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  高新项目  
  “生物质能、太阳能互补热发电机组”  
发布时间:2008-4-1 14:55:01   
  
关键词    新能源   光热发电  高温高压  循环利用  低温低压  生物质能 
太阳能加热器  节能型社会  提高光电效率  强制上网  政府定价
发明专利申请号:200610011133.4,200510135164.2,发明人:吴兆流
 
一、序言
      生物质能、太阳能互补热发电机组产品是生物质能和太阳能利用的尖端技术产品,它集生物质能直燃新技术、太阳能领域的高温高压新技术和发电机的低温低压新技术于一体。先将生物质能和光能转化为热能,再将热能转化为电能(太阳能热发电系统以下简称为光热发电),太阳能热电转换效率是硅电池的1.3倍以上,发电成本约0.6元/kwh(1MW以上机组,造价约1600万元,寿命十五年以上);生物质能的热电转换效率达60%以上,发电成本约为0.35元/kwh(1MW以上机组,造价约1300万元,寿命十五年以上),开发利用这种生物质能与太阳能互补热发电设备的发电成本约为0.42元/kwh(1MW以上机组,造价约2600万元,寿命十五年以上),总投资比两项之和要少300万元,是未来生物质能和太阳能利用发展的必然趋势,它有着较高的经济效益和社会效益。 
二、我国能源及行业现状
1、太阳能
      能源短缺紧张,给世界带来了不安,且制约了经济的发展,使用能源超量,造成了全球变暖,环境破坏严重,人们生活的环境质量变差,已危及了人类的生存。我国也不例外,70%以上的大中城市都存在限电拉闸现象,沿海发达地区最为突出,能源短缺已成了我国工业可持续发展的瓶颈子。随着我国城乡经济的迅速发展,能源消耗以每年20%以上的速度递增,由于常规的化石能源储量有限,能源紧张还在日益加剧。开发利用新能源,特别利用绿色能源已成为世界各国政府战略性决策。绿色能源的开发利用越来越得到人们的重视和政府高度关注。我国政府每年已投入大量资金支持新能源的发展。仅光电一项每年总投入就达几十亿元之多(主要用于送电到乡和送电到村)。太阳热水器近年来发展迅猛,全国已有几千家厂商,从业人员几十万人,营业总额几百亿元,形成了一行朝阳产业。
我国太阳能利用主要是太阳热水器、光电系统和太阳灶三大类。太阳热水器近年来在真空集热管的带动下,产品花样繁多,销量巨增,据不完全统计,近年来的太阳热水器年销量不低于500万台,新建大型热水系统不低于万余处,两项累计年销售总量超1000万平方米,昆明等少数城市的用户普及率已达60%以上,合肥等一些城市的用户普及率也都超过了40%,淮河以南的大部分地区,太阳热水器已大量销往农村。云南、安徽、江苏等地农村太阳热水器也相关普及成了农家必购的大件商品之一。光电系列产品近年来发展速度也较迅速,交通信号灯、庭院灯、草坪灯产品普及迅速,产品90%以上出口到国外,我国政府将光伏电站系统作为送电到乡的首选产品,青藏铁路采用光伏电站供电。我国光伏系统到2004年底累计装机容量已达15MWp。我国南京已建成了70kw塔式热发电,但这类光热发电还是空白。欧、美发达地区的光电产品已进入城市家庭,成为政府支持发展的绿色能源之一。
2、生物质能
      在各种新型能源中,生物质能占有重要的地位。据不完全统计,我国每年产生的农作物秸秆约4-5亿吨,各种花草、树枝、树叶和其他工农业废弃生物质也不少于秸秆的总量。这些资源被废弃或只进行简单处理,不仅污染环境,危害人们的身体健康,同时也是一种严重的浪费。如果将这些生物质的60%(含工农业废弃物)转化为电能,全国全年可发电总量达10亿kwh,可见其利用价值巨大。
      我国目前推广的秸秆发电设备主要是秸秆气化供气,发电的很少;且规模较小,一般只在200-500kw。mw级的规模极少,而设备都是靠进口,全国已建的秸秆气化工程约有近千处,由于大部分只是单一的供气,运行管理成本较高,导致多处工程无法正常运行,少数秸秆发电只是发电供自己单位使用,也无法发挥最佳效益。现有的生物质燃烧炉,采用的都是传统的炉体结构,其燃烧室与热吸收装置混为一体,因此导致燃烧不充分,热效率低、烟尘二次污染严重,难以适应大规模发电需求。国外也有一些类似的产品进入我国市场,但也还是传统的燃烧方法,且投资很大,这些问题都限制了我国生物质能发电的大规模应用。
      到目前为止,国内外还没有类似结构的生物质能、太阳能互补热发电机组。
三、市场和需求预测
1、太阳能
      在当今能源紧张的情况下,各种新的替代能源的开发利用成为当务之急。在各种新型能源中,我国十一五产业调整已将生物质能、太阳能产品放到重要位置,太阳能是取之不尽,用之不竭的天然清洁能源,其开发利用前景极为广阔。
      随着我国《可再生能源法》的正式实施,其推广力度将进一步加大。各地都在积极着手建设不同规模的太阳能发电项目,但使用技术主要仍是太阳能光伏发电产品。发电成本较高,普及的难度较大。光热发电是一种最新的工艺,仅为光伏电池投资和发电成本的五分之一,且可满足规模化发电的需求,总机组的应用规模将达到几十MW。
      该产品未来的市场前景十分可观。根据有关资料,我国三类以上日照强度的地区占70%以上,未来十年,如果全国有5%的乡镇(约5000个)兴建太阳能光热发电项目,项目平均规模按装机容量500KW、投资额800万元计,其总规模即达2500万MW,投资约400亿元。如果日照较好的县市(约1000个)中有一半能在十年内都建一处5MW光热发电站,那就是5000MW,总投资约为800亿元,由此看来,太阳能发电市场潜力巨大,另外我国目前还有2万多个无电村,急需解决通电问题。如能实现户户通电,约上万座太阳能电站需要建设,仅国家发改委/GET/世界银行中国可再生能源发展项目(简称REDP项目)2005年就计划补贴资金1500万美元,推广光电系统电站。
2、生物质能
      近年来,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投入。目前,各地都在积极论证或着手开发建设不同规模的生物质能发电工程,未来的市场容量十分可观。粗略估计,未来十年,如果全国地市一级区域每处兴建一项中等以上规模的生物质能发电工程,每项工程平均投资规模按5000万元计,其市场容量就可达150亿元。加上各地将会开发的数目庞大的中、小型项目,其市场规模还会成倍增加。如果本产品能获得其中5-10%的市场份额,产值即可达15-30亿元。
      将生物质作为太阳能热发电互补的形势,可以充分发挥发电机的潜力,有太阳时用太阳能发电,没有太阳时用生物质发电,不仅可大大的减少发电成本,还可确保上网电力的稳定性,减去单一太阳能发电无太阳就不能发电的弊病。实现能源互补的优越性,以建设发电功率1MW的生物质能、太阳能互补热发电工程为例,连同购置发电机,造价仅约2600万元。大大低于目前占主导地位单一的进口生物质发电设备。有关资料预测,目前全国每年对大中小各型生物质能发电设备的需求总量达1000-5000台(套)。可以预测,该产品必将在生物质能利用领域产生深刻影响,并将获得市场的普遍欢迎。
      近年来,我国政府对新能源的开发特别重视,在全国上下建立资源节约型和环境友好型社会的形势下,近期中国政府又把创新中国提到了重要日程,十一五期间的产业结构调整目录中,将新能源(太阳能、风能、生物质能)的产业发展列入了鼓励类的重点。国家发改委已公布了新能源的上网及上网电价的规定,实行强制上网,政府定价及政府指导价的形势,鼓励新能源的快速发展。因此,开发此类的太阳能发电产品,前景十分广阔,且市场巨大。
 四、技术工艺
  太阳能热发电是一种将太阳能转化为热能,热能再由低温低压发电机(以下简称发电机)转化为电能的新型专利产品。该产品主要有太阳能加热器、换热器、余热器、储水箱、发电机等组成,通过分级分段加温使水由低温100℃到中温120℃至高温180℃蒸汽,蒸汽驱动发电机进行发电。该产品采用分级分段加热,融高温高压的太阳加热技术和低温低压发电技术于一体,生物质发电是一种通过直接燃烧将生物质能转化为热能和电能的新型专利产品。该产品主要由汽轮发电机、燃烧炉、送料器、送料带、洗尘池等组成。特点是送料器从燃烧炉底部送料,生物质经一次燃烧、二次燃烧和喷水加速传递热量从而实现向热能的充分转化,并以蒸汽形式驱动汽轮发电机发电。该产品可连续进料及发电,能够高效率、大规模地处理多种废弃生物质。两者结合起来,实现互补,充分发挥发电设备的利用率,减少运行的设备折旧成本,且工艺新颖、性能优越、造价及运营成本相对较低,适合大规模推广。
注:180℃和1kg以上日效率在太阳能热利用领域是属高温高压。
180℃和1Mpa在热能发电机领域是属低温低压。

产品工艺流程图示:
 
 五、适用范围
      该产品广泛适用于日照强度达0.7KWh/㎡以上的地区, 还可广泛适用于各种废弃生物质,如秸秆、树枝、垃圾、粪便(晾干)等的规模化燃烧发电处理。供建设100KW-10MW以上规模的发电机组(发电上网或设立分布式电站),以增加电力供应或满足特定范围内的电力需求,是一种规模化利用生物质能、太阳能互补的热发电新途径。 
六、技术可行性分析
1、太阳能
      现有太阳能发电设施的主流技术是采用光伏发电工艺,即用单晶硅、多晶硅或非晶硅制作的光伏电池直接将光能转化为电能。但光伏电池造价高、转换效率低、运行费用大,且规模化生产的生产设备投资巨大,推广普及难度较大。
      太阳能热发电采用光——热——电转化的工艺路线,即先将太阳能转化为热能,再将热能转化为电能。本产品通过太阳能分级分段加热,先采用普通太阳能集热器使水加热至低温(100℃),再由聚光式太阳能集热器加热至中温(120℃),再由跟踪聚光式太阳能高温加热器加热至高温(180℃)。由180℃的蒸气驱动目前国内已开发出的新型发电机进行发电,实现高效热电转换。这种工艺路线在目前的太阳能技术领域和发电机技术领域是易于实现的。
  根据设计原理计算,该产品的光电转换效率比光伏发电明显提高,在照度1KW/㎡的情况下,太阳能转换为电能的总效率可达20%以上,比一般光伏发电要提高5%以上。
2、生物质能
  生物质燃烧炉采用分室燃烧的新型结构,可确保生物质充分燃烧,从而有效消减了烟气排放,大大提高了热转换效率;炉内设有燃烧台和耐火层,高温燃烧区内不直接设置吸热元件,使得炉体吸热元件的寿命大大延长;机组可连续大量进料,适合大规模处理废弃生物质;机组所匹配的低温低压发电机为常规标准化产品,可充分满足规模化稳定发电的要求。根据设计参数,使用该生物质燃烧炉处理1-1.2KG生物质即可生产1KWh电能,设备功率可满足几mw以上各种规模的需要。与现有同类产品相比,其结构科学,性能优越,具有独特的技术先进性和创造性。
      根据目前的市场价格估算,建造相同发电功率的发电设施,如使用该产品,单位造价约为26000元/KW(500KW装机以上规模);使用非晶硅光伏发电,单位造价约为55000元/KW;使用硅电池光伏发电,单位造价约为70000元/KW。
      根据产品设计方案,该产品以100 KW—500 KW为一个单元,使用500KW单元机组进行并联,总装机规模可达到数十MW。机组使用寿命可达15年以上。按太阳能发电量占四分之一计算(以1 KW/㎡照度地区为例),该产品生产的电力成本在0.42元/KWh左右(设备折旧0.2元/kwh、设备维护0.05元/kwh、秸秆均摊0.12元/kwh、运行人工费0.05元/kwh),而国内光伏发电的平均成本为2.5-3元/KWh,是光电池成本的近六分之一。
      上述情况充分表明,该产品从技术、投资及运行成本来看都是确实可行的,且具有很大的优越性和市场前景。 
七、投资生产设备的效益分析
  投资开发该产品的生产制造,预期效益十分显著。以投资人民币1000万元为例,其预期效益如下:
(一)投资规模
      按一次性投入1000万元计,其中:
1、前期投入100万元(包括机组鉴定、宣传广告及前期市场开发等费用)。
2、固定成本投入200万元(包括生产场地建设、生产设备、检测仪器购置等主要是生产太阳能加热器、燃烧炉系统、余热器、换热器、储热水箱的专用设备,发电机和真空集热管外购)。
3、流动资金600万元(包括材料、人工、委托加工等费用,主要是做一套100KW的产品样品)。
(二)生产经营规模
1、上述投产后,可形成加工太阳能加热器、燃烧炉系统、换热器、余热器、储热水箱等主体和配套设备的规模可达到15-20MW/年,所生产主体配套产品如前期销售量按5MW/年计算,每MW总投资2600万元,除去外购发电机和真空集热管、外协加工原件、现场安装及土建工程的造价等(真空集热管占360万元,发电机占360万元,安装费占180万元,土建工程100万元),每MW以1600万元计算(太阳能加热器等占900万元,燃烧炉系统700万元),年总产值为8000万元以上。
2、按流动资金平均垫资率20%,生产流动资金平均周转速度90天/次计算。
(三)投资收益
  以10%纯利计算,年产值为8000万元,每年纯利800万元,投产后不到一年半时间就可收回投资。
(四)社会效益(使用设备的用户)
1、卖电收入(按年发电太阳能占四分之一计,含设备折旧的平均发电成本为0.42元/kwh。暂定每kwh上网政府定价为生物质能0.69元/kwh、太阳能为2元/kwh,均价1.017元/kwh,目前国内太阳能发电平均成本2.5-3元/KWh、美国约为2.5元/KWh):
24000×360d×0.597元/kwh=515.8万元
2、年减排二氧化碳约288T(CDM收入约2.4万元),可减去用煤发电的大量水污染。
3、用户投资回收情况(用该产品建设一个1MW装机功率的发电设施,总投资额约2600万元,场地为租用):
1)总支出:363.41万元
设备折旧:2600÷15年=173.33万元
运行工资:24000×360d×0.05元/kwh =43.2万元
购秸秆费:24000×360d×0.12元/kwh =103.68万元
设备维护费:24000×360d×0.05元/kwh =43.2万元
2)年收入:879.12万元
生物质能发电:1800×360d×0.69元/kwh =447.12万元
太阳能发电:6000×360d×2元/kwh =432万元
3)年收支比:
879.12-363.41=515.71万元
4)回收期:
2600÷515.71=5.04年
注:43.2万元年维护费中含租用20亩土地的租金2万元/年。 
4、农民每亩可增收100多元,每建1MW发电机组可使农民增收100多万元。
5、社会环境效益巨大,且无法估量。
八、合作或转让方式
  该项目拟采取项目股权合作、技术转让、分项加工等方式进行推广,具体事项如下:
(一)股权合作:
1、由专利权单位和投资单位共同组建一家项目公司,专门负责本产品的加工生产和工程施工。专利权单位以无形资产(市场资源和专利技术)投入,持股30%;投资单位以1000万元现金投入,持股70%。资金一次到位。
2、产品的市场开发和工程设计由专利权单位负责,产品的加工制造和工程建设由项目公司负责。
3、双方对项目公司经营实行股份制管理,公司财务运作由合作双方共同监管,所获收益双方按股权进行分配。
(二)技术转让:
1、非独家转让,每省、市、区一家,技术转让费100万元。
2、独家转让,全国一家,技术转让费500万元。
3、接产方可先付入门费100万元(独家转让),技术方长期占股10%,30万元(非独家转让)技术方长期占股10%。
(三)分项加工
  即由合作方提供生产资金、场地等条件,并承担相关加工任务。具体方式、条件面议。 
九、联系方式
北京菲涅尔科技有限公司  
地址:北京市海淀区上地信息路1号国际创业园2号楼2003
电话:010-82896591
http://www.fne.cn
E-mail:wzl@solar-cn.com
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