根据《完善生物质发电项目建设运行的实施方案(发改能源〔2020〕1421号)》,生物质发电含农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电。
考虑到资源费用差别,农林生物质发电需为购买原材料付费,垃圾发电可收取垃圾处理费;本文讨论的是狭义的农林废弃生物质发电:秸秆、蔗渣、林木质、沼气,不含垃圾发电。
一、生物质发电装机无法达到规划目标
2015年我国生物质发电装机1030万千瓦,未达成“十二五”规划目标;2019年生物质发电装机1158万千瓦,预计无法完成“十三五”规划目标(2020年1500万千瓦)。
同期,风电超额完成“十二五”、“十三五”规划目标,光伏翻倍完成规划目标。
二、生物质发电的理论局限性
生物质发电经济性差,根本原因是生物质能的分散特性,和热发电技术规模化、集中发电的矛盾;直接原因是集运收储的人工成本不可控。
(一)热发电技术需要规模化以提高经济性
煤电、气电、核电等热发电技术,需要规模化(提高单个机组的装机容量)以提高经济性:规模化可降低单位千瓦造价;根据传热学基本原理,提高单机规模,可降低子系统单位热容量的表面积,从而减少热损耗、提高热效率。
例如,安徽平山煤电单机135万千瓦,是世界上单机装机容量最大的煤电机组;核电机组中,EPR堆型单机装机容量达175万千瓦。
生物质也是热发电技术,但是,考虑到秸秆收集的经济半径,生物质电站的装机容量很小,例如:2.5万千瓦的生物质电站,每年需16~20万吨秸秆,收集半径约100公里。生物质发电技术无法通过规模化降低造价、提高热发电效率和经济性。
(二)生物质是分散的能源
生物质能的固有特性是:分散、能量密度低、能源品位低;为了和集中式、规模化发展的热发电技术配适,分散在田间地头的生物质能,需用将生物质集中运输到生物质电站进行热发电,过程中消耗人力和物资(汽柴油等)。
生物质集运过程中的人力成本是不可控的,取决于当地的营商环境。生物质能量密度低、运输成本远高于煤炭,生物质原料是区域垄断的,替代弹性低,如果当地营商环境差,从远方购买生物质原料进行替代的经济性极差。
(三)生物质是低品位的能源
生物质的燃烧性能不如煤炭和天然气,燃烧温度较低,单机规模小,发电效率低于30%。发电效率上限可参考同等规模的小型煤电项目,效率提高空间有限。