浅论生物质能源和生物质能发电

第28卷增刊长春工业大学学报(自然科学版)VoL 28, Sup2007F7A-Journal of Changchun University of Techonology (Natural Science Edition)浅论生物质能源和生物质能发电田晓东,张典,陆军(吉林省能源研究所,吉林长春130012)摘要:讨论了生物质能的特点以及可开发性。特别生物质气化发电,灵活机动性较强,便于使用。关键词:生物质能;可再生;气化发电中图分类号:TK6文献标识码:A文章编号:1006-2939(2007)S1-0008-04Biological energy resources and biologicalenergy power generationTiAN Xiao-dong, ZHANG Dian, LU Jun(ilin Province Energy Research Institute, Changchun 130012, China)Abstract: The features and developability of the biological material energy is discussed here. Thegasification power generation of biological material is easy to be realized.Key words: biological material energy; renewable, gasification power generation.1浅论生物质能源据计算,全球每年由光合作用产生而储存于各种植物体中的碳多达2×101t,含能量多达1生物质能源3×101kJ,可开发的能量大约相当于目前全世界生物质是生物质能的载体,是由光合作用固总能耗的10倍。我国生物质能资源相当丰富,理定在各种有机体中的太阳能。论生物质能资源约有50×10t标准煤,是我国目生物质能是太阳能的一种自然转换形式,其前总能耗的4倍。分布之广、储量之大是其它任何能源所不能比拟生物质能是可再生能源中的一个分支,国际的,它的突出特点是可以年复一年地再生,是取之能源署能源统计资料中显示,在2000年的世界不尽用之不竭的。次能源供应总量中,可再生能源的供应量占总供生物质能是地球植被在太阳辐射能的作用应量13.8%这其中可燃性可再生能源(生物质下吸收空气中的二氧化碳(CO2)和土壤中的水能)占其中11.0%的份额其余28%的份额由水(H2O),最终合成碳水化合物(CH2O),转化为化能地热能、太阳能(直接利用的)风能潮汐能构学能而固定下来的一种自然资源。用化学方程式成。表示为;2000年世界一次能源供应总量构成如图1所示。CO2+H2OCH2O+O2↑全球可再生能源发展展望如图2所示。中国煤化工收日期:200706-25基金项目:国家振兴东北老工业基地基金资助项目CNMHG作者简介:田晓东(1940一),男满族,辽宁奉城人,吉林省能源研究所高级上框那,安员甲新汉厦开物开发利用技术研究,E-mail:jlzd2008@163.com.增刊田晓东,等:浅论生物质能源和生物质能发电烧有较大提高。气化技术形式多样,目前主要有1.1%核能其它05%潮沙能沼气发酵技术和热解气化技术沼气发酵技术是利用有机废弃物(如作物秸石汕可再生可燃性太阳能秆、粪便、有机废水)转化为气体燃料,从而降解掉地热能大量的有机质。生物质热解气化技术,是将生物质原料加热,23.5%逸出挥发物,并在高温下热解。热解后的产物与图12000年世界一次能源供应总量构成气化介质发生氧化反应并燃烧,放出热量用于维1800郾|可再生能源持原料干燥、裂解和还原反应,最终生成了含有s可燃性叮再生能源CO、H2、CH4、N2和CnH。的混合气体。14000其它可再生能源生物质液化技术又分生物质水解发酵制取乙可再作能源的比例一醇技术、生物质裂解液化技术和生物质直接液化技术。生物质致密成型也是一种利用技术,尤其是生物质致密颗粒成型用于取暖替代煤和柴油,具有国际市场。年份我国的生物质资源非常丰富,但是生物质转图2全球可再生能源发展展望化利用还是刚刚起步。1.2开发利用生物质能源的战略意义1.4生物质利用现状及问题用现代高新技术开发利用生物质能,解决人目前,我国的生物质能利用方式和转换技术类面临的经济增长和环境保护的双重压力对于不算最先进。除部分经济能源充裕地区大面积推建立可持续发展的能源体系,促进社会经济发展广普及沼气池和节柴灶外,大部分农村地区还是和生态环境改善具有战略意义。延用传统的生活用能方式,对秸秆、锯屑等农林废在面临矿产资源枯竭的背景下,全世界都在弃物未经过加工直接燃烧。其转换效率仅为谋求以循环经济、生态经济为指导坚持可持续发10%~15%而且不方便,不卫生,生态环境效益展战略。从保护人类自然资源和生态环境出发,差,生物质能占我国农村能源消费总量的61%充分有效利用可再生的、巨大的生物质资源。靠近商品能源产区的地区,化石能源(煤、天然气发展和利用生物质能源会有利解决“三农”问等)成为主要的生活燃料从而使这些地区大量的题;有利保证国家能源安全;有利改善生态环境。农作物秸秆成为废弃物被堆积田头、路旁或付之13生物质能源利用炬。而商品能源贫乏地区,秸秆、茅草和畜类均随着石油资源的日益枯竭及石油化工制品对作为燃料被烧掉。由于燃烧技术落后,造成生物环境污染的加剧,寻求石油替代品,开发新能、新质能利用失控水土流失严重、土地沙化粮食产材料的任务迫在眉睫。利用丰富、巨大,可再生、量剧减、生态环境恶性循环,可生物降解生物质原料,利用物理、化学和生物发我国的粮食产量居世界第一,每年产生约酵的方法获取燃料及新型材料日益受到关注7×10t的农作物秸秆。随着农村经济发展和农生物质能是地球上最普遍的一种可再生、数民生活水平提高,秸秆传统的利用方式正在发生量巨大,仅次于煤、石油、天然气而名列第4位的变化。农民用秸秆作燃料和肥料的越来越少,秸能源。杆利用率只占总量5%左右,大部分地区把秸秆目前生物质能转换方法有3种:生物质气化、一烧了之,由此造成机场停飞高速公路关闭、火生物质固化和生物质液化,其中应用较多的主要灾事故频频发生等严重不良后果,影响和干扰了是生物质气化。经济V中国煤化工来越突出的环生物质气化技术是目前生物质能利用技术研境污CNMHG体和公众的极究的热点。气化技术改变了生物质原料的形态,大关注∝是一門题,四永有关部门围绕秸使其利用方便而且能量转换效率比固态直接燃秆禁烧和综合利用相继开展了大量的工作,使秸长春工业大学学报(自然科学版)第28卷秆禁烧和综合利用协调发展;采取得力措施监督2.0kW·h;沼气发电机组由专业供应厂商生产;秸秆禁烧工作开展;并且因地制宜多渠道搞好秸沼气来自污水处理或大型畜禽养殖场处理畜禽粪秆综合利用。污的大型沼气综合利用工程生物质气化发电的另一个分支是将生物质在2生物质能发电气化炉内转换成可燃气体,将可燃气体供给内燃2.1生物质能发电机或是燃气轮机,带动发电装置对外提供动力。生物质能是一种清洁的可再生能源,自古以2.2生物质气化发电工作原理来被人类加以利用。目前生物质能占世界总能以生物质燃气发电为例。生物质气化发电技的13%。随着世界范围内工业飞速发展,能源危术的基本原理是把生物质转化为可燃气,再利用机和环境污染问题日益严重,世界各国已经认识可燃气推动燃气发电设备进行发电。它既能解决到开发清洁可再生能源的必要,尤其是生物质能生物质难于燃用而且分布分散的缺点,又可以充发电利用。分发挥燃气发电技术设备紧凑、而且污染少的优生物质能发电可分为生物质气化发电,生物点,所以,气化发电是生物质最有效、最洁净的利质固化发电和生物质直燃发电。用方法之2.1.1生物质固化发电气化发电过程包括3个方面:一是生物质气由于生物质是分散低热值的特点,例如农作化把固体生物质转化为气体燃料;二是气体净化,物秸秆,由于分散分布,大量需求时,必须将其就气化出来的燃气都含有一定的杂质包括灰分焦地致密成型(或称其固化)后,在运输半径合理的炭和焦油等,需经过净化系统把杂质除去,以保证情况下,每次多运输,以便尽可能降低发电成本;燃气发电设备的正常运行;三是燃气发电,利用燃将生物质固化成型代替煤炭直接燃烧产生热和水气轮机或燃气内燃机进行发电,有的工艺为了提蒸气进行火力发电。高发电效率,发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽2.1.2生物质直燃发电轮机。生物质直燃发电是针对生物质资源比较集中生物质气化发电技术是生物质利用中有别于的区域例如谷米加工厂的谷壳(以稻壳为主)木其它利用技术的一种独特方式,它具有3个方面料加工厂的锯屑和枝丫柴等,只要生产正常进行,的特点:一是技术有充分的灵活性,由于生物质气谷壳和木屑、枝丫柴将是源源不断地供应,进行生化发电可以采用内燃机,也可以釆用燃气轮机,甚物质直燃发电要从原料供应上是否可行而决定取至结合余热锅炉和蒸汽发电系统,所以生物质气舍化发电可以根据规模的大小选用合适的发电设不论是生物质致密成型发电或是生物质直燃备保证在任何规模下都有合理的发电效率。这发电,都是生物质代替煤炭直接燃烧产生热和水一技术的灵活性能很好地满足生物质分散利用的蒸气进行火力发电特点。二是具有较好的洁净性,生物质本身属可2.1.3生物质气化发电再生能源,可以有效地减少CO2、SO2等有害气体生物质气化发电是将生物质首先转化成生物的排放。而气化过程一般温度较低(大约在700质气,用生物质气供给内燃机或是燃气轮机带动~900℃),NO的生成量很少,所以能有效控制发电装置对外提供动力NO2的排放。三是经济性,生物质气化发电技术生物质气来自生物质的气化、裂解或生物厌的灵活性,可以保证该技术在小规模下有较好的氧发酵过程,它包括H2、CH、CO、CO2和其它多经济性,同时,燃气发电过程简单,设备紧凑,也使元混合气体。生物质气化发电技术比其它可再生能源发电技术生物质气化发电包括沼气发电。投资更小。总的来说,生物质气化发电技术是所沼气来自畜禽粪污或是含有机物的工业废水有可再生能源技术中最经济的发电技术综合发经过厌氧发酵获得以CH4和CO2为主体的混合电成中国煤化工电水平气体。CH4含量多少决定沼气热值的高低,对沼气发电效率是有一定影响的,以CH4成分占机构CNMHG装置主要由进料显、和化凌置、燃气发电机60%比例的沼气为例,1m2沼气可发电1.5~组控制装置及废水处理设备6部分组成。增刊田晓东,等:浅论生物质能源和生物质能发电2.3生物质气化发电技术的分类2.4发展生物质能产业的支持政策从气化形式上分类,生物质气化过程可以分生物质能是可再生能源的重要组成部分。国为固定床气化和流化床气化两大类。固定床气化家高度重视和支持可再生能源产业的发展。目前包括上吸式气化、下吸式气化和开心层下式气化相继出台了《中华人民共和国可再生能源法》《可3种,这3种形式的气化发电系统都有代表性的再生能源发电有关管理规定》、《可再生能源发电产品。流化床气化包括鼓泡床气化、循环流化床价格和费用分摊管理试行办法》、《清洁发展机制气化及双流化床气化3种,这3种气化发电工艺项目运行管理暂行办法》以及《1996~2010年新目前都在研究,其中研究和应用最多的是循环流能源和可再生能源发展纲要》等,这些政策法规和化床气化发电系统。另外,国际上为了实现更大规划的出台,为促进我国可再生能源事业的发展规模的气化发电方式,提高气化发电效率,正在积提供了宏观政策和法律保障,标志我国可再生能极开发高压流化床气化发电工艺源将进入快速发展时期,就可再生能源的价格、税从燃气发电过程上分类,气化发电可分为内收、强制性市场配额和并网接人等有关问题制定燃机发电系统燃气轮机发电系统及燃气蒸汽联配套法规,以保证这部分法规的具体性、明确性和合循环发电系统。内燃机发电系统以简单的燃气可操作性气油两用,它的特点是设备紧凑系统简单技术3结论与建议较成熟、可靠;燃气轮机发电系统采用低热值燃气生物质能是可再生能源的主要组成部分,开轮机,燃气需增压,否则发电系统效率较低,由于发利用生物质能源潜力巨大。在国家相关政策的燃气轮机对燃气质量要求高,并且需有较高的自扶持下,要因地制宜、综合开发,这是将来能源产动化控制水平和燃气轮机改造技术,所以,一般单业发展的途径之一,尤其是发展生物质气化发电独采用燃气轮机的生物质气化发电系统较少。燃技术,前景广阔。气蒸汽联合循环发电系统是在内燃机、燃气轮发电的基础上,增加余热蒸汽的联合循环,该种参考文献统可以有效地提高发电效率。一般来说,燃气蒸[1]邱凌生物质能利用现状与固化技术应用前景汽联合循环生物质气化发电系统采用的是燃气轮[].实用能源,1993,(3):21-22.机发电设备而且最好的气化方式是高压气化构[2袁她婷全球及我国能源供应中的可再生能源[J成的系统称为生物质整体气化联合循环系统(B/可再生能源,2003,112(6):42-43.IGCC)。它的一般系统效率可以达40%以上,是[3]孙永明中国生物质能源与生物质利用现状与展望[].可再生能源2006126(2):78.目前发达国家重点研究的内容。[4]吴创之气化发电的工作原理及工艺流程[].可再小型生物质气化发电是将分散的低热值生物生能源,2003,107(1):41-42质能通过紧凑而又机动灵活的设施转换成电能[5]陈甲斌我国可再生能源产业发展前景研究[可对外提供动力和炊事燃气。再生能源,2003109(3):10-11中国煤化工CNMHG