淺談生物質(zhì)能及其發(fā)電技術(shù)

唐成鵬

摘 要：生物質(zhì)能是地球上最普遍的一種清潔的可再生能源，被認(rèn)為是第四大能源資源，但現(xiàn)在生物質(zhì)利用總量還不到其生產(chǎn)總量的1%，生物質(zhì)能的開發(fā)利用前景十分廣闊。本文從生物質(zhì)的定義談起，先論述了生物質(zhì)能的利用方式，并對(duì)其最主要的利用方式——生物質(zhì)能發(fā)電進(jìn)行了介紹，最后論述了我國(guó)的生物質(zhì)資源和生物質(zhì)發(fā)電的現(xiàn)狀，并對(duì)生物質(zhì)能的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì) 生物質(zhì)能發(fā)電 技術(shù)狀況

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0120-01

1 生物質(zhì)概述

生物質(zhì)，從廣義上講，是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括了所有的動(dòng)植物和微生物。生物質(zhì)所蘊(yùn)含的能量稱為生物質(zhì)能，是一種可再生能源，它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用。

生物質(zhì)能是地球上最古老的能源，一直以來是人類賴以生存的重要能源之一。在目前世界能源消耗中，生物質(zhì)能占總能耗的14%，僅次于石油、煤和天然氣，是世界第四大能源。在生物質(zhì)能的利用過程中產(chǎn)生的二氧化碳可被等量的植物通過光合作用所吸收，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳的零排放和生物質(zhì)能的循環(huán)利用，同時(shí)生物質(zhì)能也是一種含硫量低的可再生能源，可以轉(zhuǎn)化得到氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料，從而補(bǔ)充和替代化石燃料，減少對(duì)礦物能源的依賴。

目前，世界各國(guó)，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，都在致力于開發(fā)高效、無污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)，以達(dá)到保護(hù)礦產(chǎn)資源，保障國(guó)家能源安全，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，保持國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目的。

2 生物質(zhì)能的利用轉(zhuǎn)化方式

目前，我們對(duì)生物質(zhì)能的利用主要有生物質(zhì)直接燃燒、氣化、液化、固化和沼氣技術(shù)等方式。

生物質(zhì)直接燃燒是通過燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而獲取熱量。直接燃燒可分為鍋爐燃燒、爐灶燃燒、爐窯燃燒和炕連灶燃燒。

生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學(xué)條件下，將組成生物質(zhì)的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為含一氧化碳和氫氣等可燃?xì)怏w的過程。氣化過程不同于燃燒過程，一方面，燃燒過程中需供給充足的氧氣，使原料充分燃燒，從而獲取熱量，而氣化過程希望盡可能多地將能量保留在反應(yīng)后得到的可燃?xì)怏w中，所以只供給較少的氧氣以滿足熱化學(xué)反應(yīng)的需要；另一方面，燃燒后產(chǎn)生的是水蒸氣和二氧化碳等不可再燃燒的煙氣，而氣化后的產(chǎn)物是含氫、一氧化碳和低分子烴類的可燃?xì)怏w。

生物質(zhì)液化是生物質(zhì)熱裂解技術(shù)的一部分。生物質(zhì)熱裂解是生物質(zhì)在完全無氧供給的條件下熱降解為可燃?xì)怏w、液體生物油和固體生物質(zhì)炭三種成分的過程。其中，反應(yīng)產(chǎn)生的生物油可進(jìn)一步分離，制成燃料油和化工原料。

在生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用的各種途徑中，利用生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化后的熱能來發(fā)電具有高效、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在丹麥、瑞典、芬蘭、荷蘭以及巴西和印度等國(guó)家已得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著能源和環(huán)保壓力的增大，我國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電得到快速發(fā)展。

3 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)發(fā)電的主要形式有：生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電、生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電、生物質(zhì)氣化發(fā)電、沼氣發(fā)電和垃圾發(fā)電。

生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電與燃煤火力發(fā)電在原理上沒有本質(zhì)區(qū)別，主要區(qū)別體現(xiàn)在原料上，火力發(fā)電的原料是煤，而直接燃燒發(fā)電的原料主要是農(nóng)林廢棄物和秸稈。直接燃燒發(fā)電是把生物質(zhì)原料送入適合生物質(zhì)燃燒的特定蒸汽鍋爐中，產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。直接燃燒發(fā)電對(duì)原料預(yù)處理技術(shù)、蒸汽鍋爐的多種原料適用性、蒸汽鍋爐的高效燃燒、蒸汽輪機(jī)的效率等方面都有較高要求。

生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電，顧名思義，即為生物質(zhì)與煤混合作為燃料發(fā)電?；旌先紵姆绞街饕袃煞N：一種是將生物質(zhì)原料直接送入燃煤鍋爐，與煤共同燃燒；另一種是先將生物質(zhì)原料在氣化爐中氣化生成可燃?xì)怏w，再通入燃煤鍋爐與煤共同燃燒，最后發(fā)電。可見，在混合燃燒方式中，對(duì)生物質(zhì)原料的預(yù)處理過程顯得尤為重要。一般情況下，通過改造現(xiàn)有的燃煤電廠就可以實(shí)現(xiàn)混合燃燒發(fā)電，只需在廠內(nèi)增加儲(chǔ)存和加工生物質(zhì)燃料的設(shè)備和系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)原有燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造就可以了。

生物質(zhì)氣化發(fā)電是利用生物質(zhì)氣化技術(shù)產(chǎn)生的氣體燃料，經(jīng)凈化后直接進(jìn)入燃?xì)鈾C(jī)中燃燒發(fā)電或者直接進(jìn)入燃料電池發(fā)電的過程，可以分為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電和燃料電池發(fā)電。生物質(zhì)氣化發(fā)電是生物質(zhì)能最有效、最潔凈的利用方式之一，它不僅能解決生物質(zhì)難于燃用、分布分散等缺點(diǎn)，還能充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備緊湊和污染小的優(yōu)點(diǎn)。

沼氣發(fā)電是一種新型的發(fā)電方式，也是沼氣能量利用的一種有效形式。在沼氣發(fā)電中，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電的是沼氣而非蒸汽。

垃圾發(fā)電包括垃圾焚燒發(fā)電和垃圾氣化發(fā)電，簡(jiǎn)而言之，垃圾發(fā)電就是將垃圾直接作為燃料或者將垃圾制成可燃?xì)怏w作為燃料來進(jìn)行發(fā)電的方式。垃圾發(fā)電不僅能夠回收利用垃圾中的能量，達(dá)到節(jié)約資源的目的，同時(shí)還解決了垃圾的處理問題。

我國(guó)的生物質(zhì)能資源及其發(fā)電的狀況

我國(guó)作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源非常豐富。我國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為6.5億噸，2010年達(dá)到7.26億噸；薪柴和林業(yè)廢棄物資源中，可開發(fā)量每年達(dá)到6億噸以上。近年來，高產(chǎn)的能源作物如甘薯、甜高粱、巨藻、綠玉樹、木薯、芭蕉芋等，作為現(xiàn)代生物質(zhì)能源已受到廣泛關(guān)注，越來越多的科研機(jī)構(gòu)、科技企業(yè)也不斷參與到研究和發(fā)展生物質(zhì)能資源的隊(duì)伍中來，為生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)提供了可靠的資源保障。

我國(guó)的生物質(zhì)發(fā)電以直接燃燒和氣化發(fā)電為主要方式，原料主要采用農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢棄物等。我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電起步較晚，但也有近30年的歷史，2006年我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量約為2000 MW，其中蔗渣發(fā)電約為1700 MW；從2006年12月，我國(guó)第一個(gè)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目—— 國(guó)能單縣生物發(fā)電廠正式投產(chǎn)開始，截止2008年8月，我國(guó)累計(jì)核準(zhǔn)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目130多個(gè)，總裝機(jī)容量約3000 MW，已有25個(gè)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電；2009年我國(guó)6 MW及以上火電設(shè)備中生物質(zhì)發(fā)電共占到0.37%，預(yù)計(jì)到2020年將建成總裝機(jī)容量為20000 MW的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目，這樣每年就可以節(jié)約7500萬噸煤，而且減少大量的污染排放，此外，秸稈銷售還可以給農(nóng)民增加200～300億元的收入。

4 結(jié)語

從總體上看，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，商業(yè)化程度較低，效益也不高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較弱。但是，近年來，國(guó)家對(duì)生物質(zhì)能的開發(fā)利用逐漸重視，已連續(xù)在4個(gè)“五年計(jì)劃”中將生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，并先后制定了《可再生能源法》《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》和《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，提出了生物質(zhì)能發(fā)展的目標(biāo)和任務(wù)，明確了相關(guān)扶持政策。有了這些政策和技術(shù)支持，相信生物質(zhì)能的未來必定會(huì)生機(jī)勃勃。

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