浅谈生物质能及其发电技术

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摘 要：生物质能是地球上最普遍的一种清洁的可再生能源，被认为是第四大能源资源，但现在生物质利用总量还不到其生产总量的1%，生物质能的开发利用前景十分广阔。本文从生物质的定义谈起，先论述了生物质能的利用方式，并对其最主要的利用方式——生物质能发电进行了介绍，最后论述了我国的生物质资源和生物质发电的现状，并对生物质能的发展进行了展望。
关键词：生物质 生物质能发电 技术状况
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0120-01
1 生物质概述
生物质，从广义上讲，是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括了所有的动植物和微生物。生物质所蕴含的能量称为生物质能，是一种可再生能源，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用。
生物质能是地球上最古老的能源，一直以来是人类赖以生存的重要能源之一。在目前世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14%，仅次于石油、煤和天然气，是世界第四大能源。在生物质能的利用过程中产生的二氧化碳可被等量的植物通过光合作用所吸收，从而实现二氧化碳的零排放和生物质能的循环利用，同时生物质能也是一种含硫量低的可再生能源，可以转化得到气态、液态和固态燃料，从而补充和替代化石燃料，减少对矿物能源的依赖。
目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保护矿产资源，保障国家能源安全，实现二氧化碳减排，保持国家经济可持续发展的目的。
2 生物质能的利用转化方式
目前，我们对生物质能的利用主要有生物质直接燃烧、气化、液化、固化和沼气技术等方式。
生物质直接燃烧是通过燃烧将化学能转化为热能，从而获取热量。直接燃烧可分为锅炉燃烧、炉灶燃烧、炉窑燃烧和炕连灶燃烧。
生物质气化是在一定的热力学条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。气化过程不同于燃烧过程，一方面，燃烧过程中需供给充足的氧气，使原料充分燃烧，从而获取热量，而气化过程希望尽可能多地将能量保留在反应后得到的可燃气体中，所以只供给较少的氧气以满足热化学反应的需要；另一方面，燃烧后产生的是水蒸气和二氧化碳等不可再燃烧的烟气，而气化后的产物是含氢、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体。
生物质液化是生物质热裂解技术的一部分。生物质热裂解是生物质在完全无氧供给的条件下热降解为可燃气体、液体生物油和固体生物质炭三种成分的过程。其中，反应产生的生物油可进一步分离，制成燃料油和化工原料。
在生物质能转化利用的各种途径中，利用生物质能转化后的热能来发电具有高效、环保等优势，在丹麦、瑞典、芬兰、荷兰以及巴西和印度等国家已得到广泛应用。近年来，随着能源和环保压力的增大，我国生物质能发电得到快速发展。
3 生物质能发电技术
生物质发电的主要形式有：生物质直接燃烧发电、生物质混合燃烧发电、生物质气化发电、沼气发电和垃圾发电。
生物质直接燃烧发电与燃煤火力发电在原理上没有本质区别，主要区别体现在原料上，火力发电的原料是煤，而直接燃烧发电的原料主要是农林废弃物和秸秆。直接燃烧发电是把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定蒸汽锅炉中，产生蒸汽，驱动蒸汽机转动从而带动发电机发电。直接燃烧发电对原料预处理技术、蒸汽锅炉的多种原料适用性、蒸汽锅炉的高效燃烧、蒸汽轮机的效率等方面都有较高要求。
生物质混合燃烧发电，顾名思义，即为生物质与煤混合作为燃料发电。混合燃烧的方式主要有两种：一种是将生物质原料直接送入燃煤锅炉，与煤共同燃烧；另一种是先将生物质原料在气化炉中气化生成可燃气体，再通入燃煤锅炉与煤共同燃烧，最后发电。可见，在混合燃烧方式中，对生物质原料的预处理过程显得尤为重要。一般情况下，通过改造现有的燃煤电厂就可以实现混合燃烧发电，只需在厂内增加储存和加工生物质燃料的设备和系统，同时对原有燃煤锅炉燃烧系统进行适当改造就可以了。
生物质气化发电是利用生物质气化技术产生的气体燃料，经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电的过程，可以分为内燃机发电、燃气轮机发电、燃气—蒸汽联合循环发电和燃料电池发电。生物质气化发电是生物质能最有效、最洁净的利用方式之一，它不仅能解决生物质难于燃用、分布分散等缺点，还能充分发挥燃气发电设备紧凑和污染小的优点。
沼气发电是一种新型的发电方式，也是沼气能量利用的一种有效形式。在沼气发电中，驱动发电机组发电的是沼气而非蒸汽。
垃圾发电包括垃圾焚烧发电和垃圾气化发电，简而言之，垃圾发电就是将垃圾直接作为燃料或者将垃圾制成可燃气体作为燃料来进行发电的方式。垃圾发电不仅能够回收利用垃圾中的能量，达到节约资源的目的，同时还解决了垃圾的处理问题。
我国的生物质能资源及其发电的状况
我国作为传统的农业大国，生物质资源非常丰富。我国农作物秸秆年产量约为6.5亿吨，2010年达到7.26亿吨；薪柴和林业废弃物资源中，可开发量每年达到6亿吨以上。近年来，高产的能源作物如甘薯、甜高粱、巨藻、绿玉树、木薯、芭蕉芋等，作为现代生物质能源已受到广泛关注，越来越多的科研机构、科技企业也不断参与到研究和发展生物质能资源的队伍中来，为生物质能源产业提供了可靠的资源保障。
我国的生物质发电以直接燃烧和气化发电为主要方式，原料主要采用农业、林业和工业废弃物等。我国生物质发电起步较晚，但也有近30年的历史，2006年我国生物质发电总装机容量约为2000 MW，其中蔗渣发电约为1700 MW；从2006年12月，我国第一个生物质直燃发电项目—— 国能单县生物发电厂正式投产开始，截止2008年8月，我国累计核准农林生物质发电项目130多个，总装机容量约3000 MW，已有25个生物质直燃发电项目并网发电；2009年我国6 MW及以上火电设备中生物质发电共占到0.37%，预计到2020年将建成总装机容量为20000 MW的生物质发电项目，这样每年就可以节约7500万吨煤，而且减少大量的污染排放，此外，秸秆销售还可以给农民增加200～300亿元的收入。
4 结语
从总体上看，我国生物质发电产业尚处于起步阶段，商业化程度较低，效益也不高，市场竞争力较弱。但是，近年来，国家对生物质能的开发利用逐渐重视，已连续在4个“五年计划”中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，并先后制定了《可再生能源法》《可再生能源中长期发展规划》《可再生能源发展“十一五”规划》《可再生能源产业发展指导目录》和《生物产业发展“十一五”规划》，提出了生物质能发展的目标和任务，明确了相关扶持政策。有了这些政策和技术支持，相信生物质能的未来必定会生机勃勃。
参考文献
[1]王长贵，崔容强，周篁.新能源发电技术[M].北京：中国电力出版社，2003.
[2]宋景慧.生物质燃烧发电技术[M].北京：中国电力出版社，2013，3.
[3]孙立.生物质发电产业化技术[M].北京：化学工业出版社，2011.