分析生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展趨勢

　　我國分布式生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向是傳統(tǒng)燃煤燃?xì)馓娲?、城?zhèn)/農(nóng)村清潔生活能源供應(yīng)和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)，發(fā)展重點是服務(wù)節(jié)能減排戰(zhàn)略，利用生物質(zhì)實現(xiàn)部分替代工業(yè)燃料，減少燃煤/燃油帶來的污染，同時圍繞國家新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略，為新農(nóng)村建設(shè)提供可持續(xù)的清潔能源，提高農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平。

　　生物質(zhì)能分布式利用的意義

　　1分布式利用符合生物質(zhì)資源的特點

　　生物質(zhì)資源來源多樣、能量密度較低、分布分散，這些資源特點決定了因地制宜、分布式利用是發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的必然要求。

　　資源供應(yīng)方面，應(yīng)該就地開發(fā)、利用，不必長距離運輸，有效降低運輸成本，符合生物質(zhì)資源密度低，分布分散的自然屬性;能源使用方面，應(yīng)該就近使用，直接面向終端用戶，多余能源可外送;管理運行方面，應(yīng)該具備獨立運行的能力和條件，必要時可以聯(lián)網(wǎng)或與化石能源互補相利用。

　　分布式生物質(zhì)能源技術(shù)應(yīng)用的規(guī)模很靈活，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況滿足不同的需要。

　　如：既可以建設(shè)小型發(fā)電站，也可以作為居民生活燃?xì)猓踔量勺鳛楣?、工業(yè)窯爐的燃料等，是真正實現(xiàn)生物質(zhì)能“因地制宜”開發(fā)利用的有效途徑。

　　而且從產(chǎn)業(yè)化上看，由于分布式生物質(zhì)能源技術(shù)對原料種類和規(guī)模適應(yīng)性強，項目規(guī)模要求小、資金門檻要求低、投資回報高，對各種用戶需求的適應(yīng)性較好，不同的規(guī)模下都具有一定的經(jīng)濟(jì)性，所以生物質(zhì)能分布式利用比集中式利用更易于商業(yè)化?？偟膩碚f，分布式生物質(zhì)能源技術(shù)符合中國生物質(zhì)資源分散的特點，適合分散利用和工業(yè)應(yīng)用，具有較強的適應(yīng)能力和生存能力，在中國發(fā)展分布式生物質(zhì)能源技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。

　　2生物質(zhì)能分布式利用符合我國發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，各地居民能源消費結(jié)構(gòu)有較大差異。一方面，目前仍有約1.33億戶農(nóng)村家庭將傳統(tǒng)生物質(zhì)能作為主要炊事或采暖能源，許多中西部農(nóng)村地區(qū)仍然以秸稈、薪柴等直接燃燒的傳統(tǒng)生物質(zhì)能源作為主要生活能源;另一方面，隨著東部沿海地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，傳統(tǒng)生物質(zhì)能作為生活能源的情況已大幅減少，大量作物秸稈被遺棄在田間地頭，就地焚燒，空氣污染十分嚴(yán)重。

　　我國正在大力推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化及新農(nóng)村建設(shè)，需要大量的清潔能源供應(yīng)，在廣大農(nóng)村地區(qū)充分利用豐富廉價的生物質(zhì)資源，加快生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是解決農(nóng)村今后能源持續(xù)供應(yīng)的有效途徑。

　　生物質(zhì)能作為來源于農(nóng)林副產(chǎn)物的清潔能源，可以為農(nóng)村城鎮(zhèn)化提供生活能源，包括采暖、燃?xì)夂碗娏Φ龋纬赊r(nóng)村能源自產(chǎn)自銷的新型供應(yīng)模式。而分布式生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)是最適合農(nóng)村分散利用的產(chǎn)業(yè)化方向，如利用秸稈為農(nóng)村提供熱、電、氣等生活能源，是新農(nóng)村擺脫燃煤依賴的有效措施。

　　生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展現(xiàn)狀

　　生物質(zhì)能分布式利用的主要方式是成型燃料和生物燃?xì)?沼氣和氣化)。生物質(zhì)成型燃料和生物燃?xì)馀c傳統(tǒng)化石燃料的使用習(xí)慣一致，是煤或天然氣的良好替代品，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，實現(xiàn)了低品位燃料向高品位、低污染燃料的轉(zhuǎn)變，可廣泛用于各種小型熱水鍋爐、熱風(fēng)爐、家庭取暖爐或壁爐，不僅可解決城鄉(xiāng)家庭的炊事取暖，也可用于小型發(fā)電供暖設(shè)施，為中小熱電廠能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整創(chuàng)造條件。

　　1國外生物質(zhì)能分布式利用現(xiàn)狀

　　(1)成型燃料生產(chǎn)及應(yīng)用。歐洲以及其他大部分地區(qū)生產(chǎn)成型燃料主要以木質(zhì)生物質(zhì)為原料。目前大部分用于各種小型熱水鍋爐、熱風(fēng)爐、家庭取暖爐或壁爐，部分用于小型社區(qū)熱電聯(lián)供電站，滿足居民供暖需求。我國在新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃中明確提出農(nóng)村可再生能源在10年后要求達(dá)到13%，其中利用生物質(zhì)成型燃料為農(nóng)村、小城鎮(zhèn)住戶提供炊事和采暖能源，將是一個重要的途徑。

　　生物質(zhì)固體顆粒燃料除通過專門運輸工具定點供應(yīng)給發(fā)電廠和供熱企業(yè)以外，還以袋裝的方式在市場上銷售，已經(jīng)成為許多家庭首選的生活燃料。

　　2014年，全球木質(zhì)顆粒產(chǎn)量達(dá)2410萬噸，歐盟約占62%，北美地區(qū)約占34%(圖1)。最大的生產(chǎn)國依次為美國(總產(chǎn)量的26%)、德國(10%)、加拿大(8%)、瑞典(6%)和拉脫維亞(5%)。歐盟國家消費了世界上最多的木質(zhì)顆粒，2013年消耗量為1500萬噸。

　　(2)生物燃?xì)馍a(chǎn)及應(yīng)用。生物燃?xì)馐侵笍纳镔|(zhì)轉(zhuǎn)化而來的燃?xì)?，包括沼氣、合成氣和氫氣。目前沼氣具有較大的成本優(yōu)勢，所以生物燃?xì)饨?jīng)常特指沼氣。

　　據(jù)國際能源署統(tǒng)計，2012年，歐洲地區(qū)在運行的沼氣發(fā)電廠超過13800家，裝機容量7.5吉瓦。大部分是熱電聯(lián)產(chǎn)，小部分被送入天然氣管網(wǎng)，發(fā)電量和供熱量分別達(dá)44.5吉瓦時和1.1×105吉焦。2013年底，德國的沼氣生產(chǎn)廠已達(dá)8000家左右，裝機容量約3.8吉瓦，98%用于發(fā)電，并實行熱電聯(lián)供，當(dāng)年供電2.7×104吉瓦時，供熱1.2×104吉瓦時，分別占全國供電和供熱總量的4.2%和0.8%，據(jù)估計到2020年，生物燃?xì)獍l(fā)電總裝機容量將達(dá)到9500兆瓦。另有169家沼氣廠向天然氣管網(wǎng)輸氣，輸氣量達(dá)9億立方米。

　　2我國生物質(zhì)能分布式利用現(xiàn)狀

　　(1)成型燃料生產(chǎn)及應(yīng)用。近年我國開始重視生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國家發(fā)改委在《可再生能源長期發(fā)展規(guī)劃》中提出，力爭在2020年達(dá)到顆粒燃料年利用量5000萬噸的目標(biāo)。目前國內(nèi)生物質(zhì)成型燃料主要應(yīng)用于工業(yè)高溫蒸汽供應(yīng)，包括鋼鐵、紡織、印染、造紙、食品、化工等行業(yè)，由于國內(nèi)生物質(zhì)成型燃料行業(yè)還處起步階段，企業(yè)分散，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，很難統(tǒng)計具體的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，估算為500萬噸/年左右。國家能源局在《2014年能源工作指導(dǎo)意見》強調(diào)年內(nèi)新增生物質(zhì)工業(yè)和民用供熱折算分別為200萬噸和80萬噸(蒸汽)，而根據(jù)發(fā)改委、國家能源局和環(huán)保部《關(guān)于印發(fā)能源行業(yè)加強大氣污染防治工作方案的通知》，爭取2017年生物質(zhì)成型燃料利用量超過1500萬噸。

　　(2)生物燃?xì)馍a(chǎn)及應(yīng)用。我國生物質(zhì)能資源豐富，可用于制取生物燃?xì)獾馁Y源品種繁多，包括作物秸稈、畜禽糞便、林業(yè)廢棄物等。據(jù)統(tǒng)計，我國每年可用于生產(chǎn)生物燃?xì)獾馁Y源總量約折合7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

　　若考慮技術(shù)可行性和市場競爭能力，目前可利用的資源量約為2.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可生產(chǎn)沼氣量為1990億立方米，約折合天然氣1200億立方米，相當(dāng)于我國2014年天然氣消費量1800億立方米的2/3。

　　近年來，我國生物燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)取得較大進(jìn)展，生物燃?xì)猱a(chǎn)量已達(dá)150億立方米/年，實現(xiàn)CO2減排765萬噸，大中型生物燃?xì)夤こ碳s4000多個。但總的來看，我國處理農(nóng)業(yè)有機廢棄物的沼氣工程由于相對規(guī)模小，又遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，產(chǎn)生的沼氣僅有少量用于發(fā)電和集中供氣(沼氣發(fā)電用氣量約占總產(chǎn)氣量的2.53%，集中供氣約占總產(chǎn)氣量的1%)，大量的沼氣用于養(yǎng)殖場自身的生產(chǎn)、生活燃料。農(nóng)業(yè)沼氣工程平均池容只有283立方米，池容在1000立方米以上的大型沼氣工程僅占9%左右，沼氣技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展急需轉(zhuǎn)型升級。

　　(3)生物質(zhì)氣化發(fā)電及燃?xì)鈶?yīng)用。生物質(zhì)氣化發(fā)電及燃?xì)鈶?yīng)用是具有我國特色的生物質(zhì)能分布式利用方式?；谏镔|(zhì)熱解氣化技術(shù)，我國開發(fā)出生物質(zhì)熱解氣化集中供氣系統(tǒng)，以滿足農(nóng)村居民炊事和采暖用氣，相關(guān)技術(shù)已得到初步應(yīng)用。其中，利用生物質(zhì)熱解炭化技術(shù)，建設(shè)生物質(zhì)炭、氣、油多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，為農(nóng)村居民提供生活燃?xì)?，同時生產(chǎn)生物質(zhì)炭和生物焦油，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會效益，在湖北、安徽和河南等地得到初步推廣，具有較好的發(fā)展前景。在生物質(zhì)氣化發(fā)電方面，目前已開發(fā)出多種以木屑、稻殼、秸稈等生物質(zhì)為原料的固定床和流化床氣化爐，成功研制了從400千瓦到10千瓦的不同規(guī)格的氣化發(fā)電裝置，出口到泰國、緬甸、老撾和我國的臺灣地區(qū)，是國際上中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電應(yīng)用最多的國家之一。

　　生物質(zhì)能分布式利用的主要技術(shù)

　　1大中型沼氣技術(shù)

　　沼氣工程所處理的有機廢棄物比較廣泛，如:畜禽糞便、青貯飼料、過期的殘糧、廚余殘渣、生活有機垃圾、動物屠宰的廢棄物、農(nóng)副產(chǎn)品加工的廢棄物等，或由上述幾種有機廢物混合構(gòu)成。由于我國近10年畜牧養(yǎng)殖發(fā)展很快，畜禽糞便排放總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過環(huán)境承載能力，政府希望通過沼氣工程建設(shè)項目的實施，基本解決重點區(qū)域畜禽養(yǎng)殖場對周圍環(huán)境的污染問題。因此，沼氣工程將發(fā)揮多功能的作用(生產(chǎn)能源、綜合利用及環(huán)境保護(hù)等)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　大中型沼氣工程已非常成熟，是生物質(zhì)能分布式利用的主要方式，也是目前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最好生物質(zhì)能利用方向之一。

　　然而......

　　我國傳統(tǒng)的沼氣利用方式以家用沼氣池為主，規(guī)模小，效率低;

　　而大中型沼氣工程與國外技術(shù)相比仍存在較大差距，設(shè)備工藝和制造技術(shù)水平不高，如國際上CSTR工藝的產(chǎn)氣率可達(dá)15m3.m-3.d-1，熱電系統(tǒng)率達(dá)90%，而我國產(chǎn)氣率僅為0.8—5.0m3.m-3.d-1，發(fā)電效率僅為35%。

　　目前我國已建的大中型畜禽糞污沼氣工程在工藝設(shè)計階段沒有考慮充分利用資源，大多數(shù)沒有采用熱電聯(lián)供，常溫發(fā)酵或外加熱源近中溫發(fā)酵工藝在冬季不能維持穩(wěn)定產(chǎn)氣，能源凈輸出率很低。

　　2生物質(zhì)成型技術(shù)

　　成型技術(shù)主要有兩類:一類是顆粒燃料成型機，不同規(guī)格的環(huán)模機是顆粒燃料成型機的主流機型;另一類是棒狀或塊狀成型機，棒狀或塊狀成型燃料主要在農(nóng)場應(yīng)用，原料是作物秸稈，絕大多數(shù)是大螺距、大直徑擠壓機，也有液壓驅(qū)動活塞沖壓式成型機。

　　目前生物質(zhì)成型燃料從原料收集、干燥、粉碎、包裝、銷售環(huán)節(jié)全部實現(xiàn)了生產(chǎn)線生產(chǎn)，自動化、規(guī)模化和商業(yè)化程度都很高，單機生產(chǎn)規(guī)模大都在每小時2噸以上。

　　我國生產(chǎn)成型燃料以農(nóng)作物秸稈為主要原料，秸稈成型特性、燃燒特性方面與林業(yè)剩余物有很大不同，不能照搬國外的技術(shù)以及設(shè)備。

　　目前在生物質(zhì)沖壓式壓塊技術(shù)及裝置、擠壓式壓塊技術(shù)及裝置、烘烤炭技術(shù)及裝置等方面有了明顯的進(jìn)步，但我國生物質(zhì)成型機還普遍存在著能耗過高、磨損嚴(yán)重和使用壽命短等問題，需要進(jìn)一步加強技術(shù)研發(fā)改進(jìn)，提高能源利用效率。另外，秸稈燃料鍋爐燃燒應(yīng)用技術(shù)還不成熟，還缺乏核心技術(shù)和設(shè)備，尚無技術(shù)成熟的鍋爐產(chǎn)品制造廠家，鍋爐燃燒中容易出現(xiàn)結(jié)渣、結(jié)焦、腐蝕和飛灰嚴(yán)重等問題，運行維護(hù)不易。因此，提高鍋爐對秸稈成型燃料的適應(yīng)性，是大規(guī)模推廣生物質(zhì)成型燃料的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　3生物質(zhì)氣化技術(shù)

　　生物質(zhì)氣化的主要優(yōu)勢是將難以燃用的生物質(zhì)低品位燃料轉(zhuǎn)化為燃?xì)猓瑢崿F(xiàn)清潔和高效燃燒，是生物質(zhì)分布式利用的有效途徑。

　　我國的小規(guī)模生物質(zhì)氣化及利用技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，尤其在氣化發(fā)電和生物燃?xì)馓娲I(yè)燃料方面。但是總體來看，目前氣化設(shè)備對燃料的適應(yīng)性較差，對原料水分、灰分或熱值的變化比較敏感;氣化發(fā)電還存在效率偏低、穩(wěn)定性較差和燃?xì)鈨艋到y(tǒng)太復(fù)雜等問題，需要提高生物質(zhì)氣化效率及其自動化控制水平;生物質(zhì)燃?xì)馊紵嬖谌細(xì)夂统Ｒ?guī)燃燒設(shè)備(如鍋爐、窯爐等)匹配技術(shù)不成熟等問題，急需解決生物質(zhì)燃?xì)飧咝紵?、氣化系統(tǒng)與工業(yè)鍋爐/窯爐耦合調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)。

　　所以開發(fā)新型的生物質(zhì)氣化技術(shù)和設(shè)備，完善并提高燃?xì)饫眯剩ㄔO(shè)示范工程，形成分布式生物質(zhì)氣化利用的商業(yè)化解決方案，是生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展的主要方向。

　　4生物質(zhì)熱解技術(shù)

　　生物質(zhì)熱解技術(shù)可將低品位生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的木炭、燃油等，是高值化利用生物質(zhì)的主要方式之一。我國生物質(zhì)熱解技術(shù)方面研究較早，但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展緩慢，主要是因為研究以單項技術(shù)為主，缺乏系統(tǒng)性，與歐美等國相比還有較大差距。特別是在高效反應(yīng)器研發(fā)、工藝參數(shù)優(yōu)化、液化產(chǎn)物精制以及生物燃油對發(fā)動機性能的影響等方面存在明顯差距。同時，熱解技術(shù)還存在如下一些問題:生物油成本通常比礦物油高，生物油同傳統(tǒng)液體燃料不相容，需要專用的燃料處理設(shè)備;生物油是高含氧量碳?xì)浠衔铮锢?、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，長時間貯存會發(fā)生相分離、沉淀等現(xiàn)象，并具有腐蝕性;由于物理、化學(xué)性質(zhì)的不穩(wěn)定，生物油目前不能直接用于現(xiàn)有的動力設(shè)備，必須經(jīng)過改性和精制后才可使用;這些都是阻礙生物質(zhì)熱解規(guī)?；玫钠款i所在。

　　針對以上存在的差距和問題，今后的研究重點是如何提高液化產(chǎn)物收率，尋求高效精制技術(shù)，提高生物油品質(zhì)，降低運行成本，實現(xiàn)產(chǎn)物的綜合利用和工業(yè)化生產(chǎn)等。

　　生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展前景分析

　　1生物質(zhì)能分布式利用發(fā)展?jié)摿Ψ治?/strong>