利用空间功能，实现清洁能源与绿色低碳项目布局，服务双碳战略。本文从工艺技术路径、政策导向、成本效益等方面，对2种主要秸秆发电技术经济应用进行了综合评价。

【关键词】秸秆发电；发展现状；技术路径；成本效益

秸秆发电技术目前主要有直燃发电、制沼气发电，本文将对以上2种秸秆发电技术模式进行对比分析，研究主要工艺技术、政策导向、盈利模式、成本效益等，综合考虑项目效益与成本，形成技术经济应用综合评价判断。

一、秸秆直燃发电分析

1、工艺技术路径

直燃发电工艺通过对秸秆进行燃烧放热，从而产生蒸汽，推动汽轮机组做功发电。直燃发电单机容量可以做大，因此单位千瓦建设成本较低。

目前生物质直燃发电技术已比较成熟，工艺路线也由10多年前的次高温次高压，逐步向目前的高温高压、高温超高压路径发展，能效水平目前已达到瓶颈，短期来看发生颠覆性工艺技术革命的可能性较小。

2、政策导向

目前我国对秸秆直燃发电项目总体持有序推进的态度，鼓励资源条件丰富、用热需求大的地区布局秸秆直燃热电联产项目。

根据《2021年生物质发电项目建设工作方案》，生物质发电项目（沼气发电项目除外）须纳入国家、省级专项规划。《江苏省政府核准的投资项目目录（2017年本）》提出，生物质直燃发电项目由省政府投资主管部门核准。

3、成本效益

（1）投资成本

目前秸秆直燃电厂的建设成本约10元/瓦，主要涉及焚烧炉或循环流化床炉、汽机、发电机等主要设备，以及辅助性的有关设施和场地。若项目实施热电联产，需另外建设供热管网，但一般供热管网的建设成本与电厂主体相比偏小。

（2）运营成本

秸秆直燃电厂的运营成本主要是燃料成本，占全程运营成本的70%左右。生物质直燃发电项目消耗的原料品种较为广泛，可以是稻草、麦草、玉米秆、树皮、稻壳、废旧家具板、成型燃料等等。由于设备限制，一般稻麦草占比不会高于总生物质消耗量的30%-35%。以3万千瓦装机规模生物质直燃电厂为例，正常运营每年消耗的生物质原料约30万吨，其中稻麦草约10万吨。稻麦草价格约在300元/吨左右，稻壳在350元/吨以上，废旧家具板在300元/吨左右。

（3）营业收入

生物质直燃发电的主要收益模式为对电网进行售电，若实施热电联产，还可以对周边热用户实施热力销售，从而获得利润。

电力

目前，江苏省秸秆直燃电厂上网电价执行国家发改委核定的秸秆发电标杆电价，即0.75元/千瓦时，同时根据接网工程投资的不同，部分电厂还享受0.01元/千瓦时的接网系统电价补贴。

而对于新建项目，目前尚不确定是否持续有中央支持资金。若无补贴，项目将按照煤电上网标杆电价进行全额上网，或参与电力市场交易。

②热力

项目热力价格主要根据供热参数的等级、周边热用户的需求、管网投资、是否有其他热源点等多方面因素确定，主要通过市场机制形成。

根据江苏省目前实施热电联产的生物质直燃项目近三年的售热价格来看，分布在每吨蒸汽166元-258元，平均值为每吨蒸汽222元。

二、秸秆制沼气发电分析

1、工艺技术路径

秸秆集中收集运送至青储窖存储，在粉碎区域进行二次粉碎至1cm以下，再通过铲车送至进料箱，通过进料箱和传送带结合的方式进入水解池进行预处理。经二次粉碎后的秸秆进入秸秆固体进料箱中，进料箱内设有布料器保证物料的充分混合，进料箱内秸秆通过输送装置直接输送至秸秆匀浆池中进行发酵产生沼气。产生沼气经过脱硫设施进入气柜，由管道输送至发电机房，经冷干机脱水，罗茨风机加压力至20kPa后，输送至发电机中发电进行燃烧发电。发电设备可以选择燃气轮机、内燃机等。

秸秆发酵制取沼气的路径，发电环节的工艺已相当成熟，成本也较为稳定。而发酵环节目前仍有改良进步的空间，如何提高秸秆纤维的降解率是比较热门的农业、林业研究课题。

2、政策导向

目前我国对秸秆制沼气发电项目持肯定态度，审批要求也比较宽松，主要参考畜禽粪沼气发电项目的管理模式。

根据《江苏省政府核准的投资项目目录（2017年本）》及《2021年生物质发电项目建设工作方案》，沼气发电项目不需要纳入国家、省级专项规划，履行地方备案制。

3、成本效益

（1）投资成本

目前秸秆制沼气发电项目的建设成本约15-20元/瓦，与直燃电厂相比偏高。主要由于秸秆制沼发电项目单体规模小，成本均摊不明显。投资成本主要包括厌氧发酵装置、沼气过滤装置、发电机组等主要设备，以及辅助性的有关设施和青储池、沼渣池等场地。

（2）运营成本

秸秆制沼气发电项目的运营成本与直燃电厂类似，主要占比为原料成本。其余内容可以大致参考直燃电厂的相关数据。与直燃电厂不同的是，进行厌氧发酵时需要掺入少量的畜禽粪便，使用量与秸秆使用量相比偏小，可以忽略不计。

生物质制沼气发电项目消耗的原料要求较高，需要含水率较高的青储秸秆（含水率50%-60%），且此类项目规模一般较小，一般选用内燃机发电，单台机组2MW左右，年消耗秸秆量约3万吨。由于制沼气采用的是青储秸秆，含水率较高，因此价格也相对便宜，单价约是直燃电厂燃料的一半。

（3）营业收入

秸秆制沼气发电的主要收益模式为对电网进行售电，并对沼渣实现综合利用，获得项目利润，同时可申请获得秸秆能源化利用补助。

电力

沼气电价采用物价部门核定的形式进行。按照现有项目经验，沼气发电的上网电价约每千瓦时0.6元。

同样，对于新建项目，是否存在中央支持资金暂未可知。由于沼气发电单体项目规模较小，可通过自备电厂的模式进行建设，因此后期可按照煤电上网标杆电价进行全额上网，或通过自发自用模式，提供生产所需电力。

沼液、沼渣

秸秆厌氧发酵形成沼气过程中，形成的沼液由于含有较多的发酵菌种，部分进行循环利用，另一部分在沼渣中被带出。形成的沼渣含有大量有机物，可以作为生物质肥料出售，每吨沼渣（含有一定的沼液）的售价约100元。

三、秸秆发电技术路线对比

1、秸秆直燃发电

（1）规模效益较好

无论是从项目的单体规模、秸秆资源消耗规模、发电规模等来看，都具备较好的规模效益，可实现建设成本、运维成本的均摊效应。

（2）前期审批手续代价高

生物质直燃发电项目的审批手续较为复杂，需要进入省级项目专项规划，若需供热还需要进入地方供热规划，再由省/市主管部门实施核准，前期工作周期长、代价高。

（3）电价不确定因素大

由于单个项目发电量较大，直燃电厂的发电量均采用全额上网模式。目前国家实施总量控制，项目补贴需要实施竞争性配置，且后续能否对新建项目实施电价补贴未知。若电价无补贴，将对项目的经营收益带来较大影响。

（4）实施热电联产难度大

若直燃电厂实施热电联产，对周边用户进行供热，则项目整体经济效益会有一定提升。但由于工业热用户集中的地方大多数均已布局煤电热电联产机组，生物质电厂若希望供热，则需与煤电企业进行商业洽谈，妥善沟通供热市场的划分，具有一定的难度。

（5）补贴拖欠较为严重

补贴后的上网电价，电价的燃煤脱硫脱硝标杆电价部分由电网公司直接兑现，补贴部分由国家、省级财政共同承担。根据实践经验，项目成功纳入电价补贴目录，获得较高的补贴电价后，补贴部分存在严重的拖欠。

（6）环保改造要求不断提高

随着大气污染防治要求的提高，现行环保对直燃电厂的要求也越来越高，要求电厂达到超低排放水平，造成项目投资规模和运营成本增加。

（7）燃料价格偏高

目前市场上的燃料价格偏高，造成企业生产成本较高。秸秆（稻麦草）部分若专门建立人工收储队伍，成本将非常高，若实施机械化种植，则能一定程度上缓解秸秆成本问题。同时秸秆直燃电厂还需要同步购买部分木制废弃物进行掺烧。

2、秸秆制沼气发电

（1）单体规模小而灵活

秸秆制沼气发电项目一般单体均较小，与直燃电厂相比不容易形成规模化效益，因此单位成本造价偏高。但由于单体规模小，对秸秆资源的需求量不高，因此能够分散布置在养殖场、农场周边，贴近资源端，较为方便灵活。

（2）项目备案程序简便

秸秆制沼气发电项目采用备案制，审批程序较为简单。虽然生物质天然气项目需要纳入省级有关项目规划，但根据“十三五”期间有关规划组织的情况来看，规划项目属于报送类，不涉及竞争性配置等，与直燃发电项目规划相比较为简单。

（3）需要与畜牧业进行搭配

厌氧发酵工艺过程中需要掺杂畜禽粪便，因此秸秆制沼气发电项目最好与畜牧业进行搭配，从而达到资源最大化合理利用。

结束语

结合对秸秆发电技术经济应用进行全方位的分析与探讨以后发现，秸秆发电已有比较成熟的应用，同时也取得了较好的成效。但需要注意的是，基于直燃发电审批难度较大，新建秸秆直燃电厂项目电价退坡严重、存在拖欠现象，建议实际应用中，此技术路线应审慎考虑。

秸秆制沼气发电项目审批难度小，对秸秆资源量要求不高，建设规模可以根据资源量灵活设定。建议以自备电厂的模式进行发电自用消纳，从而规避电力销售的政策风险。

秸秆发电项目建设需要较大的存储场地和建设用地指标，须在可研设计阶段提前考虑预留。秸秆堆场存在一定的自燃和火灾风险，因此在秸秆存储点需要加强安全管理和巡逻，以防意外。

参考文献

[1] 张卫杰;关海滨;姜建国;李晓霞;闫桂焕;孙荣峰;许敏;孙立;.我国秸秆发电技术的应用及前景[J].农机化研究，2009（05）：16-19.