生物質發電未來展望
摘要：生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能存儲在生物質內部的能量。生物質發電是生物質燃料直接送往鍋爐燃燒,產生高溫、高壓的水蒸氣,由水蒸氣推動汽輪機將熱能轉化成動能、再通過發電機將動能轉換成電能的過程。
1我國生物質能資源狀況
我國生物質能資源豐富,若全部利用可提供全國66.6%的發電量。按50%的生物質能收集利用率算,我國生物質資源每年可轉化為能源的潛力,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，國民經濟發展面臨資源和環境的雙重壓力。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%。從能源生產和消費來看，目前我國已經成為世界上第二大能源生產國和第二大能源消費國，大量生產和使用化石能源所造成的環境污染已經十分嚴重。專家認為，隨著經濟的發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、環境和經濟三者之間的矛盾也將更加突出，因此，加大能源結構調整力度，加快可再生能源發展勢在必行。
我國農作物播種面積約15億畝,年產生物質約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。農產品加工廢棄物,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,可獲得生物質量8~10億噸。我國畜禽養殖業糞便排放量約18億噸,實際排出污水總量約200億噸,可生產沼氣約500億m3;工業企業年排放有機廢水和廢渣約25億m3,可生產沼氣約100億m3。
2機組選型及形式
生物質有四種發電的形式。
生物質直接燃燒發電生物質直接燃燒發電技術是指利用生物質燃燒后的熱能轉化為蒸汽進行發電，在原理上，與燃煤火力發電沒有什么區別。其原理是將儲藏在生物質中的化學能通過在特定蒸汽鍋爐中燃燒轉化為高溫、高壓蒸汽的內能，再通過蒸汽輪機轉化為轉子的動能，最后通過發電機轉化為清潔高效的電能。直接燃燒發電是將生物質在鍋爐中直接燃燒，生產蒸汽帶動蒸汽輪機及發電機發電。生物質直接燃燒發電的關鍵技術包括生物質原料預處理、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。
生物質氣化發電生物質氣化發電技術是把生物質轉化為可燃氣體再利用可燃氣體，燃氣發電設備進行發電。其原理是將儲藏在生物質中的化學能通過在特定氣化爐中燃燒轉化為可燃氣體，再通過燃氣機發電系統轉化為清潔高效的電能。生物質氣化發電技術是指生物質在氣化爐中轉化為氣體燃料，經凈化后直接進入燃氣機中燃燒發電或者直接進入燃料電池發電。氣化發電的關鍵技術之一是燃氣凈化，氣化出來的燃氣都含有一定的雜質，包括灰分、焦炭和焦油等，需經過凈化系統把雜質除去，以保證發電設備的正常運行。
沼氣發電技術是隨著沼氣綜合利用的不斷發展而出現的一項沼氣利用技術,它將沼氣用于發動機上,并裝有綜合發電裝置,以產生電能和熱能,是有效利用沼氣的一種重要方式。沼氣發電是隨著沼氣綜合利用技術的不斷發展而出現的一項沼氣利用技術，其主要原理是利用工農業或城鎮生活中的大量有機廢棄物經厭氧發酵處理產生的沼氣驅動發電機組發電。用于沼氣發電的設備主要為內燃機，一般由柴油機組或者天然氣機組改造而成。沼氣多產生于污水處理廠、垃圾填埋場、酒廠、食品加工廠、養殖場等。
沼氣是在厭氧條件下有機物經多種微生物的分解與轉化作用后產生的可燃性氣體，屬于生物質能的范疇，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，轉變為二氧化碳和水，并釋放出能量。沼氣發酵又稱為厭氧消化、厭氧發酵或甲烷發酵，是指有機物質在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過種類繁多、數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。
生物質混合燃燒發電是指將生物質原料應用于燃煤電廠中，使用生物質和煤兩種原料進行發電。其原理是將生物質和煤一起在鍋爐中燃燒轉化為高溫、高壓蒸汽的內能，再通過蒸汽輪機轉化為轉子的動能，最后通過發電機轉化電能。生物質和煤混合燃燒技術可分為直接混燒和氣化利用兩種形式。生物質還可以與煤混合作為燃料發電，稱為生物質混合燃燒發電技術。混合燃燒方式主要有兩種。一種是生物質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，不是所有燃煤發電廠都能采用；一種是生物質氣化產生的燃氣與煤混合燃燒，這種混合燃燒系統中燃燒，產生的蒸汽一同送入汽輪機發電機組。
(1)遵守“以熱定電，熱電聯產”原則。由于該市工業和采暖熱負荷較大，根據熱負荷特點，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，結合該市遠期熱負荷規模及電力負荷需求的規劃來確定，最終實現熱電聯產和集中供熱的目的。
(2)為了保證供熱的安全可靠，應盡量使機組的容量和臺數趨于合理，以避免在停運最大一臺機組時對供熱產生過大影響。
(3)為提高熱電廠的效率，主機設備應選用較高的初參數。
3生物質發電未來前景展望
隨著生物質能發電產業競爭的不斷加劇，大型生物質能發電企業間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內優秀的生物質能發電企業愈來愈重視對行業市場的研究，特別是對企業發展環境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此，一大批國內優秀的生物質能發電企業迅速崛起，逐漸成為生物質能發電產業中的翹楚!
同時，發展生物質發電，實施煤炭替代，可顯著減少二氧化碳和二氧化硫排放，產生巨大的環境效益。與傳統化石燃料相比，生物質能屬于清潔燃料，燃燒后二氧化碳排放屬于自然界的碳循環，不形成污染。據測算，運營1臺2.5萬kW的生物質發電機組，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《2013-2017年中國生物質能發電行業深度調研與投資戰略規劃分析報告》預測，到2025年之前，可再生能源中，生物質能發電將占據主導地位。未來，利用生物質再生能源發電已經成為解決能源短缺的重要途徑之一。
4總結
充分有效地利用農業和林業廢棄物的生物質資源，提供穩定的電力、熱負荷供應，是生物質發電項目最為重要的核心。因此選擇成熟可靠、方案合理、節能環保、經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生物質發電工程為例，根據該項目的電負荷、供熱負荷需求，通過不同裝機方案的技術、經濟比選，得出最適合本項目的裝機方案。
參考文獻
[1]李梁杰.生物質發電項目可持續性評價研究[D].北京化工大學，2010.
[2]葛少英.生物質發電項目的可行性分析[D].華北電力大學（北京），2009.
[3]王焱軍.國能上蔡生物質發電項目綜合評價[D].華北電力大學，2014.
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