生物质能发电

新能源发电技术生物质能发电黄守道教授主要内容一、生物质能发电简介二、生物质能发电的国内外现状三、生物质能发电技术四、生物质能发电的问题五、展望一、生物质能发电简介生物质生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。从广义上讲，生物质是植物通过光合作用生成的有机物，它的能量最初来源于太阳能，所以生物质能是太阳能的一种，它的生成过程如下：　　　生物质具体形式:植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、农作物（秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等）、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。生物质分类（1）城市垃圾包括工业、生活和商业垃圾，全球每年排放约100亿吨。（2）有机废水包括工业废水和生活污水，全球每年排放约4500亿吨。（3）粪便类包括牲畜、家禽、人的粪便等，全球每年排放数百亿吨以上。生物质分类（4）林业生物质包括薪柴、枝丫、树皮、树根、落叶、木屑、刨花等。（5）农业废弃物包括秸秆、果壳、果核、玉米芯、甜菜渣、甘蔗渣等。生物质分类（6）水生植物包括藻类、海草、浮萍、水葫芦、芦苇、水风信子等。（7）能源植物包括生长迅速，轮伐期短的乔木、灌木和草本植物，如棉籽、芝麻、花生、大豆等。油楠生物质分类生物质发电求生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，主要包括以下几种:农林废弃物直接燃烧发电;农林废弃物气化发电;垃圾焚烧发电;垃圾填埋气发电;沼气发电。生物质蕴藏丰富由于地球上生物数量巨大，由这些生命物质排泄和代谢出许多有机质，这些物质所蕴藏的能量是相当惊人的。根据生物学家估算，地球上每年生长的生物能总量约1400—1800亿吨（相当于目前世界总能耗的10倍）。生物质发电特点优点——（1）清洁性（2）充足性（3）可再循环（4）可储存和运输（5）易燃性（6）开发转化技术容易（7）与农林业关系紧密生物质发电特点缺点——（1）体积密度和能量密度低（2）生物质供应和价格不稳定（3）生物质组成性质差异大（4）水分含量（5）灰成分生物质能发电过程Combustion燃烧Productionandharvesting生产和收获Transport运输Distributio分配Primaryenergy一次能源Finalenergy最终能源二、生物质能发电的国内外现状生物质能发电的国内外现状世界各地包括我国在内生物质资源非常丰富，是第四大能源，它们对全世界一次能源的贡献占14%。由于生物质能源的可持续利用性，不会增加二氧化碳的净排放，符合能源安全性和环境保护的要求；同时相比其它风能、小水电、太阳能来说更稳定，因此必将成为可再生能源产业发展的方向之一。生物质能发电的国外现状生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注，许多国家都制定和实施了相应的开发研究：美国的能源农场；巴西的酒精能源；日本的阳光计划。欧洲秸秆高效直燃发电技术己经十分成熟。19世纪70年代，世界石油危机爆发，丹麦开始开发生物质能源发电；自1990年以来，欧美的许多国家开始大力发展生物质发电技术，在2002年约翰内斯堡可持续发展世界峰会以后，全球加快推进了生物质能的开发利用。在2004年，世界各国生物质发电装机总容量己达3900万千瓦，年发电量大约为2000亿千瓦时，可替代将近7000万吨标准煤，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状在生物发电领域，瑞典、丹麦的技术都很先进。2010年欧盟电力总消费的22%来自可再生能源并规定了各成员国要达到的目标：德国为12.5%；丹麦为29%；瑞典为60%；意大利为25%。欧盟美国美国目前生物质发电的总装机容量达10000MW，单机容量达10一25MW；生物质能利用率占一次能源消耗总量4%左右。其在沼气发电领域处于世界领先水平，总容量己达34OMW；生物质能发电的国外现状日本由于日本资源短缺，在利用生物质能源方面走在了世界前列。从20世纪40年代日本开始了生物质成型技术研究，开发出单头、多头螺杆挤压成型机，生产棒状成型燃料。日本大阪府的企业共同承担了“废木材的再利用系统”的研究课题，进行了利用大阪地区木材废屑发电的试运行，于2001年完成，该发电厂每年消耗废木材13万吨，发电功率为20MW。生物质能发电的国外现状印度印度年产薪材0.284亿吨木质生物质能源开发利用搞得比较好，木质生物质能源压缩成型、气化技术等进展显著;生物质气化炉与柴油机/发电机组成的3.7kw、25kw、70kw及l00kw系统中，100kw系统发电效率为35%，发电用水泵、磨谷机和其他小型电气设备，其中3.7kw发电系统己推广应用数百台。生物质能发电的国外现状巴西生物质能源在巴西能源利用量中约占25%左右：其中薪柴和甘蔗占生物质能源50%-60%；其余是农业废弃物。生物质能发电的国外现状总之，目前国外的生物质能技术和装置多己达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营。以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用己具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和10%。生物质能发电的国外现状生物质能发电的国内现状生物质能发电在我国早已有之：如造纸业、制糖业作为废料处理的黑液发电、甘蔗渣发电；近年开展的垃圾发电和填埋气发电卓有成效。但是相对于大规模的直接燃烧形式以秸秆等农、林、牧“三废”等来发电，相对欧美等发达国家稍显滞后。生物质能发电的国内现状我国从1960年就开发了60kw的谷壳气化发电系统，目前160kw和200kw的生物质气化发电设备在我国已得到小规模应用，经济效益明显；改革开放以来，我国在四个“五年”计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术的研究与开发，取得了较大的进展；生物质能发电的国内现状自1987年起，我国进行生物质能气化发电技术研究工作，并列为国家科技部“七五”重点攻关项目。1996年，IMW生物质能循环流化床气化发电系统被列为国家科技部“九五”重点攻关项目。“十五”期间，国家863计划在IMW生物质气化发电系统的基础上，研制开发出4一6MW的生物质气化燃气—蒸汽联合循环发电系统，建成了相应的示范工程，燃气发电机组单机功率达500kw，系统效率也提高到28%；1998年IMW谷壳气化发电示范工程建成投入运行；生物质能发电的国内现状1999年IMW木屑气化发电示范工程建成投入运行；2000年6000kW秸秆气化发电示范工程建成投入运行，经过几年连续运行，目前设备状况良好，为我国更好地利用生物质能源莫定了良好的基础。生物质能发电的国内现状中国科学院广州能源研究所承担的国家“九五”重点科技攻关项目“IMW生物质气化发电系统”，其成套装置己正式投入产业化运营；2001年实现产值1000多万元，利润200多万元，产品出口到泰国、缅甸等东南亚国家。这标志着我国自主开发具有自主知识产权的生物质能气化发电技术，已达到国际先进水平。生物质能发电的国内现状三、生物质能发电技术生物质能发电技术主要包括：（1）生物质直燃发电；（2）生物质混燃发电；（3）生物质气化发电；（4）沼气发电。生物质能发电技术生物质直燃发电技术生物质直接燃烧发电技术是在内燃机发电技术上进行设备改革而实现的技术，该技术基本成熟，并逐渐得到规模化的商业应用，是生物质发电的主要方式之一。生物质直燃发电生产过程生物质直接燃烧发电的生产过程是:生物质燃料不经过化学转变，根据燃料的特性，在特定的蒸汽锅炉中直接燃烧放出热量，产生蒸汽，驱动汽轮机，带动发电机发电。用于直接燃烧发电的原料主要包括:秸秆(玉米、棉花、大豆、油菜等)、木块、薪柴等。生物质直接燃烧发电生产过程如下图所示生物质直燃发电主要生产系统生物质直接燃烧发电主要生产系统包括：生物质预处理系统；锅炉燃烧系统；汽水系统和电气系统。生产系统除燃料和燃烧系统与一般火力发电厂略有不同外，其余汽水系统及电气系统均与一般火力发电厂相同。直燃发电特点秸秆直燃发电与燃煤发电相比，有许多不同的特点:秸秆燃点低，比煤易于点燃。同时秸秆的挥发分含量高，秸秆的硫含量较低大约为煤的十分之一；一般采用振荡炉排，把灰振荡掉，防止燃料表面的灰影响燃烧，造成燃烧不完全；直燃发电特点同时采用低温燃烧技术，对炉排进行冷却，防止炉排上的灰到达灰熔点，形成炉渣，采用布袋式旋风分离器，去掉烟气中含有的飞灰。另外一点是对于秸秆燃料含有较多的碱金属和氯元素，过热器采用抗腐蚀材料，防止金属管壁易发生腐蚀。直燃发电技术案例该案例位于河南省浚县，属于国能生物质发电有限公司，是继2006年12月山东单县直燃发电项目投产以后。在2007年10月投产运行，是国家电网公司兴建的我国第一台以农作物秸秆—小麦秆、玉米秆等为燃料的直燃发电项目，实现了我国以小麦秆、玉米秆为燃料的黄色秸秆生物质直燃发电机组建设工作的新突破，填补了国内黄色秸秆直燃发电的空白。生物质与混燃发电技术生物质与煤混燃发电技术指的就是在传统燃煤机组上进行改造，煤与秸秆在锅炉混合燃烧，同样产生的高温蒸汽推动汽轮机，带动发电机组发出电能。生物质与混燃发电技术经过试验，秸秆和煤共燃时，在较低温度段(400℃以下)热解以生物质为主;在高温段(600℃一850℃)热解以煤为主。因此相当于秸秆的混燃对煤的热解过程有促进作用，使煤的热解温度向低温区移动，因此可以降低煤的着火温度。混合燃烧示意图混燃发电的特点秸秆掺烧比例小。生物质秸秆热量配比(生物质秸秆发热量大约为煤的50%)小于20%。若秸秆配比量增大，会造成制粉系统的堵塞，影响锅炉制粉系统的正常工作;干燥处理。生物质秸秆粉碎前应进行干燥处理，含水量不能过高，且必须粉碎成尺寸为3mm左右的颗粒;混燃发电的特点腐蚀问题。生物质秸秆中氯和碱金属含量较高，容易形成氯化物，会引起受热面金属腐蚀，尤其是在过热器中。这也是生物质电厂最重要的技术问题之一。我国首台“煤粉一秸秆棍燃”，发电机组2005年12月在山东枣庄的华电国际电力股份有限公司十里泉发电厂建成投产。发电规模:锅炉的蒸汽流量为400t/h，蒸汽压力为13.75MPa，蒸汽温度为545度。配各140MW的凝气式汽轮机机组。混燃发电案例生物质气化发电技术生物质气化发电技术的基本原理是：把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电;把固体生物质通过气化炉转化为气体燃料;然后对气化出来的燃气经过净化系统，把杂质除去;最后利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电。生物气化发电系统示意图：沼气发电技术沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将沼气用于发电机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且廉价的分布式能源，是有效利用沼气的一种重要方式。禽畜粪便加农作物下料的沼气发电供热工程沼气发电工艺图沼气发电机组大型沼气发电能环工程效果图某公司生产的户用小型沼气发电机组四、生物质能发电的问题（1）缺乏成熟的核心技术和设备到目前为止,用于生物质焚烧发电的锅炉及燃料输送系统的技术和设备绝大部分依靠进口,国内尚无成熟的产品制造厂家,这成为制约我国生物质能发电事业快速发展的瓶颈。另外,因为缺乏核心技术,投产后生物质能发电企业很有可能长期受制于国外企业。生物质能发电的问题生物质能发电的问题（2）秸秆燃料购、储、运组织困难生物质秸秆的收购、运输过程组织面广、储运量大,涉及到千家万户,且无现成模式可借鉴或套用。首先,秸秆收购价低,液化气燃料价格高,农民不愿进行生活燃料结构调整,出售秸秆的积极性不高,且农村收集秸秆的力量不足,缺乏秸秆收购的组织机构或有一定经验和经济实力的农民经纪人,造成秸秆收购困难。其次,秸秆密度轻,体积大,需要广阔的存储场地,还需进行防雨、防潮、防火和防雷设施建设,造成秸秆储存难。再者,秸秆密度小,运输量大,对公路运输也会形成巨大压力。固化则必须投入巨资购买大量的打包机,打包规格需符合锅炉燃料系统的技术要求,这些均造成了秸秆运输难的局面。生物质能发电的问题生物质能发电的问题（3）发电运营成本偏高据国外生物质能发电厂运行实际统计和我国权威部门测算,生物质能发电成本为燃煤发电成本的15-20倍,成本高的原因有初期投资高、燃料成本高、机组热效率低等,高成本成为制约秸秆发电技术推广的重要因素。五、展望生物质能发电技术治理环境污染、获取绿色能源更为经济、实用的手段,从我国生物质能发电产量潜力、发电技术水平、市场需求和政策导向的发展趋势来看,生物质能发电的产业将有突破性进展。今后的几十年是中国将在以生物能为主的可再生能源技术领域,进入高新技术开发与大规模推广并举的发展阶段。我们要紧紧抓住机遇促进生物质能源产业和市场的全面发展。力争到2020年达到1600万kW,走出一条解决电力短缺与实现生物质能源合理利用的双赢之路。展望谢谢！