参天水利资源工程研考会《工作通报》No.2007-41
2007年11月22日
————————————————————————————————————————
山东省科学院能源所：
秸秆气化发电 — 村镇高水平用能的基础
— 山东生物能源调研访谈纪要之八
编者按：2007年9月6日下午2点30分，课题组邓英淘、薛玉炜在济南市历城区董家镇柿子园村参观200千瓦生物质气化发电示范项目，山东省科学院能源研究所副所长许敏研究员、济南市委政策研究室农村处处长张心建、省委研究室岳朝伟等陪同参观并座谈。为方便起见，以下不再注明具体发言人，简称“能源所”。本文根据录音、笔记和相关资料整理，未经本人审阅，错误遗漏之处，由编者负责。
能源所：生物质的能量来源于太阳能，是重要的可再生能源，它的高效应用，将对改善我国能源结构和可持续发展起到重要的补充作用。我国生物质能资源样多量大，可用于发电的资源也相当丰富。仅以秸秆为例，保守估计全国每年有6.5亿吨，其中有3.9亿吨可用于能源用途。山东省每年生产秸秆近6000万吨，可用于能源用途的3100万吨，折合标准煤1500万吨。同时生物质是一种二氧化碳零排放的洁净能源，可以减少化石能源消耗带来的温室效应问题，有利于改善生态环境，对今后人类的长远发展和生存环境有重要意义。在国家建设资源节约型和环境友好型的战略指引下和《可再生能源法》的鼓励下，生物质发电技术和产业有着良好的发展前景。
课题组：我们前几天在单县看了生物质直燃发电厂。从资料上看，你们这个项目采用的是生物质气化发电。
能源所：在生物质发电技术中，比较成熟的就是直接燃烧发电和生物质气化发电两种。
国外重点发展了较大规模的直接燃烧发电系统，采用专门的收集机械和运输车大量收集秸秆，在专用锅炉中直接燃烧产生蒸汽，通过汽轮发电机转换为电力。这种方法效率较高，单机容量为25MW左右，国外有较多应用。我国也在引进技术建设示范工程，每千瓦工程造价在1.2~1.4万元，发电成本每千瓦小时0.65元左右，能否适合我国的国情尚需验证。
我国地域广阔、土地复种指数高，秸秆资源分布在千家万户，远距离收集、运输及储存成本较高，国内专家普遍认为，中小规模的发电系统更为适用，因此发展了以固定床、流化床气化装置与燃气发动机结合的生物质气化发电技术，固定床气化发电机单机容量在200KW以下，流化床发电容量为1~4MW，已经建成了一批示范工程，主要技术问题是燃气中焦油净化困难。
中小型生物质发电技术形成的分布型清洁能源系统，利用了村镇自有的和周边的秸秆资源，增加农民收入，减轻秸秆焚烧，又就近为城镇和农村供应电力和热力，适合我国生物质资源的特点，有较好的发展空间。围绕中小型生物质气化发电技术，山东省科学院能源所在“九五”和“十五”期间就开展了深入的研究工作，在国家和省科技项目的支持下，开发了“二步法生物质气化发电技术”，建立了200KW生物质气化发电工程示范，实现稳定运行，具备了推广应用的条件。
课题组：二步法生物质气化发电技术在技术上有什么优点？
能源所：二步法生物质气化发电系统的基本流程为：生物质原料首先进入热解反应器，由外热源加热而发生热解反应；热解后的产物（包括热解气和残碳）进入裂解气化器，与热空气发生氧化反应；反应后的气体通过下部的碳层，经过还原反应完成气化，得到含一氧化碳、氢、甲烷等可燃成份的低热值燃气，燃气的成份和性质与发生炉煤气相当。燃气经过冷却净化后由输送机送入燃气发动机，燃气发动机做功驱动发电机组产生电力，送入电网。燃气发动机的高温排气返回气化系统，作为热解过程的热源重复利用。
其主要技术优点是：该技术方案针对现有生物质气化过程焦油产出多、影响发电机组运行、易产生二次污染等问题，采用二步法工艺，产生几乎不含焦油的燃气。消除了净化燃气所带来的二次污染，使下游发电系统的运转更加稳定可靠。
课题组：我们现在所看到的是你们的项目示范点，请介绍一下它的基本情况，它的装机容量是多少？
能源所：我们这个示范点位于济南市历城区董家镇柿子园村，地处济南东北部平原，距市中心17.5公里，距济南国际机场四公里。董家镇总面积65平方公里，现有耕地6.08万亩，人口4.6万人，农作物秸秆年产量超过三万吨，为典型的农业大镇。柿子园村现有人口2300人，耕地2600亩，主要作物为玉米和小麦，可利用秸秆量每年有1500吨。近年来，由于受农作物秸秆转化渠道不畅、转化率低等因素的影响，每年焚烧农作物秸秆的现象时有发生。大量焚烧秸秆不仅严重影响了陆空交通，而且直接导致了大气与环境的严重污染。为了彻底解决因焚烧秸秆所带来的不良影响，最大限度地保护环境、节约资源，能源所选择这个地方作为生物质秸秆发电项目示范点。
这个项目总投资123万元，总装机容量为200KW，平均发电负荷为160KW，日消耗秸秆十吨，年消耗秸秆总量可达到3000吨以上。按照发电成本每千瓦时0.335元计算，每年可实现纯利润30万元。项目可解决柿子园村及周边村庄万亩秸秆回收利用问题，仅出售秸秆一项可实现年户均增收300元以上，同时可解决农村富余劳动力就业。
你们是从什么地方知道我们这个项目的？
课题组：我们是2007年4、5月份在一份相关资料上看到这个项目情况的，说你们利用二步法解决了焦油的问题。
能源所：2007年3月份我们在比利时拿到了一个国际能源奖，可能你们看到的就是对这个能源奖的报道。我们就是利用技术工艺上的改进，利用二步法，可以产生不含焦油的燃气。过去，无论是固定床还是流化床进行气化，产生的燃气中含有的焦油都比较多，出来以后必须用水洗；而我们这个装置出来的气体可以用水洗，也可以不用水洗，基本上不需要进行过滤了，即使用水洗的方法，由于没有焦油，用过的水可以循环利用。如果考虑到水资源短缺的问题，不用水洗的方法，直接用悬空除尘的方法也可以。
课题组：焦油热解以后，产出的是什么呢？
能源所：直接从大分子变成小分子了，变成了有效可燃气体的一部分。
课题组：一公斤的秸秆燃料，可产出多少可燃气体？
能源所：这点和原来差不多，大约是一公斤秸秆产两方气。但产气量涉及到很多因素，比如秸秆的热值、控制过程、反应室的效率等等。
课题组：产出的可燃气的热值是多少？
能源所：一方气的热值大约在1000~1200大卡，或说4600~5000千焦。
课题组：这种热值的可燃气，几方气可发一度电？
能源所：大概是两方多气可发一度电，换算成原料的话，大概是一公斤多的秸秆可发一度电。
课题组：我觉得你们这个装置在处理焦油问题上很有特点，因为一般来说生物质热解裂化产气的过程中，焦油是个十分难以解决的问题。
能源所：是这样的！因为生物质中焦油的含量很高。用生物质做气化、做发电项目的很多，而我们和其他不一样的也就在这一点上。
课题组：和其他做气化、做发电的项目比较，在焦油处理的成本上，你们这么做的成本优势是不是更大一些？
能源所：我们是气化设备的投资高，但我们的水处理系统可以很简单或者没有，把水处理系统设备投资省下来了。
课题组：每千瓦装机的投资是多少？
能源所：看规模。200KW的装置，每个千瓦需要7000多元，比像30~60万千瓦的大发电机组要高一些。
课题组：但比直接燃烧发电每个千瓦1.3万元左右的投资就少多了！
能源所：如果我们的规模再大一些的话，单位投资还可以再低一些，能够做到7000元以下。因为，虽然规模小，但基本功能的投资都要有，单位成本就高。
课题组：这个装置可以直接放大吗？
能源所：和流化床比较，这个装置的放大相对要困难一些。像单县项目用的是国外技术，所以投资要大一些，如果用国内技术的话，投资可能会小一些。
课题组：他们用的设备可都是国内生产的。
能源所：但技术买的是丹麦的，在投资中包含了技术投资。秸秆看起来简单，其实它的预处理系统特别复杂。像单县项目以及其他几个直燃发电项目，炉子以后的系统都没有什么问题，关键就是预处理系统出问题，包括输送设备等都不太过关，毕竟国内过去没有这样大规模的利用秸秆。还有一个问题就是秸秆的收集与运输比较麻烦，投资也比较大。原来单县计划原料半径是30公里，后来80~100公里都有点困难，比如过去预计这个地方可以收获30万公斤棉柴，但如果老百姓棉花种得少了，你就收集不到这么多棉柴。
所以，当时我们就考虑将规模搞得小一点，范围在1~2个村子，最多3~4个村子，原料的半径就小多了。这样运输的距离也短，否则的话，到了秸秆运输的季节，公路都让运送秸秆的车子占满了。像济南一家生产糠醛的厂子，它是利用玉米棒芯，他们收集原料都到了河北，但糠醛的附加值高，所以能够承受这个成本，发电可不行。
课题组：你们发一度电的完全成本大概需要多少钱？
能源所：因为没有正式运行，我们只是做了一个估算。200KW的机组，原料按照每吨130元计算，因为是就近收集所以原料成本算的比较低，一度电的成本是0.4元多。如果是500KW的机组，成本可以降到0.4元以下。
课题组：那成本不算太高。你们计划这个机组的电力是直接供给附近村子，还是上网？
能源所：这就是我们遇到的困难所在。太小的系统并网的话，不太容易。现在这个机组的电往哪里送都可以，因为它毕竟是个中试装置。当时设在这里的主要原因是村里的领导很支持我们这个项目，因为中试装置毕竟是有风险的。他们给我们这个项目提供了这个房子、这块地方，让我们来干这个事情。如果运行稳定了，我们还是希望能够上网，因为在村子里用的话，如果有工业，基本上是白天用晚上不用，老百姓是晚上用白天不用，负荷峰谷差别比较大，所以挂在网上比较方便。但由于我们这个装置实在太小，供电部门在管理上可能先例比较少。
课题组：现在不是提倡搞分布式能源嘛，你们这个就是典型的分布式能源啊！现在柿子园村有2300人，按照发达国家的标准，一个人应该有1~1.2千瓦的装机容量，如果按照这个标准，你这个分布式能源应该搞11个这样的机组！
能源所：关键是这个小电网如何建。我们现在就遇到很大的困难，我们这个小系统如果按照正规的电厂手续去办，前面这个上网手续，包括可研、环评、土地评价、安全评价等等，上百万的资金可能就花出去了，和整个投资差不多了，但如果不做，谁敢信呢！？因为现在没有针对这种小的特殊系统的配套政策。
其中土地就是一个大问题。像前一段畜牧业用地也面临同样的问题，因为只要一硬化、一盖上房子就不能算农业用地啦，原来就是解决不了，这次农产品涨价，要求上畜牧业规模，上面所说的这个土地问题也就解决了。
课题组：对呀！等能源价格涨得大家都受不了的时候，你们这个用地问题也就容易解决了。这还是取决于对能源重要性的认识上。
能源所：像刚才所说的畜牧业用地问题，是个十几年都没有解决的问题，这次猪肉一涨价，问题很快就解决了。秸秆的储存也是个占地大的问题，储存100亩地的玉米秸秆，大约需要两亩地的面积。运输也是问题，运输玉米秸秆，如果不超高超宽的话，运输户就不划算，但超高超宽的话，公路部门又要罚款。
课题组：能不能考虑今后在大规模收集运输时，在地头进行就近粉碎，压缩打包，这样运输的成本就降低了，然后在厂子里进行堆放储存。
能源所：还是归结到成本问题，因为粉碎、压缩打包都是需要费用的。关键是今后社会能够接受我们每度电的价格是多少。
课题组：但这个完全是绿色能源啊，它又不排碳，价格可以高一些。
能源所：但是国家还没有相关的政策。像生产糠醛的那个厂子也用秸秆发电，用的是生产糠醛之后的渣子。我们这个地方焚烧秸秆的很多，已经影响到了公路和机场， 济南市政府找到刚才说的那家厂子，市政府出钱希望他们能够将秸秆收集起来用于发电，来避免秸秆焚烧带来的问题，这家厂子都不敢要，主要是这件事情的前期风险太大了。因为原料都是露天堆放，遇到连阴天就腐烂了，会影响原料的热值，如果有人放一把火也就全完了。原来济南市说给他们1000万，让他们将济南市的秸秆都收集起来，特别是机场附近地区的秸秆，他们没有做这个项目。
我们在这里还有一个二甲醚的试验项目。
课题组：已经出二甲醚了吗？
能源所：现在的试验装置出二甲醚并不困难，现在做的主要是要测试催化剂的效率，到底是可以使用几个小时、几十个小时，还是几千个小时，这里面差别十分巨大，当进入可以使用1000个小时的时候，才能够进入到工业应用。而且一般是要到3000个小时，才能够大规模应用。现在可以出二甲醚，只能说是整个工艺流程走通了。但这个技术是否能够进入市场、达到商业化应用，那还要做大量的工作。
课题组：目前的催化剂可以使用多少时间？
能源所：现在只是在做小试，还没有正式开始进行评价。国内现在做二甲醚催化剂的很多，其中做得最好的是西南化工研究院，其他像大连化工所、浙江大学等也在做。沈阳大学也有一套系统，是裂解酶的，用的是一步法合成二甲醚技术，在国内也是比较领先的，他们已经做到了1000多个小时。
课题组：对你们来说，在合成气方面已经成功了，达到了要求。
能源所：在合成气方面，小试已经做了，可以生产符合质量的合成气，这样我们就能够用秸秆生产汽车燃料了，因为二甲醚可以用在汽车上。但也有一些小问题，因为要做成化工规模时，装置就要适当的大一些，我们现在做的比较小，在放大过程中会遇到困难。所以，我们下一步的工作就是要将这种工艺、理念，以及处理焦油的思路应用到大型的装置上面。只有做到这一点，才能够和化工生产联系起来。可以说，现在是技术路线确定下来了，但要达到市场化的要求还有一段艰苦的路要走。
课题组：你们这套生物质气化发电示范机组是什么时候建起来的？
能源所：2004年立项，2005年建成。2005年10月份，分管科技的王省长就来看过这套装置的发电过程。那个时候，技术路线已将走通了，后来又不断地做了一些改进。之后，就一直在联系并网的事情，因为如果不并网的话，电发出来也没有去处。来来回回一年多了，因为各种各样的原因，一直没有成功，像我们这样一个小系统，土地手续不可能有。
课题组：这个小系统也占不了多少地呀！
能源所：现在是大约3~4亩地的样子，但没有考虑原料储存用地，那边的一个小储存库有些太小了，真正运行的话，肯定是不够用的。这个系统一年至少需要2000吨原料。
课题组：这个地方，一亩地能够出一吨秸秆吗？
能源所：出不了这么多，种玉米的话，大约出秸秆500公斤，干重；出籽粒也在500公斤左右。这个村子有2600亩地，加上周边村子的土地产的秸秆也就够了。我们和中科院过程所也一起报过一个项目，主要想用他们生产乙醇之后的渣子进行气化。就和前面所说的糠醛厂用生产糠醛后的渣子发电是一个道理。
课题组：如果这个系统评审、并网解决的话，刚才所说到的济南市拿出1000万解决秸秆焚烧问题，我们多建几个厂子不就可以解决这个问题了吗？
能源所：不是这么简单。关键是秸秆的收集、运输等问题难以解决。现在的秸秆堆放基本上是一亩地堆上一堆，而且山东的土地利用率非常高，刚才我说过100亩地的秸秆需要两亩地的面积来堆放，土地问题如何解决；另一个问题，现在基本上是露天堆放，要是连阴天烂掉或是被一把火烧掉了，那么原料的供应就难以保证了。如果原料供应保证不了，那么建起来的这些厂子的成本、效益就难以保证。前面说到的用糠醛渣子发电，至少糠醛渣子是有计划供应的，这部分是可以保证的，而且可以掺烧一部分煤，进行搭配，即使这样的话，他们的发电成本也接近每千瓦时0.4元。他们在收购玉米芯的时候，对大户也实行保护价，2007年每吨原料价格也到了470元一吨。
这里面主要还是有个政策的问题。虽然国家非常支持这类项目，但是各个部门之间并不统一。
课题组：解决这个问题必须要有一个系统的方法，首先应该确定新能源到底采用什么样的布局、其产业链应该如何发展等等，然后才有相关的一系列的政策，这样才能搞起来。
能源所：现在中央各个部委之间出台的政策相互之间不协调，甚至出现矛盾，我们在下面执行起来就十分困难。像养殖业的发展，畜牧部门要求搞规模养殖，最好和居民区分离，但规模化养殖就要占地，而国土管理部门明文规定，只要土地硬化，不论是做工厂还是搞养殖，都不能算畜牧业用地，这就是一对矛盾。
课题组：你们觉得在推广使用新能源的过程中，有哪些环节上的政策问题需要解决呢？
能源所：就我们这个项目而言，我们觉得中国的国情决定了秸秆资源比较分散的特征，所以像我们这种分布式的能源系统是适合这种资源分布状况的，无论是发电也好、还是其他类型的能源系统也好，不要太集中，也不要几十、上百公里的收集、运输秸秆。那么，这套系统的土地使用、产业链建设等等就要有相应的配套政策。
课题组：就你们的体会而言，其中最突出的矛盾是什么？
能源所：对我们这种小型发电系统来说，发电是要经过批准的，这点十分突出。发电需要发改委批，要立项，然后才能给电网管理部门讨论上网的问题、到物价局谈电价的问题；但过去这套程序都是对大发电系统而定的，比如可研报告、环评报告、土地评估、文物保护评估等等，这么做下来对于我们这种小系统来说，成本可就太高了，摊到投资中，这样的系统就没有办法生存。我们想，如果经过示范项目建设，经评估是可行的，是不是对示范项目进行评估就可以了，作为一个标准，对同样的项目就不要再重新做一遍，那就简单多了，成本也可以大幅下降。当然这只是我们的一个想法，具体实施起来，就需要一个新的政策，这也是很多类似的小能源系统面临的难题。
课题组：现在的农村，电力负荷可能不太稳定。如果我们设想，在集镇周围，城镇人口的比重比较大，同时还有一定的加工业，那么用这种分布式的能源系统，一方面可以解决周围乡村的能源问题，同时也把集镇的城市用能问题加以考虑，负荷就相对均衡了。这样单独组网或者搞局域电网的模式可行吗？
能源所：不管是单独组网还是局域电网模式，也还是有个网，这样负荷均衡问题就小多了，所以不论是上大网还是上小网，都是可以保证我们这个200KW的机组总是处于最佳效率状态运行。这种小系统，对于效率问题尤其敏感，如果效率低了，就没有办法维持，对于发电系统来说，总是希望最大限度的发挥其能力。我们和供电系统接触很多次了，最近也有一些进展，只是因为我们没有土地手续、可研报告、环评等等，我们就提出，可以让我们先并网做实验，主要是检验技术上是不是可靠、运行上有什么问题，采用这种方式，他们不收钱，我们也不要钱，先运行一段再说，在这个方面有所进展。因为现在没有做这个实验，我们到各个部门谈这个系统的时候底气也不足，到底行不行，到底多少电价合适，我们也心里没底。
课题组：如果这种燃气发电产业化之后，这种200KW的系统就成为最终系统也是有可能的。
能源所：是有可能。我们现在就是要通过实际并网运行，来检验系统的整体性能以及稳定性。其实这套系统现在最适合使用的地方是一些造纸厂，用他们自己的废弃物进行自备发电，自己厂里用，这个效率、效益是最好的。
课题组：其他还有什么难题吗？
能源所：早期的时候，还是国家政策支持的问题。原来我们拿一个项目，经费也就是十万、八万的，这两年国家支持的力度就大多了。还有就是整个产业的配套政策，虽然我们是在秸秆气化的过程中解决了焦油问题，那么在产业的上游，秸秆如何收集、粉碎、压缩、运输等问题就不是我们自己所能够解决的了，这是一个产业链的问题。像西方，有企业专门将秸秆加工成类似饲料颗粒的样子，适合烧壁炉用，这就是专业化生产分工，而我国这种颗粒燃料的设备还不是特别过关，尤其是在一些关键技术上不过关，使用寿命较短。但说到底还是一个成本问题。其中关键就涉及到可再生能源如何定价的问题，如果和煤比的话，就不划算了。
课题组：主要是用煤的许多成本没有计算进去，比如排碳的环境成本等。
能源所：就是因为许多成本没有计算进去，才没有办法比较，如果都算进去，企业难以承受的时候，事情就好办了。现在颗粒燃料大概卖到500多元一吨，而热值只是相当于0.5吨标煤，当然就没有办法和煤竞争。在这种市场条件下，生产颗粒燃料的设备也不可能用太好的材料，使用寿命自然也就短了。所以，这个产业主要是和市场定位、资源利用、价格密切相关。其实，在造纸这个产业链上，秸秆的前期预处理是非常成形的，因为造纸业可以承担这些成本。到玉米秸秆能够卖到500元一吨的时候，也就有人做这些前期预处理了。在新能源发展中，技术只是一个方面，关键是能不能达到市场竞争环境的需求，如果每个环节都投入不足的话，产业的发展也就无从谈起。
课题组：不仅是你们这个发电系统，整个生物质能源系统都面临这个问题，如果市场定位问题解决了，那么就可能在各个环节上产生专业化的生产企业，比如可以产生专门生产颗粒燃料的生产者，它可以卖给你们做气化发电，也可以卖给直燃发电厂，还可以卖给化工企业等等，只要它有利可图。如果这个过程全部让一个企业承担的话，就好像要求现在煤电企业必须自己到煤矿拉煤一样，是很难承受的。但现在生物质能源的发展还是处于这个自己处理原料的阶段，需要一个发展过程。
能源所：就是啊。像蔬菜的运输就有绿色通道，而运送秸秆就可能到处挨罚，类似的事情很多。
课题组：我们这一路上，和不同生物能源生产企业进行了很多座谈，遇到的最多的问题就是产业链的问题，只不过提出的角度不同而已。它不是仅仅是个技术问题，而且这个产业链上，只要一个环节断掉，整个产业链也就出问题了，因为它是一个串联系统，必须有一种系统化的思路才能保证生物质能源顺利发展。不过像你们一样，现在在这个产业链的各个环节上都有一些闪亮点，关键是如何系统地整合，如果没有这些亮点，就只能去设想了，而有了这些亮点，系统整合就有了现实的依据和可能性。关键的瓶颈技术突破，也提供了系统整合上技术的可行性。
顺便说一下，现在省发改委就可以对这种生物质能源项目立项。
能源所：我们就是去了省发改委立项，但在这里立项，就像我刚才所说的，他们就要土地手续、可研报告、环评等等。像直燃发电的项目也有几十个在排队呢。
课题组：有没有可能和国能系统联合，纳入他们的规划呢？而你们这个系统，可以集中在村镇发电利用方面。
能源所：我们倒是和电力设计院进行过联系，但首先我们要进行实验，把系统搞好，然后也希望和大的发电集团公司合作。
课题组：在新的可再生能源发展规划出台之后，他们应该也有这方面的需求。
能源所：你们到枣庄看过吗？
课题组：我们在三年前去过，想看他们秸秆和煤进行掺烧的发电机组，但当时他们没有运行，所以没有看成。
能源所：我去看过，他们的系统是秸秆和煤进行掺烧。其实，从我们做技术的角度来看，单就发电来说，他们这样的方式，是利用秸秆的最简捷的途径。一方面，国家要限制小火电，停了很多小火电。
课题组：他们可以掺烧多大比例的秸秆？
能源所：可以达到20％。仅仅20％的比例，在秸秆的利用上，就相当于单县2.5万千瓦机组，因为它是12.5万千瓦机组进行改装来的，现在是14.3万千瓦的装机容量。但是，它的投资要比建一个2.5万千瓦的生物质直燃发电机组要小得多。但现在国家发改委不敢开口子，因为掺烧比例没有办法控制，也不好检测。
课题组：像你们这种小型生物质气电联供系统，可以使广大农村地区依靠秸秆资源获得高品质的能源，关键是适合我国农村聚居和生物质资源分布的特点，也为村镇经济发展提供了一个很好的产业支持，应该可以在广大的农村找到广阔的市场，成为可再生能源系统中一个很好的支撑点。
薛玉炜整理
