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    中國農村能源行業協會民用清潔爐具專委會秘書處

    能源決策參考:奧地利生物質供暖現狀及對我國的啟示

    中國爐具網    作者:焦銘澤等    來源:能源決策參考    日期:2022-12-08 17:15:07    瀏覽:716
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           爐具網訊:盡管世界各國在全球氣候變化領域研究已取得一些成就和進展,但化石能源仍然是全球供熱的主要來源,并造成了大量溫室氣體排放。生物質是國際上公認的“零碳”資源,并被國際能源署(IEA)定義為可再生能源,將是供暖領域的重要替代資源和未來能源體系中不可或缺的組成部分。歐洲生物質供暖技術起步較早,技術較為成熟,制度較為完善。作為歐洲生物質供暖領域代表國家之一,奧地利約有40億公頃的土地被森林覆蓋,幾乎占總國土面積的50%,全國有近50%可再生能源來源于森林產業。奧地利政府致力使用可再生能源代替化石能源,以降低溫室氣體排放,奧地利2020—2024政府工作計劃中明確指出,將在2040年前實現碳中和,奧地利《可再生能源擴建法》確定,奧地利旨在2030年實現100%可再生能源發電。2017年奧地利生物質能占全國能源消耗總量的18.4%,同期歐洲和全球這一比例僅分別為10%和5%,且有超過20%的供暖系統以生物質(林業殘余物)燃料為能源。我國同樣擁有豐富的農林生物質資源,2017年農林廢棄物總量超過10億噸,按熱值折合標準煤約4億噸。在我國,利用農林廢棄物供暖,既是解決北方地區清潔供暖的有效措施,也是減少溫室氣體排放的重要途徑。

           一、奧地利生物質供暖發展現狀

           目前,在國際生物質供暖領域,無論是技術發展方面還是市場實施方面,奧地利均處于領跑者的地位。奧地利豐富的生物質資源以及國家對于生物質資源開發的鼓勵政策,為當地公司和研究機構開展項目研究、技術開放和專業技能培訓提供了良好的環境。如今,奧地利有100余家公司涉足生物質能源領域,并得到約20家科研機構和40所高等院校的技術支持。生物質資源為奧地利提供了超過35%的熱量需求,并在《奧地利氣候與戰略能源2030計劃》中發揮重要作用。

           (一)奧地利生物質固體燃料發展情況

           奧地利生物質能源供暖事業起步較早,對生物質固體燃料的利用有著悠久的歷史。近15年來,生物質固體燃料在奧地利國內的消費總量已經從2007年的142PJ上升到2019年的180.5PJ,其中2017年更是達到了有史以來最高的193.6PJ。近兩年來受全球變暖等因素影響,奧地利生物質固體燃料的消費總量增長速度逐漸放緩,甚至出現了負增長。目前奧地利固體生物質燃料總體上以原雜木、樹皮、木片和顆粒燃料為主。奧地利不同民用取暖方式中生物質顆粒燃料取暖的價格僅為6.26歐分/kWh,遠低于電、天然氣和燃油的取暖成本。目前,奧地利固體生物質除了在供暖領域廣泛應用以外,其作為可再生能源系統的一部分與其他可再生能源的結合也正在逐步增多,在發電和生物炭材料制造等領域也發揮著重要作用。

           (二)奧地利生物質供暖技術研究現狀

           奧地利作為過去二十年內國際小型生物質供暖領域的領跑者,也擁有諸多本領域技術領先的科研機構,且各研究機構與多家生物質供熱公司保持長期合作關系,能迅速將理論研究工程化應用。目前的研究主要集中在以下幾個方面:一是高效低排的燃燒技術,分級燃燒可以很好地控制和減少排放。首先一次風被引至固定床層, 隨后在固定床上方引入二次空氣,以確保二次風與未燃氣體充分混合燃燒,減少一氧化碳、顆粒物和揮發性有機物的排放。二是穩定的進料除渣系統:基于燃料類型的不同,通過改進破渣齒和燃燒攪拌槳優化生物質鍋爐中燃料的傳動、攪動和除渣等相關功能。三是燃燒設備的自動化控制系統:將燃燒系統分割成各子系統單獨控制,逐一完成各子系統的配合與優化,并不斷升級在線遠程監控系統。通過多年不斷研發,設計出國際頂級的現代燃燒裝置和配套的自動化控制系統。

           (三)奧地利生物質顆粒燃料標準以及供應鏈體系

           奧地利的生物質顆粒燃料標準體系、質量認證體系及輸配體系比較健全。除了有嚴格的產品標準外,還實行了質量認證(由權威的第三方機構進行認證),顆粒燃料的運輸、計量、輸配都由專業公司使用顆粒運輸車以及自動計量進料系統來完成,市場化程度高。質量認證體系包括報貨量產品認證、質量要求和產品檢測等多個步驟。顆粒燃料標準化被認為是保證市場規范化、貿易規?;?,從而促進奧地利等歐洲生物質顆粒市場發展的重要工具手段。因此以奧地利為代表的歐盟各成員國相繼出臺關于生物質固體燃料的評價標準,以保證供應鏈的產品質量。奧地利生物質顆粒標準化進程始于上世紀90年代,其中經歷了兩次大的修改,標準ONORMM7135已經成為奧地利生物質顆粒燃料標準化認證體系和歐洲其他各國標準和體系的制定樣本模型。

    奧地利生物質供暖現狀及對我國的啟示

           (四)奧地利生物質供暖排放標準情況

           奧地利生物質燃燒排放標準大多采用基于單位熱量的排放因子作為排放限值,這能夠更直觀地體現單位固體燃料的排放量。對于木柴爐的排放限值普遍要低于自動木質顆粒爐具,且對于前者的熱效率要求也低于后者。奧地利要求的排放限值較為嚴格,尤其體現在PM、CO和VOC排放上,而歐盟標準相對較為寬松。在非木質生物質固體燃料的小型供暖排放方面,奧地利對NOx、PM和CO排放限值規定為400mg/m3、120mg/m3、640mg/m3,而歐洲暫時無相關規定。對于目前的奧地利小型生物質燃燒裝置來講,NOx限值是各個生產商們面臨的最大挑戰。

           奧地利生物質燃燒排放標準大多采用基于單位熱量的排放因子作為排放限值,這能夠更直觀地體現單位固體燃料的排放量。對于木柴爐的排放限值普遍要低于自動木質顆粒爐具,且對于前者的熱效率要求也低于后者。奧地利要求的排放限值較為嚴格,尤其體現在PM、CO和VOC排放上,而歐盟標準相對較為寬松。在非木質生物質固體燃料的小型供暖排放方面,奧地利對NOx、PM和CO排放限值規定為400mg/m3、120mg/m3、640mg/m3,而歐洲暫時無相關規定。對于目前的奧地利小型生物質燃燒裝置來講,NOx限值是各個生產商們面臨的最大挑戰。

    奧地利生物質供暖現狀及對我國的啟示

           (五)奧地利生物質供暖政策支持及計劃

           從上世紀80年代開始,奧地利從財政激勵、建筑配套、組織培訓三個方面逐步完成可再生能源供熱改造計劃。第一,對生物質供熱系統給予不同程度的補貼。以上奧地利州為例,在生物質顆?;蚰酒嵯到y方面的補貼政策為:每安裝一套生物質新產品最高補貼1700歐元,每安裝一套化石能源轉生物質能源的供熱系統最高補貼7500歐元[15]。第二,各個地區的建筑節能配套支撐方案也陸續出臺并實施,并將供熱質量標準和可再生能源使用占比作為獲得政策支持的前提條件。第三,自2000年起,由聯邦政府出資,奧地利生物質協會定期組織免費的職業培訓課程,經培訓的社會人士有機會獲得生物質管道工/煙囪清潔工等工種的從業資格,為生物質供暖領域的發展提供了堅實的技術保障。

           奧地利生物質供暖行業發展最大的動力來自于立法驅動。歐盟建立了包括《可再生能源指令》(RED)在內的眾多法律框架。2016年,奧地利四個聯邦部委聯合發布《能源和氣候綜合戰略綠皮書》,為能源戰略提供了法律基礎。2018年,奧地利政府批準的《奧地利氣候和能源戰略2030計劃》指出,到2030年減少36%的溫室氣體排放。2020年,奧地利政府在《新能源研發計劃2020》中提出,將投入1600萬歐元用于能源高效利用、可再生能源和智能能源系統的研發。
    目前奧地利生物質供暖的相關限制和扶持政策與措施主要來自三個方面:一是環保方面,包括一般環境保護的《環境措施支持法案》,以及專門促進可再生能源發展的國內環境支持指導方案。二是補貼方面,“氣候與能源基金”(Climate&EnergyFund)出臺了一項木材取暖補貼計劃,用顆粒和木片供暖系統替代基于化石燃料的采暖系統,同時各州政府也進行了相關的補貼政策。三是建筑節能方面,《建筑條例》(Building Regulations)規定新建筑禁止采用基于化石燃料的供暖系統。

           (六)奧地利生物質供暖推廣應用情況

           1.奧地利主要生物質供暖技術路徑及應用現狀目前,奧地利生物質供暖模式從供熱規模上可以分為:顆粒爐具供暖、木柴爐供暖、小型木片鍋爐供暖、區域木片鍋爐供暖和生物質熱電聯產供暖五大類(如表2所示)。

           顆粒爐具(5~15kW)主要應用于單獨農村住戶中,一般通過從燃料供應商處購買顆粒燃料;木柴爐(20~40kW)常見于稍大一些的農村建筑中,由于燃燒的木柴較易獲得,用戶通常采用自行拾取的方式獲得;小型木片鍋爐(50~150kW)一般與單一的公共和商業建筑配套使用,由于采暖季的燃料用量不大,可以從當地的農戶處購買獲得;區域木片鍋爐供暖(100kW~3MW)和生物質熱電聯產(>10MWth)由于供熱面積廣,燃料用量大,燃料通常由木材廠直接提供。

    奧地利生物質供暖現狀及對我國的啟示

           在奧地利生物質具有容易獲得和價格低等優勢,受到越來越多用戶的歡迎。木片和原雜木是最常見的固體生物質燃料,占奧地利生物質來源的85%以上。近年來生物質顆粒燃料發展迅猛,截至目前,奧地利年生物質顆粒生產量已突破100萬噸,并主要用于小型生物質爐具供暖。2019年奧地利全年共出售約11500臺生物質鍋爐和135000臺生物質爐具,在功率小于100kW的生物質鍋爐中,生物質顆粒爐的銷量占比最高(58.2%),售價低廉的木柴爐仍然是市場上銷量最大的小型爐具產品。隨著自動化爐具的不斷發展,2019年生物質自動化顆粒鍋爐和原雜木/顆粒組合鍋爐銷售量較上一年度分別增長30.5%和21.5%,原雜木鍋爐下降了18%。生物質供暖為奧地利政府和當地民眾帶來了巨大的商業經濟效益,2019年生物質燃料及其配套爐具全年營銷額為15.35億歐元,帶動產業發展,為當地民眾提供了超過20000個就業崗位(主要集中在農村地區)。

    奧地利生物質供暖現狀及對我國的啟示

    圖4 2019年奧地利生物質來源、小型生物質鍋爐銷售量及生物質爐具銷售量占比

           2.奧地利生物質供暖行業主要企業

           生物質供暖的廣泛使用還孵化出了一批國際領先的生物質供暖企業,為奧地利政府和當地民眾帶來了巨大的商業利益和就業崗位。2019年生物質燃料及其配套爐具全年營銷額為15.35億歐元。2019年,奧地利固體生物質燃料生產商總營業額為1.535億歐元并帶來了17500個就業崗位(主要集中在農業地區);奧地利生物質鍋爐及爐具制造商總營業額超過了9.4億歐元,并為奧地利提供了3900個工作崗位(主要是工業崗位),其中80%的產品用于出口(主要為歐盟成員國),已經逐步減少對本地市場的依賴。

           (七)奧地利生物質鍋爐在中國的應用案例

           2019年,在中國農村能源行業協會及北京化工大學等專家團隊的大力支持下,山東陽信縣從奧地利引進了國際先進的KWB生物質鍋爐供暖系統,用于全校師生冬季取暖。該系統由3臺120kW鍋爐并聯使用,大儲量料倉獨立密閉設置,并配有全方位遠程智控及監測功能,可根據學校間歇式取暖需求,實現低溫供熱和智能溫控,最大化降低能源使用量,提高供熱效率。鍋爐以木頭削片為燃料,由于不需要對生物質原料進行粉碎及成型,燃料成本大大降低。目前該項目已實現2019-2020年、2020-2021年兩個采暖季的穩定運行,熱效率達93%以上,污染排放低于行業標準,作為全國首個農村學校采用歐洲全自動生物質鍋爐清潔供暖改造項目,具有重要的示范意義。

           二、奧地利經驗對中國的啟示及建議

           (一)增強國際合作,加大技術創新

           我國生物質供暖研究與應用起步較晚,由于經濟承受能力等問題,在開發低成本非自動化生物質鍋爐的技術方面積累了大量經驗,比較了解市場及用戶需求,但在燃燒控制、除渣清灰工藝及裝備質量方面還有待提高。奧地利生物質供暖水平與產業化程度位于世界頂級水平,我國可加強與奧地利顆粒協會等組織的交流與合作,建立中奧生物質能國際聯合研究中心,借鑒奧地利的先進燃燒技術、自控技術及裝備開發經驗,結合中國典型生物質的特性以及用戶與市場的實際需求,開發適合中國國情的創新技術與裝備。建議通過建立生物質供暖科技研發與發展專項基金的形式,對生物質供暖領域的科技難題給予重點支持。通過產學研一體化合作,促進我國生物質鍋爐供暖技術革新與產業升級。

           (二)完善生物質顆粒燃料質量體系

           奧地利等歐洲發達國家除擁有較為客觀的排放標準外,還擁有完善的生物質顆粒燃料質量認證體系,例如ONORMM7135、DIN51731等??茖W完善的質量認證體系,是保證生物質顆粒燃料生產質量的前提,也是實現行業持續協調發展的客觀要求。質量認證體系的確立,還可以為我國顆粒燃料進入國外市場破除技術壁壘,促進我國生物質顆粒在全球流通。但生物質顆粒燃料質量體系建設方面,我國尚未建立相關認證部門和出臺相關認證標準。建議借鑒奧地利先進的認證體系和行業標準,制定符合我國國情的生物質燃料質量認證體系。根據體系,加強行業自律,保障燃料質量。

           (三)制定科學客觀的生物質供熱排放標準

           我國目前還沒有針對生物質顆粒燃料和小型生物質供暖鍋爐的相關國家標準出臺,目前一般采用能源行業標準或地方標準作為評價指標。最新的適用標準為國家能源局在2020年發布的《小型生物質鍋爐技術條件》(NB/T34035-2020)(適用于額定熱功率不小于0.05MW且不大于0.7MW)和同年發布的《清潔采暖爐具技術條件》(NB/T34006-2020)(適用于額定功率小于50kW)。上述兩個標準中生物質鍋爐非重點地區污染物濃度限值:顆粒物為50mg/m3、氮氧化物為300mg/m3;重點地區顆粒物為30mg/m3、氮氧化物200mg/m3,生物質采暖爐具污染物濃度限值為顆粒物50mg/m3、氮氧化物250mg/m3,明顯較奧地利標準更為嚴格。另外在NB/T34035-2020《小型生物質鍋爐技術條件》中基準氧含量取為與煤鍋爐相同的9%,而奧地利標準中該數值為13%。由于生物質自身氧含量較高,導致生物質在燃燒過程中所需的理論空氣量小于煤,導致污染物濃度偏高,因此不適合采用與煤相同的基準氧含量。業內有研究認為,我國常用的玉米秸稈顆粒燃料,當過量空氣系數為2.9時(基準氧含量約為13.8%)與過量空氣系數1.8相同質量下煙煤產生的煙氣量相同。

           因此,鑒于我國的實際能源狀況和奧地利生物質供暖的成功經驗,建議適當調高小型生物質鍋爐及爐具燃燒污染物的排放限值,重新核對恰當的基準氧含量并進行標準修改。

           (四)提供可持續推廣政策保障

           奧地利生物質燃料供暖能夠在全球擁有極大的影響力,也得益于奧地利政府和歐盟對于生物質燃料供暖產業的大力扶持,不僅對生物質燃料供暖產業發展給予財政補貼和經費支持,同時還出臺配套政策來保證產業良性發展。我國生物質顆粒燃料供暖相關政策并不完善,主要存在補貼力度不足、部分地區政府認可度不高、政策不明朗等問題。建議我國加大資金補貼等傾斜性政策支持,充分發揮生物質減排CO2優勢,為生物質燃料供暖可持續推廣提供能源政策保障。

    (來源:能源決策參考

    作者:

    焦銘澤、閆銘、劉敏、薛春瑜、劉廣青,北京化工大學
    雷風云,中國駐奧地利使館
    任彥波,中國農村能源行業協會
    Chrisitian Rakos,奧地利顆粒協會(pro-pellets,Austria)
    錢發強,Polytechnik Biomass Energy
    Elisabeth.Wopienka,奧地利生物質能源研究中心)

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