生物质能的现状和利用方式

黄卫东 柏谋合 王守文

摘 要：农林废弃物类生物质的处置是目前农村的一个棘手问题，如何才能高效、环保、经济地处置此类生物质并回收生物质能？本文对各种生物质处置的技术路线进行分析并比较各技术路线的优缺点。

关键词：生物质处置；生物质能利用；技术路线；耦合发电

一、生物质利用现状及困境

生物质能被称为世界第四大能源，是太阳能以化学能形式贮存在生物质中。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它来源于绿色植物的光合作用，取之不尽、用之不竭，是唯一一种可再生的碳源。生物质能具有资源分布广、环境影响小、可以永续利用等特点。生物质的种类很多，植物中最主要的有木材和农作物秸秆等农林废弃物。植物生物质能几乎不含硫、含氮很少，因此是一种清洁可再生能源。

但目前由于得不到合理利用，目前我国仍没有切实可行的秸秆资源综合利用的技术体系，大量的农林废弃物被焚烧，造成了严重污染，也浪费了大量资源。

以陕西关中地区某地调研情况来看，玉米、小麦、果树枝等农作物秸秆，传统上用作做饭、采暖等用途。但随着人们生活水平的提高，电炊具、电取暖、液化气等取代了秸秆，导致农作物秸秆无法处置。而田间焚烧因大气环境污染而被严厉禁止。目前农作物秸秆基本都是强制性在收割过程进行破碎后还田。

但秸秆还田又带来诸多弊端，其一，破碎增加了生产成本；其二，小麦收割后，秆茬太高，玉米秸秆粉粹后，铺在田里，增加了农作物播种难度，因而农民引火焚烧情况时有发生；其三，由于玉米秸秆腐烂后土地局部塌陷，导致小麦苗断根，麦苗成活率降低，种籽用量增加（用量翻倍）；其四，农作物病虫害增多，导致农药用量大大增加。

由于农作物秸秆不能顺利消纳，已经严重困扰农村基层干部。为了防止秸秆焚烧污染大气环境，环保部门在很多地方架设摄像头实时监控，基层以村为单位组建巡逻队采取强制措施防止田间焚烧，但仍不能完全禁绝。故急需有一种新的技术路线来解决农林废弃物类生物质消纳与环境之间的矛盾。

发展生物质发电则是一种解决生物质能利用的理想方法，一方面可以增加电力供给，对促进节能减排和合理控制能源消费总量具有积极作用；另一方面减少了由于农林废弃物燃烧造成的环境污染，具有巨大的环境效益。鉴于此，国家及各行主管部门出台了一系列政策来鼓励和扶持生物质能源的发展。

二、生物质能利用方面的国家政策

2016年12月5日，国家能源局在其官方网站正式对外发布《生物质能发展“十三五”规划》，为我国生物质能发展规划的目标为：到2020年，生物质能基本实现商业化和规模化利用。生物质能年利用量约5800万吨标准煤。

2016年3月3日，《国家能源局关于建立可再生能源开发利用目标引导制度的指导意见》中明确，2020年，除专门的非化石能源生产企业外，各发电企业非水电可再生能源发电量应达到全部发电量的9%以上。

各发电企业可以通过证书交易完成非水可再生能源占比目标的要求。鼓励可再生能源电力绿色证书持有人按照相关规定参与碳减排交易和节能量交易。”

三、生物质能利用的技术路线

生物质能利用目前有哪些方法呢？现就主要技术路线进行简单介绍和分析。

1.生物化学转化技术。生物化学转化技术包括厌氧性消化和生物发酵以及生物制氢技术。

（1）厌氧性消化（产生沼气）。沼气发酵生产技术在人畜粪便、堆肥制造、污水处理、食品废物和农作物秸秆处理等方面得到广泛应用。

（2）生物发酵（产生乙醇）。以甘蔗汁、砂糖等糖蜜类和玉米等淀粉类物质及以工业废弃物、城市废弃物、农林业废弃物等纤维素含量较高的物质通过发酵方法制取乙醇。

（3）生物制氢。广义上生物制氢是指所有利用生物产生氢气的方法，包括生物质气化热解产氢和微生物产氢等。狭义上生物制氢仅指微生物产氢，包括厌氧细菌发酵产氢和光合细菌产氢等。

2.生物质热化学。生物质热化学技术是直接将低密度能量的低品位能源转变成高密度高品位能源的方式，包括液化技术、直接燃烧技术和热解气化技术等。

（1）生物质液化。生物质液化是将生物质转化为燃料油。

（2）生物质直接燃烧技术。

①生物质直燃发电。锅炉利用生物质作为燃料直接燃烧的热能产生蒸汽，再利用蒸汽做功推动汽轮发电机系统发电，在原理上与燃煤锅炉火力发电相同。

②生物质直接与煤掺混燃烧发电。将生物质燃料和煤掺混在一起，作为燃煤电厂的燃料。

（3）生物质热解气化。此技术开展较早，是生物质规模化利用的较为成熟的一种技术，转化效率较高但燃气热值较低。

①生物质燃气送入燃气内燃发电机组。生物质燃气内燃机一般由柴油机或天然气机改造而成，可适应热值较低的生物质燃气。

②将生物质气化后与大型燃煤锅炉耦合发电。将生物质燃气送入大型燃煤锅炉中燃烧发电，其与生物质气化直接发电技术区别在于前者不需增加燃气轮机。

本技术燃气发电效率较高；同时通过在线监测燃气流量、热值、燃气温度以及电站锅炉的发电效率，实现生物质燃气发电部分的单独核算。

四、生物质发电技术比较

1.生物质直燃发电。此方式需要配套锅炉、汽轮机、发电机及辅助系统、烟气处理系统等，整套系统单位造价较高；生物质直燃发电与常规火电相比，由于规模较小，无法配备高功率参数汽轮发电机组，综合发电效率较低；且由于机组的稳定极度依赖于生物质原料的稳定供应，从目前国内生物质直燃机组运行情况来看，由于原料价格波动导致供应的不稳定造成机组运行极其被动。

2.生物质直接与煤混合燃烧的耦合发电。生物质直接与煤混合燃烧，不需要增加大型设备，投资少。但生物质中碱金属含量较高，会对锅炉受热面造成腐蚀。另外，由于计量的准确性较差，也严重地制约了此项技术的政策扶持。

3.将生物质气化后与燃煤锅炉耦合发电。将生物质气化后与燃煤锅炉耦合发电，综合发电效率在30%以上，高于现有的生物质直燃发电（20～25%）；可减少电厂化石燃料的消耗；同时依托既有燃煤机组的锅炉、汽轮发电系统及烟气处理系统，降低投资；运行方式灵活，减轻生物质燃料供应的不稳定对系统造成影响；生物质灰分在进燃煤锅炉之前被收集，避免了碱金属对燃煤锅炉受热面的腐蚀；整个气化过程没有废水及污染气体排放，环保性好。

综合以上分析，可知生物质气化后与燃煤锅炉进行耦合发电的方式是一种高效、环保、经济、运行方式灵活的生物质能利用技术，符合政策导向，而且，大力发展生物质能源，对实现绿色产业精准扶贫，保障扶贫工作的推进及可持续性，具有显著的现实意义和广阔的发展前景。

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