生物质能在使用时可以转化为哪些形式的能?请举例说明
生物质能的利用主要有直接燃烧(热能.光能)、热化学转换(热能.化学能)和生物化学(热能.化学能)转换等3种途径。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶,推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施,被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下,使生物质汽化、炭化、热解和催化液化,以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气、乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。
其实能量是能相互转换的,经过处理生物质能能产生其他形式的能量!
生物能源的优势
第一,生物燃料中代表性的生物醇油是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品,而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。
第二,生物燃料是产品上的多样性。能源产品有液态的生物乙醇和柴油,固态的原型和成型燃料,气态的沼气等多种能源产品。既可以替代石油、煤炭和天然气,也可以供热和发电。
第三,生物燃料是原料上的多样性。生物燃料可以利用作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的有机废水废渣、城市垃圾,还可利用低质土地种植各种各样的能源植物。
第四,是生物燃料的“物质性”,可以像石油和煤炭那样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品,形成庞大的生物化工生产体系。这是其他可再生能源和新能源不可能做到的。
第五,生物燃料的“可循环性”和“环保性”。生物燃料是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产品;生物燃料的全部生命物质均能进入地球的生物学循环,连释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球的循环,做到零排放。物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先进生产模式。
第六,生物燃料的“带动性”。生物燃料可以拓展农业生产领域,带动农村经济发展,增加农民收入;还能促进制造业、建筑业、汽车等行业发展。在中国等发展生物燃料,还可推进农业工业化和中小城镇发展,缩小工农差别,具有重要的政治、经济和社会意义。
第七,生物燃料具有对原油价格的“抑制性”。生物燃料将使“原油”生产国从目前的20个增加到200个,通过自主生产燃料,抑制进口石油价格,并减少进口石油花费,使更多的资金能用于改善人民生活,从根本上解决粮食危机。
第八,生物燃料是创造就业机会和建立内需市场。巴西的经验表明,在石化行业1个就业岗位,可以在乙醇行业创造152个就业岗位;石化行业产生1个就业岗位的投资是22万美元,燃料行业仅为1.1万美元。联合国环境计划署发布的“绿色职业”报告中指出,“到2030年可再生能源产业将创造2040万个就业机会,其中生物燃料1200万个”。
直接燃烧技术可追溯至19世纪,当今依然广泛应用。如图3-5所示,直接燃烧热电联产系统主要组成部分包括燃料供应、锅炉、汽轮机/发电机、电力(热力)供应,常用于生物质燃烧的锅炉为炉排锅炉和流化床锅炉,这两种锅炉既可以完全依靠生物质来维持燃烧也可以将煤与生物质混合燃烧。
直接燃烧生物质热电联产系统与燃煤热电联产系统相比,增加了生物质准备工场、生物质处理设备(干燥器、筛选机和研磨机等)、捕集大颗粒粉尘的旋风分离器、处理细微粒的囊式集尘室、干式筛分系统、氮氧化物排放量控制装置等其他设备。
气化技术是指将生物质通过高温分解或厌氧发酵产生中、低热值的合成气。合成气的热值在3726 ~ 18630kJ/m3之间,具体数值取决于生物质的含碳量、含氢量以及汽化器的特性。生物质气化热电联产系统主要组成部分包括生物质气化装置、气体处理装置、锅炉或燃气轮机、发电机、电力(热力)供应。气化技术与直接燃烧技术相比,具有气体燃料用途广泛、适于处理不同类型的生物质原料以及低排放量的特点。对于生物质直接燃烧的热电联产系统而言,主要的关键设备包括生物质燃料成型设备、生物质燃料锅炉、汽轮机、发电机对于生物质气化热电联产系统,主要的关键设备包括生物质燃料气化装置、内燃机或燃气轮机、发电机。
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“发电机组一年运转10个半月,要吃掉秸秆22万吨。我们通过集中管理、免费收割、创新技术等措施解决了生物质发电的原料问题。同时也实现秸秆的零废弃、零污染和高效利用。”江苏生物发电有限公司董事长王介绍说。
生物质发电成本怎么降?
工业化管理秸秆的收、储、运,建筑废木料破碎掺烧,提高热值
“我们利用循环流化床技术,以小麦、水稻、棉花等农作物秸秆和其他生物质为原料发电供热。”走在厂区大道上,王说,目前,通过升压站,将电输送到长湾变电所并入国家电网,年可发电量1.8亿度,供电量1.6亿度,供热35万吨。
据介绍,可年处理秸秆22万吨,相当于节约原煤15万吨,减排二氧化碳12万吨,减排二氧化硫1.8万吨,减排烟尘5200吨。而秸秆燃烧后的灰烬富含钾、磷等成分,可还田作为有机肥。
在生物质发电行业中,原料成本约占总成本的60%~70%,也是盈亏关键所在。目前,收运大多依靠人工,随着劳动力、燃油等成本的提高,以及秸秆收购价格的不断攀升,支出成本不断增加,也导致了生物质发电企业普遍经营亏损。
数据显示,2013年,江苏省13家秸秆发电企业中,9家亏损,4家盈利,是盈利的4家之一。
2010年建厂之初,就购买了多台收割机,免费为农户收割农作物。农户既节省了200元/亩的收割费,又减少了秸秆处置的麻烦,而则解决了秸秆来源的难题。
由于秸秆热值较低,要达到发电能量,通常添加15%~20%的煤。通过技术创新,专门从德国进口了打碎机,对建筑废木料破碎后掺烧,来提高秸秆热值(热值在5000大卡左右)。
虽然采取了一系列措施,但每年秸秆收集的人力成本、燃油成本的上涨等,仍让倍感压力。
原料成本怎么降低?
探索秸秆收集利用新模式,签订近万亩土地集体流转协议
几十台收割机在稻田里作业,扒草机将产生的秸秆收集,打捆机将秸秆打成重约400公斤的包装,夹包机夹到路边卡车上,然后运回发电厂。这是探索的秸秆收集利用新模式在访仙镇农场秋收时展现出的景象。
镇农服中心副主任侯新华介绍说,作为市最大的农场,农场水稻种植面积有7000多亩,占了全镇水稻总面积的1/5。
2013年,投资2.5亿元,上马了30万吨大米加工项目,并与村签订全村近万亩土地的集体流转协议,打造当地最大的稻米种植基地。
为方便收集秸秆,投资4000多万元,统一派发种子、统一播种、统一收割、统一收粮,将流转农田交由31位受聘农户管理,农户管理工资为400元/亩,每亩要上交600斤麦子、1050斤稻子,超产部分由农户和农场分成。这31位种粮大户中最多的管理近千亩,最少的也有200多亩。
如何延伸产业链?
构建循环农业产业链,打造集发电、稻麦生产、加工、销售于一体的企业
“机械、种子、农药等农资都由公司承担,我们出人工、拿报酬,种得好还能拿超产分成,去年收入有10多万元。”一名受聘农户坦言,在家种田有这样的收入,真是做梦也没想到。
据悉,农场的主导产品是优质无公害稻米,生产过程中采用稻、鸭共养模式,使用无公害的有机肥料,收获的稻谷运往公司稻米加工厂加工,稻麦秸秆则作为生物发电厂的原料,发电后剩下的草木灰返还到基地作为有机肥料,循环利用,形成生态、环保、绿色、可持续发展的循环农业产业链。
据测算,每亩粮田稻麦两季可回收秸秆近一吨,每吨秸秆可发电800度,每年农场及周边农户回收的秸秆可达两万吨,可生产1600万度电。回收的秸秆经过能源化处理产生草木灰,再回归农田作为农场的生态肥料,形成颇具特色的清洁环保、生态循环的可持续发展农业产业链。
目前,该公司已是一家集生物质发电、优质稻麦生产、优质大米加工销售等涉农项目于一体的农业龙头企业。