基于中國國情的生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)

　　1生物質(zhì)混燃發(fā)電與直燃發(fā)電、氣化發(fā)電的對比

　　常見的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)有直燃發(fā)電、沼氣發(fā)電、甲醇發(fā)電、生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)等。目前，國內(nèi)研究較多的是生物質(zhì)直燃發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，對生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用研究有限?；谖覈』痣姅?shù)量多而污染重的特點，以及農(nóng)村生物質(zhì)本身來源廣且數(shù)量大的特殊國情，本文先從技術(shù)和政策角度對生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)進(jìn)行討論，然后分析生物質(zhì)混燃發(fā)電的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益，后者更為重要。

　　1.1生物質(zhì)直燃發(fā)電現(xiàn)狀

　　生物質(zhì)發(fā)電主要是利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)廢棄物為原料，也可以將城市垃圾作為原料，采取直接燃燒的發(fā)電方式。如英國ELY秸稈直燃電站是目前世界上較大的秸稈直燃電廠，裝機容量為3.8萬kW，年耗秸稈約20萬t。古巴政府與聯(lián)合國發(fā)展組織等機構(gòu)合作，預(yù)計投資1億美元興建以甘蔗渣為原料的環(huán)保電廠。我國直燃發(fā)電方面在南方地區(qū)有一定的規(guī)模。兩廣省份共有小型發(fā)電機組300余臺，總裝機容量800MW。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)已比較成熟，由于生物質(zhì)能源需要在大規(guī)模利用下才具有明顯的經(jīng)濟效益，因而要求生物質(zhì)資源集中、數(shù)量巨大、具有生產(chǎn)經(jīng)濟性。

　　1.2生物質(zhì)氣化發(fā)電現(xiàn)狀

　　生物質(zhì)氣化發(fā)電是指生物質(zhì)經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化在氣化爐中氣化生成可燃?xì)怏w，經(jīng)過凈化后驅(qū)動內(nèi)燃機或小型燃?xì)廨啓C發(fā)電。小型氣化發(fā)電采用氣化-內(nèi)燃機(或燃?xì)廨啓C)發(fā)電工藝，大規(guī)模的氣化-燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作為先進(jìn)的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，能耗比常規(guī)系統(tǒng)低，總體效率高于40％，但關(guān)鍵技術(shù)仍未成熟，尚處在示范和研究階段。在氣化發(fā)電技術(shù)方面，廣州能源研究所在江蘇鎮(zhèn)江市丹徒經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)進(jìn)行了4MW級生物質(zhì)氣化燃?xì)?蒸汽整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范項目的設(shè)計研究，并取得了一定成果。

　　1.3生物質(zhì)混燃發(fā)電現(xiàn)狀

　　生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)在挪威、瑞典、芬蘭和美國已得到應(yīng)用。早在2003年美國生物質(zhì)發(fā)電裝機容量約達(dá)970萬kW，占可再生能源發(fā)電裝機容量的10%，發(fā)電量約占全國總發(fā)電量的1%。其中生物質(zhì)混燃發(fā)電在美國生物質(zhì)發(fā)電中的比重較大，混燒生物質(zhì)燃料的份額大多占到3%～12%，預(yù)計還有更多的發(fā)電廠將可能采用此項技術(shù)。英國Fiddlersferry電廠的4臺500MW機組，直接混燃壓制的廢木顆粒燃料、橄欖核等生物質(zhì)，混燃比例為鍋爐總輸入熱量的20%，每天消耗生物質(zhì)約1500t，可使SO2排量下降10%，CO2排放量每年減少100萬t。在我國生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)應(yīng)用不多，與發(fā)達(dá)國家相比還相距較遠(yuǎn)。但是該項技術(shù)可以減少CO2的凈排放量，符合低碳經(jīng)濟的發(fā)展要求、符合削減溫室氣體的需要，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　在我國農(nóng)村，農(nóng)戶土地分散導(dǎo)致秸稈收集難度較大，收集運輸成本限制著秸稈的收集半徑，加上秸稈種類復(fù)雜，若建立純?nèi)紵斩挼碾姀S，難以保證原料的經(jīng)濟供應(yīng)。摻燒生物質(zhì)不失為一種更現(xiàn)實的解決方案，即把部分生物質(zhì)和煤混燃，減少一部分耗煤。與生物質(zhì)直燃發(fā)電相比，生物質(zhì)混燃發(fā)電具有投資小、建設(shè)周期短、對原料價格易于控制等優(yōu)勢。從技術(shù)上看，混燒比純燒具有更多的優(yōu)越性：可以用秸稈等生物質(zhì)替代一部分煤來發(fā)電，不必新建單位投資大、發(fā)電效率低的純“秸稈”電廠。何張陳將混燃案例與氣化案例作了比較，發(fā)現(xiàn)氣化案例的發(fā)電成本要比混燃案例高，而且對生物質(zhì)價格變化更敏感。興化中科估計的單位裝機容量投資約為豐縣鑫源投資的11.3倍，約為寶應(yīng)協(xié)鑫的1.4倍?；烊歼€可以提高秸稈等生物質(zhì)的利用效率、緩解腐蝕問題、減少污染、簡化基礎(chǔ)設(shè)施。

　　2生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)解析

　　由于我國小火電廠數(shù)量多并且污染大，與其廢棄關(guān)閉，不如因地制宜的對一些小型燃煤電廠設(shè)備略加改造，利用生物質(zhì)能發(fā)電。典型的生物質(zhì)能發(fā)電廠設(shè)備規(guī)模小，裝機容量<30MW；但是利用生物質(zhì)混燃發(fā)電既可發(fā)揮現(xiàn)有煤粉燃燒發(fā)電的高效率，實現(xiàn)生物質(zhì)的大量高效利用，而且對現(xiàn)役小型火電廠改造無需大量資金投資，凸顯出生物質(zhì)混燃發(fā)電的優(yōu)越性，特別是生物質(zhì)氣化混燒發(fā)電通用性較強，對原有電站的影響比直接混燒發(fā)電對原有電站的影響小些。生物質(zhì)鍋爐按燃燒方式有層燃爐、流化床鍋爐、懸浮燃燒鍋爐等方案可供選擇，對現(xiàn)役火電廠實施混燃技術(shù)改造，鍋爐本體結(jié)構(gòu)不需大的變化（主要改造鍋爐燃燒設(shè)備）。改造主要涉及在已有燃料系統(tǒng)中進(jìn)行生物質(zhì)摻混，有以下3方式。

　?。?）在給煤機上游與煤混合，再一起制粉后噴入爐膛燃燒。

　?。?）采用專門的破碎裝置進(jìn)行生物質(zhì)的切割或粉碎，然后在燃燒器上游混入煤粉氣流中，或通過專設(shè)的生物質(zhì)燃燒器噴入爐膛燃燒。

　?。?）將生物質(zhì)在氣化爐中氣化，產(chǎn)生的燃?xì)庵苯油ǖ藉仩t中與煤混合燃燒。本文主要以第2種和第3種為研究對象。

　　技術(shù)上，生物質(zhì)和煤混燃關(guān)鍵是生物質(zhì)燃料的選擇和積灰問題。燃料的選擇可以通過管理手段并輔以摻混設(shè)備加以解決。下面主要討論積灰問題。

　　生物質(zhì)和煤混燃的可行性，在一定程度上受積灰的影響很大。不同燃料的積灰特性與多種因素相關(guān)，如灰的含量、飛灰的粒徑分布、灰的組成和灰的流動性。積灰是必須考慮的重要因素，因為積灰對鍋爐運行、鍋爐效率、換熱器表面的腐蝕和灰的最終利用都有重要影響。與煤相比，生物質(zhì)（如秸稈）和煤混燃時，兩種原料之間的相互作用會改變積灰的組成、降低顆粒的收集效率和灰的沉降速率。生物質(zhì)灰中堿性成分（特別是堿金屬K）含量也比較高，且主要以活性成分存在，從火焰中易揮發(fā)出來凝結(jié)在受熱面上形成結(jié)渣和積灰，實際商業(yè)應(yīng)用中生物質(zhì)摻混比最高為15%，當(dāng)摻比較小時，一般不會發(fā)生受熱面灰污問題。國際和國內(nèi)的經(jīng)驗均表明，生物質(zhì)混燃發(fā)電在技術(shù)上沒有大的障礙，技術(shù)上是完全可行的。

　　3生物質(zhì)混燃發(fā)電政策解析

　　政策支持是加速生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)發(fā)展的基本動力，世界上許多國家采取直接提供政府補貼、制定稅收政策、價格政策、低息貸款政策等經(jīng)濟激勵政策。瑞典已頒布了“可持續(xù)發(fā)展的能源供應(yīng)法”，對油、煤的消費課以重稅，使廢木材作為發(fā)電的燃料成本較煤更低，有效地推動了生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。作為一種清潔環(huán)保和可再生資源發(fā)電技術(shù)，生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)近年來成為綜合效益好和較易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的行業(yè)。

　　我國“十一五”規(guī)劃明確提出：“建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會，大力發(fā)展可再生能源，加快開發(fā)生物質(zhì)能，支持發(fā)展秸稈發(fā)電，建設(shè)一批秸稈和林木質(zhì)電站，生物質(zhì)發(fā)電裝機達(dá)550萬kW。”同時，國家電網(wǎng)的新規(guī)劃，對生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的發(fā)展也十分有利。國家財政部已出臺《秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》，支持企業(yè)收集秸稈、生產(chǎn)秸稈能源產(chǎn)品并向市場推廣?？梢姡覈趫猿执罅Πl(fā)展生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)。

　　促進(jìn)生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的發(fā)展第2個有利條件是根據(jù)聯(lián)合國氣候變化框架公約(UNFCCC)、京都議定書和CDM的協(xié)議規(guī)定，凡是減少CO2排放的項目，均可以通過中國發(fā)改委及相關(guān)中介機構(gòu)申請來自發(fā)達(dá)國家的CDM資金資助。然而不利的因素是我國尚沒有適用于生物質(zhì)混燃項目的CDM項目方法學(xué)，較難通過CDM項目和自愿性碳市場融資。中國在對生物質(zhì)發(fā)電項目的增值稅、企業(yè)所得稅、耕地占用稅等方面優(yōu)惠政策還不夠明晰；申請享受財政貼息及燃料收、貯、運設(shè)備的農(nóng)機補貼等優(yōu)惠政策難度較大，限制了生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用。政府要求的混燒量不低于80％，是為了防止某些企業(yè)利用國家優(yōu)惠政策，申報虛假生物質(zhì)發(fā)電項目卻大部分采用煤發(fā)電的現(xiàn)象發(fā)生。但即使80％以上這個比例，也存在著計量問題，不利于生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。所以應(yīng)研究建立在線監(jiān)測和核查系統(tǒng)，開發(fā)適用于生物質(zhì)混燃項目的CDM項目方法學(xué)和電量的檢測、核實體系，完善監(jiān)管機制和審計機制。

　　促進(jìn)生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)發(fā)展的其它有利條件：可通過進(jìn)一步加強地區(qū)和國家間的合作，更好地將不同地區(qū)和國家所進(jìn)行的生物質(zhì)混燃發(fā)電研究、開發(fā)和示范匯集起來，有助于實現(xiàn)技術(shù)的快速轉(zhuǎn)讓和推廣應(yīng)用。

　　4生物質(zhì)混燃發(fā)電經(jīng)濟規(guī)律解析

　　4.1改造小火電廠成本

　　對有改造價值的小型燃煤電廠進(jìn)行生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)改造，與新建秸稈發(fā)電機組相比，改造項目具有工作量小、資金投入少、見效快、國外可借鑒的技術(shù)成熟等特點。從圖1可知，混燃電站在投資成本方面的優(yōu)越性是明顯的。此外，根據(jù)生物質(zhì)燃料供應(yīng)量調(diào)節(jié)摻燒比例，甚至摻燒30%的農(nóng)作物廢棄物對鍋爐的效率影響都很小，電站也能夠穩(wěn)定運行。增強了燃料選擇的靈活性，降低了發(fā)電企業(yè)運營風(fēng)險。

　　4.2生物質(zhì)燃料成本

　　生物質(zhì)能發(fā)電的成本主要取決于發(fā)電技術(shù)、燃料成本和燃料品質(zhì)。生物質(zhì)燃料一般使用國內(nèi)就地或鄰近地區(qū)的原材料，為國內(nèi)農(nóng)林業(yè)的發(fā)展提供了契機。生物質(zhì)混燃發(fā)電利用的燃料屬于分散性資源，用于發(fā)電時，應(yīng)能滿足量大易得和低成本的要求，這方面可借鑒造紙廠收集原料的經(jīng)驗。

　　影響生物質(zhì)燃料成本的主要因素是與其他能源的相互競爭關(guān)系、農(nóng)作物產(chǎn)量的變化及合理的運輸半徑等因素。發(fā)達(dá)國家的生物質(zhì)能成本據(jù)估計每噸為120～250美元，但是生物質(zhì)作為一種廢棄物，其燃料成本可能為零。典型的生物質(zhì)混燃發(fā)電廠的裝機容量不大，與燃煤電廠相比單位發(fā)電量的營業(yè)成本較高。但是生物質(zhì)混燃發(fā)電既擺脫了對生物質(zhì)的過度依賴，又能夠消化經(jīng)濟因素許可范圍內(nèi)的生物質(zhì)資源，使農(nóng)戶和企業(yè)在市場中自動達(dá)到供需平衡，符合市場經(jīng)濟的規(guī)律。在中國宜小規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)，其具體利用可通過預(yù)測和評估在局部地區(qū)（如鄉(xiāng)村）來實現(xiàn)。

　　5生物質(zhì)混燃發(fā)電環(huán)境解析

　　國際能源機構(gòu)的有關(guān)研究表明，農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物為低碳燃料，且硫含量、灰含量均低于目前使用的大量煤炭，是一種清潔可再生能源。每兩噸秸稈的熱值相當(dāng)于一噸煤，其平均含硫量只有3.8‰，遠(yuǎn)低于煤l％的平均含硫量（表2）。

　　由表2可知，生物質(zhì)混燃發(fā)電利用部分生物質(zhì)能代替一些煤炭等礦物燃料，相對于火電而言可以減少CO2等氣體的凈排放量，產(chǎn)生的污染遠(yuǎn)低于礦物燃料，其環(huán)保性與低碳經(jīng)濟相適應(yīng)。同時，減少了我國農(nóng)業(yè)固體廢物的堆積與污染，利于促進(jìn)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的改善。北歐一些國家迫于環(huán)保壓力行動較先，建立清潔發(fā)展機制，減少溫室氣體排放，在不斷加快利用生物質(zhì)能發(fā)電的步伐。另外，可以應(yīng)用生命周期評價的方法對生物質(zhì)混燃發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行全面的環(huán)境影響分析，這超出了本文研究范圍。

　　6生物質(zhì)混燃發(fā)電社會效益解析

　　僅就國能單縣生物質(zhì)發(fā)電廠而言，其裝機容量只有2.5萬kW，但該電廠成功運轉(zhuǎn)后，年耗15萬～20萬t秸稈，可使農(nóng)民每年增收4000萬元，由于原料收集系統(tǒng)的所有工作大都由當(dāng)?shù)剞r(nóng)民完成，生物質(zhì)發(fā)電項目還可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民提供大量的就業(yè)機會，促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。利用生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)發(fā)電是緩解農(nóng)村能源緊張、保護生態(tài)環(huán)境與綜合利用農(nóng)業(yè)資源，提高農(nóng)業(yè)綜合效率的重要結(jié)合點。發(fā)展生物質(zhì)能源對實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)社會主義新農(nóng)村有著重要意義。

　　7結(jié)語

　　生物質(zhì)混燃發(fā)電比單純?nèi)济喊l(fā)電減少了污染氣體的排放，比應(yīng)用“純”生物質(zhì)發(fā)電降低了企業(yè)運營風(fēng)險。它提供了一個相對低價和高效利用生物質(zhì)能的途徑，不但盤活了有改造價值的小型燃煤電廠促進(jìn)了地方經(jīng)濟發(fā)展，同時可減少鄉(xiāng)村農(nóng)林固體廢棄物的堆積，改善農(nóng)民生活環(huán)境，降低CO2，SO2，NOx等污染氣體的排放量，開拓了生物質(zhì)能利用的新市場。發(fā)展生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)不僅取決于生物質(zhì)能的成本和發(fā)電效率，還取決于平衡社會、能源經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系等作用，在示范推廣該技術(shù)時，不可忽略這些因素而盲目發(fā)展。應(yīng)成立熟悉中國國情和環(huán)境法規(guī)的機構(gòu)，研究系列適宜的配套解決方案，包括生物質(zhì)燃料的收貯運、進(jìn)料系統(tǒng)、鍋爐形式、政策優(yōu)惠的獲取、投資基金的申請等，積極推進(jìn)生物質(zhì)混燃發(fā)電事業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。