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生物質(zhì)燃料發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電,是可再生能源發(fā)電的一種,一般分為直接燃燒發(fā)電技術(shù)和氣化發(fā)電技術(shù)。包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。
生物質(zhì)能直接燃燒發(fā)電是以農(nóng)作物秸稈和林木廢棄物為原料,進(jìn)行簡(jiǎn)單加工,然后輸送到生物質(zhì)發(fā)電鍋爐,經(jīng)過(guò)充分燃燒后產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的高新技術(shù)。燃燒后產(chǎn)生的灰粉有加工成鉀肥返田,該過(guò)程將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原本的開環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈子轉(zhuǎn)變?yōu)榭裳h(huán)的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈,是完全的變廢為寶的生態(tài)經(jīng)濟(jì)。生物質(zhì)燃料在高溫及缺氧條件下,熱解產(chǎn)生co與氣化介質(zhì)(通常有空氣、氧氣、水蒸氣或氫氣),在一定條件下發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生以CO、H2或CH4為主要成分的可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)化過(guò)程。
生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)又稱生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng),利用氣化爐把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w,經(jīng)過(guò)除塵、除焦等凈化工序后,再通過(guò)內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行的發(fā)電。過(guò)程包括三方面:生物質(zhì)氣化;氣體凈化;國(guó)外生物質(zhì)能源在燃料生產(chǎn)與發(fā)電方面的應(yīng)用起步較早,主要利用農(nóng)作物、農(nóng)林廢棄物及加工廠廢棄物來(lái)進(jìn)行燃料生產(chǎn)與發(fā)電。燃?xì)獍l(fā)電。既可以解決可再生能源的有效利用,又可以解決各種有機(jī)廢棄物的環(huán)境污染。正是基于以上原因,生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)得到了越來(lái)越多的研究和應(yīng)用,并日趨完善。
秸稈發(fā)電的主要燃料,來(lái)源于小麥秸稈、玉米秸稈、稻草稻殼、棉花秸稈、林業(yè)間伐及加工剩余物等農(nóng)林廢棄物。秸稈發(fā)電變農(nóng)民在田間無(wú)序焚燒,為集中燃燒并發(fā)電、造肥,節(jié)省了大量煤炭資源,并增加農(nóng)民收入。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司旗下的國(guó)能生物發(fā)電有限公司,引進(jìn)丹麥先進(jìn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù),于2006年12月1日建成投產(chǎn)了中國(guó)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目——國(guó)能單縣1×25MW生物質(zhì)發(fā)電工程,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)大容量生物質(zhì)直燃發(fā)電零的突破。該電廠2007年全年穩(wěn)定運(yùn)行8200多個(gè)小時(shí),發(fā)電2.2億千瓦時(shí),消耗農(nóng)林剩余物20多萬(wàn)噸,為農(nóng)民增加收入5000萬(wàn)元以上。農(nóng)民生活用能,秸稈燃燒效率僅約為15%,而直燃發(fā)電鍋爐可將熱效率提高到90%以上。由于中國(guó)電力供應(yīng)緊張,而生物質(zhì)廢棄物浪費(fèi)嚴(yán)重,價(jià)格低廉,所以生物質(zhì)氣化發(fā)電的成本,約為0。
秸稈作為一種可再生能源,在生長(zhǎng)和燃燒中不增加大氣中二氧化碳量,不但可以替代部分化石燃料,而且還能減少溫室氣體排放量。據(jù)測(cè)算,中國(guó)可開發(fā)的生物質(zhì)能資源總量近期約為5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,遠(yuǎn)期可達(dá)10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。即使按5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算,生物質(zhì)發(fā)電可滿足中國(guó)能源消費(fèi)量的20%以上的電力,年可減少排放二氧化碳近3.5億噸,、氮氧化物、減排量近2500萬(wàn)噸。除此之外,秸稈燃燒產(chǎn)生的灰分還可作為鉀還田使用,一臺(tái)2.5萬(wàn)千瓦生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組年生產(chǎn)達(dá)8000噸左右灰分。當(dāng)前改造熱效率僅為10%左右的傳統(tǒng)燒柴灶,推廣效率可達(dá)20%~30%的節(jié)柴灶,其技術(shù)簡(jiǎn)單、易于推廣,是效益明顯的節(jié)能措施。
生物質(zhì)氣化發(fā)電可使用農(nóng)林廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物及動(dòng)物糞便等生物質(zhì)原料。原料來(lái)源廣泛,發(fā)電設(shè)備多種,發(fā)電規(guī)模不等,促使氣化技術(shù)呈多樣化發(fā)展。從發(fā)電規(guī)模上分,生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)可分為小型、中型、大型三種。小型氣化發(fā)電系統(tǒng)所需的生物質(zhì)數(shù)量較少,簡(jiǎn)單靈活,多采用固定床氣化設(shè)備,主要用于農(nóng)村照明或作為中小企業(yè)的自備發(fā)電機(jī)組,一般發(fā)電功率小于200kW。固定床氣化設(shè)備又可分為上吸式、下吸式和開心層下式3種,其中下吸式爐型有利于減少爐內(nèi)熱解生成的焦油含量,因而被廣泛采用。直接干餾熱解的特點(diǎn)是生物質(zhì)在隔絕空氣條件下進(jìn)行熱分解,產(chǎn)物為固體炭和木醋液、可燃性氣體,生產(chǎn)過(guò)程須外加能源[8]。
生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)形式多樣,要利用氣化發(fā)電設(shè)施創(chuàng)造良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,一定要因地制宜采用適宜的氣化發(fā)電技術(shù)形式。增大發(fā)電規(guī)模有利于提高熱效率,有利于降低二次污染;生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將是我國(guó)生物質(zhì)能利用的主要方式。但大型氣化發(fā)電系統(tǒng)也意味著高投資和復(fù)雜的機(jī)組系統(tǒng),在地廣人稀或經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)展這樣的系統(tǒng)設(shè)施缺乏經(jīng)濟(jì)性。因此,我國(guó)應(yīng)同時(shí)關(guān)注以村、鎮(zhèn)為單位的中小型氣化發(fā)電機(jī)組和重點(diǎn)地區(qū)的大型氣化發(fā)電機(jī)組的研究與開發(fā),根據(jù)規(guī)模的大小選用合適的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)技術(shù),保證在任何規(guī)模下都有合理的發(fā)電效率,充分利用生物質(zhì)能源,改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境。