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            【深度】分析生物質能及生物質能發電現狀及前景

            時間:2016/9/30 來源:

            生物質發電以秸稈(包括棉花、小麥、玉米等秸稈)以及農林廢棄物(如樹皮)為原料,通過直燃發電的技術產生綠色電力,除了可以增加清潔能源比重、改善環境,還可以增加農民收入、縮小城鄉差距,意義重大。

            我國利用農林廢棄物規?;l電尚處于起步階段,生物質發電技術不成熟、項目造價高,總投資大,運行成本高,盡管國家給予了電價優惠政策,但盈利水平還是不如常規火電。究其原因,一是單位造價高,二是燃料成本高,三是生物質發電企業實際稅率太高?!犊稍偕茉捶ā芬幎ㄞr林廢棄物生物質發電應享受財政稅收等優惠政策,但相關政策和措施尚未出臺。

            在國外,以高效直燃發電為代表的生物質發電技術已經比較成熟,丹麥率先研發的農林生物質高效直燃發電技術被聯合國列為重點推廣項目。農林生物質發電產業主要集中在發達國家,印度、巴西和東南亞等發展中國家也積極研發或者引進技術建設相關發電項目。在國土面積只有我國山東省面積1/4強的丹麥,已建立了15家大型生物質直燃發電廠,年消耗農林廢棄物約150萬噸,提供丹麥全國5%的電力供應。國外鼓勵生物質發電產業發展的政策主要體現在價格激勵、財政補貼、減免稅費等方面,力度非常大。

            1、生物質燃料

            生物質能源是以農林等有機廢棄物及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進行能源生產的一種新興能源。能源問題是2l世紀人類面臨的嚴峻挑戰之一。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。嚴重污染了環境,導致溫室效應、全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態問題。在2010~2020年,全球的能源使用模式可能快速轉變,再生能源定會取代石化燃料。

            生物質燃料包括植物材料和動物廢料等有機物質在內的燃料,是人類使用的最古老燃料的新名稱。生物質燃料多為莖狀農作物經過加工產生的塊裝環保新能源,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%。

            按照生物質的特點及轉化方式可分為固體、液體、氣體3種生物質燃料。我國生物質能源的利用包括畜禽糞便發展沼氣、農作物秸稈生產燃氣、糧食作物轉化能源作物以及油料作物轉化為生物質柴油這四大類。不同的燃料產生不同的熱值。

            2、生物質燃料發電概念

            生物質燃料發電是利用生物質所具有的生物質能進行的發電,是可再生能源發電的一種,一般分為直接燃燒發電技術和氣化發電技術。包括農林廢棄物直接燃燒發電、農林廢棄物氣化發電、垃圾焚燒發電、垃圾填埋氣發電、沼氣發電。

            生物質能直接燃燒發電是以農作物秸稈和林木廢棄物為原料,進行簡單加工,然后輸送到生物質發電鍋爐,經過充分燃燒后產生蒸汽推動汽輪發電機發電的高新技術。燃燒后產生的灰粉有加工成鉀肥返田,該過程將農業生產原本的開環產業鏈子轉變為可循環的閉環產業鏈,是完全的變廢為寶的生態經濟。

            生物質氣化發電技術又稱生物質發電系統,利用氣化爐把生物質轉化為可燃氣體,經過除塵、除焦等凈化工序后,再通過內燃機或燃氣輪機進行的發電。過程包括三方面:生物質氣化;氣體凈化;燃氣發電。既可以解決可再生能源的有效利用,又可以解決各種有機廢棄物的環境污染。正是基于以上原因,生物質氣化發電技術得到了越來越多的研究和應用,并日趨完善。

            3、生物質燃料發電的意義

            緩解能源短缺的危機;增加我國清潔能源比重;改善環境;擴大鄉鎮產業規模,增加農民收入,縮小城鄉差距。

            秸稈發電的主要燃料,來源于小麥秸稈、玉米秸稈、稻草稻殼、棉花秸稈、林業間伐及加工剩余物等農林廢棄物。秸稈發電變農民在田間無序焚燒,為集中燃燒并發電、造肥,節省了大量煤炭資源,并增加農民收入。中國國家電網公司旗下的國能生物發電有限公司,引進丹麥先進的生物質直燃發電技術,于2006年12月1日建成投產了中國第一個生物質直燃發電項目——國能單縣1&times;25MW生物質發電工程,實現了中國大容量生物質直燃發電零的突破。該電廠2007年全年穩定運行8200多個小時,發電2.2億千瓦時,消耗農林剩余物20多萬噸,為農民增加收入5000萬元以上。農民生活用能,秸稈燃燒效率僅約為15%,而直燃發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。據測算,中國可開發的生物質能資源總量近期約為5億噸標準煤,遠期可達10億噸標準煤。即使按5億噸標準煤計算,生物質發電可滿足中國能源消費量的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,秸稈燃燒產生的灰分還可作為優質鉀還田使用,一臺2.5萬千瓦生物質發電機組年生產達8000噸左右灰分。

            4、物質燃料發電技術的應用

            生物質能發電技術主要包括:直接燃燒發電技術、熱化學轉換發電技術、生物化學轉換發電技術等3種途徑。

            (1)直接燃燒發電技術。是指生物質原料送入適合的鍋爐內燃燒,生產蒸汽,產生的蒸汽膨脹做功,從而帶動發電機發電。生物質的直接燃燒在今后相當長的時間內將是我國生物質能利用的主要方式。當前改造熱效率僅為10%左右的傳統燒柴灶,推廣效率可達20%~30%的節柴灶,其技術簡單、易于推廣,是效益明顯的節能措施。

            (2)熱化學轉換發電技術。生物質的熱化學轉換是指在一定的溫度和條件下,使生物質汽化、炭化、熱解和催化液化,以生產氣態燃料、液態燃料和化學物質的技術,由燃料的熱能轉換為電能的方式。

            (3)生物化學轉換發電技術。指汽輪機和往復式發動機以生物化學轉換燃料作為主要的燃料來源,以發動機的動力驅動發電機發電的過程。生物質的生物化學轉換包括有生物質-沼氣轉換和生物質-乙醇轉換等。沼氣轉化是有機物質在厭氧環境中,通過微生物發酵產生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣,乙醇轉換是利用糖質、淀粉和纖維素等原料經發酵制成乙醇。沼氣發電是指汽輪機和往復式發動機以沼氣作為主要的燃料來源,以發動機的動力驅動發電機發電的過程。

            5、燃料發電成本分析

            5.1生物質燃料價格上漲的原因

            現在機耕,秸稈粉碎、勞務費、柴油價格等都很高。2007年小麥留在30cm左右。省時省力,每小時能割3.3~4.0km留在15cm以下,每小時只能割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。加上運輸等費用,成本將急劇增加。2008年的油價比2007年更高,秸桿價格必然上漲。今后柴油價格是否還會再升,是決定秸稈價格主要因素之一。

            5.2設備運行

            某電廠原有4臺發電機組已拆去較老的2臺,其廠房用為生物質燃料儲存廠房,其余2臺15MW機組保留。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。上料系統在原輸煤系統適當改造而成,由于秸稈燃料是按一定規格的散料收購。與燃煤大體相當,所以輸送系統不需作大的改動,改造時間短。運行中只在下料斗處有專人監管。當發生堵塞時及時清理。目前,摻泥沙尚未有采用清理防止措施。在收購時把好關。投運來的運行效果較好,多種秸桿混燒不僅沒有結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。

            5.3運行經濟分析

            由于收購燃料價格上漲到310元/t,運行成本約為0.586元/(kW˙h),上網電價為0.635元/(kW˙h)(含0.25元/(kW˙h)的補貼)時,尚盈余0.049元/(kW˙h),約滿負荷運行5500h計算可贏利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,約每年運行小時數達到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調整,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發電這個市場。

            5.4環境效益

            生物質能是一種可再生、CO零排放、SO2、NO、含塵質量分數極低的清潔能源,是化石能源很好的替代燃料。歐洲國家對生物質電廠賦予的職責是消耗秸稈維護大氣環境,對于生物質發電給予較大的補貼,不考慮電廠的連續運行時間和盈利問題。目前,出臺的相關政策支持度已很大。但隨著市場變化其支持力度還應相應跟上,使這一新興產業更好地發展。

            6、生物質燃料發電現狀及前景

            6.1我國農林固體生物質燃料特性

            作為能源的農林固體生物質,與化石燃料能源有很大的區別。農林固體生物質將具有可再生性,只要人類行為得當,這種能源就不會枯竭,可以周而復始的產生;生物質能的利用不會導致大氣圈內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;農林固體剩余物的分布密度低,品種多樣,依照區域、氣候、地形、土壤、地形的不同而差別巨大,為原料的收集、運輸、加工和規?;脦砝щy。生物質燃料的特點:(1)揮發份含量高,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數量級;(6)灰熔點比煤低200~300℃。

            6.2現狀及發展

            我國的生物質熱解氣化及熱利用技術近年來也有長足的發展。目前全國已建成農村氣化站200多個,谷殼氣化發電設備100多臺(套)。由中科院廣州能源研究所研發的"4MW生物質氣化聯介循環發電系統"以谷殼、木屑、稻草等多種生物質廢棄物為原料,發電效率可達20%~28%,能滿足農村處理農業廢棄物的需要。中國生物質燃料發電已具有了一定的規模,主要集中在南方地區的許多糖廠利用甘蔗渣發電。廣東和廣西2省(區)共有小型發電機組300余臺,總裝機容量800MW,云南也有一些甘蔗渣電廠。中國第一批農作物秸稈燃燒發電廠在河北石家莊晉州市和山東菏澤市單縣建設。國家高科技發展計劃("863"計劃)已建設4MW規模生物質(秸稈)氣化發電的示范工程,系統發電效率可達到30%左右。

            世界生物質發電起源于20世紀70年代,當時,世界性的石油危機爆發后,丹麥開始積極開發清潔的可再生能源,大力推行秸稈等生物質發電。自1990年以來,生物質發電在歐美許多國家開始大發展。

            中國是一個農業大國,生物質資源十分豐富,各種農作物每年產生秸稈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,開發潛力將十分巨大。

            最近幾年來,國家電網公司、五大發電集團等大型國有、民營以及外資企業紛紛投資參與中國生物質發電產業的建設運營。截至2007年底,國家和各省發改委已核準項目87個,總裝機規模220萬千瓦。全國已建成投產的生物質直燃發電項目超過15個,在建項目30多個??梢钥闯?,中國生物質發電產業的發展正在漸入佳境。


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