[摘 要] 文章針對當(dāng)前國內(nèi)生物質(zhì)電廠在燃料的收集、運輸和儲存過程中普遍存在的問題進行了分析，并提出了一種新型的燃料組織模式：種植皇竹草作為原料。通過對這種新型燃料組織模式的探討，筆者希望能為以后的生物質(zhì)電廠的設(shè)計提供一種新的思路。

[關(guān)鍵詞] 生物質(zhì)電廠；燃料；皇竹草；組織模式

[作者簡介] 劉毅，中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院工程師，研究方向：熱能與動力，廣東 廣州，510663

[中圖分類號] S216 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）06-0019-0003

生物質(zhì)發(fā)電主要利用在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物作為發(fā)電燃料，是一項具有廣闊發(fā)展前景的可再生能源產(chǎn)業(yè)。根據(jù)2005年國家頒布實施的《中華人民共和國可再生能源法》，可再生能源被列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域，是國家大力推動的能源產(chǎn)業(yè)。同時，在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》中，生物質(zhì)發(fā)電也被列為能源領(lǐng)域中重點開發(fā)利用的技術(shù)，并作為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。隨著石油、煤、天然氣等資源日益枯竭，生物質(zhì)發(fā)電將越來越受到重視，在未來的應(yīng)用將越來越廣泛。

從目前國內(nèi)已建成的生物質(zhì)電廠運行情況來看，多數(shù)電廠在燃料的收集、運輸和儲存過程中均存在難題。特別是50MW的大型機組，燃料組織環(huán)節(jié)的問題已成為制約電廠生存與發(fā)展的關(guān)鍵因素。針對這種情況，本文提出一種新型的燃料組織模式：種植皇竹草作為原料。通過對這種新型燃料組織模式的探討，筆者希望能為以后的生物質(zhì)電廠燃料系統(tǒng)的設(shè)計提供一種新思路。

一、傳統(tǒng)的燃料組織模式

生物質(zhì)電廠的燃料一般采用在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物，如秸稈、鋸末等。這些燃料具有密度小、熱值低、分布范圍廣等特點，且具有季節(jié)性。一個容量為2×50MW的生物質(zhì)電廠每年所需燃料量大約為60×104t，燃料收集半徑大約為30～60km，根據(jù)各地資源分布情況不同而有所差異。

目前最常見的燃料組織模式大致分為以下幾個步驟：a）從農(nóng)戶處收集燃料；b）在廠外收儲站對收集到的燃料進行切碎、打包等再處理；c）將處理好的燃料運輸至場內(nèi)儲料場儲存。

而為了降低電廠的初始投資及管理難度，減少電廠的人員，并兼顧燃料供應(yīng)安全性，降低風(fēng)險，大多數(shù)電廠的燃料組織都是采用電廠自主組織完成和由當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)戶或經(jīng)紀人組織完成相結(jié)合的方式，只是在各自完成的比例上有所差異。

二、燃料組織過程中的常見問題

（一）燃料收集困難

首先，農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)具有很強的季節(jié)性，在農(nóng)林作物未收獲的時段，將會產(chǎn)生燃料供應(yīng)不足的問題。其次，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物的所有權(quán)分屬千家萬戶，在收集過程中電廠要與收集半徑內(nèi)的多個農(nóng)戶個體或經(jīng)紀人打交道，工作量非常大。再次，電廠作為需方，缺乏對供方的約束力，有時甚至還會出現(xiàn)農(nóng)戶單方面漲價或突然停止提供燃料的情況。最后，農(nóng)戶對燃料的收集主要是以人力為主，效率低下，導(dǎo)致其積極性不高。上述因素都會導(dǎo)致燃料收集困難。

（二）燃料運輸成本高

我國農(nóng)村地區(qū)實行土地承包責(zé)任制，少有機械化集中生產(chǎn)，人均耕地面積少，導(dǎo)致燃料分布零散，運輸工作量大，成本高。無論是電廠挨家挨戶去收取，還是由農(nóng)戶各自送貨上門，運輸成本最終都會反映到燃料成本上。即使設(shè)置廠外收儲站，也只能使運輸成本高的問題有所緩解，而無法得到根本改觀。

（三）燃料質(zhì)量難以保證

目前生物質(zhì)電廠普遍采用爐排爐和循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐對燃料含水率的設(shè)計值一般在20～30%。但農(nóng)戶均采用自然風(fēng)干的辦法對燃料進行處理，最終含水率一般在30%以上。有時由于風(fēng)干時間不夠長，含水率甚至?xí)h超30%。同時，在燃料收集過程中，由于不可能做到每戶每次都詳細檢測，農(nóng)戶往燃料中摻水摻石塊的事情時有發(fā)生。

含水率過高會導(dǎo)致燃料在儲存時易發(fā)酵、自燃，從而產(chǎn)生安全隱患，而且在進入爐膛燃燒時會增加鍋爐排煙損失，使鍋爐效率下降。往燃料中摻石塊則可能會損壞解包機、給料機等上料設(shè)備。

（四）燃料供應(yīng)的安全性難以保證

生物質(zhì)燃料具有密度小、體積大的特點，因此儲存設(shè)施占地大，儲量卻很少。而出于成本控制方面考慮，儲存設(shè)施的容積也會受到一定的限制。

但是在燃料的組織過程中，存在諸多經(jīng)常遇到且難以回避的困難。例如，燃料供應(yīng)的季節(jié)性影響、燃料收購的價格上漲、電廠與農(nóng)戶之間產(chǎn)生糾紛、惡劣的氣候因素影響等。當(dāng)這些因素的影響超過廠內(nèi)和廠外儲存設(shè)施的緩沖承受能力時，電廠將不可避免地遭遇“無米下鍋”的尷尬情景。

據(jù)筆者了解，國內(nèi)的生物質(zhì)電廠曾出現(xiàn)過多例因燃料供應(yīng)緊張，燃料收購價格在短時內(nèi)大幅上漲的事件，甚至還曾有電廠因為缺少燃料而被迫停機。

三、新型燃料組織模式

為了電廠長期安全穩(wěn)定運行，避免出現(xiàn)以上問題，國內(nèi)某生物質(zhì)電廠工程正在嘗試采用一種新型的燃料組織模式。該電廠主要采用在電廠周邊50km范圍內(nèi)種植的皇竹草作為燃料，同時也可以收集該半徑內(nèi)的各類農(nóng)林業(yè)廢棄物作為燃料。

電廠規(guī)模為2×50MW機組，年利用小時按6000h計，年消耗燃料量折合成含水率10%的皇竹草約為48×104t。

（一）皇竹草的特性

皇竹草是我國從南美洲哥倫比亞引進的高產(chǎn)量優(yōu)質(zhì)牧草，其植株高大，根系發(fā)達，為多年生植物，主要繁殖方式為無性繁殖，適宜種值于各種類型的土壤，并具有很強的耐酸性和抗干旱能力?；手癫菪誀罱橛谳度斉c高粱之間，其外形和生長形態(tài)類似甘蔗，但中空，節(jié)間較脆嫩，屬于軟質(zhì)秸稈。

皇竹草最適宜在熱帶和亞熱帶氣候條件下生長，而且對氣溫條件的適應(yīng)性較強，在靠近北方的地區(qū)也可以種植，但是溫度較低會抑制其生長。在我國南方地區(qū)種植皇竹草生長周期短，收獲期長，春季栽植后2～3個月即可收割，每年可收割4～6次，栽植一次可連續(xù)收割6～7年，每畝每年可產(chǎn)鮮草達25t。

皇竹草鮮草含水量為75%左右，除去水分，主要成分為纖維素、木質(zhì)素和半纖維素，占固體物料總重量的80%以上。除此之外，還含有蛋白質(zhì)、脂類、灰分、果膠、低分子的碳水化合物等。對含水率10%的皇竹草進行元素分析，結(jié)果表明，在同等含水率基礎(chǔ)上，其熱值低于樹枝、鋸末的熱值，而與水稻、玉米秸稈等大多數(shù)生物質(zhì)的熱值相當(dāng)。

（二）種植模式及規(guī)模

該電廠所在地區(qū)為經(jīng)濟欠發(fā)達的山區(qū)，有大量山坡地可用來種植皇竹草。項目公司計劃利用山坡荒地共約15×104畝，由當(dāng)?shù)卣龑?dǎo)農(nóng)戶種植，項目公司負責(zé)技術(shù)支持和技術(shù)服務(wù)，并回購收獲的皇竹草作為電廠的燃料。

依靠種植，這些荒地年產(chǎn)皇竹草鮮草最高可達375×104t，折合含水率10%的干草約為105×104t，作為電廠的主要燃料。同時在周邊地區(qū)收集當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)林廢棄物，每年約26×104t，可作為補充，滿足電廠需要。

（三）燃料組織模式

該電廠的燃料組織模式策劃為：項目公司+政府+燃料公司+經(jīng)紀人+農(nóng)戶。首先，項目公司和當(dāng)?shù)卣炗嗧椖亢献鲄f(xié)議書，政府在政策上給予大力支持，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的種植予以科學(xué)引導(dǎo)。然后，由項目公司組建燃料公司，同時發(fā)動并培育一批當(dāng)?shù)氐慕?jīng)紀人，并在每一個種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)為電廠配套建設(shè)燃料收儲站（約20個）。

農(nóng)戶種植皇竹草可以采用兩種模式，一種是自己承包土地種植，將收獲的產(chǎn)品賣給燃料公司；另一種則由經(jīng)紀人承包土地，農(nóng)戶受其雇傭進行種植。

皇竹草收獲后，就地進行晾曬，然后由農(nóng)戶自行送至電廠或廠外收儲站，或者由燃料公司或經(jīng)紀人上門收取。收集到燃料后，合格的直接入庫儲存，需要再處理的則經(jīng)過切碎、脫水等處理之后再入庫儲存。

電廠設(shè)置20個廠外收儲站和1個廠內(nèi)儲料場，共可滿足2臺機組65天的燃料量。

（四）優(yōu)點及缺點

這種新型的燃料組織模式有自己獨特的優(yōu)點：a）農(nóng)戶或經(jīng)紀人可以承包大面積的土地進行種植，燃料的分布變得比較集中，收集工作比較容易；b）燃料產(chǎn)地集中，使運輸工作量和成本大大降低；c）電廠收購燃料需面對的對象較少，可以建立起規(guī)模較大的長期、穩(wěn)定的合作關(guān)系，而且可以在收購時進行抽檢，都有助于保證燃料的質(zhì)量；d）皇竹草的種植有當(dāng)?shù)卣晚椖抗窘M織和引導(dǎo)，有利于維持燃料市場的穩(wěn)定、有序?；手癫莸纳L受季節(jié)的影響要比其它農(nóng)作物小得多，通過合理調(diào)配收割時間，燃料供應(yīng)可以做到全年無間斷。這些都是電廠燃料供應(yīng)安全性的有力保障。

以上是新型燃料組織模式的優(yōu)點，但任何事物都具有兩面性，這種模式也有一些缺點：a）皇竹草的種植需要大面積的土地，同時農(nóng)戶的利益也需要擔(dān)保，這些都需要政府部門的積極參與和大力支持，而且項目實施的初始階段難度較大；b）該模式具有一定的地域性限制，較適合在南方地區(qū)進行。因為皇竹草雖然對氣溫條件的適應(yīng)性較強，但是越靠近北方其產(chǎn)量越低，該模式的經(jīng)濟性越差；c）該模式尚未經(jīng)過工程實際檢驗，擬采用該模式的生物質(zhì)電廠尚處于可行性研究報告審查通過的階段，在以后的項目實施階段是否會遇到新的困難尚未可知。

四、結(jié) 語

因為篇幅的關(guān)系，本文僅在技術(shù)層面對新型燃料組織模式和傳統(tǒng)燃料組織模式進行對比分析，未再在經(jīng)濟性方面進行探討。

本文提出的這種新型的生物質(zhì)電廠燃料組織模式從技術(shù)上來說完全可行，而且可以明顯改善甚至解決一些在傳統(tǒng)的燃料組織過程中無法回避的難題。但是它也有自己不可忽視的缺點，希望能有后來者繼續(xù)這個課題，找到能夠改善的辦法。

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