生物质能是怎么发电的?
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。
所谓生物质发电,就是利用秸秆、稻草、蔗渣、木糠等植物燃料直接燃烧或发酵成沼气后燃烧,燃烧产生的热量使水蒸汽带动汽轮机发电。目前国内最大的机组为1.5万千瓦,主要是将平原地带农民废弃的麦杆、稻草拿来燃烧发电,燃烧后的草木灰作为肥料,国家视作清洁能源,有政策补贴,但目前已运行的机组基本上亏损.......
生物质发电主要是利用农业、林业和工业废弃物为原料,也可以将城市垃圾为原料,采取直接燃烧或气化的发电方式。
近年来中国能源、电力供求趋紧,国内外发电行业对资源丰富、可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源的开发利用给予了极大的关注。于是生物质能发电行业应运而生。
世界生物质发电起源于20世纪70年代,当时,世界性的石油危机爆发后,丹麦开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来,生物质发电在欧美许多国家开始大发展。
中国是一个农业大国,生物质资源十分丰富,各种农作物每年产生秸秆6亿多吨,其中可以作为能源使用的约4亿吨,全国林木总生物量约190亿吨,可获得量为9亿吨,可作为能源利用的总量约为3亿吨。如加以有效利用,开发潜力将十分巨大。
为推动生物质发电技术的发展,2003年以来,国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东3个秸秆发电示范项目,颁布了《可再生能源法》,并实施了生物质发电优惠上网电价等有关配套政策,从而使生物质发电,特别是秸秆发电迅速发展。
最近几年来,国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底,国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万千瓦。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。可以看出,中国生物质发电产业的发展正在渐入佳境。
根据国家“十一五”规划纲要提出的发展目标,未来将建设生物质发电550万千瓦装机容量,已公布的《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标。此外,国家已经决定,将安排资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。总的说来,生物质能发电行业有着广阔的发展前景。
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。
生物质能的主要利用形式包括直接燃烧和发电、生物质裂解与干馏、生物质致密成型、生物质气化及发电、生物质热解液化、燃料乙醇、生物柴油 、能源作物。
1、直接燃烧和发电:直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和致密成型燃料燃烧四种情况。我国小型生物质燃烧发电也已商业化,南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东、广西两地共有小型发电机组380台,总装机容量达800兆瓦,云南省也有一些此类电厂。
2、生物柴油:目前我国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后有上海内燃机研究所和贵州山地农机所、中国农业工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、河南科学院化学所、华东理工大学、云南师范大学农村能源工程重点实验室等单位都对生物柴油作了不同程度的研究,并取得可喜的成绩。
3、生物质致密成型:致密成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用,主要优点是将分散和疏松的生物燃料进行集中和加密,以便于储存和运输,使之成为便捷和清洁高效的能源。主要缺点是生产成本偏高。
4、生物质气化及发电:我国已开发出多种固定床和流化床小型气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料生产燃气,热值为4~10兆焦/立方米。
目前用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用20多套。“十五”期间,按照国家高科技发展计划(863计划)已建成4兆瓦规模生物质气化发电的示范工程。
5、能源作物:能源作物种植是近期发展起来的新型产业,是随着生物质能开发与利用的不断深入和扩大逐步形成的。能源作物是指各种用以提供能源的植物,通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其它植物等。
许多能源作物是自然生长的,收集比较困难。现在人们有意识地培育一些能源作物,经过嫁接、驯化、繁殖,不断提高产量,以满足对能源不断增长的需要。甜高粱就是一种很好的能源作物。
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。
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。
1.我国的生物质能资源情况
我国拥有丰富的生物质能资源,据测算,我国理论生物质能资源50×108t左右,是我国目前总能耗的4倍。生物质能资源按原料的化学性质分,主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分,则主要包括以下几类:(1)农业生产废弃物,主要为作物秸秆。(2)薪柴、枝丫柴和柴草。(3)农林加工废弃物,木屑、谷壳和果壳。(4)人畜粪便和生活有机垃圾等。(5)工业有机废弃物、有机废水和废渣等。(6)能源植物,包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等。其中来源最广、储量最大、利用前景最可观的是农业生物质和林业生物质这两大类。
1)农业生物质
农业生物质资源包括农产品加工废弃物和农作物秸秆,如图7.13所示。农产品加工废弃物有花生壳、玉米芯、稻壳和甘蔗渣等;农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆等。据统计,我国各地区主要农业生物质的可利用总量约为5.6×108t,排名前三的地区分别是山东、河南、河北,而秸秆类农业生物质资源利用的主要方向为24%用于饲用,15%用于还田,2.3%用于工业,剩余的约60%用于露地燃烧或薪柴。因此,我国的农业生物质资源的应用潜力非常大。
图7.13 农业生物质
2)林业生物质
我国现有森林面积约1.95×108hm2,林业生物质总量超过180×108t,其中可利用的林业生物质资源有以下三类:一类是木本淀粉类资源,如栎类、果实、橡子等;二类是木本油料资源,如油桐、油茶、黄连木、文冠果、麻疯树等;三类是木质燃料资源,如灌木林、薪炭林、林业“三剩物”等。而且,我国还有近4000×104hm2的宜林荒山、荒地可用于种植能源林,还有近600×104hm2疏林地和5000×104hm2郁闭度(指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度)低于0.4的低产林地可用于改造。
目前世界上已有20多个国家在种植“柴油树”。我国河北省武安市马家庄乡连绵起伏的青山上,满山遍野生长着枝繁叶茂的黄连木树,这种树木的果实可以提炼柴油,当地群众将它称为“柴油树”。现在武安市共有这样的“柴油树”10万亩,年提炼柴油产量可达1000×104kg。据介绍,到2012年,武安市计划将“柴油树”发展到20万亩,年产柴油量达到2000×104kg。
2.生物质能资源的利用
主要应用在生物乙醇、生物柴油、生物质固体成型燃料和生物质能发电行业。
1)生物乙醇的应用
生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。我国生产生物乙醇的原料有甘蔗、甜高粱、木薯等高能品种,并建立了年产能力达5000t的甜高粱茎秆生产乙醇的工业示范装置。因传统粮食生产乙醇价格昂贵,为降低生产成本,我国已转向对微生物混合发酵法的研发。国家发展和改革委员会称,到2020年,我国15%生物质燃料将应用在汽车、轮船等行业。
2)生物柴油的应用
可从动植物油,如大豆、油菜、动物油脂以及餐饮垃圾中提炼生物柴油,因其环保性、润滑性、安全性能良好,可与石化柴油混合作为燃料。2005年6月,我国使用自主研发的生物酶法生产生物柴油,技术指标达到欧美生物柴油标准,标志着我国生物柴油研究取得了突破性进展。2010年生物柴油产能达300×104t/年,主要用于交通运输行业。我国提出了在2020年,生物柴油产能达200×104t的目标,已在海南建立了6×104t/年装置,产量居我国首位。
3)生物质固体成型燃料的应用
生物质固体成型燃料是将城市垃圾或农林废弃物,通过外力作用,压缩成型来增加其密度的可燃物质,具有高效、清洁、无污染等优点。图7.14为生物质捆装压缩示意图。我国的生物质成型燃料生产设备有螺旋挤压式、活塞冲压式、模辊碾压式,燃料形状主要有块状、棒状、颗粒状三种。北京奥科瑞丰公司生物质固体成型燃料年产量为60×104t,居全国首位,主要应用在直接燃烧取暖与工业锅炉等方面。
图7.14 生物质捆装压缩
4)生物质能发电的应用
生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电,是可再生能源发电的一种,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、沼气发电。为推动生物质能发电技术的发展,2003年以来,国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东三个秸秆发电示范项目,颁布了《中华人民共和国可再生能源法》,并实施了生物质能发电优惠上网电价等有关配套政策,从而使生物质能发电,特别是秸秆发电迅速发展。
2008年,蒙牛建成全球最大的生物质能沼气发电厂,得到联合国开发计划署环保基金的大力支持。图7.15为蒙牛生物质能沼气发电厂。
图7.15 蒙牛的全球最大生物质能沼气发电厂
3.生物质能开发利用的主要技术
生物质能开发利用在目前阶段的主要技术有三大类:物理转化、化学转化和生物转化。涉及压缩成型、气化、液化、热解、发酵、水解等具体技术,具体情况如图7.16所示。
1)物理转化
生物质的物理转化是将农林废弃物,如秸秆、锯屑、稻壳、蔗渣等,干燥后在一定压力的作用下,压制成棒状、粒状、块状的成型燃料或饲料。农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素构成,生物质压缩成型主要是靠木质素的胶结作用。木质素为光合作用形成的天然聚合体,具有复杂的三维结构,是高分子物质,在植物中含量约为15%~30%。当温度达到70~100℃时,木质素开始软化并具有一定的黏度,当温度达到200~300℃时,木质素呈熔融状态,黏度变高,此时施加一定压力就能使木质素与纤维素黏结,使植物体积大量减少,密度显著增加,取消外力后,由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕,其仍能保持给定形状,冷却后强度进一步增加,大大降低农林废弃物的体积,便于运输和储存。
图7.16 生物质能开发利用的主要技术
2)化学转化
生物质的化学转化涉及气化、液化和热解等三个方面。
(1)气化:
生物质气化是指在一定的温度条件下,借助氧气或水蒸气的作用,使高聚合的生物质发生热解、氧化、还原等反应,最终转化为CO,H2和低分子烃类等可燃气体的过程。在我国,应用生物质气化技术最广的领域是生物质气化发电(BGPG)。生物质气化发电的成本约为0.2~0.3元/(kW·h),已经接近或优于常规发电,其单位投资约为3500~4000元/kW,仅为煤电的60%~70%,具备进入市场竞争的条件,发展前景非常广阔。
(2)液化:
生物质液化技术是指在高温高压的条件下,进行生物质热化学转化的过程。通过液化,可将生物质转化成高热值的液体产物,即将固态的大分子有机聚合物转化成液态的小分子有机物,生物柴油就是利用生物质液化技术生产出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕榈等在酸性或碱性催化剂和高温的作用下发生酯交换反应,生产相应脂肪酸甲酯或乙酯,再经过洗涤干燥后得到生物柴油。与传统的石化能源相比,其硫和芳烃含量低,十六烷值高,闪点高,具有良好的润滑性,可添加到化石柴油中。
(3)热解:
生物质热解是指利用热能将生物质的大分子打断,从而转化为含碳原子数目较少的低分子化合物的过程,即生物质在完全缺氧条件下,经加热或不完全燃烧后,最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物的过程,而木炭就是利用生物质热解技术生产出的重要产物。木炭产品包括白炭、黑炭、活性炭、机制炭四大类,其中应用范围最广的是活性炭。活性炭是具有发达孔隙结构、强吸附力、比表面积巨大等一系列优点的木炭。在我国,活性炭广泛应用于葡萄糖、味精和医药等产业的生产。
3)生物转化
生物转化技术是指依靠微生物发酵或者酶法水解作用,对生物质进行生物转化,生产出乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料的技术。生物转化的生物质原料包括淀粉和木质纤维素两大类。玉米、木薯、小麦等淀粉类粮食作物是生物转化的主体,但是以农作物为原料转化的产品成本较高,且易受土地和人口的因素限制,产量无法大幅度增加。因此以廉价的农作物废料等木质纤维素为原料的生物转化技术才是解决能源危机的有效途径。然而,木质纤维素的结构和组分与淀粉类原料有很大的不同,解决高效、低成本降解木质纤维素原料的问题是木质纤维素转化产物取代化石燃料的根本途径。
农林生物直燃发电 是指以农林剩余生物质作为燃料的直接燃烧发电技术。该项技术在国外已经是成熟技术,主要有直燃纯烧发电,国内简称“直燃发电”。其特点是以农林生物质为燃料(在中国主要是指农作物秸秆剩余物,林业生产和加工剩余物以及发展中的能源植物等),在专用锅炉直接燃烧产生高温高压蒸汽,再通过汽轮机、发电机转化为电能,同时余热可以作为工业或者民用的现代生物质能应用工程。
“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。