请问：什么是生物质能源？如何解？请详细说明？
生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的l%。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解将能量和碳素释放，回到自然界中。事实上，生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源。生物质燃烧是传统的利用方式，不仅热效率低下，而且劳动强度大，污染严重。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。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。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。
1.2能源与环境
人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗多，尤其是化石燃料消费的增加，就有两个突出问题摆在我们面前：一是造成环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算，世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年，也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际，世界石油资源大概所剩无几。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，释放大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧层破坏，全球气候变暖，酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说，如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位，在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机，是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。
1.3国家安全
固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径，人类可以采用高技术手段获得核能源，甚至从外太空获得能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境；其次，各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发，将不可避免地引发新的争夺或争端，其祸福不言自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产因体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等等。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，保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。
2.国外生物质能技术的发展状况
生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划，在日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。
2.1沼气技术
主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水，是发展较早的生物质能利用技术。80年代以前，发展中国家主要发展沼气池技术，以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料。如印度和中国的家用沼气池；而发达国家则主要发展厌氧技术，处理禽畜粪便和高浓度有机废水。目前，日本、丹麦、荷兰、德国、法国、美国等发达国家均普遍采取厌氧法处理禽畜粪便，而象印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。采用新的自循环厌氧技术。荷兰IC公司已使啤酒废水厌氧处理的产气率达到10m3/m3.d的水平，从而大大节省了投资、运行成本和占地面积。美国、英国、意大利等发达国家将沼气技术主要用于处理垃圾，美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，日产26万m3沼气，用于发电、回收肥料，效益可观，预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18MW，今后10年内还将投资1.5亿英镑，建造更多的垃圾沼气发电厂。
2.2生物质热裂解气化
早在70年代，一些发达国家，如美国、日本、加拿大、欧共体诸国，就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发，到80年代，美国就有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发；加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究；此外，菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展明家也先生开展了这方面的研究。芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典建立一座废木材气化发电厂，装机容量为60MW,产热65MW,1996年运行：瑞典能源中心取得世界银行贷款，计划在巴西建一座装机容量为20-3OMW的发电厂，利用生物质气化、联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源。
2.3生物质液体燃料
另一项令人关注的技术，因为生物质液体燃料，包括乙醇、植物油等，可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，70年代中期，为了摆脱对进口石油的过度依赖，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，到1991年，乙醇产量达到130亿升，在980万辆汽车中，近400万辆为纯乙醇汽车，其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料，也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50%以上。1996年，美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程：年处理稻壳12，000吨，年发电量800万度，年产酒精2，500吨，具有明显的经济效益。
2.4其它技术
此外,生物质压缩技术可书固体农林废弃物压缩成型,制成可代替煤炭的压块燃料。如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料：泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料。
3.我国的生物质能源
我国基本上是一个农业国家农村人口占总人口的70%以上，生物质一直是农村的主要能源之一，在国家能源构成中也占有益要地位。
3.1生物质能资源
我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷，理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上（在但第平方公里土地面积上，植物经过光合作用而产生的有机碳量，每年约为158吨）。以平均热值为15,000千焦/公斤计算，折合理论资源最为33亿标准煤，相当于我国目前年总能耗的3倍以上.
实际上，目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。据调查，目前我国秸秆资源量已超过7.2亿吨,约3.6亿吨标准煤，除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外其余6亿吨可作为能源用途：薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林，一项调查表明：我国年均薪柴产量约为1.27亿吨，折合标准煤0.74亿吨：禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤；城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右，并以每年8%-10%的速度增，据估算，我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。
3.2生物质能源和利用
我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源，极少部分用于乡镇企业的工业生产：而利用方式长期来一直以直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源，但规模较小。普及程度较低，在国家，甚至农村的能源结构中占有极小的比例。
生物质直接燃烧方式不仅热效率低下，而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化，严重损害了妇女、儿童的身心健康。此外，还对生态、社会和经济造成极其不利的影响：
1．在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下，必然对森林等自然资源进行不合理采伐，破坏了自然植被和生态平衡；
2．对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利用，不仅造成资源浪费，而且使其成为主要的有机污染源，除造成严重的大气和水污染之外，还排放大量的温室气体，加剧了全球温室效应；
3．同时，随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高，能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经济的持续发展的重大问题，必须予以足够的重视，并采取有效措施着力加以解决。
事实上，大力开发和利用生物质能源，对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义，产生诸多利益；
4．减少污染，改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题，这也是大部分生物质利用的首要目标。
5．解决农村能源供应问题，提高农民生活水平。
我国农村能源供应紧张，而生物质源丰富，所以可利开展利用生物质能，可以改善农村的能量供应。提高他们的生活水平。
6．改善能源结构，减轻对对环境的压力。我国可开发的生物资源达7亿吨，如果能充分开发，可以在我国的能源消费中占重要的地方，这对改善我国能源结构，减少我国对石化燃料的依赖，进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放，最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义。
3.3市场需求
可以预计，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔。主要依据：
1．目前，绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田，不仅浪费了大量的能源，而成了严重的环境污染，给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流机场和首都机场的烟尘事件。逐渐富裕起来的农民，随着生活水平的提高，迫切改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面，以生物质可燃气作为他们的生活能源，就会改善其卫生环境，提高生活质量，减轻劳动强度。
2．众多粮食、木材、茶叶、果类等加工厂，每天都有大量的谷壳、锯末、木屑、果壳等废弃物产出堆放，利用生物质气化技术将其转换成可燃气，生产出优质能源，变废为宝，可谓一举两得。
3．禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源，随着大型畜牧场的不断建成和发展，所产生的环境污染也日趋严重。应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意义。
4．随着我国社会经济的迅速发展，城市人口的增多和居民生活的改善，城市的垃圾处理问题便显得日益突出。我国的以北京为例，1995年，年垃圾产量均已突破400万吨，1996年北京的垃圾量则达485万吨。采用厌氧技术处理有机垃圾，不仅可获得能源，而且达到低费用治理污染的目的。
5．我国的边远地区，生物质资源丰富，多属于缺电、少电地区，可将生物质气化发电，或供热可自产自用。
6．事买上，生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景，其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源，而且具有保护环境，节省资源的功能。
3.4我国生物质能技术发展现状与问题
我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视，国家几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用。国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目，涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如产用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等，取得了可观的社会效益和经济效益。同时，我国已形成一支高水平的科研队伍，包括国内有名的科研院所和大专院校：拥有一批热心从事生物质热裂解气化技术研究与开发的著名专家学者。
a．沼气技术是我国发展最早、曾晋遍推厂的生物质能源利用技术。70年代，我国为解决农村能源短缺的问题，曾大力开发和推广户用沼气地技术，全国已建成525万户用沼气池。在最近的连续三个五年计划中，国家都将发展新的沼气技术列为重点科技攻关项目，计划实施了一大批沼气及其利用的研究项目和示范工程。至今，我国已建设了大中型沼气池3万多个，总容积超过137万m3，年产沼气5，500万m3，仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处，其中集中供气站583处，用户8.3万户，年均用气量431m3，主要用于处理禽畜粪便和有机废水。这些工程都取得了一定程度的环境效益和社会效益，对发展当地经济和我国厌氧技术起到了积极作用。在“九五”计划中，应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目，分别由中科院成都生物研究所和杭州能源环境研究所承担实施，现已取得预期的进展。
我国厌氧技术及工程中存在的主要问题：相关技术研究少、辅助设备配套性差、自动化程度低、非标设备加工粗糙、工程造价高、开放式前后处理的二次污染严重等。
b．我国的生物质气化技术近年有了长足的发展，气化炉的形式从传统上吸式、下吸式到最先进的流化床、快速流化床和双床系统等，在应用上除了传统的供热之外，最主要突破是农村家庭供气和气化发电上。“八五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关专题，取得了相当成果：采用氧气气化工艺，研制成功生物质中热值气化装置；以下吸式流化床工艺，研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置：以下吸式固定床工艺，研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置；以流化床干馏工艺，研制成功1000户生物质气化 集中供气系统与装置。“九五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题，重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。目前全国已建成农村气化站近200多个，谷壳气化发电100多台套，气化利用技术的影响正在逐渐扩大。
c．“八五”期间，我国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术，并在“九五”期间进入中间试验阶段。我国已对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步研究：如植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等方面进行了初步试验研究。“九五”期间，开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。我国的生物质液化也有一定研究，但技术比较落后，主要开展高压液化和热解液化方面的研究。
d．此外，在“八五”期间，我国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关，引进国外先进机型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。我国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上，属国际先进水平。
虽然我国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩，技术水平却与发达国家相比仍存在一定差距，如：
a．新技术开发不力，利用技术单一。我国早期的生物质利用主要集中在沼气利用上，近年逐渐重视热解气化技术的开发应用，也取得了一定突破，但其他技术开展却非常缓慢，包括生产酒精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育等，都没有突破性的进展。
b．由于资源分散，收集手段落后，我国的生物质能利用工程的规模很小；为降低投资，大多数工程采用简单工艺和简陋设备，设备利用率低，转换效率低下。所以，生物质能项目的投资回报率低，运行成本高，难以形成规模效益，不能发挥其应有的、重大的能源作用。
c．相对科研内容来说，投入过少，使得研究的技术含量低，多为低水平重复研究，最终未能解决一些关键技术，如：厌氧消化产气率低，设备与管理自动化程度较差；气化利用中焦油问题没有彻底解决，给长期应用带来严重问题；沼气发电与气化发电效率较低，相应的二次污染问题没彻底解决。导致许多工程系统常处于维修或故障的状态，从而降低了系统运行强度和效率。
此外，在我国现实的社会经济环境中，还存在一些消极因素制约或阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用，主要表现为：
a．在现行能源价格条件下，生物质能源产品缺乏市场竟争能力，投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性，而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。
b．技术标准未规范，市场管理混乱。在秸杆气化供气与沼气工程开发上，由于未有合适的技术标准和严格的技术监督，很多未具备技术力量的单位和个人参与了沼气工程承包和秸杆气化供气设备的生产，引起项目技术不过关，达不到预期目标，甚至带来安全问题，这给今后开展生物质利用工作带来很大的负面影响。
c．目前，有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性，各级政府应尽快制定出相关政策，如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。
d．民众对于生物质能源缺乏足够认识，应加强有关常识的宣传和普及工作。
e．政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视，开发生物质能源是一项系统工程，应视作实现可持续发展的基本建设工程。
4.发展方向与对策
4.1发展方向
我国的生物质能资源丰富，价格便宜，而经济环境和发展水平对生物质技术的发展处于比较有利的阶段。根据这些特点，我国生物质的发展既要学习国外先进经验，又要强调自己的特色，所以，今后的发展方向应朝着以下几方面：
a．进一步充分发挥生物质能作为农村补充能源的作用，为农村提供清洁的能源，改善农村生活环境及提高人民生活条件。这包括沼气利用、秸杆供气和小型气化发电等实用技术。
b．加强生物质工业化应用，提高生物质能利用的比重，提高生物质能在能源领域的地位。这样才能从根本上扩大生物质能的影响，为生物质能今后的大规模应用创造条件，也是今后生物质能能否成为重要的替代能源的关键。
c．研究生物质向高品位能源产品转化的技术，提高生物质能的利用价值。这是重要的技术储备，是未来多途径利用生物质的基础，也是今后提高生物质能作用和地位的关键。
d．同时，利用山地、荒地和沙漠，发展新的生物质能资源，研究、培育、开发速生、高产的植物品种，在目前条件允许的地区发展能源农场、林场，建立生物质能源基地，提供规模化的木质或植物油等能源资源。
4.2对策
根据上面的主要发展方向，今后我国生物质利用技术能否得到迅速发展，主要取决于以下几个方面：
a．在产业化方面：加强生物质利用技术的商品化工作，制定严格的技术标准，加强技术监督和市场管理，规范市场活动，为生物质技术的推广创造良好的市场环境。
b．在工业化生产与规模化应用方面：加强生物质技术与工业生产的联系，在示范应用中解决关键的技术在技术研究方面：既重点解决推广应用中出现的技术难题，在生产实践中提高并考验生物质能技术的可靠性和经济性，为大规模使用生物质创造条件。
c．在技术研究方面：既重点解决推广应用中出现的技术难题，如焦油处理，寒冷地区的沼气技术等，又要同时开展生物质利用新技术的探索，如生物质制油，生物质制氧等先进技术的研究。
d．制定一项生物质能源国家发展计划，引进新技术、新工艺，进行示范、开发和推广，充分而合理地利用生物质能资源。在21世纪，逐步以优质生物质能源产品（固体燃料、液体燃料、可燃气、由、执等形式）取代部分矿物燃料，解决我国能源短缺和环境污染等问题。
4.3优先领域
．秸秆能源利用
．有机垃圾处理及能源化
．工业有机废渣与废水处理及能源化
．生物质液体燃料
4.4重大关键技术
．高效生物质气化发电技术
．有机垃圾IGCC发电技术
．高效厌氧处理及沼气回收技术
．纤维素制取酒精技术
．生物质裂解液化技术
．能源植物培育及利用技术
5.结语
生物质能源在未来世纪将成为可持续能源重要部分。我国幅员辽阔，但化石能源资源有限，生物质资源丰富，发展生物质能源具有重要的战略意义和现实意义。采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源，开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。希望得到社会各界、各级政府、专家学者的广泛关注与支持，为我国的生物质能源事业创造有益的发展环境。
IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整体煤气化联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。
IGCC由两部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气──蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。
IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。
IGCC电厂的优点
1、IGCC用水量较少
与同等规模的PC电厂相比，IGCC电厂用于冷却用途的水量减少33%。这是由于IGCC电厂生产的约2/3电力都来自于燃气轮机，1/3来自于汽轮发电机，而汽轮发电机才需要冷却水。尽量减少用水需要,在美国一些用水量属于重大选址难题的地区是一个显著的优点。
2、IGCC生成的副产品
在采用高温气化技术时，原料所剩余的灰渣以一种类似玻璃一样的不会渗析的废渣形式排出。这种废渣可用于生产水泥或屋面瓦，或作为沥青填缝料或集料。这种废渣与绝大多数PC电厂所生成的底灰和飞灰不同，底灰和飞灰更容易渗析。而且，这种废渣比飞灰更容易输送、贮存和运输。
1．概述
锅炉是目前应用最广泛的能源终端利用技术，也是大气中污染物排放的主要来源。燃烧过程中排放的污染物，如：二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)排入大气后会引起局部地区酸雨；二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)等温室气体的排放，将会引起全球气候变暖。全球变暖引起的气候变化是全世界面临的重大挑战，提高能源转换和利用效率以及更好地控制燃烧过程是减少大气排放物的主要措施。表1列出了燃烧过程中的排放物及其对环境的影响。
为控制全球气候的继续变暖，保护人类的生存环境。1997年在日本京都召开了联合国气候变化框架公约第三次缔约方会议，通过了一项有法律约束力的“联合国气候变化框架公约京都议定书”。议定书对38个主要工业化国家的CO2等温室气体作了具体减排规定，以保证从整体上将温室气体排放量从1990年的水平上至少下降5.2%。
1.1 超超临界燃煤发电技术(USC)
由于超超临界燃煤发电技术(USC)仍是基于常规发电系统的渐进技术，所以发展USC技术是最具有现实意义的，而且和其它技术相比极具竞争力，目前一些经济发达国家都开始采用USC发电机组。日本已经投运了16台蒸汽参数为593°C，单机容量700～1050MW级的超超临界发电机组，已投运的超超临界发电机组的效率都达到43%以上。丹麦已于1992年在VEST电厂投运一台407MW,参数为25.1 MPa,560/560°C的超临界机组，其供电净效率达到45.3%。丹麦的Nordjyllandsvaerket电厂建有两台412MW的超临界机组，分别燃用煤和天然气，蒸汽参数为28.5MPa，580/580/580°C，其中3号机组热效率可达47%。目前正在进行的EC Joule-THERMIE 计划将发展蒸汽压力为37.5MPa，蒸汽温度为 700 °C的更先进的超超临界机组，其发电效率将超过50%。
面临这种紧迫形势，我国国家电力公司也及时提出了发展超超临界并建立示范电厂的863高技术发展计划，目前该计划的第一子课题“超超临界发电机组技术选型”已经完成，经过专家论证，并结合我国动力制造业发展的前提条件，认为我国发展容量为700～1000MW，蒸汽参数为：25MPa，593/593°C(或600/600°C)的超超临界发电机组是合适的。
表4示出了超超临界发电机组和常规发电机组相比热效率提高的幅度、燃料节约量、温室气体减少的排放量的数据对比，可以看到，超超临界发电机组具有无可比拟的优越性。
表4 超超临界发电机组和常规发电机组节能和减排潜力对比
1000 MW机组容量
常规对比机组
第一阶段
第二阶段
第三阶段
蒸汽条件
压力(MPa)
24.1
31.4
30.0
34.3
温度(℃)
538/566
593/593/593
630/630
649/593/593
热效率增加值(%)
基准值
5.0
4.8
6.5
年节煤量(t)
基准值
96 000
95000
13400
CO2年减排量(106Nm3)
基准值
117
112
152
3.1.2 整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)
IGCC发电技术通过将煤气化生成燃料气、驱动燃气轮机发电、其尾气通过余热锅炉生产蒸汽驱动汽轮机发电，使燃气与蒸汽联合发电，有较好环境效果并提高发电效率。IGCC技术具有系统效率高、环保性能好、易大型化、燃料适应性好等特点，但其投资也较一般燃煤电站高。科技部于“九五”期间组织进行了煤气化、热煤气净化、燃气轮机等关键技术研究；国家计委已批准在山东烟台采用引进方式建设一座400MW等级IGCC示范电站的立项报告。
IGCC由于系统技术的复杂和较高的运行成本(表3)，使其在商业化运行的可靠性和经济竞争力上都存在问题，因此近年来单一发展IGCC的进展缓慢，其发展速度明显滞后于超超临界燃煤发电技术，但开发者们提出将IGCC技术与化学产品制造、热力供应等联合建设形成多联产系统概念，使化学品的合成和电、热生产形成最优化的技术组合，同时最终还致力于包括CO2在内的各种污染物的治理和零排放，是未来煤化工－能源技术发展的方向。
3.1.3 燃气蒸汽联合循环发电技术
燃气蒸汽联合循环电站具有能源利用率高、占地面积少、造价低、建设周期短、运行和维修成本低、以及能适应于缺水地区等优点。2001年投入运行的由日本东芝公司和美国通用电气公司共同开发的新一代H型联合循环机组，其高温燃气轮机入口温度高达1500℃，热效率达60%以上。随着天然气资源的进一步开发和引进，以及西气东送工程的建设，发展一定数量的燃气蒸汽联合循环电站可以减少以燃煤为主的火力发电。采用燃气蒸汽联合循环发电不仅可提高能源利用率，更重要的是能有效地减少温室气体及其它有害物质排放。以德国Nosener Brucke的一个265MW的原燃煤热电厂为例，改为以天然气为燃料的燃气蒸汽联合循环发电厂后，单位发电量所产生的温室气体CO2排放减少了50%；与此同时，其他有害物质排放如SO2减少了99%，NOx减少了75%，悬浮颗粒减小了97%。
3.2提高能效的工业及民用供热技术
近年来工业及民用供热技术得到了较快的发展，这一方面是为了满足广大人民群众对生活质量提高的不断要求；另一方面，为了节约日渐减少、日益昂贵的能源和减少污染物排放，保护环境，必须研究和开发高效能的新型能源供热技术。目前已经被实践证明了的先进供热技术主要是常规的热电联产技术(Conventional CHP)和区域供热(District Heating,简称DH)；在国外已经占领市场而在我国尚开始研究开发的冷凝式锅炉(condensing boiler，简称CB)供热技术；多年前已经开始研究开发且目前正在继续完善的，估计2005年能够投入规模商业化运行的家庭微型热电联产 (Micro CHP) 技术、光电(Photo-voltaic,简称PV)转换技术和燃料电池(Fuel Cell)供热技术，还有将会获得日益发展的再生能源供热技术，如太阳能供热(Solar Heating，简称SH)技术，生物质供热(Biomass Heating，简称BH)技术等。
热电联产的类型较多，凡是能够发电的技术都适合热电联产，目前我国主要采用小热电厂进行热电联产改造，对于热负荷比较稳定，一天内波动较小的热电厂，可全部采用背压式或抽汽背压式供热机组，将来会得到发展的还有：燃气轮机热电联产技术，燃气—蒸汽联合循环热电联产技术，燃气—蒸汽联合循环热电联产技术的过程框图如图1所示。图中示出了三种热电联产的方式，其热效率分列如下：
A.燃气轮机发电+余热锅炉发电=40%～50%效率
B.燃气轮机发电+余热锅炉发电+供热=50%～85%的系统效率
C.燃气轮机发电+余热锅炉直接供热=80%～85%的系统效
HRSG
GT
C
燃料
发电 A
发电+供热 B
直接供热 B
图1 燃气—蒸汽联合循环热电联产技术过程框图和热效率
前苏联区域供热占总供 热 量的70%，其中一半来自热电联产；丹麦目前区域供热占总供热量的50%，其中30%来自热电联产；芬兰区域供热占总供热量的45%，其中70%来自热电联产，热电联产发电占全国总发电量的32%；荷兰热电联产总装机800万千瓦，占全国总装机的40%；一直以分散供热为主的英国，现在热电联产装机容量也接近400万千瓦了。近年来，随着国际电力市场的自由化，电力供应正在向小规模和非集中化转变，这将给城市小型燃气热电联产带来光明的前景。
3.2.1常规热电联产技术
热电联产(Combined and Heat Power，CHP)是指单一机组能够同时提供电力和供热的高能效(higher Energy Efficiency)能源利用方式。纯凝汽式电站机组在生产电力的同时向环境排放热能，而热电联产机组则利用这部分热能满足供热的要求。能源利用效率超过纯凝汽式电站机组40%以上；热和电生产成本低；电力生产是热电联产最有价值的产品，但热电联产需要有基本的热负荷来维持，电力生产才能继续。大多数的热电联产机组采用典型的设计方案，冬天满足采暖供热的需要，在夏天满足热水供应，一些辅助的供热则由备用锅炉满足。丹麦和英国的热电联产技术的推广经验表明：
高效、清洁、节能、低排放 ，CHP已经成为公认的具有高能效和环保效益的技术，图2示出了常规超临界电厂、区域供热热电厂、热电联产电厂热效率的比较。
常规超临界电厂 区域供热热电联产电厂
图2 热电联产电厂和其他电厂及供热热效率的比较
热电联产是公认的提高燃料能源利用率的重要手段。近年来，人们又把溴化锂吸收式制冷引入热电联产，结合形成了热电冷三联产。这些联产机组的综合热效率可达60%～85%。实践证明，热电联产比热电分离生产要节约20%的能源，与此同时可减少30%～44%的CO2排放。
发达国家十分重视热电联产技术的应用。德国1995年就已拥有了255台燃气透平的热电联产机组，共发电3 152MW；此外，还有发动机驱动的联产机组28700台，总共发电1 450MW。
3.2.2 家庭微热电联产技术
微型热电联产(Micro CHP)或家用热电联产(Domestic CHP)供热技术是指能在一个独立住宅中同时供应电力和热能的技术，它不只是比常规热电联产机组小，更重要的是它在技术原理、运行和经济性方面具有本质的区别。
家庭微型热电联产(Micro CHP)供热技术具有以下优势： 它是家庭用独立热电联产生产单元；易于对常规锅炉实施更换；每年3500小时免维护运行；电力生产可以取代家庭中的部分网电消耗；提供更大的能源和环保收益。
家庭微型热电联产供热机组在一般情况下可将70%-80%的燃料高位发热值转换成采暖或热水的热能供应，其中的10%-25%转换成电力。其余的10%-15%为烟气损失，在冷凝状态下的高位发热值的热效率可达90%，能够达到冷凝式锅炉的热效率，因此，在目前状况下，家庭微型热电联产供热机组还替代不了冷凝式锅炉，但可以替代常规的供热锅炉。估计在英国，5年后，家庭微型热电联产供热机组会和冷凝式锅炉平分家用供热市场，每年消费约100，000台，当然，这仅仅是一个市场预测。
民用住宅供热技术目前在欧洲发展迅速，过去一直采用常规锅炉技术，目前可以取代
常规锅炉实施供热的技术主要有：冷凝式锅炉(CB)供热技术，Micro CHP供热技术、(CB-PV)供热技术和Fuel Cell供热技术，太阳能供热(SH)技术以及生物质供热(BH)技术等。图3示出了其中某些新型供热技术对二氧化碳减缓的巨大潜力。可见，既能发电又能供热的家庭微型热电联产 (Micro CHP) 技术更具市场潜力。
和常规电厂、常规热电联产电厂相比，家庭微型热电联产 (Miro CHP) 技术由于不需要电力传输和分配，转换效率高，将会具有更大的市场份额。表5示出了燃气的常规电厂、常规的热电联产电厂家庭微型热电联产技术的有效能量比较。
图 3 新型供热技术对二氧化碳减缓的巨大潜力
表5三种燃气电厂生产有效能量的比较
3.2.3 区域供热技术
3.2.4 冷凝式锅炉技术
冷凝式锅炉是指能够从锅炉排放的烟气中吸收水蒸气所含的汽化潜热的锅炉。常规锅炉将烟气中大部分显热传递给水或蒸汽，而冷凝式锅炉不仅将更大一部分显热传递给水或蒸汽，而且还吸收了部分烟气中的水蒸气冷凝后释放的汽化潜热。冷凝式锅炉这一概念的实现必须具有冷凝式热交换受热面，当然这种热交换可以是间壁式、再生式，也可以是直接接触热交换的结构形式。实际应用中要达到烟气中水蒸气的冷凝，系统回水温度一般要低于50～55℃。按照是否利用烟气中水蒸气的汽化潜热可以将锅炉分成二类：
(1)冷凝式锅炉 冷凝式锅炉因为吸收了烟气中大部分的物理显热和水蒸气的汽化潜热而具有较高的热效率，即使在低负荷运行时也是如此，冷凝式锅炉的排烟温度一般低于75℃。
(2)非冷凝式锅炉 或称常规锅炉，一直以来，避免尾部受热面产生冷凝是设计常规锅炉时努力坚持的基本原则。设计时要使尾部受热面壁温高于水露点和酸露点，排烟温度一般在170℃以上。烟气中水蒸气所含的汽化潜热随烟气通过烟囱排入大气。
图4示出了冷凝式锅炉(右)和常规锅炉(左)的主要结构差异。可以看出，冷凝式锅炉必须具有冷凝式热交换受热面，采用高性能的外壳保温和密封材料，锅炉本体和烟囱必须设置冷凝水排放装置，一般要增设引风机以克服冷凝式热交换受热面的阻力以及低排烟温度引起的自然通风力的下降。
图4常规锅炉和冷凝式锅炉的主要差别
锅炉负荷、系统回水温度、过量空气系数都直接影响冷凝式锅炉的热效率。图5和图6分别示出了系统回水温度冷凝式锅炉热效率的影响趋向。
图5 满负荷时热效率和回水温度的关系图6 热效率随负荷的变动关系
3.2.5新能源的开发利用
新能源泛指可再生能源及其他不同于常规的能源，可再生能源主要是指太阳能、风能、生物质能、地热能和水能等能源。它们具有资源丰富、无环境污染、清洁安全、资源不枯竭等优点，是实施可持续发展战略的重要组成部分。总体上来讲，我国可再生能源利用比重低，可再生能源资源丰富 ,但开发程度低，发展潜力巨大。估计在21世纪中叶前，我国可再生能源可采集量也仅为4～5亿tce，占一次能源总供应的比重不到10%。
PV模块
集热板
图7水泵由PV电源支持的常用的太阳能热水系统示意图
Solar Panel—集热板；Hot Water to Taps—送水龙头的热水；Mains Water in—进水； Boiler—锅炉；Solar Controller and Pump Unit—太阳能控制器和泵；Solar Hot Water Cylinder—太阳能储水容器
燃料电池技术是未来新兴的绿色能源技术，是具有能源革命意义的新一代能源动力系统，被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统。
将来可以实现燃料电池的热电联产技术有：质子交换膜燃料电池(PEFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等4种燃料电池技术，科学家们已经研究了这些燃料电池技术的工艺、性能、使用条件、制造材料、系统集成、示范工程、商业化项目以及燃料电池系统用于冷热电联产的评估方法等诸多问题。国际能源界普遍认为氢能是一种可持续发展的能源，氢燃料电池对解决“能源短缺”和“环境污染”有重要意义。表6示出了基于燃料低位发热值的各种能源转换技术的热效率。
富氧燃烧是通过使用比空气含氧多的氧化剂完成燃烧过程，也称增氧燃烧，简称OEC。OEC技术能提高生产热负荷，提高热效率，降低废气及NOx排放，提高传热效率。将来很多燃烧过程都可以采用OEC技术，如整体煤气化联合循环中的煤气燃烧反应均采用富氧燃烧技术，氧气含量为85%～95%；即使采用空气分级燃烧技术，也可以采用富氧技术。另外，富氧技术还被用于固体垃圾焚化炉的焚烧，减少污染物的排放。
3.4污染物减排技术
提高电厂热效率，减少燃料消耗量是污染物减排的首要措施；改善燃烧技术，合理有效地组织燃烧过程，在燃烧过程中减排也是重要的减排技术，可以大幅度降低污染物排放，但当排放的限制更严格，而且靠炉内燃烧减排不能满足要求时，仍然需要采取烟气脱硫脱氮技术措施。烟气脱硫技术(FGD)经历了30多年的发展过程,主要有湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫，其中一些已进入商业化应用。烟气脱氮技术大致可归纳为干法和湿法烟气脱氮两大类，干法主要有选择性催化还原法(SCR)，非选择性催化还原法(NSCR)和选择性无催化还原法(SNCR)。湿法脱氮的工艺过程包括氧化和吸收，湿法脱氮一般同时具有脱硫的效果。因此未来污染物减排技术的发展方向是脱硫脱氮装置一体化与脱硫脱氮资源化。
4．锅炉材料、设计、制造和控制技术进展
先进的材料，设计以及制造和控制技术是未来锅炉技术取得更大进步必须具有的技术储备和基础，这些技术的综合运用将会使高能效低排放的锅炉技术进入一个崭新的阶段。
4.1先进锅炉材料
4.1.1超超临界锅炉材料
发展高蒸汽参数的超超临界的机组已经成为近20年全世界动力工程行业为之奋斗的目标。世界发达国家投入了大量的人力物力研究开发新型的耐热材料，这些材料主要分为铁素体钢、奥氏体钢及高镍铬合金，对于600℃的主蒸汽条件，在不考虑燃料强腐蚀性的前提下，一般不会用到高镍铬合金。因此，用于600℃的主蒸汽条件的耐热材料主要是铁素体钢和奥氏体钢。其中铁素体钢为：T23/P23，T91/P91，T92/P92，E911，T122/P122；奥氏体钢为：TP347HFG，Super304H，TP347H，TP321H等，若考虑中等程度以上的燃料腐蚀性时，还要增加使用20%Cr的TP310,HR3C和NF709。表7示出了600℃主蒸汽温度下侯选耐热材料的名义化学成份。
4.1.2冷凝热交换器耐腐蚀材料
DOE/GRI联合对普通的低碳奥氏体不锈钢如304L生产的冷凝式热交换器发生的点蚀(PC)、间隙腐蚀(CC)和应力腐蚀开裂(SCC)进了研究，发现腐蚀起源于氯离子腐蚀机理。经过试验认证，含有高铬和高钼的铁素体不锈钢,如AL29-4C，还有镍基合金，如Hastelloy C27，以及高钼含量的奥氏体不锈钢，如AL-6XN、254SMO和654SMO（城市垃圾焚烧锅炉的烟气冷凝）可以成功地抵抗冷凝水的腐蚀。钢中添加铬含量能抵抗冷凝水的一般腐蚀（如SO4-, NO2-, NO3-,等），高钼含量能抵抗不锈钢的PC，CC及SCC(C1-)。表8列出了几种常用材料的化学成分，表中实际烟气中折算的腐蚀速率单位为mm/年。
4.2 先进的CFD计算机模拟设计技术
传统锅炉的经验设计方法存在很多的问题，设计本身依赖于经验，但是经验的可靠性一般无法验证，一般企业不可能制造一个1：1的模型进行测试，代价太大，先进的CFD计算机模拟设计技术就可以解决这个问题。
目前先进的设计人员广泛使用CFD计算流体动力学方法分析炉内流体的流动工况，使研究开发成本大为降低，而且获得了大量的有益的分析数据。如对于圆柱形结构的有机热载体炉，CFD计算机数值模拟的结果表明：炉膛中央的回流区将火焰压向炉管，造成火焰强烈地掠过炉管。通过分析，我们可以改变燃烧器出口的火焰形状，分解中心的回流区，使火焰和烟气不直接接触炉管表面，可以避免炉管过热。
除了模拟火焰的流场和速度场，也可以采用CFD计算流体动力学计算方法优化炉体的结构，采用CFD的预处理软件，自动将研究区域划分成含有500，000个网格的划分结构，对多数的模化区域使用六面体网格划分单元，炉管周围复杂的区域使用六面体网格划分单元，计算机模拟可以让我们尝试一系列不同的结构组合并对其结果进行比较，获得优化的结论。通过这种优化，可以使加热炉提高20%的出力，而不使炉管发生过热。
(1)蛇行管束直管接长的全自动TIG/MIG、TIG/MAG、热丝TIG焊接技术，大大提高了焊接速度和焊接质量；
(2)锅筒大口径管接头角焊缝的半自动药芯焊丝二氧化碳气体保护焊接技术，大大提高了劳动生产率和接头焊接质量，焊缝外观质量和焊缝高度、连接强度大大改善；
(3)未来大型的高效发电机组将更会更多地采用铁素体钢和奥氏体不锈钢的焊接，如：TP347H，TP347HFG，Super304H等的焊接以及它们和相关铁素体钢的焊接；目前这些焊接多采用手工焊接，今后也要发展自动焊接技术；
(4)厚板的窄间隙焊道溶敷技术；
(5)工业和生活锅炉的管板和烟管焊接的全自动全位置氩弧焊焊接技术，大大提高了劳动生产率和接头焊接质量，焊缝外观质量和焊缝高度、连接强度大大改善；
(6)工业锅炉将来焊接技术的发展方向主要是全自动焊接技术以及气体保护焊接技术；逐渐减少手工电弧焊的使用；
4.4先进控制技术
发电设备制造行业的控制技术所指的内容非常广泛，包括物料控制，产品质量控制，管理控制等。本文所谈的先进控制技术主要是指锅炉产品本身的性能控制技术，控制技术是保证锅炉产品最完美体现其性能的可靠保障。
以循环流化床锅炉(CFB锅炉)为例，由于其燃烧效率高，燃料适应性广，低污染排放等优点而受到广泛的重视，在世界各国得到迅速的发展。但CFB锅炉在理论和实践方面仍有许多不完善之处，尤其是在控制与优化运行方面，大多数的CFB锅炉的自动化水平不高,有的至今仍采用手动操作,有的甚至曾出现过因控制系统设计不当而导致的事故。造成这一局面的原因是因为CFB锅炉是一个多参数、非线性、时变及多变量紧密耦合的复杂系统。因此，一方面应继续对CFB锅炉的各变量之间的参数进行理论方面的研究；另一方面应采用人工智能和计算机科学的最新进展，发展专家系统，神经网络，模糊控制等技术不断完善锅炉控制技术。
新型的冷凝式锅炉具有可变出力调节(VCO,Variable Controlled Output)控制功能，VCO是冷凝式锅炉最新的控制技术，可调负荷从30%~100%，如典型的家用联合供热冷凝式锅炉负荷变动范围为5kW~24kW。该功能同时具有天气补偿的作用，当用于加热建筑物的热量随着天气条件的变化升高或降低时，该功能能在确保锅炉高效运行的基础上自动调节锅炉的出力，一般要采用比例调节的燃烧器才能达到。
参考资料： 江苏海国节能审计事务有限公司
低碳经济是以减少温室气体的排放为目标,并以构筑低污染、低能耗为基础的经济发展体系,其中包括低碳能源系统、低碳技术和低碳产业体系.
低碳能源系统是指通过发展清洁能源,包括风能、核能、太阳能、地热能和生物质能等替代煤、石油等化石能源以减少二氧化碳的排放.低碳技术包括清洁煤技术(IGCC)和二氧化碳捕捉及储存技术(CCS)等等.低碳产业体系包括火电减排、新能源汽车、节能建筑、工业节能与减排、循环经济、资源回收、环保设备、节能材料等等.
低碳经济的起点是统计碳源和碳足迹.二氧化碳有三个重要的碳源,其中最主要的碳源是火电排放,占二氧化碳排放总量的41%；其中增长最快的则是汽车尾气排放,占比25%,特别是在我国汽车销量开始超越美国的情况下,这个问题越来越严重；建筑排放占比为27%,随着房屋数量的增加而持续稳定的增长.
2．研究低碳经济的意义
发展低碳经济,一方面是为了积极承担保护环境的责任,完成国家节能降耗指标的要求；另一方面是为了调整经济结构,提高能源利用效益,发展新兴工业,建设生态文明.这是摒弃以往先低端后高端、先污染后治理、先粗放后集约的发展经济模式,是实现经济发展与资源环境保护双赢的必然选择.
