[科普中国]-农林生物直燃纯燃发电

简介

在中国发展农林剩余物生物质直燃发电产业，可以拓展农业产业领域、提高农机装备水平、增加农村就业、促进农民增收，是实现农业综合开发、农业工业化发展的有意义的尝试。在该项产业化实践中，我们既要积极吸收国外成熟技术和经验，又要结合中国具体国情。围绕直燃发电的整个产业链，探索和完善相应的规范、标准，为保障产业健康发展，实现我国农林生物质资源的工业化、集约化应用，以及我国农村分布式能源发展、减少温室气体排放和新农村建设做出贡献2。

中国拥有丰富的农林生物质资源，在农村发展农林生物质直燃发电，可以将农业剩余物、能源植物等规模化、工业化高效利用，有利于调整农业产业结构、拓展农业产业领域、改善生态环境、减少温室气体排放、优化农村区域能源结构、增加农民收入。以生物质直燃发电产业为龙头，可以有效带动上下游相关产业链协调发展，生产环境友好、附加值高的绿色电能、热能，燃烧后的灰渣可以直接还田或者生产绿色生物复合肥料，这对于中国农村经济建设和农业现代化发展、减少温室气体排放都具有现实的意义，是消耗大量农林剩余生物质、安全环保、易于规模化和工业化的一种农林生物质能资源综合利用技术路线。

农林生物质直燃发电产业的快速发展生物质发电，是指“农林生物质大容量纯烧直燃发电”，是把农林生物质(农林业剩余物等生物质)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过程(“大容量”一般是指装机单机规模在12MW以上，“纯烧”是指不掺入化石燃料，仅燃烧农林生物质燃料)。该系统主要包括农林生物质燃料成型集储系统、连续化输送上料系统、生物质专用锅炉燃烧及辅机系统、汽轮发电机系统、变配电系统、余热利用系统等组成。生物质直燃发电是农林剩余物消耗量大、应用直接、容易规模化和工业化的一种农林生物质资源利用方式。该项技术在国外已经实现市场化应用，在我国则是一项新兴产业，相关的技术研究近几年刚刚开始。

2004年以来，国家发改委核准批复了山东单县、河北晋州和江苏如东3个国家秸秆发电示范项目，开始了生物质直燃发电试点示范。2006年，月1日《中华人民共和国可再生能源法》实施以来，生物质直燃发电产业在中国得到了快速发展。到2006年底，由国家发改委和各省发改委核准的生物质规模化直燃发电项目已有近50个，总装机超过1500MW。其中2006年核准38处，7处建成并网发电。截至2007年底，据不完全统计，中国核准的生物质直燃发电项目约100个，装机容量为2500MW以上，建成投产并网发电的项目总装机容量约为400MW以上。生物质发电项目主要分布在山东、江苏、河南、河北、黑龙江、吉林、辽宁、新疆、内蒙等地。燃料主要以小麦秸秆、玉米秸秆、稻草稻壳、棉花秸秆、林业间伐及加工剩余物等为主。我国第一个建成投产运行的是单县生物质发电项目。

该项目为1 x25MW单级抽凝式汽轮发电机组，配一台130t/h生物质专用振动炉排高温高压锅炉，由国能生物发电公司投资建设，于2006年12月1日建成投产。单县项目2007年全年稳定运行8200多小时，发电2.2亿千瓦时，消耗农林剩余物20多万吨，为当地农民增加收入5000万元以上。国能生物发电司作为生物质直燃发电投资、建设和运营的专业化公司，截至2007年12月31日，共获得政府核准生物质发电项目40多个，在建项目7个，己建成投产项目12个。其他生物质发电投资商如中国节能投资公司投资的江苏宿迁电厂已经示范运营。

生物质直燃发电产业化发展可以为农业地区带来巨大的经济效益。生物质发电不仅是个可再生能源项目，更是一个环保和农业投资项目。一座装机容量为25MW的生物质发电厂每年向当地农民支付秸秆燃料的成本费用约为4000万元以上，相应的生物质规模化收集机械装备投资约1500万元以上。“十一五”期间我国生物质发电装机将达到550万千瓦，每年可以直接为当地农民带来收入达，100亿元以上，总计可以为农民提供就业机会约18万个。

相关标准、规范的建设与应用根据生物质直燃发电在中国的产业化实践，有以下几个方面的经验及情况介绍，可以作为建设相关规范或标准时的参考，以有利于该产业的健康发展3。

1、我国农林生物质资源高效应用技术路线的选择

我国地域辽阔，东西、南北差异大，农林生物质资源总量丰富，但是分布分散，人均占有量少。我们应该结合各地具体情况，因地制宜，采用多样的农林生物质资源高效技术路线。同时，要考虑多种技术路线的优势互补、协同发展。以直燃发电为例，适合的区域是气温较为干燥、地势较为平坦的华北、东北、新疆、内蒙等区域，秸秆资源品种主要有小麦、玉米、棉花秸秆以及林业剩余物等。在南方气温高、空气湿润、生物质易腐烂地区，则适合开展户用或者工业化沼气、小型气化等项目。

生物质直燃发电灰渣很适合还田，以保证土壤中的矿物元素平衡。但是由于直接燃烧后秸秆灰渣缺乏有机质，需要结合户用沼气(或者工业化沼气)的沼渣、沼液还田，以增加土壤的有机质。沼渣液与电厂灰渣结合可以生产绿色有机肥料还田，使土壤中的矿物元素保持平衡、有机质增加，不存在一些地区秸秆直接还田过量致使腐烂分解不彻底的问题。这种综合应用项目，一方面可以刺激农村户用沼气(或者工业化沼气)的快速发展，提升农村户用炊事能源品位，节省下来秸秆(农村沼气一般采用人、禽、畜粪便等作为发酵原料)支持直燃发电等，这是一个双赢甚至多赢的项目。

2、关于用于生物质直嫌发电的“农林剩余物，，

该“剩余物”，是农业生产和生活中其他用途之外的真正可以称作剩余物的那一部分农林业生物质，比如要除去农区牲口饲料、农民引火做饭自用、收获加工损耗等之后的剩余物。在实践中，考察目前电厂收购的农林生物质燃料，从收购价格、原料的状态和收集模式、原料的质量都是难以与农区饲料需求竞争的。一般的农村地区，除了规模化的养殖区外，农民也不愿意大量养殖牲口，燃料的收集不会影响小规模的牲口饲养的饲料需求。在一些牲口养殖已经形成了产业化发展的地区，由于消耗秸秆饲料较多，对于这种情况，生物质电厂投资商要通过前期考察，合理规划，“不与畜争饲”，以避免资源的恶性竞争，影响项目投资收益。

3、农村分布式能源有意义的尝试

秸秆作为农民的生活用能，其燃烧效率只有约20%左右，而生物质直燃发电可以将燃烧热效率提高到90%以上，为农区提供方便应用的热电，显著提高了农林剩余生物质的利用效率。以国能生物质发电有限公司单县生物质发电站为例，2007年全年发电量约2.2亿千瓦时，相当于山东单县全县年用电量的60%-70%。在一些工业不发达的农村地区，尤其是在非用电高峰期间，一个生物质电厂足以供应全县用电。农作物秸秆分散，十分适合于建设分散式的分布式能源，一方面有利于解决偏远的农村地区的高品质电热用能问题，另一方面对于在特殊的自然灾害等因素(比如地震、冰雪灾等)致使电力供应中断情况下，可以保障区域电热能供应。

4、关于生物质直姗发电项目装机容量的标准

由于燃料消耗量大，连续性要求高，大家对于生物质直燃发电厂装机规模有不同的看法。有的专家认为，由于生物质燃料收集困难，成本高，因此为了保障电厂效益，生物质直燃发电厂装机越小越好，一般不要超过12MW。笔者认为，12MW的生物质直燃电厂整体造价与25MW造价差别不大，但是发电量少了50%;另外，一年收集10万吨与20万吨生物质燃料相比较，单位收集成本差别不大。因此，12MW与25MW生物质电厂相比较，经济效益要差一些。因此，我国生物质直燃发电装机以25MW左右为最佳，其中1x25MW比2x12MW投资要经济，相应效益要好一些。

5、我国农林生物质资源规模化收集及其发展模式

一般生物质电厂投资初期考察资源是考察拟建项目的30-50公里半径左右范围内资源分布和利用情况。由于原料的来源和收集模式的不同，实践中的资源收集半径也许会大于50公里半径，但是这一部分不会很多，一般在原料需求总量的10%左右。在项目实际运行中，远距离收集来的燃料价格有时会比近距离的还要低，因为运输费用仅是燃料总价格的一部分，其他还有燃料的原始购买费用、加工费用、保存保管费用、利润等。在农村地区普遍存在机动车运输空车返程配货现象，这种情况下运输费用就相对较便宜了。

关于生物质电厂规模化收集的模式，要走“规模化、工业化、机械化”的道路，不能采用落后的以手工、人海战术的技术路线。在某些地区，在生物质资源收集量较少的情况下，手工和落后的收集、加工、运输模式的成本可能会低一些。但是只要有了规模化、高效化的要求，尤其是有了质量、品质以及稳定性的要求，就必须走机械化、标准化的路子。现在工业不发达的农村地区，成年劳动力大多都外出打工了，除了农忙季节外，农村富余的成年劳动力较难找到。农民虽然也有强烈的建设家乡的愿望，但是苦于缺乏资金、项目、技术、经验，更谈不上吸引外来优秀人才来参加新农村建设了。

生物质直燃发电在国外已经商业化，目前我国通过引进消化吸收和自主创新，己基本掌握了生物质发电的关键技术，生物电厂内相关主要设备均实现了国产化。生物质发电产业对与上下游产业链多方向技术发展具有显著的带动效应，并且大部分是覆盖农业农村建设，大量资金、人才将流向国内市场和农村建设。从总体降低原料收集成本和农业农村现代化发展方向看，农林生物质资源收集要走“工业化、规模化、机械化”发展道路，只有这样，农业农村才能留下更多的人才、资金，才能有自我良性循环发展的机会。以一个装机容量为25MW的电厂为例，燃料收储运所需要的农机装备投资在1500万元以上。而且这些农业机械装备大部分是引进技术国产化生产，或者是国内现有装备升级换代，普遍机械化、自动化程度较高，技术含量较高。这些装备的完善和配置，是降低农林生物质收集成本，解决农林生物质资源规模化集储加工瓶颈的必由之路。而且，这些装备在农村具有通用性，巨大的农机需求将大大促进我国农村农业机械化程度的提高，有利于促进现代农村农业合作组织的发展。

6、关于生物质电厂二氧化硫排放

生物质直燃发电厂硫排放，目前国家是执行《火电厂大气污染物排放标准》( GB13223-1996 )(我国《火电厂大气污染物排放标准》规定，“单台出力65t/h以上采用甘蔗渣、锯末、树皮等生物质燃料的发电锅炉，参照标准中以煤矸石等为主要燃料的资源综合利用火力发电锅炉的污染物排放控制要求执行”)，借鉴矸石类电厂标准。主要的做法是大气污染物排放浓度限值;但是生物质直燃发电硫排放与化石燃料火力发电硫排放相比较，无论在硫来源和排放量都有显著不同。生物质燃料中含有的硫属于大气圈内的硫，与微生物的缓慢还原硫不同，生物发电排放的硫要迅速得多，在短期内，对于大气造成硫的增加，因此，有一些集中排放。生物发电排放的硫实际上是用火力替代了微生物的作用，燃烧排放后属于生物圈内的硫循环，这些硫来自环境并回到环境，对于环境中硫的净增加没有变化;化石燃料燃烧后排放的硫是“额外”排放的，因此“此硫非彼硫”。生物质燃料硫含量少:煤炭中含硫1-5%，甚至高于10%，全国火电厂燃煤平均值为1.2%而秸秆中含硫0.1 }0.3%左右，两者相差十几倍，平均十倍。在实践中，生物质燃料排放的硫大大低于中等到劣质煤燃烧释放的净增加的硫，因此，对生物质发电的硫排放的限排政策，不宜按照矿物硫相关标准要求。建议国家专门制定较为宽松的针对生物质电厂硫排放的管理政策，以鼓励环保的生物质能发电产业健康发展。

7、关于生物质嫌料的相关标准

实验室化验的生物质燃料热值与实际规模化收集来的燃料的热值有很大的区别。不同的季节、不同的区域、不同的加工和贮存技术路线，都对规模化收集来的燃料热值产生很大影响。以固定的生物质燃料热值作为锅炉设计、上料系统控制等设计依据，在实际生产实践中还要做出较大的调整优化，才能保证正常运行。

关于生物质燃料的检测，我们国家还没有相关的国家标准。现在锅炉等设备制造、电厂投资可行性研究，一般都是由有关检测单位参照煤炭检验标准出具生物质燃料检验报告。由于生物质燃料与煤炭等化石燃料在物理、化学特性有诸多不同，取样、制样、化验等环节有其特殊性，需要针对性的制定相关标准。在这一方面，中国煤检中心、农业部规划设计院等单位科研人员都做了很多工作，取得了一定进展。

8、生物质直姗发电项目关键设备系列标准

生物质直燃发电的关键技术主要有两部分，一是高效锅炉燃烧技术，二是生物质燃料高效收集、加工、供应和上料技术。其中上料技术在电厂内，是电厂锅炉附属设备;收集、加工、供应技术是指在电厂外部分，是农林剩余物生物质资源规模化集储系列技术的集成，为生物质电厂稳定运行提供燃料保障。目前缺乏生物质燃料高效收集、加工、供应和上料技术相关系列装备的制造标准，这部分技术装备的可靠性、适用性是目前国内生物发电厂健康发展的关键。

比如，我们需要规范农林生物质作为燃料的形状、密度等规范尺寸，以有利于相关机械装备的规范化、标准化健康发展;要确定麦草、玉米秸秆等打包作为燃料的密度、尺寸、含水量、机械产能等;确定能源林、林业剩余物等切断、粉碎的尺寸标准;以及规范生物质燃料堆垛、存储和防火规范等，有利于相关机械制造加工厂家配套生产此类装备。

总结生物质直燃发电产业是一个科技含量高、资源转化率高、产业链长、资金密集、附加值高、社会效益大的高效产业。生物质发电能够提高农业机械化装备水平，减少有害气体二氧化硫的排放，减少温室气体二氧化碳排放，减少秸秆田间焚烧造成的航班延误、交通事故等带来的巨大经济损失。在有些地区，发展生物质发电还可以带动能源林产业的发展，有助于防止土壤沙化和水上流失，促进生态的良性循环。随着国家对可再生能源关注程度的不断提高，越来越多的投资主体进入了生物质发电行业。虽然现阶段存在一些密集布点、缺乏科学规划等问题，但随着国家相关系列标准或指导规范的陆续出台，这个前进中的问题肯定会逐渐得到解决，这个产业也会更加健康有序发展，从而实现社会、经济和生态三赢3。