国内生物质发电发展现状与展望

4.2.2.1　中国生物质能发电技术现状

中国政府及有关部门对生物质能源的开展与利用极为重视,已连续在四个国家五年计划中将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目。我国生物质能研究项目包括户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电以及生物质液体燃料等,并已取得了多项优秀成果。

20世纪七八十年代,中国农村能源短缺严重,为解决这一问题,相关部门和人员开发了户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林营造、大中型沼气系统等技术。经过30多年的努力,我国省柴节煤炉灶炕和生物质能技术推广应用取得了举世瞩目的成就。据农业部统计,截至2008年年底,全国农村已累计推广省柴节煤灶1.46亿户,高效低排放节能炉3342万户,节能炕2050万铺；在856个村建设了农作物秸秆气化集中供气工程；推广户用秸秆生物沼气13.8万户,建设集中供气工程150处；推广生物质固化成型试点102处,炭化试点52处。

20世纪90年代以后,中国主要发展了生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等新技术。“十五”期间,中国政府再度将生物质能技术确定为国家后续能源重点发展内容,列入国家高科技发展计划(“863”计划)。其中,生物质气化发电技术要建设4MW规模的研究示范工程；甜高粱茎秆制取乙醇燃料技术将建设年产5000 t乙醇规模的工业示范工程；纤维素废弃物制取乙醇燃料技术已进入年产600 t规模的中试阶段；生物质热裂解液化技术进入年产300t粗油规模的中试阶段。此外,还开展了生物柴油、植物油、能源植物、生物质快速裂解等方面的探索性、创新性研究。

生物质能是唯一的一种既可再生、又可储存与运输的能源。中国生物质能在能源消费中约占20%,其中大部分仍处于低效应用和直接焚烧的状态。20世纪70年代以来,生物质能发电技术得以发展,主要包括沼气发电、垃圾焚烧发电和生物质气化发电,并实现了高效利用。

我国已经基本掌握了农林生物质发电、城市垃圾发电、生物质致密成型燃料等生物质发电技术,只是开发利用规模还需进一步扩大。截至2006年,全国生物质发电装机容量超过220万kW·h,其中蔗渣发电170万kW·h,碾米厂稻壳发电5万kW,城市垃圾焚烧发电40万kW；此外还有一些规模不大的生物质气化发电的示范项目。2006年,国家出台了生物质发电价格政策,从而掀起了秸秆、林木废弃物发电的热潮,中央和政府总计核准了39个项目,合计装机容量为128.4万kW,投资预计为100.3亿元。截至2006年年底,已投产5.4万kW。生物质气化以及垃圾填埋气发电,2006年投产3万kW,在建的有9万kW。2010年底全国约550万kW的生物质发电装机,要想实现2020年生物质发电装机3000万kW的发展目标,仍需要解决资源分散、原料收集成本高、原料供应的连续性和保证度等问题。

4.2.2.2　生物质发电技术的种类

我国生物质发电技术主要有四大类：直接燃烧发电、混合燃烧发电、热解气化发电和沼气发电。

1.直接燃烧发电

直接燃烧发电是指把生物质原料送入特定的蒸汽锅炉中,产生蒸汽驱动蒸汽轮机运转,从而带动发电机发电。直接燃烧发电的关键技术包括四大方面,即原料预处理技术、蒸汽锅炉的多种原料适用性、蒸汽锅炉的高效燃烧和蒸汽轮机的效率。

2.混合燃烧发电

混合燃烧发电是指将生物质原料应用于燃煤电厂中,将生物质和煤两种原料混合燃烧进行发电。混合燃烧发电主要有两种方式：一种是将生物质原料直接送入燃煤锅炉,与煤共同燃烧,生产蒸汽,带动蒸汽轮机发电；另一种是先将生物质原料在气化炉中气化生成可燃气体,再与煤共同燃烧生产蒸汽,带动蒸汽轮机发电。无论哪种方式,生物质原料预处理技术都是非常关键的,要将生物质原料处理到符合燃煤锅炉或气化炉的要求。混合燃烧的关键技术还包括煤与生物质混燃技术、煤与生物质可燃气体混燃技术以及蒸汽轮机效率。

3.热解气化发电

热解气化发电是指在气化炉中将生物质原料气化生成可燃气体,可燃气体经过净化,供给内燃机或小型燃气轮机,带动发电机发电。热解气化发电的关键技术包括原料预处理技术、高效热解气化技术,还要选用合适的气化炉、内燃机和燃气轮机。气化炉要求适合不同种类的生物质原料；内燃机一般是用柴油机或由天然气机改造,以适用生物质燃气的要求；燃气轮机要求容量小,适合于低热值的生物质燃气。

4.沼气发电(www.xing528.com)

沼气发电是指利用厌氧发酵技术,将屠宰厂或其他有机废水以及养殖场的畜禽粪便进行发酵,生产沼气(CH 4),供给内燃机或燃气轮机,带动发电机发电,也有的供给蒸汽锅炉生产蒸汽,带动蒸汽轮机发电。沼气发电的关键技术主要有高效厌氧发酵技术、沼气内燃机技术和沼气燃气轮机技术。

4.2.2.3　生物质发电的优势

1.资源丰富,发展潜力巨大

全世界的生物质资源量都非常巨大,极具发展潜力。到2050年,全世界利用农、林、工业残余物以及种植和利用能源作物等生物质能源,将相当于或低于化石燃料的价格,有可能提供世界60%的电力和40%的燃料,使全球二氧化碳排放量减少54亿t碳(目前全球化石燃料每年排放约60亿t碳)。

中国土地面积广阔,除现有的耕地、林地和草地外,尚有近1亿hm2的益农益林的荒山荒地,可以用于发展能源农业和能源林业,所以在未来30年,中国潜在的生物质资源量非常巨大。能源农业和能源林业形成和发展起来以后,可开发的生物质资源量至少达到15亿t标准煤,其中30%来自传统生物质,70%来自能源农林业。例如,如果建设2000万hm2能源林,每年可产生10亿t生物质,相当于5亿t标准煤。如果与西部大开发、沙漠治理、退耕还林、三北防护林建设结合起来,至少可再发展2000万hm2的能源林,每年可产生4亿t生物质,相当于2亿t标准煤。在能源农业方面,主要发展甘蔗、甜高粱、木薯、芒草等具有能源用途的高能品种。光合效率高的能源作物品种可通过转基因技术获得,如每公顷能源甘蔗的产量可达到55t,每公顷甜高粱可产10t籽粒和100t茎秆。如果发展2000万hm2能源作物,生物质资源量可达到6亿t,合3亿t标准煤。所以在未来30年,至少可发展20亿t的生物质资源,合10亿t标准煤。

2.适合发展分布式电力系统,接近终端用户

相对于煤、石油、天然气等石化类燃料,生物质资源是分散的,因此生物质能的利用也具有分散性。基于这一特点,可以在生物质资源相对集中的地域,根据资源量选择适当的生物质发电技术类型,建立相应规模的生物质发电厂(站),其所生产的电力既可以直接供给附近的用电单位,也可以并入电网。

这种分布式电力系统技术适宜、投资小,而且接近终端用户,可以不受电网影响,直接供电,运行方便可靠。中国在电力供应方面存在较大的缺口,因地制宜地利用当地的生物质能资源,建立分散、独立的离网或并网生物质分布式电厂拥有广阔的市场前景。如果把当前农林废弃物产量的40%作为电厂燃料,可发电3000亿kW·h,占目前中国总耗电量的20%以上。

3.改善生态环境

发展农业生产和农村经济生物质能属于清洁能源,有利于节能减排、净化环境。生物质中有害物质(硫和灰分等)的含量仅为中质烟煤的1/10左右,而二氧化碳的排放量几乎为零。因为生物质二氧化碳的排放和吸收构成自然界碳循环,从而实现二氧化碳零排放,因此扩大生物质能利用是减排二氧化碳的最重要的途径。

采用生物质发电技术,可将生物质转化为高品位的电能,热效率提高35%～40%,这不仅能满足农村紧迫的电力需求,还能净化空气,改善农民的居住环境,同时节约资源,提高农民的生活水平。生物质发电技术的应用还可以从根本上解决我国农村普遍存在的而又始终无法根治的“秸秆问题”。近年来,随着农村经济的发展和农民生活水平的提高,大量作物秸秆被遗弃在田间地头,就地焚烧,烟气污染十分严重,对交通安全也构成严重威胁。生物质发电技术以秸秆为原料,将其转化为电力,形成产业化利用,最终消除秸秆所产生的危害。生物质能源利用可带来一系列生态、社会和经济效益：其一可以缓解和补充农村短缺的电力；其二可以带动能源农业和能源林业的大规模发展,有效地绿化荒山荒地,减轻土壤侵蚀和水土流失；其三可以治理沙漠,保护生物的多样性,促进生态的良性循环；其四可以促进现代种植业的发展。生物质能源成为农村新的经济增长点,增加农村就业机会,改善农村生活环境,提高农村居民收入,振兴和发展农村经济。

4.生物质发电的直接效果

生物质发电是指利用农林废弃物、城市生活垃圾、沼气等原料燃烧发电或气化发电。生物质发电在我国已得到广泛重视和发展应用。我国已研制开发了多种类型的锅炉,如木柴(木屑)锅炉、甘蔗渣锅炉、稻壳锅炉等,并应用于生物质燃烧发电及供热。20世纪90年代,湖南岳阳城陵矶粮库米厂建成了1500 kW稻壳燃烧发电厂,每年可发电720万kW·h,节约电费72万元,节约标准煤4320t,每年还可新增利润60万元。安徽舒城县胜荣精米加工厂原来年产大米2010t,耗电费用9.8万元,产生稻壳800 t以上废弃无用；利用稻壳燃烧发电后,每小时可发电80 kW·h,除供该厂50 kW加工机械使用外,还可供100户居民生活用电。河北省石家庄晋州市和山东省菏泽市单县分别建设了2万kW秸秆燃烧发电厂和2.5万kW秸秆发电厂。其中河北晋州的项目引进了丹麦BWE公司的秸秆发电技术,每年发电1.2亿kW·h,可燃烧秸秆20多万t。中国生物质气化发电技术的研究始于20世纪60年代,研发了60kW稻壳气化发电装置,之后不断发展,研发出了160kW和200kW规格装置。截至1998年年底,共开发了300多台高效的稻壳气化发电装置,并实现了商品化。这些稻壳气化发电装置的主要适用于固定床气化炉(层式下吸式)。随着碾米厂向集中化和大型化发展,又出现了生产强度大、气化效率高的循环流化床气化装置。第一台1MW稻壳循环流化床气化发电装置是由广州能源研究所于1998年在福建莆田华港公司的碾米厂研建运行的；1999年又在缅甸和海南三亚分别应用了0.4 MW和1.2 MW木粉循环流化床气化发电装置,均取得了良好的经济效益和社会效益。