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生物质发电未来展望
来源:电力设备  2020/1/3 15:00:02 最新新闻     收藏

摘要:生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能存储在生物质内部的能量。生物质发电是生物质燃料直接送往锅炉燃烧,产生高温、高压的水蒸气,由水蒸气推动汽轮机将热能转化成动能、再通过发电机将动能转换成电能的过程。

1我国生物质能资源状况

我国生物质能资源丰富,若全部利用可提供全国66.6%的发电量。按50%的生物质能收集利用率算,我国生物质资源每年可转化为能源的潜力,近期约为5亿吨标准煤,远期可达到10亿吨标准煤以上。若加上荒山、荒坡种植的各种能源林,资源潜力在15亿吨标煤以上。

我国是世界上人口最多的国家,国民经济发展面临资源和环境的双重压力。从人均化石能源资源量看,煤炭资源只有世界平均水平的60%,石油只有世界平均水平的10%,天然气只有5%。从能源生产和消费来看,目前我国已经成为世界上第二大能源生产国和第二大能源消费国,大量生产和使用化石能源所造成的环境污染已经十分严重。专家认为,随着经济的发展和人民生活水平的提高,我国的能源需求将快速增长,能源、环境和经济三者之间的矛盾也将更加突出,因此,加大能源结构调整力度,加快可再生能源发展势在必行。

我国农作物播种面积约15亿亩,年产生物质约7亿吨,除部分作为造纸原料和畜牧饲料外,剩余部分可作为燃料使用。农产品加工废弃物,包括稻壳、甘蔗渣和棉籽壳等,约2亿吨。我国森林面积1.75亿公顷,每年通过正常的灌木平茬复壮、森林抚育间伐、修剪、收集采伐、造材、加工剩余物等,可获得生物质量8~10亿吨。我国畜禽养殖业粪便排放量约18亿吨,实际排出污水总量约200亿吨,可生产沼气约500亿m3;工业企业年排放有机废水和废渣约25亿m3,可生产沼气约100亿m3。

2机组选型及形式

生物质有四种发电的形式。

生物质直接燃烧发电生物质直接燃烧发电技术是指利用生物质燃烧后的热能转化为蒸汽进行发电,在原理上,与燃煤火力发电没有什么区别。其原理是将储藏在生物质中的化学能通过在特定蒸汽锅炉中燃烧转化为高温、高压蒸汽的内能,再通过蒸汽轮机转化为转子的动能,最后通过发电机转化为清洁高效的电能。直接燃烧发电是将生物质在锅炉中直接燃烧,生产蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。生物质直接燃烧发电的关键技术包括生物质原料预处理、锅炉防腐、锅炉的原料适用性及燃料效率、蒸汽轮机效率等技术。

生物质气化发电生物质气化发电技术是把生物质转化为可燃气体再利用可燃气体,燃气发电设备进行发电。其原理是将储藏在生物质中的化学能通过在特定气化炉中燃烧转化为可燃气体,再通过燃气机发电系统转化为清洁高效的电能。生物质气化发电技术是指生物质在气化炉中转化为气体燃料,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。气化发电的关键技术之一是燃气净化,气化出来的燃气都含有一定的杂质,包括灰分、焦炭和焦油等,需经过净化系统把杂质除去,以保证发电设备的正常运行。

沼气发电技术是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能,是有效利用沼气的一种重要方式。沼气发电是随着沼气综合利用技术的不断发展而出现的一项沼气利用技术,其主要原理是利用工农业或城镇生活中的大量有机废弃物经厌氧发酵处理产生的沼气驱动发电机组发电。用于沼气发电的设备主要为内燃机,一般由柴油机组或者天然气机组改造而成。沼气多产生于污水处理厂、垃圾填埋场、酒厂、食品加工厂、养殖场等。

沼气是在厌氧条件下有机物经多种微生物的分解与转化作用后产生的可燃性气体,属于生物质能的范畴,主要成分是甲烷二氧化碳,其中甲烷含量约为50%~70%,二氧化碳含量为30%~40%(容积比)还有少量的硫化氢、氮、氧、氢等气体,约占总含量的10%~20%。甲烷在空气中与火燃烧,转变为二氧化碳和水,并释放出能量。沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵或甲烷发酵,是指有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下,通过种类繁多、数量巨大且功能不同的各类微生物的分解代谢,最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体(沼气)的复杂生物化学过程。

生物质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。其原理是将生物质和煤一起在锅炉中燃烧转化为高温、高压蒸汽的内能,再通过蒸汽轮机转化为转子的动能,最后通过发电机转化电能。生物质和煤混合燃烧技术可分为直接混烧和气化利用两种形式。生物质还可以与煤混合作为燃料发电,称为生物质混合燃烧发电技术。混合燃烧方式主要有两种。一种是生物质直接与煤混合后投入燃烧,该方式对于燃料处理和燃烧设备要求较高,不是所有燃煤发电厂都能采用;一种是生物质气化产生的燃气与煤混合燃烧,这种混合燃烧系统中燃烧,产生的蒸汽一同送入汽轮机发电机组。

(1)遵守“以热定电,热电联产”原则。由于该市工业和采暖热负荷较大,根据热负荷特点,并从保证投资效益的角度来考虑,装机方案应在满足近期热负荷需求的基础上,结合该市远期热负荷规模及电力负荷需求的规划来确定,最终实现热电联产和集中供热的目的。

(2)为了保证供热的安全可靠,应尽量使机组的容量和台数趋于合理,以避免在停运最大一台机组时对供热产生过大影响。

(3)为提高热电厂的效率,主机设备应选用较高的初参数。

3生物质发电未来前景展望

随着生物质能发电产业竞争的不断加剧,大型生物质能发电企业间并购整合与资本运作日趋频繁,国内优秀的生物质能发电企业愈来愈重视对行业市场的研究,特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此,一大批国内优秀的生物质能发电企业迅速崛起,逐渐成为生物质能发电产业中的翘楚!

同时,发展生物质发电,实施煤炭替代,可显著减少二氧化碳和二氧化硫排放,产生巨大的环境效益。与传统化石燃料相比,生物质能属于清洁燃料,燃烧后二氧化碳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,可减少二氧化碳排放约10万t/a。前瞻网《2013-2017年中国生物质能发电行业深度调研与投资战略规划分析报告》预测,到2025年之前,可再生能源中,生物质能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总结

充分有效地利用农业和林业废弃物的生物质资源,提供稳定的电力、热负荷供应,是生物质发电项目最为重要的核心。因此选择成熟可靠、方案合理、节能环保、经济适用的装机方案尤为重要,最大化地保证工程建成后安全可靠,以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。以山东电力工程咨询院有限公司设计的喀麦隆SUDCAM生物质发电工程为例,根据该项目的电负荷、供热负荷需求,通过不同装机方案的技术、经济比选,得出最适合本项目的装机方案。

参考文献

[1]李梁杰.生物质发电项目可持续性评价研究[D].北京化工大学,2010.

[2]葛少英.生物质发电项目的可行性分析[D].华北电力大学(北京),2009.

[3]王焱军.国能上蔡生物质发电项目综合评价[D].华北电力大学,2014.

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