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1、精选优质文档-倾情为你奉上国内外新能源技术发展现状 生物质能发电1前言 能源是国民经济重要的基础产业，是人类生产和生活必需的基本物质保障。目前，能源供应主要依靠煤炭、石油和天然气等化石能源，化石能源资源的有限性和化石能源开发利用过程中引起的环境问题，对经济和社会的可持续发展产生了严重的制约。我国已成为能源生产和消费大国，在全国建设小康社会的进程中，如何改善能源结构，保障能源安全，减少环境污染，促进经济和社会的可持续发展，是我国面临的一个重大战略问题。 生物质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，每年净光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用
2、量还不到其总量的1%。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐节将能量和碳素释放，放回自然界中。另一方面，由于过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放出大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，更加剧了环境和全球气候恶化。 通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料生产电力，从而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物智能利用技术，以达到保护矿产资源，保障国家能源安全，实现CO2减排，保持国家经济可持续发
3、展的目的。2中国生物质能资源状况 中国拥有丰富的生物质能资源，据测算，中国理论生物质能资源有50亿吨左右。目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物、城市固体有机垃圾等。然而，由于农业、林业、工业及生活方面的生物质资源状况非常复杂，缺乏相关的统计资料和数据，加上各类生物智能资源间以各种复杂的方式相互影响，因此，生物质的消耗量是最难确定和估计的。鉴于它目前对全球能源需求所作的贡献超过其他任何形式的可再生资源，对其进行简单定量分析和描述是非常必要的。 近年来，高产的能源作物如甜高粱、甘薯、木薯、芭蕉芋、绿玉树、巨藻等，作为现代生物质能资源已引起广泛关注
4、，众多科研机构和科研企业不断参与研究与利用，将会大幅度发展中国的生物质能资源，为生物质能源产业化提供可靠的资源保障。2.1传统生物质能资源2.1.1农作物秸秆 中国作为一个世界上的农业大国，农作物的种类很多，而且数量也较大。水稻、玉米和小麦是3种主要的农作物，其产生的废弃物-秸秆是中国主要的生物质能资源之一。1995年，中国农作物秸秆总产量为6.04亿吨，可获得系数为85%，约5.13亿吨，相当于3.1亿吨标准煤，其中水稻、玉米和小麦秸秆约相当于2.5亿吨标准煤，占秸秆总产量的84.3%左右。近年来，随着农村经济的发展，中国的农作物秸秆产量也在逐年递增，平均年增长率为2.33%。 在中国，农作
5、物秸秆主要作为生活燃料、饲料、肥料和工业原料。据不完全统计，在1995年农作物秸秆6.04亿吨总产量中，越有15%被用来直接还田造肥，有25%被作为饲料，9%被用作工业原料。除此之外，约51%的农作物秸秆可以作为能源用途，其中只有1.9亿吨被中国农民在民用炉灶内直接用来炊事和取暖，其余约1.2亿吨则被废弃在田间地头或在田间直接焚烧掉，不仅浪费了资源，也严重污染了环境。2.1.2薪材 薪材是几个世纪以来人类所用的主要能源，它不仅可用于家庭，还可广泛应用于工业。中国有1.286亿公顷森林面积，森林覆盖率为13.4%。根据统计数据，中国的薪炭林总面积达1000万公顷，年平均薪柴产量为1.7亿吨，约折
6、0.98亿吨标准煤。2.1.3禽畜粪便禽畜粪便是另一类生物质能资源，资源量于畜牧业生产有关。从畜禽粪便的可获得性来分析，中国主要的畜禽是牛、猪和鸡。仅1995年全国禽畜粪便可获得资源的实物量就达到8.5亿吨，约合0.78亿吨标准煤。但中国的禽畜粪便主要用于农业肥料，很少用于能源消费。2.2现代生物质能资源 现在，所谓现代生物质能资源，主要指专门为能源生产工业提供生物质原料而发展的生物质能资源，如能源植物等。2.2.1炭薪林 以能源为目的的植树造林在中国的发展历史已有二十几年。在20世纪70年代，为制止农村资源短缺局面的延续，恢复和改善农村生态环境，中国政府启动了薪炭计划，开始大规模植树造林活动
7、。到1995年，森林覆盖率已从50年代初期的8%提高到了13.9%，其中薪炭林保有量已达到540万公顷，每年可生产薪材约1亿吨标准煤。2.2.2草本植物 甜高粱、木薯和芭蕉由于其强大的环境适应能力正受到人们越来越多的关注。他们具有很强的土壤适用能力，对营养的要求较低，可作为生产乙醇的原料。3中国生物质能发电技术的发展状况 中国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视，已连续在四个国家五年计划中将生物质能利用技术的研究与利用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发。 中国在生物质能发电方面，已经基本掌握了农林生物质发电、城市垃圾发电、生物质致密成型燃料等技术，但目前的开发利用规模还
8、有待扩大。到2006年，全国生物质发电装机容量超过220万千瓦，其中蔗渣发电170万千瓦，碾米厂稻壳发电5万千瓦，城市垃圾焚烧发电40万千瓦，此外还有一些规模不大的生物质气化发电的示范项目。目前，全国已有10多个生物质直燃发电项目在建，装机规模超过400万千瓦。但是要达到2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标，仍需要解决资源分散、原料手机成本高、原料供应的连续性和保证度等问题。3.1生物质发电技术的种类 生物质发电技术主要有直接燃烧发电、混合燃烧发电、热解气化发电和沼气发电四个种类。 （1）直接燃烧发电。直接燃烧发电是指把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定蒸汽锅炉中，生产蒸汽驱动蒸汽
9、轮机，带动发电机发电。直接燃烧发电的关键技术包括原料预处理技术、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。 （2）混合燃烧发电。混合燃烧发电是指将生物质原料应用于燃煤电厂中，使用生物质和煤两种原料进行发电。混合燃烧发电主要有两种方式：一种是将生物质原料直接送入燃煤锅炉，与煤共同燃烧，产生蒸汽带动蒸汽轮机发电；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，可燃气体与煤共同燃烧产生蒸汽，带动蒸汽轮机发电。无论哪种方式，生物质原料预处理技术都是非常关键的，要将生物质原料处理成符合燃煤锅炉或汽化炉的要求。混合燃烧的关键技术还包括煤与生物质混燃技术、煤与生物质可燃
10、气体混燃技术、蒸汽轮机效率。 （3）热解气化发电。热解气化发电是指在气化炉中将生物质原料气化生成可燃气体，可燃气体经过净化，供给内燃机或小型燃气轮机，带动发电机发电。热解气化发电的关键技术包括原料与处理技术、高效热解气化技术、合适的内燃机和燃气轮机。其中，气化炉要求适合不同种类的生物质原料；而内燃机一般是用柴油机或是天然气机改造的，已适用生物质燃气的要求；燃气轮机要求容量小，适用于低热值的生物质燃气。 （4）沼气发电。沼气发电是指利用厌氧发酵技术，将屠宰厂或其他有机废水以及养殖场的畜禽粪便进行发酵，生产沼气供给内燃机或燃气轮机，带动发电机发电，也有的供给蒸汽锅炉生产蒸汽，带动蒸汽轮机发电。沼气
11、发电的关键技术主要是高效厌氧发酵技术、沼气内燃机技术和沼气燃气轮机技术。3.2沼气发电 中国应用最广泛的生物质能开发利用技术还是沼气工程技术。至2000年底，中国已建立了400余处不同类型工业废水的沼气工程，年处理废水近1亿立方米；并建立了600多个大中型畜禽废水、废渣的沼气工程。上述两部分合计，沼气工程装置总体积可达150万立方米左右，年产沼气近10亿立方米。 利用沼气发电的机组约在200座以上，总装机容量约5兆瓦，年发电量约5400MWh；其中大中型沼气发电装机770千瓦，年发电量130万kWh。当前的发展趋势是提高机组先进性、经济性、可靠性和发展大容量机组，主要措施有： （1）开发100
12、到500千瓦大中型系列机组，以满足大型环保处理工程建设沼气电厂的需要。 （2）研制自动控制空气、沼气量和空气燃料比的调速装置，以及直接用沼气启动的先进装置，提高记住调速和启动性能。 （3）优化沼气起源工程设计，提高产气量。 （4）加强与机组配套的肺热回收装置的研究，提高能量利用率。 （5）降低发动机噪声，改善操作环境。3.3生物质能气化及发电技术 生物质能气化技术是以气化和净化装置将农林废弃物等生物质燃料转换成洁净的燃气。 近年来，中国的生物质气化技术有了长足的进步，根据不同原料和不同用途主要发展了三种工业类型。第一种是上吸式固定床气化炉，其气化效率达75%，最大输出功率约1400MJh。该系
13、统可将农作物秸秆转化为可燃气，通过集中供气系统供给用户居民炊事用能。第二种是下吸式固定床气化炉，其气化效率达75%，最大输出功率约620MJh。该系统主要用于处理木材加工厂的废弃物，每天可生产2600立方可燃气，作为烘干过程的热源。第三种是循环流化床气化炉，其气化效率达75%，最大输出功率约2900MJh。该系统主要处理木材加工厂的废弃物，为工厂内燃激发点提供燃料。3.4生物质直接燃烧发电 生物质直接燃烧发电的技术特点是利用锅炉直接燃烧生物质，产生蒸汽驱动汽轮发电机组发电。由于这种发电方式规模较大（2万千瓦）、效率高、运行成本低，受到电力行业的重视。 生物质直接燃烧的关键技术和设备是生物锅炉和
14、小型蒸汽轮机组。中国还没有开发出用于燃烧秸秆等生物质的专用锅炉，所以中国最近准备建设的大型秸秆发电厂大多使用丹麦BWE公司的技术和设备。3.5垃圾焚烧发电 随着城市规模的不断扩大、城市人口的急剧攀升，城市垃圾处理已经成为中国各个城市非常头疼的问题。中国生活垃圾焚烧技术研究起步于20世纪80年代中期，随着东南沿海地区和部分中心城市生活垃圾热值提高，已有深圳等少数城市采用焚烧技术处理和利用垃圾资源，并在引进国外先进技术设备的基础上开始设备国产化。3.6不同生物质发电技术的应用条件 如前所述，四种生物质发电技术课分为两大类，即直接燃烧后蒸汽发电和生物质气化发电。前者技术已基本成熟，进入推广应用阶段。
15、这种技术大规模下效率较高，单位投资也较合理。但它要求生物质集中，数量巨大，如果考虑生物质大规模收集或运输，成本较高，适于现代化大农场或大型加工厂的废物处理等，对生物质较分散的发展中国家不适合。 生物质气化发电是更洁净的利用方式，几乎不排放任何有害气体。中小型生物质气化发电技术在发达国家已经成熟，但由于规模小，过程复杂，在发达国家没有竞争力；而其造价（1200美元KW以上）和运行成本都较高，在发展中国家也很难进入市场。但中国开发的中小规模生物质气化发电技术具有投资少，发电成本低，灵活性好的特点，比较适合发展中国家的情况。4国外生物质能发电技术现状 20世纪的两次石油危机给西方国家的经济带来沉重的
16、打击，同时也大大促进了全球范围内可再生能源的发展。从20世纪70年代开始，尤其是近年来，可再生能源已逐渐成为常规化石燃料的一种替代能源，世界上许多国家或地区将可再生能源作为其能源发展战略的重要组成部分：美国的加利福尼亚州计划在2017年，20%的电力将来自可再生能源；欧盟计划在2015年，25%的电力或整个能源的15%将来自可再生能源；德国计划在2050年，整个能源的50%将来自可再生能源。 由于生物质能源技术战略地位如此重要，进入21世纪以来，世界各国尤其是欧盟都重新修订了能源政策，确立了以新世纪、新能源、新政策为主题的能源发展战略。 目前，在奥地利、丹麦、芬兰、法国、瑞典、挪威和美国等国家
17、，生物质能在总能源消耗中所占的比例正迅速增加。其中芬兰是欧盟国家李永生物质发电最成功的国家之一。 奥地利成功推行了建立燃烧木材剩余物的区域供电站计划。生物质能在总消耗中的比例由原来的2%激增到了25%以上。 美国在利用生物质能源发电方面处于世界领先地位。1992年，利用生物质发电的电站约有1000家，发电装机容量已达650万千瓦，年发电量42亿KWh，消耗4500万吨生物质燃料。美国还重视木质能源在林产品工业中的应用，1980年，美国14家最大的林产品公司利用木质燃料提供了自身所需要的70%的能量。1980到1986年，绝大多数新建的林产品制造厂均从本身的剩余物中获得了所需的几乎全部能量。4.
18、1直接燃烧发电 欧洲等国的生物质直接燃烧发电技术比较成熟，生物质废弃物发电利用率高，以丹麦研发的秸秆燃烧发电技术的广泛应用可见直接燃烧发电在生物质发电技术中的重要性。 电厂的工作流程如下：载重汽车将成捆的秸秆运进电厂的原料库，吊装机伸出铁臂抓起秸秆整齐地堆放在库中；传送带将库里的秸秆一捆接一捆地送往紧邻的封闭型切割装置，秸秆在这里被加工切割成一段段不规则的短杆；短杆被源源不断地送进锅炉燃烧，产生540炖的高压蒸汽推动汽轮机发电；另有专门的管道供热；从连接锅炉的空气预热器中伸出一条长长的管道，与电厂烟囱项链，管道中部装有一个较大的漏斗状滤器，专门回收炉灰，作为肥料提供给农民。4.2垃圾燃烧发电
19、最先利用城市生活垃圾发电的是德国和美国。主要焚烧炉型有机械炉排炉、流化床炉、回转窑炉、模组式炉等，其中机械炉排焚烧炉是目前大型生活垃圾焚烧炉的主流设备。 发达国家已有很多厂家致力于垃圾气化技术的开发，包括固定床式、旋转窑式、流化床炉式气化。4.3混合燃烧 由于生物质的能量密度低、体积大，运输过程增加了co的排放，不适应集中大型生物质发电厂。而分散的小型电厂，投资、人工费高，效率低，经济效益差。所以在大型燃煤电厂，将生物质与矿物燃料联合燃烧成为新的概念。它不仅为生物质和矿物质的优化混合提供了机会，同时许多显存设备不需太大的改动，是整个投资费用降低。更积极的影响是大型电厂的可调节性大，能适应不同混
20、合燃烧，使混燃装置能适应当地生物质的特点。4.4生物质气化发电 小型生物质气化发电系统一般指采用固定气化设备，发电规模在200KW以下的气化发电系统，主要集中在发展中国家。美国以及欧洲的一些发达国家虽然小型生物质气化发电技术非常成熟，但由于发达国家生物质能源相对较贵，而能源供应系统完善，对劳动强度要求大，使用不方便的小型生物质气化发电技术应用非常少，只有少数供研究用的实验装置。 中型生物质气化发电系统一般指采用流化床气化工艺，发电规模在400-3-KW的气化发电系统，在发达国家应用较早，技术较成熟，但由于设备造价很高，发电成本居高不下，所以在发达国家应用极少，目前仅在欧洲有少量几个项目。 大型生物质气化发电系统相对于常规能源系统仍是非常小的规模，且技术仍不完善。5参考文献1中国科学院.2009年高技术发展报告.北京:科学出版社,20092白兆兴.生物质锅炉技术现状与存在问题.北京:电子工业出版社，20043蓝江桥.生物质能及其发电技术.北京:中国电力出版社，2008专心-专注-专业