日本生物质发电概述及项目案例浅析

日本生物质发电概述及项目案例浅析

发表时间：2019-07-23T10:33:43.383Z 来源：《工程管理前沿》2019年第09期作者：矫良李德恩余德超

[导读] 本文简述了日本的生物质发电的现状、市场情况和当地政府的补贴政策以及近期的大型生物质发电项目动向。

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摘要：本文简述了日本的生物质发电的现状、市场情况和当地政府的补贴政策以及近期的大型生物质发电项目动向。重点介绍了以转基因大豆油直接燃烧的生物质发电技术。结合日本的生物质项目案例对其经济可行性进行浅析，以期为国内开发商或投资商参与日本生物质发电市场提供一定参考。

关键词：日本生物质发电转基因大豆油

引言

日本是一个工业化程度非常高的发达国家，人口众多，工业和居民用电量都很大，2007年，日本电力的基本情况有：天然气24%，核电21%，石油20%，煤炭16%，水电和其他新能源19%【1】。日本又是个自然资源十分匮乏的国家，火力发电和重油发电所依赖的煤炭、石油、天然气等化石能源90%以上依赖国外进口，发电成本相对较高。尤其是2011年日本的大地震和海啸引发的福岛核电危机事件后，日本关停了国内全部核电站(51座)，但是这些核电站关闭之后，有大量工厂企业和3550万人口的日本东京首都圈面临着严重的电力短缺问题。日本企业内部的节电意识非常强烈，对夏季的用电都有非常严格的规定，只有当日气温必须超过一定的温度值办公室才能开启空调，从这个实例可以从侧面反映出日本用节电措施应对缺电的现状。自福岛核危机事件以来，日本政府面对重重阻力和各种争议才重启了4座核电站，不及原来全部核电容量的10%，恢复投运的核电电力很难达到危机前的水平，导致非常大的电力供应缺口出现。除了用电需求外，还为了满足《京都议定书》和《巴黎气候协议》的减排标准，日本政府在未来必须推出更多的其他类型的新能源以取代因核电停运产生的电力缺口和污染排放较高的火电电力。日本政府提倡的其他类型的新能源有：地热能、水力、风能、小型的分布式太阳能、生物质能等。然而，光伏发电因为只有白天发电夜间不能发电，日本国土面积狭小，大规模安装土地受到限制；虽然在光伏电站中应用储能系统可以解决白天发电晚上用电的问题，但依然存在规模化应用和成本过高等的瓶颈限制。风力发电存在对风资源选址和远距离输电限制等不足。相比而言，生物质发电的白天和夜间可以不间断发电、成本较低等优势就显现出来。日本政府计划到2025年将生物质发电的比例增加到原来的1.5倍，2030年增加到原来的2-2.5倍。

生物质能作为一种可再生的能源，具有取之不尽，用之不竭的特点。目前，全球范围内生物质燃料占一次能源总量的14%，仅次于石油、煤和天然气，并将成为未来可再生能源的主要组成部分，生物质能源将在日本的能源结构中占有更高的比例。在亚洲及太平洋地区的发展中国家，木材和秸秆仍然是生物质发电的主要燃料，生物质资源的高效清洁利用将成为发展中国家广大的农村地区能源消费的发展趋势。生物质资源是可再生资源，充分开发并利用生物质资源，在能源安全、控制全球碳排放、农业可持续发展等方面具有重要的意义。

一、日本能源政策和市场概况

1.日本能源政策

日本历史上的能源供需经历了两次重大变革。一是1970—2010年间对石油严重依赖；二是2011年日本大地震引发的福岛核危机，出现严重的电力供应问题。在此背景下，2015年，日本政府制定了2030年新能源政策和目标为：液化天然气27%、煤炭26%、可再生能源（水力、地热能和生物质能）22-24%、核电20-22%、石油3%【2】。

《日本的承诺(草案)》中明确规定了实现减排 26%的基本方针政策。其中提到增加可再生能源的利用,并降低火力发电的电力供应占总目标的 21.9%（摘自：日本敲定 2030 年温室气体减排目标法制日报/2015 年/7 月/21 日/第 009 版环球法治）到2024年，新能源和可再生能源的比例至少要达到24%。到2050年，生物质可再生能源的发电比例要达到总发电量的15%。日本外相河野太郎甚至提议2030年实现碳排放量减少26%，比可再生能源所占的比例还要高4%。

日本各大电力公司会与生物质发电PPA项目公司签订20年的政府保障购电合同，固定购买电价（FIT24~40日元/kwh不含税）、固定每年发电量，以此确保投资人的每年有可以预期的固定的生物质发电收益。

2.日本生物质发电市场

表1所列生物质发电项目来看，多数都在未来的2-3年内即将投运且装机容量越来越大的生物质发电项目。这些项目的投资方或者参股方除了日本当地的电力公司外，也不乏东芝、三菱、三井、丸红等日本大企业的身影，由此可以预期，日本不久的将来会兴起建设生物质发电项目的热潮。

二、生物质发电技术路线与生物质柴油的优点

生物质发电技术目前已发展成为世界上技术成熟可规模化应用的成熟的可再生能源技术。当前，主要的生物质发电技术路线包括以下四种：

（1）生物质气化发电；

（2）生物质直接燃烧发电；

（3）生物质＋煤混合燃烧发电

（4）沼气发电。

本文重点介绍生物质直接燃烧发电技术，以转基因大豆油为基础的生物柴油，其有以下优点：

1)含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，因为处理技术的差异，可能会略微降低油的热值；2)润滑性能好；3）优良的环保特性：硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高达98％，降解速率是普通柴油的2倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染；4）较好的低温发动机启动性能；5）较好的安全性能：闪点高，运输、储存、使用方面安全；6) 十六烷值高，燃烧性能好于柴油；7) 无须大改动柴油机，可直接使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。生物柴油是优质的石油柴油代用品，所以生物柴油的发电原理和石油柴油的发电原理基本一样，无需改变发电装置。有关的数据表明，采用生物柴油后排放的气体中有毒有机物排放量仅为十分之一，颗粒物为普通柴油的20%，一氧化碳和二氧化碳排放量仅为石油柴油的10%，无硫化物和铅及有毒物的排放;混合生物柴油可将排放含硫物浓度从500 PPM(百万分之一)降低到5 PPM。

生物柴油是典型“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。

生物柴油是一种清洁、优质的可再生性能源，在世界石油储造持续减少的今天，开发生物柴油具有极其重大的意义。采用生物柴油后排放的气体中有毒有机物排放量仅为十分之一，颗粒物为普通柴油的20%，一氧化碳和二氧化碳排放量仅为石油柴油的10%，无硫化物和铅及有毒物的排放;混合生物柴油可将排放含硫物浓度从500PPM(百万分之一)降低到5PPM。一百多年以来，生物柴油生产技术日趋成熟。从最初的稀释混合法等到后来的酸碱催化法，再到酶解法和超临界法，越来越先进的技术被开发出来，生物柴油获得率不断提高，稳定性也越来越高且反应时间不断缩短。

三、项目案例浅析

本文以项目案例的形式重点介绍当前日本市场所采用的生物质直接燃烧发电技术，可参考图1本生物质发电厂的三维效果图。

四、项目经济性初探（以转基因大豆油为燃料）

本转基因大豆油生物质发电项目，采用美国进口转基因大豆油为燃料，并基于一种特有的融合处理技术对转基因大豆油进行处理，可以大幅度降低成本，并能满足生物质发电锅炉燃料的技术要求，有效的降低了系统的发电成本，显著的提高了项目的经济性。在不考虑项目开发、财务成本、运维成本和利润的情况下，2年即可收回投资成本，即初步IRR可达40-50%。

五、结语

文章基于对日本当前生物质发电市场情况的概述和日本政府的生物质发电规划，并结合日本某地的转基因大豆油生物质发电实例的经济可行性分析，为国内的开发商或者投资运营商进军日本生物质发电市场提供一定的参考和指引。