太阳能与生物质直燃互补发电技术探讨

摘要：阐述了单纯的生物质直燃发电及单纯的太阳能热发电技术及其所存在的劣势与弊端；借鉴目前已经采用的太阳能与燃煤机组混合发电系统的集成方式，提出生物质直燃发电与太阳能集成混合发电技术方案。

关键词：生物质直燃发电 太阳能热发电 互补 系统集成

1 生物质直燃发电技术

生物质能是仅次于煤、石油和天然气而居于世界能源总量第四位的能源，生物质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[1-2]。目前，我国可开发的生物质能资源总量约相当于5亿吨标准煤，可解决目前料，在生物质锅炉中产生一定参数的蒸汽，输送至能源消费量的20%以上。同时，每年可减少二氧化碳排放量近3.5亿吨，减少二氧化硫、氮氧化物、烟尘排放量近2500万吨[3]。生物质直接燃烧发电是由生物质锅炉利用生物质直接燃烧后的热能产生蒸汽，推动汽轮机发电系统发电。燃烧发电系统主要由烟气处理系统、热利用系统、燃烧系统、给料系统、存储系统、预处理系统和生物质原料收集系统构成。其燃烧发电流程如图1所示。生物质燃烧电厂的流程及分类：

①流程。每个生物质原料收集点将收集的生物原料送到电站进行预处理，经预处理的生物质通过燃烧油原料输送装置输送至锅炉内充分燃烧后产生热能，锅炉给水经锅炉换热转化成用于汽轮机发电机组发电的蒸汽。

②分类。a层燃方式。燃烧较干燥且装有空气预热器的系统可采用顺流燃烧，燃料与烟气流动同向；燃料含水量较大时可采用逆流燃烧，燃烧与烟气流动反向。b流化床方式。流化床是一项基于气固流态化的生物质燃烧技术。它对燃料的要求不高，这项燃烧技术可以降低尾气中氮与硫的氧化物等有害气体含量，清洁燃烧。c悬浮燃烧方式。生物质被粉碎至细粉后与空气混合喷入燃烧室内悬浮燃烧。该燃烧方式对生物质燃料的要求较严格，宜采用含水率小于15%、颗粒直径在2mm以内的生物质燃料。

2 太阳能热发电

据统计，每年我国陆地接受的太阳能辐射量相当于6万多个三峡工程的发电量，相当于2.4万亿吨标准煤，开发利用的潜力非常广阔，根据各地接收太阳辐射总量多少，可将全国划分为5类地区，如表1所示[4]。

太阳能转化为电能有两种主要途径，一是通过光电装置将太阳能直接转化为电能；另一种是收集太阳能辐射能转化成电能。下面主要介绍太阳能热发电技术。太阳能热发电通常叫做聚光式太阳能发电，它们是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电的。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为：

①太阳能槽式发电。②太阳能塔式热发电。③太阳能碟式热发电。表2中可以看出：抛物面槽式技术相对成熟、目前应用最广泛，集热塔式发电技术的效率提升与成本下降潜力巨大，抛物面碟式发电系统效率最高、便于模块化部署。

3 生物质直燃与太阳能热发电互补

生物质直燃技术与太阳能热发电技术优缺点都很明显，利用互补性原理，将构建联合发电系统，使两种清洁可再生能源发电系统转化为稳定可靠发电系统。太阳能与生物质直燃集成互补发电系统大体可以分为三个子系统，即汽轮机发电系统、太阳能集热转化系统、生物质直燃锅炉系统。在得不到太阳能辐射或辐射较微弱时，必须将太阳能集热吸收转化系统的供水管路切断，使另外两个子系统联合运行。太阳能与生物质直燃集成时，不同方案的选取需要考虑参数匹配，选取合适的机组容量。太阳能集热系统相当于部分锅炉受热面，而且能取代各抽汽加热循环工质，基于集热系统不同的引入位置，可以分为以下几种情况。

3.1 锅炉受热面引入 因为集热器性能限制，太阳能集热系统可能无法将工质加热至锅炉出口过热蒸汽的参数，此时可以将工质由高加引出一部分加热至汽包压力下的饱和蒸汽再引入至汽包，如图2。由于投入部分太阳能热量，生物质燃料消耗量减小，烟气量也会相应减小，烟气量小于某一值时，会影响锅炉各受热面的换热，出现过热器吸热不足现象，因此在设计时要计算太阳能最高能投入的热量。3.2 加热器水侧引入 循环工质从加热器入口引出送入集热系统，吸收太阳能辐射热量，达到该级加热器出口温度后引回至生物质直燃热力系统，如图3。3.3 加热器汽侧引入 基于循环工质引出位置的考量，可采用图4所示的两种引出方式：①从凝结水泵出口引出；②从给水泵引出。第①中引出方式可取代任意一段抽汽，第②种引出方式必须选用减少1，2段抽汽。

综合以上几种选取最恰当的太阳能集热系统和生物质直燃热力系统集成方案。

4 未来需要解决问题

①太阳能分布区域较为集中，生物质能源分布相对分散，数据收集与整理耗时较长。②生物质直燃发电系统和太阳能热发电系统的技术参数有待深入研究，但就现阶段的技术水平来说，还没有联合循环发电实例电厂正式运营，系统设计有待进一步研究。③生物质的存储与输送问题，就现阶段的储运技术设备而言，生物质的存储与输送成本较高，压缩过程能耗大，系统运行成本颇高。

5 结论

生物质直燃发电系统既清洁又高效，太阳能的开发利用也是未来能源领域的新趋势。虽然在技术、政策和管理方面仍有很多问题有待解决，但它符合可持续发展的要求，对该系统深入研究具有重大意义。

参考文献：

[1]方源.太阳能发电在我国的应用[J].科学论坛，2008，356.

[2]鲁华永，袁越，陈志飞等.太阳能发电技术探讨[J].江苏电机工程，2008，27（1），81-84.

[3]吴静.以太阳能为辅助热源的混合发电方式研究[M].北京：华北电力大学，2009.

[4]李洪梅，杨超玉，孟令杰，孙日亮，李大骥.太阳能和生物质能联合热发电技术研究[J].能源研究与利用，2010（06）.

作者简介：刘慧娟（1982-），女，山西大同人，2005年毕业于太原电力高等专科学校工业电气自动化专业，助理工程师，从事电气设计工作。