我國生物質能直燃發電項目發展
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企業：控制網
行業：建筑樓宇
- 點擊數：2160 發布時間：2007-03-09 23:50:03
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近年來，在奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典和美國等國家，生物質能在總能源消耗中所占的比例增加相當迅速。我國政府及有關部門己連續在四個五年計劃中將生物質能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目。
1 生物質能直燃發電發展現狀
生物質能直燃發電簡稱“生物發電”，是利用生物質能轉化為清潔便利的電能的發電技術。生物發電的燃料主要有能源林、林業廢棄物以及農業廢棄物等生物質，是可再生的資源，取之不盡，用之不竭。燃料發電過程中不會額外增加大氣中二氧化碳總量，減少了對環境的污染。
我國作為農業大國，每年農作物秸稈年產量約為6.5億噸，預計到2010年將達到7.26億噸；薪柴和林業廢棄物資源量中，可開發量每年達到6億噸以上。每年因無法處理的剩余農作物秸稈在田間直接焚燒的超過2億噸，這樣做不僅浪費了秸稈資源，而且造成嚴重空氣污染，直接危害和影響了高速公路交通和航空安全。生物質資源主要分布在農村地區，充分利用生物質資源是解決農村能源問題，促進農村經濟發展，有效解決“三農”問題的重要措施之一。因此，加大生物質能資源的開發利用，對緩解我國能源資源緊張矛盾，有效解決“三農”問題，實現可持續發展戰略等都具有十分重要意義。
20世紀70年代爆發世界第一次石油危機后，能源一直依賴進口的丹麥，在大力推廣節能措施的同時，積極開發生物質能和風能等清潔可再生能源，開始研究利用秸稈作為發電燃料。現在以秸稈發電等可再生能源已占丹麥能源消費量的24%以上，丹麥BWE公司是享譽世界的發電廠設備研發、制造企業之一，長期以來在熱電、生物發電廠鍋爐領域處于全球領先地位。BWE公司率先研發的秸稈生物燃燒發電技術，迄今在這一領域仍是世界最高水平的保持者。在這家歐洲著名能源研發企業的技術支撐下，1988年丹麥誕生了世界上第一座秸稈生物燃燒發電廠。此后，BWE公司在瑞典、芬蘭、西班牙等國設計并建造了大量的生物發電廠，目前丹麥已建立了130家秸稈發電廠，還有一部分燒木屑或垃圾的發電廠也能兼燒秸稈。BWE公司的秸稈發電技術已走向世界，被聯合國列為重點推廣項目。曾依賴石油進口的丹麥，1974年以來GDP穩步增長，但石油年消費量比1973年下降了50%。
燃燒生物質燃料和燃煤等礦石燃料所使用的技術是類似，但是由于燃料性質不同，致使在鍋爐技術、伺料系統等方面大不相同。使用生物質燃料面臨的主要問題是：腐蝕、結焦和機組效率低等。目前國內其他生物發電廠所采用的鍋爐皆為國內自行研制，未有一款鍋爐經過長年使用的考驗。國能生物發電有限公司生物質發電項目是采用的丹麥生物質鍋爐技術，該技術成功地解決了腐蝕、結焦和機組效率低等問題，并能達到高溫高壓，使秸稈燃燒效率達到98%以上，污染極少。但由于進口設備成本過高，增加了生物質能發電的成本，因此必須加快研究解決生物質能發電鍋爐的腐蝕、結焦、提高機組效率的步伐，盡快引進、消化吸收國外生物質能發電鍋爐技術，完成設備國產化，具備生物質能發電系列鍋爐的生產、研發、設計能力。
隨著氣候變化及環境壓力的增大，改變能源結構，減少二氧化碳排放已成為共識。國際社會對可再生能源的利用越來越重視，采取各種措施和激勵政策推進其的產業化進程。我國的可再生能源資源十分豐富，經過多年的推動，取得了較大的進展，形成了一定的產業基礎。但是由于缺乏完整的激勵政策和一整套的市場化機制，目前在國內和生物質產業相配套的一切都不是很成熟。
在世界范圍內生物質發電廠最大的難題是燃料資源的收集、儲存、運輸，這在我國尤其困難。我國大部分地區都是以農戶為農業生產單位，戶均耕地占有面積很小，根據對我國糧食產量最大的幾個省的統計，每年每戶的秸稈可獲得量僅為2、3噸。以一個2.5萬千瓦的秸稈發電廠每年消耗秸稈20萬噸為例，需要從近10萬戶農戶中收購秸稈。在我國大部分地區農作物還是分兩季種植，意味每年需要完成近20萬筆秸稈收購交易，無論對收購的組織還是收集成本控制都是極大的考驗。
我國農村的道路現狀無法滿足大型載重運輸車進行運輸，在農村主要運輸工具是1～5噸的小型運輸車。以一個2.5萬千瓦的秸稈發電廠每天消耗500噸秸稈為例，每天需要幾百車次運輸燃料。由于秸稈密度小，不便于運輸，擴大收購半徑將大大增加燃料成本。而國外農業生產以農場為主，每個收購交易可以提供的秸稈數量遠遠超過我國。
我國的小農耕作模式，地理環境，道路交通現狀使得秸稈在收集、儲存、運輸的環節費用高，且糧食種植品種和面積的不穩定，給生物發電產業帶來一定的影響。
因此，根據我國的國情，生物電廠項目規模不宜太大。
針對生物質能燃料能量密度極低、高度分散和腐蝕性強等特點，目前國內外都在研究生物質燃料顆粒成型技術?，F已成功開發的成型技術按成型物形狀分主要有三大類：以日本為代表開發的螺旋擠壓生產棒狀成型物技術，歐洲各國開發的活塞式擠壓制得圓柱塊狀成型技術，以及美國開發研究的內壓滾筒顆粒狀成型技術和設備，但都存在著能耗高、成本高、效率低的問題。雖然顆粒成型技術可以有效解決生物質燃料的收集、存儲、運輸難題，但目前仍需研究如何能有效控制降低成本、提高效率，才能解決生物質能源替代煤的經濟性和實用性問題。因此，加強生物質能燃料顆粒壓縮技術的研究，是可再生能源大規模利用的產業發展方向。
2 生物質能直燃發電技術研究和應用的重點
為實現到“十一五”末，我國的生物質能發電技術研究和應用達到國際先進水平這一目標，在“十一五”期間的重點任務主要有：以生物質能發電試驗示范工程為對象，完成有關生物質能發電關鍵技術的研究與開發工作；建立中國有關生物質能發電的設計、施工、運行等階段的規程、規范；創立出一整套符合中國國情（比較落后的農業大國）的生物質發電燃料供應的保障體系；加強生物質能燃料顆粒壓縮技術的研究，為上馬大型生物質能電廠提供燃料基礎；積極開展與生物質能發電相關的軟科學的研究工作，從政策、科技、環境等方面全方位支持生物質能電廠的可持續發展。
2.1 建立高效、簡潔的燃料收運儲模式
目前我國正在建設中項目所采用的是直接燃燒秸稈發電技術。就是簡單地將秸稈等生物質能原料打包后直接燃燒。因為壓縮比例小，原料的收集半徑在30公里范圍內，發電廠裝機容量一般不超過25MW。從國外的經驗來看，燃料的收集、儲存和運送是電廠運行的瓶頸。從我國的現狀來看燃料的收集、儲存和運送也將成為生物電廠成敗的關鍵。加上我國比較落后的農業生產方式，使這一任務更具有挑戰性。目前，中國農業機械化科學研究院等科研單位以及設備生產單位正在合作，聯合攻關，開展了秸稈處理設備的生產、改進工作。
(1) 收購模式的研究
研究適合我國國情的收購模式。包括收購點的數量、布局、建設標準、燃料的貯存方式等。通過研究尋找一條簡單、高效服務于生物質發電并適合中國國情的途徑。創造一種模式來打通秸稈從中國農村的田間地頭到工業化鍋爐的通道。研究建立高效、簡潔的燃料收運儲模式，實現秸稈收購體系的有效控制。
(2) 裝運打包機械的研制
研制出適合鍋爐上料標準的各類相關機械設備，主要包括：打包機、切碎機、起吊設備、運輸、傳送設備等。
2.2 生物質能發電關鍵技術
(1) 生物質能發電主設備
引進、消化吸收國際最先進的生物質能發電鍋爐技術，完成設備國產化。生物質能發電中秸稈的儲藏、給料系統、除灰渣系統、燃燒系統、鍋爐水冷壁與過熱器鋼材均比較特殊。在國內，由于以前不重視秸稈資源的直燃發電技術，所以目前還不具備大容量秸稈鍋爐的研發制造技術，目前國內投資建設的生物質能發電工程所采用的鍋爐技術主要依賴于進口。
丹麥BWE生物質能發電鍋爐技術，具有成熟的技術優勢，在設備的效率、壽命等方面具有明顯領先優勢。因此，我們必須加快研究解決生物質能發電鍋爐的腐蝕、結焦、提高機組效率的步伐，盡快引進、消化吸收國外生物質能發電鍋爐技術，完成設備國產化，具備生物質能發電系列鍋爐的生產、研發、設計能力。
(2) 綜合自動化系統的研制
目前國內生物質能發電以氣化為主，自動化水平非常低，國外生物質能發電廠自動化系統水平很高。如丹麥BWE生物質能發電技術，其自動控制及自動化產品研發主要是集成一些國際著名企業的過程控制自動化系統，其中最多的是集成日本橫河株式會社的技術及產品，在生產過程控制流程上做二次開發。今后的重點是大型生物質能發電廠綜合自動化系統的研制，應通過功能整合，信息共享，實現生物質能發電廠綜合管理控制一體化。
(3) 試驗基地建設
重點是建立生物質能發電鍋爐燃燒實驗室，引導和協調國內科研設計部門、設備制造部門，為生物質能發電技術發展目標協同攻關。為生物質能發電鍋爐關鍵技術的國產化打好基礎，先著手建設成立生物質能燃料檢測中心，逐步向具有仲裁性和權威性的燃料檢測中心過渡，建立、制定生物質能燃料檢測的技術規程、規范、標準等。
2.3 高效能源植物培育、優化、引進、種植和推廣
研究建立能源植物研究體系，包括能源植物資源收集庫、測評體系、選育和改良技術策略、培育技術模式等；發展人工能源植物，用以補充燃料不足和平抑燃料市場價格。研究推廣能源植物種植和建立能源植物專類生產區的方式。
進行電廠用能源植物的全國性調查，利用邊際土地種植適合當地和電廠直燃所需的植物，開發應用專門用途的能源植物，不但可以節省國家巨額的綠化投資，又帶來綜合利用的循環經濟效益；提高能源植物可持續經營利用，結合貧困地區的扶貧政策，實現綜合開發。
根據全國的生物質電廠的布局及發展趨勢，結合不同地區的土壤、降水、氣候等實際情況在全國范圍內對速生、高效電廠用的能源植物進行調研工作，為生物質能電廠提供燃料。
2.4 生物質電廠排放物綜合利用研究
生物質發電過程中，產生大量的灰分，以鍋爐飛灰和灰渣/爐底灰的形式被收集，這種灰分含有豐富的營養成分，如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農業肥料。我國農田土壤普遍存在“缺磷少鉀富氮”狀況。隨著農業的迅速發展，土壤中鉀含量嚴重失衡。長期以來我國鉀肥主要依賴進口，合理開發利用豐富的生物質資源中的鉀，具有良好市場前景。
為充分我國豐富的生物質能資源尋找出路，治理秸稈焚燒污染，發展循環經濟，促進農田生態系統的生物地球化學元素循環，將生物質發電廠灰渣進行綜合利用，開展建設生物質化肥廠的可行性研究、技術方案的研究、樣本測試和方案設計等。最終目標是建設與生物電廠配套的生物質化肥廠，使產業鏈得到有效延伸。
具體措施有：研究電廠運行過程中生物硫排放和礦物硫排放的區別；開展“生物質發電過程中排硫收費不應采用礦物硫排放標準收取排污費研究”課題研究內容，組建專家委員會，組織國內高層次生物質能專家研討會，負責生物質資源樣品化驗，提供化驗原始數據；完成《生物質發電過程中排硫收費不應采用礦物硫排放標準收取排污費研究報告》；向國家環境保護總局遞交的《關于生物質能發電不應以礦物質（煤）燃燒收取硫排污費的請求》請求報告；引導國家政府部門的政策修訂生物質能電廠硫排放的標準。
2.5 生物質電廠產業鏈標準化研究
實現設計和設備選型標準化，以及將來的電廠運行標準化（包括軟件等），并逐步建立電廠設計標準、建設標準、運行標準、經營管理標準、燃料消防、處理、存儲標準。
當前已在建設中的生物質能發電廠受燃料供應半徑的限制，采用直燃式的25MW機組，在電廠布點多，工期要求緊的情況下，必須推行生物質能發電廠設計、施工、運行的樣板化和標準化。
實施標準化戰略和集約化采購，實現設計和設備選型標準化，縮短項目建設周期，降低工程造價。實現項目設計、招標、建設的規范化、標準化、批量化。在電廠運行過程中，對電廠崗位配置、運行規程實施標準化，降低運營成本，提高項目盈利能力。
2.6 生物質燃料檢測標準
對燃料品質的檢驗是燃料利用的基礎。對于發電鍋爐，由于安全和提高燃燒效率等方面的考慮，在燃料入爐前更需要了解燃料的品質?？紤]到具體情況、電廠的需要以及今后國內的需要，應該盡快通過大量的研究試驗，建立準確可靠的生物質燃料檢驗方法。
需要制定檢測標準，第一階段制定標準的項目包括：含水量、燃料制樣、發熱量、工業分析、元素分析、硫、氯、灰成分；第二階段制定標準的項目包括：汞、鉻、鉛等的測定標準。
2.7 CDM項目研究
對清潔發展機制（Clean Development Mechanism）國內外學術動態和業務進展進行跟蹤和研究，探索二氧化碳減排量計算方式和出口途徑。
2.8 燃煤小火電廠改造成生物質發電廠示范工程
為實現能源的可持續開發，盤活閑置或休克狀態的燃煤小火電廠，對燃煤小火電廠鍋爐改造成生物質能發電鍋爐進行技術研究。一是研究秸稈和燃煤混燒鍋爐改造技術問題，二是研究技改后電價、稅收等優惠政策的爭??；三是研究生物質能燃料和常規燃料混燒時的合理運行方式。
對燃煤小火電機組原有的煤粉爐進行適當改造，將燃煤和秸稈混燒。盤活大量的閑置或休克狀態的小火電廠的“殼”資源，既節約了社會資源，又有利于社會穩定和環境保護，符合當前建設資源節約型、環境友好型和諧社會的大局。
2.9 研究生物質燃料深加工業務
(1) 高效廉價的顆粒壓縮技術的研發
世界范圍內，生物質能應用的瓶頸主要是原料儲運、壓縮成本過高。利用把生物質能原料壓縮成高密度的成型燃料，可以有效解決燃料的采集、存儲、運輸問題。只要能有效控制降低成本，就能解決生物質能源替代煤的經濟性和實用性問題，從而建設超過100MW的大裝機容量生物質能發電機組。因此，加強生物質能燃料顆粒壓縮技術的研究，以及利用壓縮顆粒建設大裝機容量發電機組的研究，將帶來可再生能源事業的革命。
重點是研究生物質能燃料各種顆粒成型技術，探索一種簡單、低成本的生物質能燃料顆粒壓縮技術，解決生物質能源替代煤的經濟性和實用性問題。
(2) 壓縮顆粒燃料的儲運
研究壓縮顆粒燃料的燃燒特性及生物特性，根據其特性探索壓縮顆粒燃料的儲運和調度機制，有效解決燃料的采集、存儲、運輸問題。
(3) 壓縮顆粒燃料燃燒技術的研究
研究生物質能壓縮顆粒燃料在生物質能發電中摻燒鍋爐技術，提高其燃燒的效率，從而建設超過100MW的大裝機容量生物質能發電機組,加快生物質能發電事業的發展步伐。
建立國家級生物質能燃料顆粒壓縮技術研究中心，推動生物質能壓縮顆粒燃料的產業化、市場化步伐。推動高效節能的民用和工業用燃燒鍋爐改造工程，將生物質能壓縮顆粒燃料廣泛應用于民用及工業鍋爐方面。
3 生物質能直燃發電中長期技術發展展望
雖然我國能源自給率達到了93%，但供需缺口日益嚴重，如何實現能源的可持續發展，這就需要在大力提高能源利用效率，控制能源利用總量的同時多元發展，改善我國能源結構，積極開發新能源。
從國外生物質能利用技術的研究開發現狀結合我國現有技術水平和實際情況來看，生物質能發電事業的中長期技術發展方向是：
(1) 高效直接燃燒技術和設備國產化、系列化
(2) 生物質顆粒成型燃料的研究開發
農村有著豐富的秸稈資源，大量秸稈被廢棄和田間直接燃燒，既造成大量的生物質能的浪費，也給大氣帶來了嚴重的污染。因此，用可再生的生物質能高效轉化在將來會有較好的發展前景。
(3) 生物質能的創新高效開發利用
隨著科學技術的高速發展，生物質能的發展將依賴創新技術來實現更大的發展。生物質能新技術的研究開發如生物技術高效低成本轉化應用研究。
(4) 城市生活垃圾的開發利用
生活垃圾數量以每年8%～10%的快速遞增，工業化開發利用垃圾來發電，焚燒集中供熱或氣化產生煤氣供居民使用，有很大的發展潛力。
(5) 能源植物的開發
大力發展能生產“綠色能源”的各類植物，為生物質能利用提供豐富的優質資源。
(6) 形成生物質電廠產業鏈
培育、帶動燃料收儲運、上料系統、燃燒技術、鍋爐技術、灰渣處理等行業形成產業鏈。
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