生物质发电的“现在”与“未来”

1、生物质能发电行业基本情况

生物质(Biomass)是地球上最广泛存在的物质,包括所有的动物、植物和微生物,以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多物质。生物质发电(BiomassPower)是利用生物质所具有的生物质能进行发电,是可再生能源发电的一种。生物质发电分为直接燃烧发电、混合燃烧发电、生物质气化发电和沼气发电等不同类型。生物质发电技术是目前生物质能应用方式中最普遍、最有效的方法之一,在欧美等发达国家,生物质能发电已形成非常成熟的产业,成为一些国家重要的发电和供热方式。

生物质能发电形式

(1)行业发展概况

① 生物质能是一种环保、可再生、亟待发展的能源形式

生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,取之不尽、用之不竭,其具有蕴藏量大、普遍性、易取性、挥发性高、炭活性高、易燃性的特点。生物质能源是目前世界上应用最广泛的可再生能源,消费总量仅次于煤炭、石油、天然气,位居第四位,它也是唯一可循环、可再生的炭源。现代生物质能源具备显著环保特性,实现碳零循环,排放少量的氮氧化物和硫化物。

近年来,我国经济持续快速发展,能源需求持续加速增加,2020年前要实现国内生产总值比2000年翻两番的目标,将持续面临着重化工业新一轮增长、国际制造业转移及城市化进程加速的新情况,经济发展对能源的依赖度将不断增加,能源问题已经成为制约经济社会发展、人民生活水平提高的“瓶颈”所在。

在加强常规能源开发和大力推动节能的同时,改变目前的能源消费结构,向能源多元化和清洁能源过度,已迫在眉睫。2015年全国能源消费总量约3,014百万吨油当量,其中原煤占63.7%、原油18.6%、天然气5.9%、水电、核电、风电、太阳能和生物质等新能源比例较低,约11.9%。我国1993年成为石油净进口国,2014年我国石油对外依存度达到59.43%,能源安全保障压力巨大。随着生物质能源利用技术的成熟,经济成本的下降,生物质能源替代比例将会越来越高,生物质能源的大规模利用可以进一步促进资源更加合理有效的利用,增强能源安全保障,使我国能源、经济与环境实现可持续发展。

2015年全球能源消费结构

2015年我国能源消费结构

② 全球生物质能利用情况概述

生物燃料是接近零排放的绿色能源,越来越多的国家将发展生物质能作为替代化石能源、保障能源安全的重要战略措施,生物质能在许多国家能源供应中的作用正在不断增强。生物质发电主要集中在发达国家,特别是北欧的丹麦、芬兰等国,印度、巴西和东南亚的一些发展中国家也积极研发或者引进技术建设生物质发电项目。据国际能源署预计,到2020年,西方工业国家15%的电力将来自生物质发电。而我国在生物质能发电方面起步较欧美晚,但经过十几年的发展,目前已经基本掌握了农林生物质发电、城市垃圾发电等技术。

欧洲很多国家把生物质能源作为未来替代石化能源的主要支撑,采取财政补贴、税收优惠等措施支持生物质能发展。在近10年的时间里,欧盟已耗资150亿欧元致力于从生物质资源中提取运输用燃料。欧盟提出到2020年生物燃料占交通燃料的10%,其中瑞典规划到2020年交通实现基本不再使用石油燃料,实现“后石油时代”。

生物质能源是美国最大的可再生能源,约占美国全国能源供给量的3%。截止至2012年底,生物质能已经成为美国可再生能源的主要来源,美国国家能源战略将生物质能作为主体,以确保合理能源结构和能源安全供给。美国农业部和能源部2012年11月,详细制定了生物质能源资源供应链和2013-2022年生物质能发展计划,以解决生物质能开发瓶颈问题。

2010年全球生物质发电装机容量已超过6,000万千瓦,尤其北欧的丹麦、芬兰等国生物质发电已成为重要的能源供给方式。美国生物质直燃发电发展迅速,1990年装机容量仅达到6,000MW,2010年则升至10,400MW。截至2012年年底,美国生物质直接燃烧发电约占可再生能源发电量的75%,有300多家发电厂采用生物质能与煤炭混合燃烧技术,装机容量22,000MW。预计到2030年,装机容量将达到40,000MW。

美国生物质直燃发电装机容量

③ 我国生物质发电行业发展概况

我国在生物质能发电方面起步较欧美晚,但经过十几年的发展,已经基本掌握了农林生物质发电、城市垃圾发电等技术。

2005年以前,以农林废弃物为原料的规模化并网发电项目几乎是空白。2006年全国核准了100多万千瓦的直燃发电项目。生物质发电装机容量超过220万千瓦,其中蔗渣发电170万千瓦,碾米厂稻壳发电5万千瓦,城市垃圾焚烧发电40万千瓦,此外还有一些规模不大的生物质气化发电的示范项目。2006年《可再生能源法》、生物质发电优惠上网电价等有关配套政策的实施,使我国的生物质发电行业快速壮大。

2006年至2010年,即“十一五”期间,我国生物质直燃发电得到了迅速发展。2010年底,我国生物质发电并网总容量达到550万千瓦,农林生物质直燃发电并网总容量为360万千瓦,占所有生物质能发电的65.5%;垃圾焚烧发电并网总容量为170万kWh,占所有生物质能发电的30.9%;其他气化发电、沼气发电、混燃发电等所占比例很小,只有20万千瓦。

截至2014年,生物质发电累计装机容量为1,423万千瓦,并网约为950万千瓦,主要是农林生物质直燃发电和城市生活垃圾焚烧发电,其中农林生物质直燃发电核准容量约为840万千瓦,并网容量约为500万千瓦,核准容量占比约为59%,原料是各种农作物秸秆和林业废弃物,主要集中在华中和华东等原料比较丰富的地区。垃圾焚烧发电并网约为424万千瓦,原料以城市生活垃圾为主,主要分布在大中城市周边地区。生物质固体成型燃料主要用于各种锅炉,原料以农作物秸秆和木屑为主,近几年发展速度较快,2014年产量已达700万吨。中国现阶段生物质液体燃料主要有燃料乙醇和生物柴油两种,发展速度相对缓慢,产量分别仅为28亿升和11亿升。2015年,我国生物质发电累计核准装机容量达1,708万千瓦,其中累计并网装机容量约为1,171万千瓦。

从产业整体状况分析,生物质发电及生物质燃料目前仍处在政策引导扶持期。生物质发电行业的标杆企业在技术、成本方面已经具有明显优势,已投产生物质发电项目的盈利能力已逐步显现,直燃生物质开发利用已经初步产业化。

④ 我国生物质能利用仍有待加强

由于我国与美国等发达国家不同,人口数量庞大,粮食产量还有待提高,因此在生物质能源发展过程中产生了“不与人争粮,不与粮争地”的基本政策,生物质资源主要来自于废弃物资源。我国生物质能资源广泛,主要有农作物秸秆及农产品加工剩余物、林木采伐及森林抚育剩余物、木材加工剩余物等。2012我国废弃物理论资源量折合约15.4亿吨标准煤,由于收集损失和其他利用方式,可收集并能源化利用的仅折合约7.15亿吨标准煤,相当于我国能源消费总量的20%左右。

截至2012年,全球已有127个国家制定或出台可再生能源政策,发展中国家和新兴经济体的比重超过2/3。其中发电支持政策主要包括上网电价、可再生能源配额制、净计量电价、财政税收支持政策以及绿色电力价格等。一直以来,我国都较为重视生物质能源的应用和发展,然而与光伏等可再生能源行业相比,生物质能发展所给予的直接政策支持相对还比较薄弱。

此外,由于种植经营分散、农机化滞后、秸秆处置成本高等原因,我国秸秆等农业废弃物的田间焚烧现象一直没有得到很好的解决。农业废弃物一烧了之,不但是生物质资源的极大浪费,而且加剧了秋冬时节北方地区的雾霾天气。随着生物质能产业化程度的提升、我国政府对农林废弃物收集处理的重视,基于我国丰富的生物质资源,行业未来的利用空间非常广阔。

(2) 生物质发电行业市场前景

① 我国生物质资源丰富

全球每年经光合作用产生的生物质约1,700亿吨,其能量相当于世界主要燃料贡献的10倍,而作为能源的利用量还不到总量的1%,极具开发潜力。与化石燃料相比,生物质资源种类众多、数量巨大、分布广泛。其主要有:木柴燃料、农作物废弃物、畜禽粪便、能源植物、城市废物等。其中,农作物废弃物主要有秸秆(稻草、麦秸、棉花秸等)、杂草、稻壳、花生壳等。能源作物指专门作为能源的作物,目前用于油料作物种植的树种有:麻风树、油桐、乌桕、漆树、核桃、油茶、黄连木、油橄榄、油翅果、四合木等。

我国生物质资源丰富,2007年生物质原料总产出潜力高达9.32亿吨标煤,其中有机废弃物和边际性土地占比分别为41.1%、58.9%。从趋势来看,预计到2030年秸秆、畜禽粪便和能源作物产量将分别新增产能1.37、0.45、0.57亿吨标煤,即生物质原料年产能潜力提升至11.7亿吨标煤。

中国2007年生物质原料资源农林废弃物的状况与2030年增量

中国2007年生物质原料资源边际性土地的状况与2030年增量

② 现代农业、循环经济推动生物质能产业发展

现代农业发展将推动农业生产的社会化程度逐步提高,如农业企业规模的扩大,农业生产的地区分工、企业分工日益发达,“小而全”的自给自足生产被高度专业化、商品化的生产所代替,农业生产过程同加工、销售以及生产资料的制造和供应紧密结合,逐步发展为农工商一体化。这对于生物质能产业发展有着强大的推动作用。

生物质能产业对农业、林业废弃物的开发利用符合循环经济中减量化(Reducing),再利用(Reusing)、再循环(Recycling)的原则,是现代农业发展循环经济的完美诠释。另一方面,生物质能源产业的兴起拓展了农林资源的用途,给农民、林业生产经营带来新的机会,使之有机会进入经济循环体系之中,而且可以使未利用的土地投入生物质能源的原料生产。

生物质能产业符合现代农业、循环经济的发展方向

③ 政策支持生物质发电行业发展,未来有望进一步加强

2006年前农林废弃物规模化发电几乎空白。2006年前,中国生物质发电总装机容量约为2,000MW,其中蔗渣发电约1,700MW以上,垃圾发电约200MW,其余为稻壳等农林废弃物气化发电和沼气发电。生物质特别是农林废弃物为原料规模化并网发电项目几乎是空白。

我国生物质能发电技术产业呈现出全面加速的发展态势。近年来,随着低碳经济的发展不断提高节能减排的要求,并且国内外对生物质能的开发利用力度不断加大,我国政府也把生物质能的综合利用提到了新能源开发的重要位置,加大了对生物质能开发的政策支持力度。随着《可再生能源法》和相关可再生能源电价补贴等一系列政策的出台和实施,我国生物质发电投资热情迅速高涨,启动建设了各类农林废弃物发电项目。

④ 行业有望迎来新建高峰,潜在空间巨大

近年来,我国生物质发电装机容量逐年增加,由2007年的220万千瓦增加至2015年的1,708万千瓦,年均复合增长率达29.20%,表明我国生物质发电行业发展较快。但是,我国的生物质发电主要停留在示范项目阶段,并未形成大规模合理利用。生物质发电在我国电力生产结构中占比极小,在我国新能源发电结构中占比仅为1/10左右。根据《2013中国生物质发电建设统计报告》,截至2013年底,除青海省、宁夏回族自治区、西藏自治区以外,全国已经有28个省(市、区)开发了生物质能发电项目。全国累计核准容量达到12,226.21兆瓦,其中并网容量7,790.01兆瓦,占核准容量的63.72%。2014年,全国生物质发电累计装机容量为1,423万千瓦,并网约为950万千瓦。2015年,我国生物质发电累计核准装机容量达1,708万千瓦,其中累计并网装机容量约为1,171万千瓦。

2007-2015年中国生物质能发电装机规模

根据国家能源局《生物质能发展“十三五”规划》,到2020年,生物质能基本实现商业化和规模化利用。生物质能年利用量约5,800万吨标准煤。生物质发电总装机容量达到1,500万千瓦,年发电量900亿千瓦时,其中农林生物质直燃发电700万千瓦,城镇生活垃圾焚烧发电750万千瓦,沼气发电50万千瓦;生物天然气年利用量80亿立方米;生物液体燃料年利用量600万吨;生物质成型燃料年利用量3,000万吨。

根据《2013中国生物质发电建设统计报告》资料显示,2013农林生物质直燃发电并网容量419.5万千瓦,“十三五”规划中提出2020年利用规模要达到700万千瓦,行业未来有望继续稳定发展,复合增速达7.59%。

生物质发电并网容量

(3)生物质发电行业特点与发展趋势

① 生物质能发电行业的上下游结构较为简单,产业链短

随着《可再生能源法》和相关可再生能源电价补贴政策的出台和实施,我国生物质发电投资热情迅速高涨,启动建设了各类农林废弃物发电项目。生物质能发电行业的产业链比较短,由生物质能发电生产行业加上上游的资源行业和设备行业以及下游的电网行业构成,生物质能发电行业和其他新能源行业面临的唯一下游客户就是电网,电网买电以后再卖给各个不同的用户,由于国家优先上网的政策,使得生物质发电电力产品实现全部销售。

② 原料收购是制约生物质发电大规模发展的一个重要因素

农林生物质存在收购难和存储难的问题。农民多年来都是把秸秆作为生活燃料的主要来源,出售秸秆的意识不强;并且农作物秸秆的收购往往在农村大忙季节,收集秸秆的力量不足。此外,秸秆收购具有较强季节性,无法均衡收购,要维持企业的正常运转,必须有半年的储存量;因秸秆比重轻,体积大,堆入存储场地广大,还需一系列的防雨、防潮、防火等配套设备,投资建设和维费用大。

③ 锅炉设备已经成发电企业的主要竞争要素之一

除燃料收集在生物质发电中具有核心作用外,发电设备决定的发电效率是影响企业盈利的另一个关键因素。秸秆直燃发电主要由锅炉、汽轮机、发电机三大设备完成。由于生物质特有的碱金属含量高、灰分熔点低等特性,生物质锅炉是秸秆发电的核心技术。目前在国内,以丹麦BWE公司技术,济南锅炉厂生产的炉排炉以及国内锅炉厂家分包制造生产的循环流化床锅炉是主流。

④ 良好的分布式新能源

生物质资源分布范围广,生物质发电厂多建在城市周围的农村地区,毗邻城市经济开发区,离用电所在地近,不同于光伏、风电大多需要在内蒙、新疆、河西走廊等具备特定资源地区,输电距离远,电损耗大。同时生物质发电年运行时间可达7,000小时以上,接近火电,能实现持续稳定供电,不会对电网运行造成干扰,具备良好的分布式应用优势。

未来,生物质行业发展将呈现如下几方面的趋势:

① 农林生物质发电突破经济性瓶颈者将享受先发优势

农林生物质直燃发电是目前最常见的一种生物质发电技术,以秸秆为例,秸秆发电是指以农作物秸秆为主要燃料的一种发电方式,将秸秆送入锅炉直接燃烧,发生化学反应,放出热量,利用这些热量再进行发电,秸秆发电是秸秆优化利用的最主要形式之一。

2013年生物质发电技术比例

秸秆是最主要的农林生物质发电原料。我国秸秆产量丰富,采用“谷草比”估算作物秸秆资源量,2012全国九大作物可得出年秸秆总量共约8.56亿吨,折合总产能约4.34亿吨标准煤。另一方面,目前我国秸秆资源被严重浪费,除约15%的秸秆被用来直接还田造肥,31%被作为饲料,4%被用作工业原料外,其他50%的农作物秸秆中的大部分被简单燃烧或废弃在田间地头。2013年5月,发改委等部门发布《关于加强农作物秸秆综合利用和禁烧工作的通知》(发改环资[2013]930号),基于大气污染防治角度加大秸秆禁烧力度。

根据《2013中国生物质发电建设统计报告》统计数据,2013年全国农林生物质发电单位千瓦动态投资额约为8,000-10,000元,平均9,160元。全国垃圾焚烧发电平均单位千瓦动态投资额约为15,000-20,000元,平均17,763元。沼气发电单位千瓦动态投资额约为10,000-17,000元,平均13,015元。作为资源丰富、技术成熟且极具经济性的农林生物质直燃发电技术,未来对于行业内最早突破经济性瓶颈实现大规模发电的企业将享受先发优势。

② 生物质燃料收储运体系成熟度不断提升

农村地区生物质资源丰富,一般而言当地可收集资源量约为生物质产业项目需求量的10倍以上,并不存在供给短缺问题。因此只要创新收购模式,加大精细化管理力度,生物质企业可以大大提升对燃料市场的管控能力。目前生物质燃料市场正在逐步培育起来,燃料的收购、配送以及质量、价格均进入良性发展轨道。生物质燃料收储运体系的成熟有效将直接提升企业盈利水平。

③ 技术进步将逐步提升生物质电厂的盈利性

生物质发电技术的提升,有效提高机组的热效率,在使用同等燃料的情况下,输出的电能更多。目前高温超高压机组已开始在生物质电厂使用,转化效率提高到30%以上,随着BIGCC和热化学技术在生物质电厂的应用,未来生物质电厂转化效率有望达到39%。燃料成本的盈亏平衡点将大大提升。

④ 碳交易市场将成为生物质发电企业环境效益和经济效益的补充

根据国家发改委《温室气体自愿减排交易管理暂行办法》,自愿减排项目实现的减排量,按照国家统一的温室气体自愿减排方法学履行核证、备案等程序后,可获得相应数量的“中国核证自愿减排量(CCER)”。CCER可以在碳排放配额交易市场上进行交易,用以抵消控排企业等量的碳排放。2011年11月起,国家发改委发布《关于开展碳排放权交易试点工作的通知》,已在北京市、天津市、上海市、重庆市、湖北省、广东省及深圳市正式启动碳排放权交易试点。在此基础上,2016年10月,国务院《“十三五”控制温室气体排放工作方案》提出,2017年启动全国碳排放权交易市场,目前全国性碳交易市场建设正在有序推进。未来,生物质发电项目所产生的减排量通过我国温室气体自愿减排交易体系形成的CCER,可以在碳排放权交易市场交易,成为生物质发电企业环境效益和经济效益的补充。

2、生物质发电行业竞争情况分析

由于监管部门通过“核准制”对生物质发电进行严格管制、电厂初期投资规模大、技术密集程度高等特点,行业进入壁垒较高,国内生物质发电企业的竞争主要集中在上游燃料的成本管控和发电效率的综合提升。

与市政部门的有效收集相比,生物质发电是由发电企业来负担收集体系的基础构建,需要企业在收集端付出更多的工作,这也正是区别不同企业能力,考察其体系构建、运营差异化能力的关键。优势企业凭借良好的企业管理和先人一步的先发优势能获得明显的比较优势。此外,发电效率是影响企业盈利的关键,核心生产设备的技术革新对企业在竞争中处于优势地位至关重要。随着生物质发电产业化进程的启动,行业内竞争状况将日趋激烈。

根据弗若斯特沙利文的资料,中国生物质发电市场现时由凯迪生态环境科技股份有限公司及国能能源有限公司领头,并存在大量规模较小的市场参与者。凯迪生态环境科技股份有限公司业务主要集中在华南地区,而国能能源有限公司则主要集中在华北地区。截至2015年12月31日,投运生物质项目总发电设计装机容量的市场份额情况如下:

4、市场供求状况及变动原因

从需求端来看,《可再生能源法》规定,利用可再生能源产生的电力实行全额收购制度,电网公司须全额购买获核准的可再生能源发电场所生产的,且发电项目在其电网所覆盖的范围内符合并网技术标准的全部上网电力。因此,生物质发电行业需求基本不会受国内电力需求的波动影响。

从供应端来看,得益于国家政策的大力支持及生物质发电行业的技术进步,为生物质发电行业提供了优越的发展环境。在全球大力发展可再生能源和中国向世界承诺到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的背景下,加大生物质能发电的发展力度,就成为中国未来经济发展中的必然要求。

5、行业利润水平的变动趋势及变动原因

农林剩余物生物质发电是依靠国家补贴运行的公益性项目,其本身盈利水平不可能太高。对于国内生物质发电企业来说,如果当地资源量符合项目要求、没有恶性竞争,原料供应模式合理,锅炉和上料关键设备选型科学,完全可以实现7,000多小时以上的年利用小时数,能够有一定的盈利。

生物质发电项目的利润水平主要受生物质燃料价格变化的影响较大。根据生物质利用产业原料资源区域性、独占性强的特点,国家发改委在2010年发布了《关于生物质发电项目建设管理的通知》,明确要求每个县域100千米半径范内不得重复布置生物质发电厂,避免项目不合理布局和燃料恶性竞争现象。但是由于生物质资源季节性强、分布比较分散,大规模集中利用难度高,而且生物质原材料体积大、重量轻,容易因发霉而导致品质严重下降,因此原料收集、加工、运输和存储等环节的成本容易居高不下。

此外,生物质发电的技术和设备也是影响生物质发电项目利润的主要因素。生物质燃烧发电现在技术不成熟,主要原因在于生物质燃料和煤相比,大量含碱金属和氧元素,这样就引发了对燃烧设备腐蚀较严重,效率不高等诸多问题。我国虽然长期以来积累了很先进的燃煤锅炉设计制造技术,但是对于生物质专业燃烧锅炉设计和制造经验不足,没有一套好设备,项目就难以保证稳定运行,盈利就很困难。对比采用不同锅炉的生物质电厂,其发电量、年利用小时数差异巨大,导致项目利润水平也出现明显的差异。

来源:中国产业信息