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深度|中国生物质发电的前景与问题

北极星电力网新闻中心  来源:中国生物质颗粒交易网  作者:陈柳钦  2018/9/30 9:30:26  我要投稿  

北极星火力发电网讯:摘要:介绍了生物质能的特性,生物质能发电的发展趋势及发电方式与环境效益,论述了中国生物质能发电的前景及存在的问题,并提出了中国生物质能发电产业健康可持续发展的措施。

目前,世界一次能源消费以煤、石油、天然气等不可再生化石燃料为主。随着经济的发展和人类的进步,能源消费量不断增加。化石燃料终将耗尽,寻找新的替代能源以保证社会的可持续发展成为全球性问题。特别是进入21世纪,随着化石资源消耗迅速,生态环境不断恶化,保障能源安全、应对气候变化等已成为全球的焦点问题,世界各国都加速发展可再生能源,特别是生物质能。

生物质资源在地球上数量庞大、种类繁多。世界上已知的生物多达25万多种,其中任何1种生物(包括植物、动物和微生物)都有可能为人类提供1种以上的生物质。一般来说,所有生物的物质都算生物质,从自然科学的含义来讲,生物质是所有生物体,它存在的物质载体都是生物质,包括粮食作物、饲料作物及其残体、树木的残体,还有水生植物、畜禽的粪便及其他的有机物质都是生物质。生物质能是太阳辐射造成的,植物因为自身的光合作用把太阳辐射能转化为化学态能量。现代加工转化技术与途径多样,产品既有热与电,又有固、液、气三态的多种能源产品,以及塑料、生物化工原料等众多非能生物基产品。

生物质能利用形式多样。人类通过“摩擦生火”第一次掌握自然力,开始了对能源的开发利用,以薪柴、秸秆和杂草等生物质为燃料生产、生活,时至今日这种方式仍然在大量使用,被称为传统生物质能利用。现代生物质能的利用是通过燃烧、热化学法、生化法、化学法和物理化学法等技术,将其转化为热量或电力、固体燃料(木炭或成型燃料)、液体燃料(生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和植物油等)和气体燃料(沼气、生物质燃气和氢气等)等二次能源。人类数千年来依赖生物质能而生存发展,将来还会依赖其发展。本文着重论述利用生物质能发电及相关问题。

1话说生物质能

1.1生物质能的特性

以能源消费来看,当今世界正拉开了一个大历史时代的序幕:后化石能源时代的变革。人类已经走到一个历史的拐点上———从依赖化石能源向没有化石能源过渡,这是一个大的历史时代的转折,也是一个大的时代变革的开始。化石能源时代正在走向终结:50a后,世界石油和天然气资源将枯竭;90a后,煤炭资源也将枯竭。能源短缺正在一步步扼紧人类未来的咽喉,寻找可再生的替代能源成为世界各国的当务之急[1]。生物质能是一种洁净的、友好的可再生能源,它是从太阳能转化而来的,每年经光合作用产生的生物质其能量相当于世界主要燃料消费的10倍,开发潜力巨大,只要太阳不熄灭,生物能源就取之不尽,用之不竭。生物能源又是一种清洁能源,生物质能的转化过程是通过绿色植物的光合作用将CO2和水合成生物质,生物质能的使用过程又生成CO2和水,形成一个理论上CO2的净排放为零的物质循环。生物质能同时也被认为是唯一一种能被存储的太阳能,在替代化石交通燃料方面有不可比拟的优势。截止目前,就总量来讲,生物质能源已经成为世界第四大能源和首屈一指的可再生能源,排位仅次于煤炭、石油和天然气,在整个能源系统中占有重要地位,是替代化石能源的主力军之一[2-3]。

1.2生物质能发电的发展趋势

在未来相当长的时间里,化石能源仍将是主导性能源,所谓的能源转型主要是指可再生能源对化石能源的逐渐替代。在此过程中,各国竟殊途同归地走上了以生物质能源为主导之路。20世纪70年代爆发世界石油危机和开始寻求石油替代时,美国的玉米乙醇、巴西的甘蔗乙醇、北欧的生物质发电、德国的沼气等纷纷出台。近十几年来,丹麦新建的热电联产项目都是以生物质为燃料,还将过去许多燃煤供热厂改为了燃烧生物质的热电联产项目。目前,在可再生能源领域,丹麦是公认的生物质能利用的强国。如今,在美国利用生物质发电已经成为大量工业生产用电的选择,这种巨大的电力生产被美国用于现存配电系统的基本发电量。2011年10月4日法国环境部和工业部发表联合公报说,法国已批准建立15个生物质发电厂,总装机容量将达420MW。到2020年,法国计划生产和利用相当于2000万t石油发电量的新能源,其中利用生物质发电的电量将超过新能源发电总量的1/3,相当于750万t石油发电量的水平。目前,全球生物质发电装机容量已超过5000万kW,可替代9000多万t标准煤。在生物质发电居世界领先地位的美国,生物质发电总装机容量超过1万MW,占美国可再生能源发电装机的40%以上。有资料显示,到2020年,西方工业国家15%的电力将来自生物质发电,而目前生物质发电只占整个电力生产的1%。届时,西方将有1亿个家庭使用的电力来自生物质发电,生物质发电产业还将为社会提供40万个就业机会。美国能源部预测,到2025年之前,可再生能源中,生物质发电将占据主导地位。未来,利用生物质再生能源发电已经成为解决能源短缺的重要途径之一[4]。

1.3生物质能发电的方式及环境效益

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,包括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、沼气发电等。生物质发电有3种方式:①生物质直燃发电,就是将生物质直接作为燃料进行燃烧,用于发电或者热电联产。生物质直燃发电是在传统的内燃机发电技术上进行设备改型而实现的技术,该技术基本成熟并得到规模化商品运用,是生物质发电的主要方式;②生物质与矿物燃料(主要是煤的混合燃烧发电),混合燃烧提高生物质发电的效率,可达35%以上,且当生物质比重不高于20%时一般不需对现有设备进行改动,是未来生物质发电的发展方向;③生物质气化联合循环发电。生物质气化是在高温下部分氧化的转化过程。该过程是直接向生物质通气化剂(空气、氧气或水蒸汽),使之在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体的过程。该技术还不成熟,有待于商品化。

发展生物质发电,实施煤炭替代,可显著减少CO2和SO2排放,产生巨大的环境效益。从环境效益的角度来看,基于生物质燃料本身所具有的低碳、低硫特性,以及生物质生长、燃烧过程中的零排放机理,它在氮氧化物、SO2、CO2以及烟尘颗粒的排放上,分别是火电机组排放标准的1/5、1/10和1/28。与传统化石燃料相比,生物质能属于清洁燃料,燃烧后CO2排放属于自然界的碳循环,不形成污染。据测算,运营1台2.5万kW的生物质发电机组,与同类型火电机组相比,可减少CO2排放约10万t/a。

2中国生物质发电的前景与问题

2.1中国生物质资源的发展潜力

中国生物质资源非常丰富,发展生物质发电产业大有可为。一方面,我国农作物播种面积有1.2亿hm2,年产生物质约7亿t。除部分用于造纸和畜牧饲料外,剩余部分都可做燃料使用。另一方面,我国现有森林面积约1.75亿hm2,森林覆盖率18.21%,每年通过正常的灌木平茬复壮、森林抚育间伐、果树绿篱修剪以及收集森林采伐、造材、加工剩余物等,可获得生物质资源量约8~10亿t。此外,我国还有4600多万hm2宜林地,可以结合生态建设种植农植物,这些都是发展生物质发电产业的优势。

目前,可利用的生物质资源,主要为有机废弃物,包括作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工废弃物、林产加工废弃物、生活垃圾、有机污水等。单就农林废弃物、能源林业和其他能源作物的储量就相当于每年9亿t标准煤。可替代石油的生物质原料,如薯类、甜高粱、甘蔗、木本油料、秸秆和各种植物纤维素原料的储量相当于年产2.7亿t石油。目前,中国有机废弃物可转换为能源的潜力约5亿t标准煤,预计将来潜力可达7~10亿t标准煤,约为当时能耗的15%~20%。可见,中国生物质资源发展潜力巨大[5]。

2.2中国生物质能发电产业的政策与策略[6-7]

2005年2月全国人大颁布了《可再生能源法》,为生物质产业的发展提供了十分坚实的法律保障。可再生能源是清洁能源,是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源,它对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。根据《可再生能源法》的定义,目前主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等非化石能源。

中国可再生能源资源非常丰富,开发利用的潜力很大,其中生物质能的开发潜力更大。2006年和2007年的中央1号文件均对发展生物质产业,开发生物质能源做了部署。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》对生物质能源开发及其产业发展的科技工作进行了部署。在十届全国人大第四次会议通过了《国民经济和社会发展“十一五”规划纲要》,确定了可再生能源的发展目标(其中生物质能为重要组成部分),即到2020年可再生能源(不包括传统生物质)所占能源总消费比例由2006年的8%提高到15%。国务院于2007年6月7日通过的《可再生能源中长期发展规划》,确定了生物质能源产业发展目标。到2010年,生物质发电将达到550万kW;生物燃料乙醇年利用量200万t;生物固体成型燃料达到100万t;农村户用沼气池达到4000万户,沼气年利用达到190亿m3,建成大型沼气工程6300处;生物质能年利用量占到一次能源消费量的4%;初步实现生物质能商业化和规模化利用,培养一批生物质能利用和设备制造的骨干企业。

到2020年,生物质发电装机达到3000万kW;生物液体燃料达到1000万t;沼气年利用达到400亿m3;生物固体成型燃料达到5000万t;生物质能年利用量占到一次能源消费量的10%。2009年6月国家出台的《促进生物产业加快发展的若干政策》中已明确表明:国家将对批准生产的非粮燃料乙醇、生物柴油、生物质热电等给予支持。2010年9月,国务院颁布的《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》明确提出,要因地制宜开发利用生物质能。2011年3月16日发布的“十二五”规划明确指出,“大力发展沼气、作物秸秆及林业废弃物利用等生物质能”。2011年4月26日,国家发展改革委发布的《产业结构调整指导目录(2011年版)》的目录中明确提出,鼓励生物质纤维素乙醇、生物柴油等非粮生物质燃料生产技术。非粮生物质燃料生产技术开发及应用也成为本次目录中新增新能源板块的鼓励项目之一。“十二五”期间,我国生物质能产业有望迎来其发展的黄金时期。

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