農林生物直燃純燃發電

農林生物直燃純然發電是指農林生物質大容量純燒直燃發電，是把農林生物質(農林業剩餘物等生物質)在專用鍋爐直接燃燒產生高溫高壓蒸汽，再通過汽輪機、發電機轉化為電能，同時餘熱可以作為工業或者民用的過程(“大容量”一般是指裝機單機規模在12MW以上，“純燃”是指不摻入化石燃料，僅燃燒農林生物質燃料)。

基本介紹

• 中文名：農林生物直燃純燃發電
• 外文名：Agricultural and forestry biological direct burning pure combustion power generation
• 類型： 發電技術
• 特點： 清潔發電
• 領域：能源
• 學科 ：新能源發電

簡介

在中國發展農林剩餘物生物質直燃發電產業，可以拓展農業產業領域、提高農機裝備水平、增加農村就業、促進農民增收，是實現農業綜合開發、農業工業化發展的有意義的嘗試。在該項產業化實踐中，我們既要積極吸收國外成熟技術和經驗，又要結合中國具體國情。圍繞直燃發電的整個產業鏈，探索和完善相應的規範、標準，為保障產業健康發展，實現我國農林生物質資源的工業化、集約化套用，以及我國農村分散式能源發展、減少溫室氣體排放和新農村建設做出貢獻。

中國擁有豐富的農林生物質資源，在農村發展農林生物質直燃發電，可以將農業剩餘物、能源植物等規模化、工業化高效利用，有利於調整農業產業結構、拓展農業產業領域、改善生態環境、減少溫室氣體排放、最佳化農村區域能源結構、增加農民收入。以生物質直燃發電產業為龍頭，可以有效帶動上下游相關產業鏈協調發展，生產環境友好、附加值高的綠色電能、熱能，燃燒後的灰渣可以直接還田或者生產綠色生物複合肥料，這對於中國農村經濟建設和農業現代化發展、減少溫室氣體排放都具有現實的意義，是消耗大量農林剩餘生物質、安全環保、易於規模化和工業化的一種農林生物質能資源綜合利用技術路線。

農林生物質直燃發電產業的快速發展

生物質發電，是指“農林生物質大容量純燒直燃發電”，是把農林生物質(農林業剩餘物等生物質)在專用鍋爐直接燃燒產生高溫高壓蒸汽，再通過汽輪機、發電機轉化為電能，同時餘熱可以作為工業或者民用的過程(“大容量”一般是指裝機單機規模在12MW以上，“純燒”是指不摻入化石燃料，僅燃燒農林生物質燃料)。該系統主要包括農林生物質燃料成型集儲系統、連續化輸送上料系統、生物質專用鍋爐燃燒及輔機系統、汽輪發電機系統、變配電系統、餘熱利用系統等組成。生物質直燃發電是農林剩餘物消耗量大、套用直接、容易規模化和工業化的一種農林生物質資源利用方式。該項技術在國外已經實現市場化套用，在我國則是一項新興產業，相關的技術研究近幾年剛剛開始。

2004年以來，國家發改委核准批覆了山東單縣、河北晉州和江蘇如東3個國家秸稈發電示範項目，開始了生物質直燃發電試點示範。2006年，月1日《中華人民共和國可再生能源法》實施以來，生物質直燃發電產業在中國得到了快速發展。到2006年底，由國家發改委和各省發改委核准的生物質規模化直燃發電項目已有近50個，總裝機超過1500MW。其中2006年核准38處，7處建成併網發電。截至2007年底，據不完全統計，中國核准的生物質直燃發電項目約100個，裝機容量為2500MW以上，建成投產併網發電的項目總裝機容量約為400MW以上。生物質發電項目主要分布在山東、江蘇、河南、河北、黑龍江、吉林、遼寧、新疆、內蒙等地。燃料主要以小麥秸稈、玉米秸稈、稻草稻殼、棉花秸稈、林業間伐及加工剩餘物等為主。我國第一個建成投產運行的是單縣生物質發電項目。

該項目為1 x25MW單級抽凝式汽輪發電機組，配一台130t/h生物質專用振動爐排高溫高壓鍋爐，由國能生物發電公司投資建設，於2006年12月1日建成投產。單縣項目2007年全年穩定運行8200多小時，發電2.2億千瓦時，消耗農林剩餘物20多萬噸，為當地農民增加收入5000萬元以上。國能生物發電司作為生物質直燃發電投資、建設和運營的專業化公司，截至2007年12月31日，共獲得政府核准生物質發電項目40多個，在建項目7個，己建成投產項目12個。其他生物質發電投資商如中國節能投資公司投資的江蘇宿遷電廠已經示範運營。

生物質直燃發電產業化發展可以為農業地區帶來巨大的經濟效益。生物質發電不僅是個可再生能源項目，更是一個環保和農業投資項目。一座裝機容量為25MW的生物質發電廠每年向當地農民支付秸稈燃料的成本費用約為4000萬元以上，相應的生物質規模化收集機械裝備投資約1500萬元以上。“十一五”期間我國生物質發電裝機將達到550萬千瓦，每年可以直接為當地農民帶來收入達，100億元以上，總計可以為農民提供就業機會約18萬個。

相關標準、規範的建設與套用

根據生物質直燃發電在中國的產業化實踐，有以下幾個方面的經驗及情況介紹，可以作為建設相關規範或標準時的參考，以有利於該產業的健康發展。

1、我國農林生物質資源高效套用技術路線的選擇

我國地域遼闊，東西、南北差異大，農林生物質資源總量豐富，但是分布分散，人均占有量少。我們應該結合各地具體情況，因地制宜，採用多樣的農林生物質資源高效技術路線。同時，要考慮多種技術路線的優勢互補、協同發展。以直燃發電為例，適合的區域是氣溫較為乾燥、地勢較為平坦的華北、東北、新疆、內蒙等區域，秸稈資源品種主要有小麥、玉米、棉花秸稈以及林業剩餘物等。在南方氣溫高、空氣濕潤、生物質易腐爛地區，則適合開展戶用或者工業化沼氣、小型氣化等項目。

生物質直燃發電灰渣很適合還田，以保證土壤中的礦物元素平衡。但是由於直接燃燒後秸稈灰渣缺乏有機質，需要結合戶用沼氣(或者工業化沼氣)的沼渣、沼液還田，以增加土壤的有機質。沼渣液與電廠灰渣結合可以生產綠色有機肥料還田，使土壤中的礦物元素保持平衡、有機質增加，不存在一些地區秸稈直接還田過量致使腐爛分解不徹底的問題。這種綜合套用項目，一方面可以刺激農村戶用沼氣(或者工業化沼氣)的快速發展，提升農村戶用炊事能源品位，節省下來秸稈(農村沼氣一般採用人、禽、畜糞便等作為發酵原料)支持直燃發電等，這是一個雙贏甚至多贏的項目。

2、關於用於生物質直嫌發電的“農林剩餘物，，

該“剩餘物”，是農業生產和生活中其他用途之外的真正可以稱作剩餘物的那一部分農林業生物質，比如要除去農區牲口飼料、農民引火做飯自用、收穫加工損耗等之後的剩餘物。在實踐中，考察目前電廠收購的農林生物質燃料，從收購價格、原料的狀態和收集模式、原料的質量都是難以與農區飼料需求競爭的。一般的農村地區，除了規模化的養殖區外，農民也不願意大量養殖牲口，燃料的收集不會影響小規模的牲口飼養的飼料需求。在一些牲口養殖已經形成了產業化發展的地區，由於消耗秸稈飼料較多，對於這種情況，生物質電廠投資商要通過前期考察，合理規劃，“不與畜爭飼”，以避免資源的惡性競爭，影響項目投資收益。

3、農村分散式能源有意義的嘗試

秸稈作為農民的生活用能，其燃燒效率只有約20%左右，而生物質直燃發電可以將燃燒熱效率提高到90%以上，為農區提供方便套用的熱電，顯著提高了農林剩餘生物質的利用效率。以國能生物質發電有限公司單縣生物質發電站為例，2007年全年發電量約2.2億千瓦時，相當于山東單縣全縣年用電量的60%-70%。在一些工業不發達的農村地區，尤其是在非用電高峰期間，一個生物質電廠足以供應全縣用電。農作物秸稈分散，十分適合於建設分散式的分散式能源，一方面有利於解決偏遠的農村地區的高品質電熱用能問題，另一方面對於在特殊的自然災害等因素(比如地震、冰雪災等)致使電力供應中斷情況下，可以保障區域電熱能供應。

4、關於生物質直姍發電項目裝機容量的標準

由於燃料消耗量大，連續性要求高，大家對於生物質直燃發電廠裝機規模有不同的看法。有的專家認為，由於生物質燃料收集困難，成本高，因此為了保障電廠效益，生物質直燃發電廠裝機越小越好，一般不要超過12MW。筆者認為，12MW的生物質直燃電廠整體造價與25MW造價差別不大，但是發電量少了50%;另外，一年收集10萬噸與20萬噸生物質燃料相比較，單位收集成本差別不大。因此，12MW與25MW生物質電廠相比較，經濟效益要差一些。因此，我國生物質直燃發電裝機以25MW左右為最佳，其中1x25MW比2x12MW投資要經濟，相應效益要好一些。

5、我國農林生物質資源規模化收集及其發展模式

一般生物質電廠投資初期考察資源是考察擬建項目的30-50公里半徑左右範圍內資源分布和利用情況。由於原料的來源和收集模式的不同，實踐中的資源收集半徑也許會大於50公里半徑，但是這一部分不會很多，一般在原料需求總量的10%左右。在項目實際運行中，遠距離收集來的燃料價格有時會比近距離的還要低，因為運輸費用僅是燃料總價格的一部分，其他還有燃料的原始購買費用、加工費用、保存保管費用、利潤等。在農村地區普遍存在機動車運輸空車返程配貨現象，這種情況下運輸費用就相對較便宜了。

關於生物質電廠規模化收集的模式，要走“規模化、工業化、機械化”的道路，不能採用落後的以手工、人海戰術的技術路線。在某些地區，在生物質資源收集量較少的情況下，手工和落後的收集、加工、運輸模式的成本可能會低一些。但是只要有了規模化、高效化的要求，尤其是有了質量、品質以及穩定性的要求，就必須走機械化、標準化的路子。現在工業不發達的農村地區，成年勞動力大多都外出打工了，除了農忙季節外，農村富餘的成年勞動力較難找到。農民雖然也有強烈的建設家鄉的願望，但是苦於缺乏資金、項目、技術、經驗，更談不上吸引外來優秀人才來參加新農村建設了。

生物質直燃發電在國外已經商業化，目前我國通過引進消化吸收和自主創新，己基本掌握了生物質發電的關鍵技術，生物電廠內相關主要設備均實現了國產化。生物質發電產業對與上下游產業鏈多方向技術發展具有顯著的帶動效應，並且大部分是覆蓋農業農村建設，大量資金、人才將流向國內市場和農村建設。從總體降低原料收集成本和農業農村現代化發展方向看，農林生物質資源收集要走“工業化、規模化、機械化”發展道路，只有這樣，農業農村才能留下更多的人才、資金，才能有自我良性循環發展的機會。以一個裝機容量為25MW的電廠為例，燃料收儲運所需要的農機裝備投資在1500萬元以上。而且這些農業機械裝備大部分是引進技術國產化生產，或者是國內現有裝備升級換代，普遍機械化、自動化程度較高，技術含量較高。這些裝備的完善和配置，是降低農林生物質收集成本，解決農林生物質資源規模化集儲加工瓶頸的必由之路。而且，這些裝備在農村具有通用性，巨大的農機需求將大大促進我國農村農業機械化程度的提高，有利於促進現代農村農業合作組織的發展。

6、關於生物質電廠二氧化硫排放

生物質直燃發電廠硫排放，目前國家是執行《火電廠大氣污染物排放標準》( GB13223-1996 )(我國《火電廠大氣污染物排放標準》規定，“單台出力65t/h以上採用甘蔗渣、鋸末、樹皮等生物質燃料的發電鍋爐，參照標準中以煤矸石等為主要燃料的資源綜合利用火力發電鍋爐的污染物排放控制要求執行”)，借鑑矸石類電廠標準。主要的做法是大氣污染物排放濃度限值;但是生物質直燃發電硫排放與化石燃料火力發電硫排放相比較，無論在硫來源和排放量都有顯著不同。生物質燃料中含有的硫屬於大氣圈內的硫，與微生物的緩慢還原硫不同，生物發電排放的硫要迅速得多，在短期內，對於大氣造成硫的增加，因此，有一些集中排放。生物發電排放的硫實際上是用火力替代了微生物的作用，燃燒排放後屬於生物圈內的硫循環，這些硫來自環境並回到環境，對於環境中硫的淨增加沒有變化;化石燃料燃燒後排放的硫是“額外”排放的，因此“此硫非彼硫”。生物質燃料硫含量少:煤炭中含硫1-5%，甚至高於10%，全國火電廠燃煤平均值為1.2%而秸稈中含硫0.1 }0.3%左右，兩者相差十幾倍，平均十倍。在實踐中，生物質燃料排放的硫大大低於中等到劣質煤燃燒釋放的淨增加的硫，因此，對生物質發電的硫排放的限排政策，不宜按照礦物硫相關標準要求。建議國家專門制定較為寬鬆的針對生物質電廠硫排放的管理政策，以鼓勵環保的生物質能發電產業健康發展。

7、關於生物質嫌料的相關標準

實驗室化驗的生物質燃料熱值與實際規模化收集來的燃料的熱值有很大的區別。不同的季節、不同的區域、不同的加工和貯存技術路線，都對規模化收集來的燃料熱值產生很大影響。以固定的生物質燃料熱值作為鍋爐設計、上料系統控制等設計依據，在實際生產實踐中還要做出較大的調整最佳化，才能保證正常運行。

關於生物質燃料的檢測，我們國家還沒有相關的國家標準。現在鍋爐等設備製造、電廠投資可行性研究，一般都是由有關檢測單位參照煤炭檢驗標準出具生物質燃料檢驗報告。由於生物質燃料與煤炭等化石燃料在物理、化學特性有諸多不同，取樣、制樣、化驗等環節有其特殊性，需要針對性的制定相關標準。在這一方面，中國煤檢中心、農業部規劃設計院等單位科研人員都做了很多工作，取得了一定進展。

8、生物質直姍發電項目關鍵設備系列標準

生物質直燃發電的關鍵技術主要有兩部分，一是高效鍋爐燃燒技術，二是生物質燃料高效收集、加工、供應和上料技術。其中上料技術在電廠內，是電廠鍋爐附屬設備;收集、加工、供應技術是指在電廠外部分，是農林剩餘物生物質資源規模化集儲系列技術的集成，為生物質電廠穩定運行提供燃料保障。目前缺乏生物質燃料高效收集、加工、供應和上料技術相關係列裝備的製造標準，這部分技術裝備的可靠性、適用性是目前國內生物發電廠健康發展的關鍵。

比如，我們需要規範農林生物質作為燃料的形狀、密度等規範尺寸，以有利於相關機械裝備的規範化、標準化健康發展;要確定麥草、玉米秸稈等打包作為燃料的密度、尺寸、含水量、機械產能等;確定能源林、林業剩餘物等切斷、粉碎的尺寸標準;以及規範生物質燃料堆垛、存儲和防火規範等，有利於相關機械製造加工廠家配套生產此類裝備。

總結

生物質直燃發電產業是一個科技含量高、資源轉化率高、產業鏈長、資金密集、附加值高、社會效益大的高效產業。生物質發電能夠提高農業機械化裝備水平，減少有害氣體二氧化硫的排放，減少溫室氣體二氧化碳排放，減少秸稈田間焚燒造成的航班延誤、交通事故等帶來的巨大經濟損失。在有些地區，發展生物質發電還可以帶動能源林產業的發展，有助於防止土壤沙化和水上流失，促進生態的良性循環。隨著國家對可再生能源關注程度的不斷提高，越來越多的投資主體進入了生物質發電行業。雖然現階段存在一些密集布點、缺乏科學規劃等問題，但隨著國家相關係列標準或指導規範的陸續出台，這個前進中的問題肯定會逐漸得到解決，這個產業也會更加健康有序發展，從而實現社會、經濟和生態三贏。