生物質(zhì)能及生物質(zhì)能發(fā)電

1 引言

生物質(zhì)發(fā)電以秸稈（包括棉花、小麥、玉米等秸稈）以及農(nóng)林廢棄物（如樹皮）為原料，通過直燃發(fā)電的技術(shù)產(chǎn)生綠色電力，除了可以增加清潔能源比重、改善環(huán)境，還可以增加農(nóng)民收入、縮小城鄉(xiāng)差距，意義重大。

我國利用農(nóng)林廢棄物規(guī)模化發(fā)電尚處于起步階段，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)不成熟、項(xiàng)目造價(jià)高，總投資大，運(yùn)行成本高，盡管國家給予了電價(jià)優(yōu)惠政策，但盈利水平還是不如常規(guī)火電。究其原因，一是單位造價(jià)高，二是燃料成本高，三是生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)實(shí)際稅率太高?！?a href="http://msthinker.com/news/article-472.html" target="_blank">可再生能源法》規(guī)定農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)發(fā)電應(yīng)享受財(cái)政稅收等優(yōu)惠政策，但相關(guān)政策和措施尚未出臺。

在國外，以高效直燃發(fā)電為代表的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，丹麥率先研發(fā)的農(nóng)林生物質(zhì)高效直燃發(fā)電技術(shù)被聯(lián)合國列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)主要集中在發(fā)達(dá)國家，印度、巴西和東南亞等發(fā)展中國家也積極研發(fā)或者引進(jìn)技術(shù)建設(shè)相關(guān)發(fā)電項(xiàng)目。在國土面積只有我國山東省面積1/4強(qiáng)的丹麥，已建立了15家大型生物質(zhì)直燃發(fā)電廠，年消耗農(nóng)林廢棄物約150萬噸，提供丹麥全國5%的電力供應(yīng)。國外鼓勵(lì)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策主要體現(xiàn)在價(jià)格激勵(lì)、財(cái)政補(bǔ)貼、減免稅費(fèi)等方面，力度非常大。

2 生物質(zhì)燃料發(fā)電

2.1生物質(zhì)燃料

生物質(zhì)能源是以農(nóng)林等有機(jī)廢棄物及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進(jìn)行能源生產(chǎn)的一種新興能源。能源問題是2l世紀(jì)人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。能源問題成為世界各國共同面臨的難題，石化能源不僅不可再生，儲量有限，且燃燒后釋放出大量的二氧化碳、氮、硫的氧化物及其他一些有害氣體。嚴(yán)重污染了環(huán)境，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態(tài)問題。在2010~2020年，全球的能源使用模式可能快速轉(zhuǎn)變，再生能源定會取代石化燃料。

生物質(zhì)燃料包括植物材料和動物廢料等有機(jī)物質(zhì)在內(nèi)的燃料，是人類使用的最古老燃料的新名稱。生物質(zhì)燃料多為莖狀農(nóng)作物經(jīng)過加工產(chǎn)生的塊裝環(huán)保新能源，其直徑一般為6~8毫米，長度為其直徑的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。

按照生物質(zhì)的特點(diǎn)及轉(zhuǎn)化方式可分為固體、液體、氣體3種生物質(zhì)燃料。我國生物質(zhì)能源的利用包括畜禽糞便發(fā)展沼氣、農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)燃?xì)?、糧食作物轉(zhuǎn)化能源作物以及油料作物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)柴油這四大類。不同的燃料產(chǎn)生不同的熱值。

2.2生物質(zhì)燃料發(fā)電概念

生物質(zhì)燃料發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，一般分為直接燃燒發(fā)電技術(shù)和氣化發(fā)電技術(shù)。包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。

生物質(zhì)能直接燃燒發(fā)電是以農(nóng)作物秸稈和林木廢棄物為原料，進(jìn)行簡單加工，然后輸送到生物質(zhì)發(fā)電鍋爐，經(jīng)過充分燃燒后產(chǎn)生蒸汽推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的高新技術(shù)。燃燒后產(chǎn)生的灰粉有加工成鉀肥返田，該過程將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原本的開環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈子轉(zhuǎn)變?yōu)榭裳h(huán)的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，是完全的變廢為寶的生態(tài)經(jīng)濟(jì)。

生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)又稱生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)，利用氣化爐把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，經(jīng)過除塵、除焦等凈化工序后，再通過內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行的發(fā)電。過程包括三方面：生物質(zhì)氣化；氣體凈化；燃?xì)獍l(fā)電。既可以解決可再生能源的有效利用，又可以解決各種有機(jī)廢棄物的環(huán)境污染。正是基于以上原因，生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)得到了越來越多的研究和應(yīng)用，并日趨完善。

2.3生物質(zhì)燃料發(fā)電的意義

緩解能源短缺的危機(jī)；增加我國清潔能源比重；改善環(huán)境；擴(kuò)大鄉(xiāng)鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模，增加農(nóng)民收入，縮小城鄉(xiāng)差距。

秸稈發(fā)電的主要燃料，來源于小麥秸稈、玉米秸稈、稻草稻殼、棉花秸稈、林業(yè)間伐及加工剩余物等農(nóng)林廢棄物。秸稈發(fā)電變農(nóng)民在田間無序焚燒，為集中燃燒并發(fā)電、造肥，節(jié)省了大量煤炭資源，并增加農(nóng)民收入。中國國家電網(wǎng)公司旗下的國能生物發(fā)電有限公司，引進(jìn)丹麥先進(jìn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)，于2006年12月1日建成投產(chǎn)了中國第一個(gè)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目——國能單縣1×25MW生物質(zhì)發(fā)電工程，實(shí)現(xiàn)了中國大容量生物質(zhì)直燃發(fā)電零的突破。該電廠2007年全年穩(wěn)定運(yùn)行8200多個(gè)小時(shí)，發(fā)電2.2億千瓦時(shí)，消耗農(nóng)林剩余物20多萬噸，為農(nóng)民增加收入5000萬元以上。農(nóng)民生活用能，秸稈燃燒效率僅約為15%，而直燃發(fā)電鍋爐可將熱效率提高到90%以上。

秸稈作為一種可再生能源，在生長和燃燒中不增加大氣中二氧化碳量，不但可以替代部分化石燃料，而且還能減少溫室氣體排放量。據(jù)測算，中國可開發(fā)的生物質(zhì)能資源總量近期約為5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)期可達(dá)10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。即使按5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，生物質(zhì)發(fā)電可滿足中國能源消費(fèi)量的20%以上的電力，年可減少排放二氧化碳近3.5億噸，二氧化硫、氮氧化物、煙塵減排量近2500萬噸。除此之外，秸稈燃燒產(chǎn)生的灰分還可作為優(yōu)質(zhì)鉀還田使用，一臺2.5萬千瓦生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組年生產(chǎn)達(dá)8000噸左右灰分。

2.4物質(zhì)燃料發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)主要包括：直接燃燒發(fā)電技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)等3種途徑。

（1）直接燃燒發(fā)電技術(shù)。是指生物質(zhì)原料送入適合的鍋爐內(nèi)燃燒，生產(chǎn)蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽膨脹做功，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式。當(dāng)前改造熱效率僅為10%左右的傳統(tǒng)燒柴灶，推廣效率可達(dá)20%～30%的節(jié)柴灶，其技術(shù)簡單、易于推廣，是效益明顯的節(jié)能措施。

（2）熱化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)。生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換是指在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)，由燃料的熱能轉(zhuǎn)換為電能的方式。

（3）生物化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)。指汽輪機(jī)和往復(fù)式發(fā)動機(jī)以生物化學(xué)轉(zhuǎn)換燃料作為主要的燃料來源，以發(fā)動機(jī)的動力驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電的過程。生物質(zhì)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。沼氣轉(zhuǎn)化是有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣，乙醇轉(zhuǎn)換是利用糖質(zhì)、淀粉和纖維素等原料經(jīng)發(fā)酵制成乙醇。沼氣發(fā)電是指汽輪機(jī)和往復(fù)式發(fā)動機(jī)以沼氣作為主要的燃料來源，以發(fā)動機(jī)的動力驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電的過程。

2.5燃料發(fā)電成本分析

2.5.1生物質(zhì)燃料價(jià)格上漲的原因

現(xiàn)在機(jī)耕，秸稈粉碎、勞務(wù)費(fèi)、柴油價(jià)格等都很高。2007年小麥留在30cm左右。省時(shí)省力，每小時(shí)能割3.3～4.0km留在15cm以下，每小時(shí)只能割2.0km左右，還額外增加成本15～30元。將秸稈收割收集每畝成本約50～80元。加上運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用，成本將急劇增加。2008年的油價(jià)比2007年更高，秸桿價(jià)格必然上漲。今后柴油價(jià)格是否還會再升，是決定秸稈價(jià)格主要因素之一。

2.5.2設(shè)備運(yùn)行

某電廠原有4臺發(fā)電機(jī)組已拆去較老的2臺，其廠房用為生物質(zhì)燃料儲存廠房，其余2臺15MW機(jī)組保留。其中一臺鍋爐投資4560萬元更換成SF一75/3.82一T型鏈條爐排蒸汽鍋爐。參數(shù)為：鍋爐最大出力75t/h；主蒸汽溫度450℃；主蒸汽壓力3.82MPa。上料系統(tǒng)在原輸煤系統(tǒng)適當(dāng)改造而成，由于秸稈燃料是按一定規(guī)格的散料收購。與燃煤大體相當(dāng)，所以輸送系統(tǒng)不需作大的改動，改造時(shí)間短。運(yùn)行中只在下料斗處有專人監(jiān)管。當(dāng)發(fā)生堵塞時(shí)及時(shí)清理。目前，摻泥沙尚未有采用清理防止措施。在收購時(shí)把好關(guān)。投運(yùn)來的運(yùn)行效果較好，多種秸桿混燒不僅沒有結(jié)焦而成為有效充足的燃料供給的一種手段，可因地制宜參考這種方式。

2.5.3運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析

由于收購燃料價(jià)格上漲到310元/t，運(yùn)行成本約為0.586元/(kW˙h)，上網(wǎng)電價(jià)為0.635元/(kW˙h)(含0.25元/(kW˙h)的補(bǔ)貼)時(shí)，尚盈余0.049元/(kW˙h)，約滿負(fù)荷運(yùn)行5500h計(jì)算可贏利404.25萬元，考慮每年還本付息473.2萬元，還本付息后要虧損68.95萬元，約每年運(yùn)行小時(shí)數(shù)達(dá)到6500h才基本持平。從以上估算看，政府出臺的政策也要隨著市場變化適當(dāng)調(diào)整，否則這些綠色能源很難維持下去，投資者也會很快退出生物質(zhì)發(fā)電這個(gè)市場。

2.5.4環(huán)境效益

生物質(zhì)能是一種可再生、CO零排放、SO2、NO、含塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低的清潔能源，是化石能源很好的替代燃料。歐洲國家對生物質(zhì)電廠賦予的職責(zé)是消耗秸稈維護(hù)大氣環(huán)境，對于生物質(zhì)發(fā)電給予較大的補(bǔ)貼，不考慮電廠的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和盈利問題。目前，出臺的相關(guān)政策支持度已很大。但隨著市場變化其支持力度還應(yīng)相應(yīng)跟上，使這一新興產(chǎn)業(yè)更好地發(fā)展。

2.6生物質(zhì)燃料發(fā)電現(xiàn)狀及前景

2.6.1我國農(nóng)林固體生物質(zhì)燃料特性

作為能源的農(nóng)林固體生物質(zhì)，與化石燃料能源有很大的區(qū)別。農(nóng)林固體生物質(zhì)將具有可再生性，只要人類行為得當(dāng)，這種能源就不會枯竭，可以周而復(fù)始的產(chǎn)生；生物質(zhì)能的利用不會導(dǎo)致大氣圈內(nèi)主要溫室氣體二氧化碳的凈增加積累，從而減緩地球的溫室效應(yīng)；農(nóng)林固體剩余物的分布密度低，品種多樣，依照區(qū)域、氣候、地形、土壤、地形的不同而差別巨大，為原料的收集、運(yùn)輸、加工和規(guī)模化利用帶來困難。生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)：(1)揮發(fā)份含量高，一般超過65%；(2)固定碳含量低，一般不超過20%；(3)低位發(fā)熱量約比煤小40%；(4)含灰量顯著低于煤，一般不超過l0%；(5)含硫量幾乎比煤低一個(gè)數(shù)量級；(6)灰熔點(diǎn)比煤低200～300℃。

2.6.2現(xiàn)狀及發(fā)展

我國的生物質(zhì)熱解氣化及熱利用技術(shù)近年來也有長足的發(fā)展。目前全國已建成農(nóng)村氣化站200多個(gè)，谷殼氣化發(fā)電設(shè)備100多臺(套)。由中科院廣州能源研究所研發(fā)的“4MW生物質(zhì)氣化聯(lián)介循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)”以谷殼、木屑、稻草等多種生物質(zhì)廢棄物為原料，發(fā)電效率可達(dá)20%～28%，能滿足農(nóng)村處理農(nóng)業(yè)廢棄物的需要。中國生物質(zhì)燃料發(fā)電已具有了一定的規(guī)模，主要集中在南方地區(qū)的許多糖廠利用甘蔗渣發(fā)電。廣東和廣西2省(區(qū))共有小型發(fā)電機(jī)組300余臺，總裝機(jī)容量800MW，云南也有一些甘蔗渣電廠。中國第一批農(nóng)作物秸稈燃燒發(fā)電廠在河北石家莊晉州市和山東菏澤市單縣建設(shè)。國家高科技發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)已建設(shè)4MW規(guī)模生物質(zhì)(秸稈)氣化發(fā)電的示范工程，系統(tǒng)發(fā)電效率可達(dá)到30%左右。

世界生物質(zhì)發(fā)電起源于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)，世界性的石油危機(jī)爆發(fā)后，丹麥開始積極開發(fā)清潔的可再生能源，大力推行秸稈等生物質(zhì)發(fā)電。自1990年以來，生物質(zhì)發(fā)電在歐美許多國家開始大發(fā)展。

中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源十分豐富，各種農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈6億多噸，其中可以作為能源使用的約4億噸，全國林木總生物量約190億噸，可獲得量為9億噸，可作為能源利用的總量約為3億噸。如加以有效利用，開發(fā)潛力將十分巨大。

最近幾年來，國家電網(wǎng)公司、五大發(fā)電集團(tuán)等大型國有、民營以及外資企業(yè)紛紛投資參與中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)運(yùn)營。截至2007年底，國家和各省發(fā)改委已核準(zhǔn)項(xiàng)目87個(gè)，總裝機(jī)規(guī)模220萬千瓦。全國已建成投產(chǎn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目超過15個(gè)，在建項(xiàng)目30多個(gè)?？梢钥闯觯袊镔|(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在漸入佳境。

3 結(jié)語

21世紀(jì)是生物的世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的新世紀(jì)，可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢所在，面對化石能源的枯竭和環(huán)境的污染，生物能源的開發(fā)和利用為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來曙光。生物能源作為可再生、污染小的能源，具有無可比擬的優(yōu)勢，必將為21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)注入強(qiáng)大的推動力。國外生物質(zhì)能源在燃料生產(chǎn)與發(fā)電方面的應(yīng)用起步較早，主要利用農(nóng)作物、農(nóng)林廢棄物及加工廠廢棄物來進(jìn)行燃料生產(chǎn)與發(fā)電；我國生物質(zhì)能源起步相對較晚。存在局限性。面臨能源短缺問題。全世界都在謀求以循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)為指導(dǎo)，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，從保護(hù)人類自然資源、生態(tài)環(huán)境出發(fā)，充分有效地利用可再生的、巨大的生物質(zhì)能源。而能源開發(fā)的一個(gè)很有潛力的方向便是充分利用生物質(zhì)能源。這是解決全世界面臨的能源短缺問題的有效途徑。

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