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生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣，居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。有關(guān)專家估計，生物質(zhì)能極有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的重要組成部分，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40%以上。

一、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)主要包括生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電、氣化發(fā)電以及與煤混合燃燒發(fā)電等技術(shù)。

1、生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電

生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電是指把生物質(zhì)原料送入適合生物質(zhì)燃燒的特定鍋爐中直接燃燒，產(chǎn)生蒸汽，帶動蒸汽輪機及發(fā)電機發(fā)電。已開發(fā)應(yīng)用的生物質(zhì)鍋爐種類較多，如木材鍋爐、甘蔗渣鍋爐、稻殼鍋爐、秸稈鍋爐等。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)包括原料預(yù)處理，生物質(zhì)鍋爐防腐，提高生物質(zhì)鍋爐的多種原料適用性及燃燒效率、蒸汽輪機效率等技術(shù)。

生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)中的生物質(zhì)燃燒方式包括固定床燃燒或流化床燃燒等方式。固定床燃燒對生物質(zhì)原料的預(yù)處理要求較低，生物質(zhì)經(jīng)過簡單處理甚至無須處理就可投入爐排爐內(nèi)燃燒。流化床燃燒要求將大塊的生物質(zhì)原料預(yù)先粉碎至易于流化的粒度，其燃燒效率和強度都比固定床高。

另外，由于我國的生物質(zhì)種類多，成分復(fù)雜，收集運輸困難，而且主要的農(nóng)業(yè)廢棄物受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和季節(jié)性的影響不能保證全年供應(yīng)，所以與燃煤鍋爐對燃料單一性的要求不同，生物質(zhì)鍋爐要求能適應(yīng)多種生物質(zhì)原料，以保證燃料供應(yīng)的穩(wěn)定性。

我國的生物質(zhì)鍋爐和小型蒸汽輪機技術(shù)已基本成熟，但設(shè)備規(guī)模較小，參數(shù)較低，與進口設(shè)備相比效率較低。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)比較成熟，在大規(guī)模生產(chǎn)條件下具有較高的效率。該技術(shù)在我國應(yīng)用較少，因為它要求生物質(zhì)資源集中，數(shù)量巨大，如果大規(guī)模收集或運輸生物質(zhì)，將提高原料成本，因此該技術(shù)比較適于現(xiàn)代化大農(nóng)場或大型加工廠的廢物處理。

表1. 6MW和25MW生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)指標

注：25MW參數(shù)為進口設(shè)備

2、生物質(zhì)氣化發(fā)電

生物質(zhì)氣化發(fā)電是指生物質(zhì)在氣化爐中氣化生成可燃氣體，經(jīng)過凈化后驅(qū)動內(nèi)燃機或小型燃氣輪機發(fā)電。氣化爐應(yīng)對不同種類的生物質(zhì)原料有較強的適應(yīng)性。內(nèi)燃機一般由柴油機或天然氣機改造而成，以適應(yīng)生物質(zhì)燃氣熱值較低的要求；燃氣輪機要求容量小，適于燃燒高雜質(zhì)、低熱值的生物質(zhì)燃氣。

生物質(zhì)氣化發(fā)電包括小型氣化發(fā)電和中型氣化發(fā)電2種模式：小型氣化發(fā)電采用簡單的氣化—內(nèi)燃機發(fā)電工藝，發(fā)電效率一般在14%-20%，規(guī)模一般小于3MW。中型氣化發(fā)電除了采用氣化—內(nèi)燃機(或燃氣輪機)發(fā)電工藝外，同時增加余熱回收和發(fā)電系統(tǒng)，氣化發(fā)電系統(tǒng)的總效率可達到25%-35%。

另外，大規(guī)模的氣化—燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作為先進的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，能耗比常規(guī)系統(tǒng)低，總體效率高于40%，但關(guān)鍵技術(shù)仍未成熟，尚處在示范和研究階段。

根據(jù)我國已完成的MW級生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的實際情況，將生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟指標列于表2。

表2. 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)指標

3、生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電

“生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電是指將生物質(zhì)原料應(yīng)用于燃煤電廠中，和煤一起作為燃料發(fā)電。生物質(zhì)與煤有2種混合燃燒方式：

①生物質(zhì)直接與煤混合燃燒，產(chǎn)生蒸汽，帶動蒸汽輪機發(fā)電。生物質(zhì)要進行預(yù)處理，生物質(zhì)預(yù)先與煤混合后再經(jīng)磨煤機粉碎，或生物質(zhì)與煤分別計量、粉碎。生物質(zhì)直接與煤混合燃燒要求較高，并非適用于所有燃煤發(fā)電廠，而且生物質(zhì)與煤直接混合燃燒可能會降低原發(fā)電廠的效率。

②將生物質(zhì)在氣化爐中氣化產(chǎn)生的燃氣與煤混合燃燒，產(chǎn)生蒸汽，帶動蒸汽輪機發(fā)電，即在小型燃煤電廠的基礎(chǔ)上增加一套生物質(zhì)氣化設(shè)備，將生物質(zhì)燃氣直接通到鍋爐中燃燒。生物質(zhì)燃氣的溫度為800℃左右，無須凈化和冷卻，在鍋爐內(nèi)完全燃燒所需時間短。這種混合燃燒方式通用性較好，對原燃煤系統(tǒng)影響較小。

表3. 20MW和40MW生物質(zhì)氣化混燒發(fā)電技術(shù)指標

二、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)投資分析

1、生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電項目投資

生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電要求生物質(zhì)資源集中，數(shù)量巨大，在大規(guī)模利用下才有明顯的經(jīng)濟效益。小型生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電系統(tǒng)已在我國南方地區(qū)的許多糖廠得到應(yīng)用，但一般只在甘蔗收榨季節(jié)運行；大型系統(tǒng)應(yīng)用的較少，國內(nèi)在建的幾個大項目所用設(shè)備均從發(fā)達國家引進，進口設(shè)備的投資成本幾乎是國產(chǎn)設(shè)備的2倍

表4. 6MW和25MW生物質(zhì)(秸稈)直接燃燒電站

注：國產(chǎn)設(shè)備投資主要參照燃煤電站的市場價估算

2、生物質(zhì)氣化發(fā)電項目投資

表5. 1~3MW生物質(zhì)氣化電站投資概算

在新建小型MW級生物質(zhì)氣化電站的投資中，主體設(shè)備投資約占總投資的60%左右，單位投資隨著發(fā)電規(guī)模的增大而減小。6MW中型生物質(zhì)氣化電站采用內(nèi)燃機—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝，系統(tǒng)復(fù)雜，增加了余熱回收及汽輪機發(fā)電系統(tǒng)，并且電網(wǎng)接入項要求較高，因而單位投資較小型氣化電站高，達到6500元/kW。內(nèi)燃機—蒸汽輪機發(fā)電部分的投資(表6中前4項)約占總投資的55%。

表6. 6MW生物質(zhì)氣化電站投資概算

3、生物質(zhì)氣化混燒發(fā)電項目投資

在小型燃煤電站的基礎(chǔ)上增加一套生物質(zhì)氣化設(shè)備，無須增加發(fā)電系統(tǒng)，并可直接利用燃煤電站原有建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。主要投資項目包括氣化爐和燃料供應(yīng)系統(tǒng)，這2項投資約占增加投資的83%，單位投資在300元/kW以下。

表7. 20MW和40MW生物質(zhì)氣化混燒發(fā)電投資概算

綜合比較以上各種生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟指標可以看出：

①生物質(zhì)氣化混燒發(fā)電的單位投資成本是最經(jīng)濟的，而且系統(tǒng)簡單；

②同一發(fā)電技術(shù)的單位投資成本一般隨著發(fā)電規(guī)模的增大而減小，同一發(fā)電規(guī)模的進口設(shè)備比國產(chǎn)設(shè)備投資成本高；

③系統(tǒng)規(guī)模越大，系統(tǒng)越復(fù)雜，所以主體設(shè)備投資占總投資比例隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大而減小。

三、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的適用性

通過以上分析，可以得出以下結(jié)論：

①生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)投資少，發(fā)電效率決定于原燃煤電站的效率，其中生物質(zhì)氣化混燒發(fā)電對原有電站的影響比直接混燒發(fā)電對原有電站的影響小，通用性較強。

②由于氣化發(fā)電技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備——小型低熱值燃氣輪機技術(shù)尚未成熟，因此對10MW以上的生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)而言，比較有優(yōu)勢的技術(shù)是直接燃燒發(fā)電。對10MW以下的生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)而言，氣化—余熱發(fā)電系統(tǒng)與直接燃燒發(fā)電系統(tǒng)投資接近，但氣化—余熱發(fā)電系統(tǒng)效率遠高于直接燃燒發(fā)電系統(tǒng)，所以具有更大的優(yōu)勢，特別適合于5～6MW規(guī)模的生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)。

表8. 各種生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)的適應(yīng)性

在各類生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)中，混燒發(fā)電技術(shù)的投資經(jīng)濟性最好，但需要附屬于已有的燃煤電廠，其發(fā)電經(jīng)濟性決定于原電廠的效率，而且會對原電廠有一定的影響。

生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的發(fā)電規(guī)模比較靈活，投資較少，適于我國生物質(zhì)的特點，但是技術(shù)還不成熟，須要進一步發(fā)展和完善。直接燃燒發(fā)電技術(shù)成熟，但在小規(guī)模應(yīng)用情況下蒸汽參數(shù)難以提高，只有大規(guī)模利用才具有較好的經(jīng)濟性，目前我國主要是引進國外先進技術(shù)和設(shè)備加以利用。該技術(shù)投資大，要求集中收集生物質(zhì)原料，原料成本高。