生物质能的主要利用形式包括哪些

1生物质混燃发电与直燃发电、气化发电的对比

常见的生物质发电技术有直燃发电、沼气发电、甲醇发电、生物质燃气发电技术等。目前，国内研究较多的是生物质直燃发电和生物质气化发电技术，对生物质混燃发电技术的应用研究有限。基于我国小火电数量多而污染重的特点，以及农村生物质本身来源广且数量大的特殊国情，本文先从技术和政策角度对生物质混燃发电技术进行讨论，然后分析生物质混燃发电的经济效益、环保效益和社会效益，后者更为重要。

1.1生物质直燃发电现状

生物质发电主要是利用农业、林业废弃物为原料，也可以将城市垃圾作为原料，采取直接燃烧的发电方式。如英国ELY秸秆直燃电站是目前世界上较大的秸秆直燃电厂，装机容量为3.8万kW，年耗秸秆约20万t。古巴政府与联合国发展组织等机构合作，预计投资1亿美元兴建以甘蔗渣为原料的环保电厂。我国直燃发电方面在南方地区有一定的规模。两广省份共有小型发电机组300余台，总装机容量800MW。生物质直接燃烧发电技术已比较成熟，由于生物质能源需要在大规模利用下才具有明显的经济效益，因而要求生物质资源集中、数量巨大、具有生产经济性。

1.2生物质气化发电现状

生物质气化发电是指生物质经热化学转化在气化炉中气化生成可燃气体，经过净化后驱动内燃机或小型燃气轮机发电。小型气化发电采用气化-内燃机(或燃气轮机)发电工艺，大规模的气化-燃气轮机联合循环发电系统作为先进的生物质气化发电技术，能耗比常规系统低，总体效率高于40％，但关键技术仍未成熟，尚处在示范和研究阶段。在气化发电技术方面，广州能源研究所在江苏镇江市丹徒经济技术开发区进行了4MW级生物质气化燃气-蒸汽整体联合循环发电示范项目的设计研究，并取得了一定成果。

1.3生物质混燃发电现状

生物质混燃发电技术在挪威、瑞典、芬兰和美国已得到应用。早在2003年美国生物质发电装机容量约达970万kW，占可再生能源发电装机容量的10%，发电量约占全国总发电量的1%。其中生物质混燃发电在美国生物质发电中的比重较大，混烧生物质燃料的份额大多占到3%～12%，预计还有更多的发电厂将可能采用此项技术。英国Fiddlersferry电厂的4台500MW机组，直接混燃压制的废木颗粒燃料、橄榄核等生物质，混燃比例为锅炉总输入热量的20%，每天消耗生物质约1500t，可使SO2排量下降10%，CO2排放量每年减少100万t。在我国生物质混燃发电技术应用不多，与发达国家相比还相距较远。但是该项技术可以减少CO2的净排放量，符合低碳经济的发展要求、符合削减温室气体的需要，具有很大的发展潜力。

在我国农村，农户土地分散导致秸秆收集难度较大，收集运输成本限制着秸秆的收集半径，加上秸秆种类复杂，若建立纯燃烧秸秆的电厂，难以保证原料的经济供应。掺烧生物质不失为一种更现实的解决方案，即把部分生物质和煤混燃，减少一部分耗煤。与生物质直燃发电相比，生物质混燃发电具有投资小、建设周期短、对原料价格易于控制等优势。从技术上看，混烧比纯烧具有更多的优越性：可以用秸秆等生物质替代一部分煤来发电，不必新建单位投资大、发电效率低的纯“秸秆”电厂。何张陈将混燃案例与气化案例作了比较，发现气化案例的发电成本要比混燃案例高，而且对生物质价格变化更敏感。兴化中科估计的单位装机容量投资约为丰县鑫源投资的11.3倍，约为宝应协鑫的1.4倍。混燃还可以提高秸秆等生物质的利用效率、缓解腐蚀问题、减少污染、简化基础设施。

2生物质混燃发电技术解析

由于我国小火电厂数量多并且污染大，与其废弃关闭，不如因地制宜的对一些小型燃煤电厂设备略加改造，利用生物质能发电。典型的生物质能发电厂设备规模小，装机容量<30MW；但是利用生物质混燃发电既可发挥现有煤粉燃烧发电的高效率，实现生物质的大量高效利用，而且对现役小型火电厂改造无需大量资金投资，凸显出生物质混燃发电的优越性，特别是生物质气化混烧发电通用性较强，对原有电站的影响比直接混烧发电对原有电站的影响小些。生物质锅炉按燃烧方式有层燃炉、流化床锅炉、悬浮燃烧锅炉等方案可供选择，对现役火电厂实施混燃技术改造，锅炉本体结构不需大的变化（主要改造锅炉燃烧设备）。改造主要涉及在已有燃料系统中进行生物质掺混，有以下3方式。

（1）在给煤机上游与煤混合，再一起制粉后喷入炉膛燃烧。

（2）采用专门的破碎装置进行生物质的切割或粉碎，然后在燃烧器上游混入煤粉气流中，或通过专设的生物质燃烧器喷入炉膛燃烧。

（3）将生物质在生物质气化炉中气化，产生的燃气直接通到锅炉中与煤混合燃烧。本文主要以第2种和第3种为研究对象。

技术上，生物质和煤混燃关键是生物质燃料的选择和积灰问题。燃料的选择可以通过管理手段并辅以掺混设备加以解决。下面主要讨论积灰问题。

生物质和煤混燃的可行性，在一定程度上受积灰的影响很大。不同燃料的积灰特性与多种因素相关，如灰的含量、飞灰的粒径分布、灰的组成和灰的流动性。积灰是必须考虑的重要因素，因为积灰对锅炉运行、锅炉效率、换热器表面的腐蚀和灰的最终利用都有重要影响。与煤相比，生物质（如秸秆）和煤混燃时，两种原料之间的相互作用会改变积灰的组成、降低颗粒的收集效率和灰的沉降速率。生物质灰中碱性成分（特别是碱金属K）含量也比较高，且主要以活性成分存在，从火焰中易挥发出来凝结在受热面上形成结渣和积灰，实际商业应用中生物质掺混比*高为15%，当掺比较小时，一般不会发生受热面灰污问题。国际和国内的经验均表明，生物质混燃发电在技术上没有大的障碍，技术上是完全可行的。

组成

生物质气化内燃发电系统主要由气化炉、燃气净化系统和内燃发电机等组成：

气化炉是将生物质能由固态转化为燃气的装置。生物质在气化炉内通过控制空气供应量，而进行不完全燃烧，实现低值生物质能由固体向气态的转化，生成包含氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、多碳烃（CnHm）等可燃成分的燃气，完成生物质的气化过程。

生物质气化发电机组

气化产生的燃气出口温度随气化炉型式的不同，在350℃～650℃之间，并且燃气中含有未完全裂解的焦油及灰尘等杂质，为满足内燃机长期可靠工作的要求，需要对燃气进行冷却和净化处理，使燃气温度降到40℃以下、焦油灰尘含量控制在50mg/Nm3以内，燃气经过净化后，再进入内燃机发电。

在内燃机内，燃气混合空气燃烧做功，驱动主轴高速转动，主轴再带动发电机进行发电。

生物质气化内燃发电就是通过以上过程，将各种废弃物化废为宝，转化为优质电能，解决废弃物的污染和能源的合理利用问题。

生物质发电主要包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电及沼气发电等多种类型。

生物质发电由于生物质发电所需的能量是燃料燃烧所散发的能量，对于燃料的质量要求不高，许多被其他行业淘汰下来的劣质燃料也可以投入使用，因此生物质发电历来就有变废为宝的说法。生物质发电足够稳定，不需要地区与环境的限制，只要能够保证燃料的充足。

生物质发电厂就能够按时按量发电。生物质发电的处境却也不容乐观。作为一个刚刚起步的行业，生物质发电并没有能力完成自负盈亏。生物质发电在更多意义上属于福利发电，这一属性决定了它很难独自完成资金的回笼，更多时候生物质发电的资金回流靠的是政府的资金补贴。

生物质能发电特点

1、生物能发电的重要配套技术是生物质能的转化技术，且转化设备必须安全可靠、维修保养方便；利用当地生物资源发电的原料必须具有足够的储存量，以保证持续供应；所有发电设备的装机容量一般较小，且多为独立运行的方式。

2、利用当地生物质能资源就地发电、就地利用，不需外运燃料和远距离输电，适用于居住分散、人口稀少、用电负荷较小的农牧区及山区；生物质发电所用能源为可再生能源，污染小、清洁卫生，有利于环境保护。

所谓生物质能是指从生物质转化产生的能。常用的生物质包括植物——农作物、薪材、草、木、人畜粪便、工农业有机废物、有机废水等。这些生物质能都直接或间接地（经过人和动物的消化或工农业加工）来源于绿色植物，来源于太阳能，因此，它又称“绿色能源”，实质上它是物化的太阳能。据计算，每年全球靠光合作用可产生生物质能1200亿吨，其所含能量是当前全球能耗总量的5倍。

由于生物质能的数量巨大，同时转化过程中很少或不产生污染物，世界各国都正在开发深度利用高效生物能的转换技术，使生物质成为具有广泛用途的热能、电能和动力用燃料，转化技术有下面两种：

通过液化将生物质转化为酒精。燃烧1千克酒精，可以放出29726千焦的热量，比普通煤的发热量高。而且酒精是液体能源，便于使用、贮存、运输。普通汽油发电机稍加改装，就可以用纯酒精作燃料。如果用汽油和酒精的混合物来开汽车，汽车发电机甚至不需改装就可以使用。1升酒精可以驱动汽车在公路上行使16千米。

酒精是用淀粉、糖等有机物经过微生物发酵作用生产出来的。含有淀粉和糖的生物质很多，包括甘蔗、甜菜、玉米、高粱、木薯、马铃薯以及水草、藻类等，它们都可以是生产酒精的原料。

巴西在这方面获得了巨大的成就，早在1975年，巴西就制定了“酒精计划”，逐步用酒精或酒精和汽油的混合物部分替代了石油，解决了交通用能供应的问题，目前巴西有90％的小汽车用酒精做燃料。美国目前有30％的汽油掺有酒精，酒精的掺入量约为10％左右。

通过发酵过程制作以甲烷为主的沼气。我国每年作为农家燃料烧掉的柴草合标准煤2亿吨，占全国总能耗的15％。但能量的利用效率比较低。

利用人畜粪便和秸秆为主要原料发展沼气池，既解决了家用燃料问题，又保持了农田肥力，减少化肥对水的污染。1990年，我国就有400多万户使用小沼气池，年产沼气10多亿立方米，沼气电站装机2000多千瓦，我国目前是户用沼气池最多的国家。

目前，我国很多的大型城市污水处理厂，利用处理厂中的固体废物进行沼气发酵，产生的沼气用来发电。在英国的5000多个污水处理厂中，有1／3是用通过发酵所产生的沼气作为动力的。法国在南部利摩日地区建造了两座垃圾发酵处理站，每年处理垃圾8.45万吨，每小时生产沼气800立方米，这些沼气已供一些工厂和煤气公司使用。

如过去的10多年中，美国已建成生物发电的容量达400多万千瓦，主要是采用木材及木制品工业废料气化后的气体燃料发电。国外结合治理城市环境污染，开始进行垃圾发电，技术已经成熟。仅日本就运行约100座垃圾电站，并计划把垃圾电站的装机容量发展到400万千瓦。因此，利用生物质能发电是当今新能源发电的新趋势之一。

我国是一个农业国，物质能资源非常丰富，年资源量是薪材3000万吨，秸秆4.5亿吨，稻壳0.15亿吨，另外还产生大量的城市排放的生活污水、垃圾、工业废水等。

利用生物质能发电在我国目前还是小规模、小范围的利用，稻壳转化发电容量只有5000瓦，沼气发电装置140个左右，总容量也只有2000千瓦。另外，我国还引进发电容量为4000千瓦的垃圾发电站。

固体生物质燃料气化过程的基础是碳的燃烧,这是因为：(1)碳是大多数生物质固体燃料中有机物质的主要组成部分；(2)碳的燃烧是反应过程中一个最大的阶段，它决定着整个燃烧气化过程；(3)碳的燃烧是气化过程所需热量的主要来源。所以首先分析生物质的燃烧过程，之后进一步研究生物质的气化过程。

生物质锅炉与燃煤锅炉的区别

1、生物质锅炉是以农林秸秆废弃物为燃料，燃烧清洁无污染，而燃煤锅炉是以矿石燃料煤炭为燃料，使用时产生了较多的粉尘，硫氧化物和氮氧化物。

2、生物质锅炉具有直接排放不冒烟、不怕结渣、不腐蚀特点，而燃煤锅烟尘污染大、燃烧不充分浪费大、不节能环保。

3、生物质锅炉的耐用性，稳定性，节能性更好。

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，这些植物以生物质作为媒介储存太阳能，属再生能源。据计算，生物质储存的能量比目前世界能源消费总量大2倍。人类历史上最早使用的能源是生物质能。19世纪后半期以前，人类利用的能源以薪柴为主。

生物质能特点

可再生性

生物质能属可再生资源，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用。

低污染性

生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应。

广泛分布性

缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能。

总量十分丰富

生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广，生物质资源还将越来越多。

广泛应用性

生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等形式存在，应用在国民经济的各个领域。

二、已核准的农林生物质发电项目(招标项目除外)，上网电价低于上述标准的，上调至每千瓦时0.75元；高于上述标准的国家核准的生物质发电项目仍执行原电价标准。

三、农林生物质发电上网电价在当地脱硫燃煤机组标杆上网电价以内的部分，由当地省级电网企业负担；高出部分，通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决。脱硫燃煤机组标杆上网电价调整后，农林生物质发电价格中由当地电网企业负担的部分要相应调整。

四、农林生物质发电企业和电网企业要真实、完整地记载和保存项目上网交易电量、价格和补贴金额等资料，接受有关部门监督检查。各级价格主管部门要加强对农林生物质上网电价执行情况和电价附加补贴结算情况的监管，确保电价政策执行到位。

具体价格看各地的政府支持以及扶持力度了。

对于生物质能发电工艺形式，将其总结为三种：一是直接燃烧发电，二是气化发电，三是生物质-煤混合燃烧发电。

立本研究员认为，随着国家对于生物质能发电产业扶持力度的加大和产业自身的不断发展，未来将会有越来越多的企业加入到生物质能发电的行列中来。

1、规划推动生物质发电爆发式增长

最新发布的《可再生能源“十二五”规划》中明确表示，2015年我国生物质发电装机达到1300万千瓦，其中农林生物质发电800万千瓦、沼气发电200万千瓦、垃圾焚烧发电300万千瓦，分别为2010年装机量的4.0、2.5和6.0倍，将带来行业的爆发式增长，按农林生物质和垃圾发电厂装机容量约为3万千瓦计算，相当于5年内要分别新建农林生物质和垃圾发电厂200和83座，总投资超过900亿元；沼气电厂规模一般较小，新建的数量更多。

2、民企有望加入生物质能发电产业

目前一些生物质发电企业的赢利水平不很乐观，主要原因是生物质发电行业技术水平参差不齐，管理水平有高有低，各地项目资源量和供应模式情况差异很大，因此赢利水平差别较大。

国家“十二五”期间将对民营企业发展加大支持力度，民营生物质发电企业的融资贷款有望得到支持，以帮助其解决资金问题、加快产业投资发展。在国家支持下，有魄力、有能力同时又熟悉当地情况的民营企业家投资生物质发电厂有很大的优势。