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摘要：生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能存儲在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)發(fā)電是生物質(zhì)燃料直接送往鍋爐燃燒,產(chǎn)生高溫、高壓的水蒸氣,由水蒸氣推動汽輪機將熱能轉(zhuǎn)化成動能、再通過發(fā)電機將動能轉(zhuǎn)換成電能的過程。
1我國生物質(zhì)能資源狀況
我國生物質(zhì)能資源豐富,若全部利用可提供全國66.6%的發(fā)電量。按50%的生物質(zhì)能收集利用率算,我國生物質(zhì)資源每年可轉(zhuǎn)化為能源的潛力,近期約為5億噸標準煤,遠期可達到10億噸標準煤以上。若加上荒山、荒坡種植的各種能源林,資源潛力在15億噸標煤以上。
我國是世界上人口最多的國家，國民經(jīng)濟發(fā)展面臨資源和環(huán)境的雙重壓力。從人均化石能源資源量看，煤炭資源只有世界平均水平的60%，石油只有世界平均水平的10%，天然氣只有5%。從能源生產(chǎn)和消費來看，目前我國已經(jīng)成為世界上第二大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費國，大量生產(chǎn)和使用化石能源所造成的環(huán)境污染已經(jīng)十分嚴重。專家認為，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國的能源需求將快速增長，能源、環(huán)境和經(jīng)濟三者之間的矛盾也將更加突出，因此，加大能源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，加快可再生能源發(fā)展勢在必行。
我國農(nóng)作物播種面積約15億畝,年產(chǎn)生物質(zhì)約7億噸,除部分作為造紙原料和畜牧飼料外,剩余部分可作為燃料使用。農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物,包括稻殼、甘蔗渣和棉籽殼等,約2億噸。我國森林面積1.75億公頃,每年通過正常的灌木平茬復壯、森林撫育間伐、修剪、收集采伐、造材、加工剩余物等,可獲得生物質(zhì)量8~10億噸。我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便排放量約18億噸,實際排出污水總量約200億噸,可生產(chǎn)沼氣約500億m3;工業(yè)企業(yè)年排放有機廢水和廢渣約25億m3,可生產(chǎn)沼氣約100億m3。
2機組選型及形式
生物質(zhì)有四種發(fā)電的形式。
生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)是指利用生物質(zhì)燃燒后的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽進行發(fā)電，在原理上，與燃煤火力發(fā)電沒有什么區(qū)別。其原理是將儲藏在生物質(zhì)中的化學能通過在特定蒸汽鍋爐中燃燒轉(zhuǎn)化為高溫、高壓蒸汽的內(nèi)能，再通過蒸汽輪機轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動能，最后通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為清潔高效的電能。直接燃燒發(fā)電是將生物質(zhì)在鍋爐中直接燃燒，生產(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機及發(fā)電機發(fā)電。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的關鍵技術(shù)包括生物質(zhì)原料預處理、鍋爐防腐、鍋爐的原料適用性及燃料效率、蒸汽輪機效率等技術(shù)。
生物質(zhì)氣化發(fā)電生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣體再利用可燃氣體，燃氣發(fā)電設備進行發(fā)電。其原理是將儲藏在生物質(zhì)中的化學能通過在特定氣化爐中燃燒轉(zhuǎn)化為可燃氣體，再通過燃氣機發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為清潔高效的電能。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是指生物質(zhì)在氣化爐中轉(zhuǎn)化為氣體燃料，經(jīng)凈化后直接進入燃氣機中燃燒發(fā)電或者直接進入燃料電池發(fā)電。氣化發(fā)電的關鍵技術(shù)之一是燃氣凈化，氣化出來的燃氣都含有一定的雜質(zhì)，包括灰分、焦炭和焦油等，需經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去，以保證發(fā)電設備的正常運行。
沼氣發(fā)電技術(shù)是隨著沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項沼氣利用技術(shù),它將沼氣用于發(fā)動機上,并裝有綜合發(fā)電裝置,以產(chǎn)生電能和熱能,是有效利用沼氣的一種重要方式。沼氣發(fā)電是隨著沼氣綜合利用技術(shù)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項沼氣利用技術(shù)，其主要原理是利用工農(nóng)業(yè)或城鎮(zhèn)生活中的大量有機廢棄物經(jīng)厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電。用于沼氣發(fā)電的設備主要為內(nèi)燃機，一般由柴油機組或者天然氣機組改造而成。沼氣多產(chǎn)生于污水處理廠、垃圾填埋場、酒廠、食品加工廠、養(yǎng)殖場等。
沼氣是在厭氧條件下有機物經(jīng)多種微生物的分解與轉(zhuǎn)化作用后產(chǎn)生的可燃性氣體，屬于生物質(zhì)能的范疇，主要成分是甲烷二氧化碳，其中甲烷含量約為50%～70%，二氧化碳含量為30%～40%（容積比）還有少量的硫化氫、氮、氧、氫等氣體，約占總含量的10%～20%。甲烷在空氣中與火燃燒，轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?，并釋放出能量。沼氣發(fā)酵又稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵或甲烷發(fā)酵，是指有機物質(zhì)在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過種類繁多、數(shù)量巨大且功能不同的各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等混合性氣體（沼氣）的復雜生物化學過程。
生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電是指將生物質(zhì)原料應用于燃煤電廠中，使用生物質(zhì)和煤兩種原料進行發(fā)電。其原理是將生物質(zhì)和煤一起在鍋爐中燃燒轉(zhuǎn)化為高溫、高壓蒸汽的內(nèi)能，再通過蒸汽輪機轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動能，最后通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化電能。生物質(zhì)和煤混合燃燒技術(shù)可分為直接混燒和氣化利用兩種形式。生物質(zhì)還可以與煤混合作為燃料發(fā)電，稱為生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電技術(shù)。混合燃燒方式主要有兩種。一種是生物質(zhì)直接與煤混合后投入燃燒，該方式對于燃料處理和燃燒設備要求較高，不是所有燃煤發(fā)電廠都能采用；一種是生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的燃氣與煤混合燃燒，這種混合燃燒系統(tǒng)中燃燒，產(chǎn)生的蒸汽一同送入汽輪機發(fā)電機組。
(1)遵守“以熱定電，熱電聯(lián)產(chǎn)”原則。由于該市工業(yè)和采暖熱負荷較大，根據(jù)熱負荷特點，并從保證投資效益的角度來考慮，裝機方案應在滿足近期熱負荷需求的基礎上，結(jié)合該市遠期熱負荷規(guī)模及電力負荷需求的規(guī)劃來確定，最終實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱的目的。
(2)為了保證供熱的安全可靠，應盡量使機組的容量和臺數(shù)趨于合理，以避免在停運最大一臺機組時對供熱產(chǎn)生過大影響。
(3)為提高熱電廠的效率，主機設備應選用較高的初參數(shù)。
3生物質(zhì)發(fā)電未來前景展望
隨著生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)競爭的不斷加劇，大型生物質(zhì)能發(fā)電企業(yè)間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內(nèi)優(yōu)秀的生物質(zhì)能發(fā)電企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此，一大批國內(nèi)優(yōu)秀的生物質(zhì)能發(fā)電企業(yè)迅速崛起，逐漸成為生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)中的翹楚!
同時，發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電，實施煤炭替代，可顯著減少二氧化碳和二氧化硫排放，產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。與傳統(tǒng)化石燃料相比，生物質(zhì)能屬于清潔燃料，燃燒后二氧化碳排放屬于自然界的碳循環(huán)，不形成污染。據(jù)測算，運營1臺2.5萬kW的生物質(zhì)發(fā)電機組，與同類型火電機組相比，可減少二氧化碳排放約10萬t/a。前瞻網(wǎng)《2013-2017年中國生物質(zhì)能發(fā)電行業(yè)深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》預測，到2025年之前，可再生能源中，生物質(zhì)能發(fā)電將占據(jù)主導地位。未來，利用生物質(zhì)再生能源發(fā)電已經(jīng)成為解決能源短缺的重要途徑之一。
4總結(jié)
充分有效地利用農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物的生物質(zhì)資源，提供穩(wěn)定的電力、熱負荷供應，是生物質(zhì)發(fā)電項目最為重要的核心。因此選擇成熟可靠、方案合理、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟適用的裝機方案尤為重要，最大化地保證工程建成后安全可靠，以合理的投資獲得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。以山東電力工程咨詢院有限公司設計的喀麥隆SUDCAM生物質(zhì)發(fā)電工程為例，根據(jù)該項目的電負荷、供熱負荷需求，通過不同裝機方案的技術(shù)、經(jīng)濟比選，得出最適合本項目的裝機方案。