國內(nèi)生物質(zhì)電廠發(fā)電技術(shù)及設(shè)備發(fā)展前景
2021-12-15
當前，合理并高效地利用生物質(zhì)能發(fā)電成為我國在能源安全和保障的重要任務(wù)之一。主要介紹了目前生物質(zhì)發(fā)電的主流技術(shù)及設(shè)備，并對國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的大容量機組進行了探討，結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗，對國內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電應(yīng)用前景進行了詳細地展望。
一、生物質(zhì)能源簡介
隨著全球人口數(shù)量的快速增長和時代的快速發(fā)展，能源短缺問題已成為世界上需要共同面對的問題，與此同時能源安全也是制約一個國家和平和穩(wěn)定發(fā)展的問題之一。因此，如何合理并有效地開發(fā)和利用新能源、研發(fā)新型設(shè)備、探索新的技術(shù)就顯得尤為重要。
我國是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)生的各種農(nóng)林廢棄物、林業(yè)廢棄物和林產(chǎn)品加工廢棄物等生物質(zhì)資源，蘊含著巨大的財富和價值，這不但為我國發(fā)展低碳經(jīng)濟提供了物質(zhì)條件，同時也為我國生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)提供了可靠的發(fā)展基礎(chǔ)和提升空間。生物質(zhì)清潔能源首要是指生物質(zhì)氣體、生物質(zhì)固體燃料和生物質(zhì)液體燃料。生物質(zhì)能源相對傳統(tǒng)的化石能源來說，是一種新型的清潔的能源，它具有可再生、低污染性和高附加值的優(yōu)點。合理地利用生物質(zhì)能發(fā)電不僅可以減少使用傳統(tǒng)化石能源所帶來的有害廢氣，還可大大減少二氧化碳的排放量。
2016年，國家發(fā)展改革委員會國家能源局聯(lián)合公布了我國電力行業(yè)的第十三個五年（2016—2020年）規(guī)劃，根據(jù)電力發(fā)展的“十三五”規(guī)劃。我國將大面積展開生物質(zhì)發(fā)電試點示范工程，重點任務(wù)就是解決來自農(nóng)業(yè)和林業(yè)所產(chǎn)生的生物質(zhì)資源，同時保證生物質(zhì)發(fā)電和并網(wǎng)裝機容量在數(shù)量和質(zhì)量上的遞增。因此，充分使用生物質(zhì)清潔資源，助力可持續(xù)發(fā)展的生物質(zhì)發(fā)電廠必將成為重要的戰(zhàn)略。
二、生物質(zhì)能源特點
生物質(zhì)指的是動物和植物以及為微生物在死亡之后留下含有能量的有機物質(zhì)，這些殘留物和活體所產(chǎn)生的代謝物中所含的能量均來自固化的太陽能。雖然煤炭、石油和天然氣等化石能源也是從生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化而來，但和傳統(tǒng)的化石能源不同的是生物質(zhì)能源具有如下特點：
1循環(huán)再生性。生物質(zhì)能夠通過植物的光合作用再生，它和風能、太陽能以及潮汐能一樣都是可再生能源，并且它的種類更加豐富，可以確保能源的可持續(xù)使用，經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
2節(jié)能減排性。由于生物生長過程中所需的二氧化碳的量和其自身排放的二氧化碳量基本相等。所以，在使用生物質(zhì)能源的生產(chǎn)中，溫室氣體在大氣中的排放量基本為零。
3生物質(zhì)中硫和氮以及灰分的含量較低，尤其是硫燃燒后，硫氧化物和粉塵的排放量相對于化石燃料而言十分的低，是一種十分清潔的燃料。
4分布性不但很廣，而且在我國生物質(zhì)資源的儲量十分龐大。
三、生物質(zhì)發(fā)電流程
農(nóng)林廢棄物及林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)原材料通過處理之后，被輸送至氣化爐內(nèi)，在高壓和高溫的雙重作用下開始熱裂解、碳化，在這一過程中還會產(chǎn)生大量的混合氣。這些氣體的主要組成是高濃度的一氧化碳、氫氣和甲烷等。當這些具有熱值的混合氣從爐內(nèi)出來時，氣體溫度基本處于高溫狀態(tài)（800~900℃），為了能夠充分利用這部分的氣體，便于核算熱值和科學的計量，使其降至低溫400℃以下，經(jīng)過降溫的生物質(zhì)混合氣通過運送系統(tǒng)傳送，一部分被送入鍋爐內(nèi)燃燒，另一部分帶有熱值的廢氣重新回流至預(yù)處理環(huán)節(jié)進行熱量回用。按照此步驟將生物質(zhì)發(fā)電流程分為生物質(zhì)原料的預(yù)處理環(huán)節(jié)、循環(huán)流化床氣化爐加熱環(huán)節(jié)、混合氣降溫降壓環(huán)節(jié)、可燃氣體加壓及檢測和核算與計量環(huán)節(jié)、生物質(zhì)混合氣體燃燒環(huán)節(jié)等。在上述的環(huán)節(jié)中還需要吹掃和電路保護以及保障系統(tǒng)。在這幾個環(huán)節(jié)中最核心的因素是生物質(zhì)熱氣耦合的設(shè)備和技術(shù)。
四、我國生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展前景
1.我國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)受政府扶持的影響極為明顯，在當前的產(chǎn)業(yè)鏈中有特別明顯的嵌入性。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和現(xiàn)狀與發(fā)達國家差別很大，發(fā)達國家主要是農(nóng)場為主的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟具有完整的上下游體系，不論是從運輸?shù)交厥者€是再到銷售，每一環(huán)每一鏈都有明確的分工和準確的定位，反觀我國的農(nóng)業(yè)模式和政策條件這就導(dǎo)致了生物質(zhì)原料的收集和運輸必然會受限于地方政府和農(nóng)戶，造成原料供應(yīng)矛盾問題。除此之外，不完整的收購渠道，運輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)也會制約發(fā)電廠的正常運行。
2.對于現(xiàn)行的電廠而言設(shè)備的裝機容量基本在200～600MW，但對于大型的火力發(fā)電機組主要是600MW以上。因此，設(shè)備的特點使得了我國能夠開展的生物質(zhì)發(fā)電耦合率小于10%。這就說明了我國的生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)想要迅速和規(guī)模化地發(fā)展就必須要采用小鍋爐且不需要對原有的燃煤鍋爐進行全面的改裝。實際上，小農(nóng)經(jīng)濟下的農(nóng)業(yè)資源分布不均與，生產(chǎn)方式的差異勢必是對我國開展生物質(zhì)發(fā)電眾多不利影響中最為致命的瓶頸。從國內(nèi)已開展的生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)運營情況看，原材料的來源和質(zhì)量的不穩(wěn)定，是造成企業(yè)經(jīng)濟效益不好，甚至電廠和電站的經(jīng)營虧損的主要原因。
3.在生物質(zhì)實際發(fā)電計量核算方面，需要進一步完善計算方法、核算規(guī)范、計算技術(shù)以及核算的標準，也是促進生物質(zhì)電廠平穩(wěn)發(fā)展和提高效益的重要一步。
五、結(jié)論與展望
當前，我國大氣污染防治形勢極為嚴峻，生物質(zhì)作為一種低碳低硫的綠色可再生能源，不但可以解決大量的農(nóng)林廢棄物問題，而且能為群眾創(chuàng)收。雖然目前生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)還存在一些不足和缺點，但是在國家的相關(guān)政策扶持下，有序開發(fā)生物質(zhì)能源，因地制宜利用生物質(zhì)，再加上生物質(zhì)氣化技術(shù)的不斷成熟，生物質(zhì)發(fā)電廠的發(fā)展建設(shè)和設(shè)備創(chuàng)新也一定能夠擁有更美好的明天。
