汪 瓊,姚美香

(1.西南林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院,云南 昆明,650224;2.云南省環(huán)境科學(xué)研究院,云南 昆明 650034)

生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進行的發(fā)電,是可再生能源發(fā)電的一種,包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。世界生物質(zhì)發(fā)電起源于 20世紀 70年代,當時,世界性的石油危機爆發(fā)后,丹麥開始積極開發(fā)清潔的可再生能源,大力推行秸稈等生物質(zhì)發(fā)電。自 1990年以來,生物質(zhì)發(fā)電在歐美許多國家開始大發(fā)展。例如美國在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面就處于世界領(lǐng)先地位,20世紀 90年代初,有 1000個左右燃木發(fā)電廠。

1 生物質(zhì)發(fā)電的形式及機理

生物質(zhì)發(fā)電有 3種方式:①生物質(zhì)直燃發(fā)電,就是將生物質(zhì)直接作為燃料進行燃燒,用于發(fā)電或者熱電聯(lián)產(chǎn)。生物質(zhì)直燃發(fā)電是在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機發(fā)電技術(shù)上進行設(shè)備改型而實現(xiàn)的技術(shù),該技術(shù)基本成熟并得到規(guī)?；唐愤\用,是生物質(zhì)發(fā)電的主要方式;②生物質(zhì)與礦物燃料 (主要是煤的混合燃燒發(fā)電),混合燃燒可提高物質(zhì)發(fā)電的效率,可達35%以上,且當生物質(zhì)比重不高于 20%時一般不需對現(xiàn)有設(shè)備進行改動,是未來生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展方向;③生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。生物質(zhì)氣化是在高溫下部分氧化的轉(zhuǎn)化過程。該過程是直接向生物質(zhì)通氣化劑 (空氣、氧氣或水蒸汽),使之在缺氧的條件下轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿涌扇細怏w的過程。該技術(shù)還不成熟,有待于商品化。直接燃燒發(fā)電技術(shù)是生物質(zhì)在鍋爐中燃燒,產(chǎn)出的高壓過熱蒸汽通過汽輪機的渦輪膨脹做功,驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電,其發(fā)電的機理 (以秸稈為例)見圖 1。生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是將各種低熱值固體生物質(zhì)能源資源 (如農(nóng)林業(yè)廢棄物、生活有機垃圾等)通過氣化轉(zhuǎn)換為燃氣,再提供發(fā)電機組發(fā)電,其發(fā)電機理見圖 2。

2 生物質(zhì)能發(fā)電對我國經(jīng)濟發(fā)展的意義

從農(nóng)業(yè)和社會效益的角度來看,我國廢棄秸稈約有 1億 t/a,折合標準煤 5000萬 t。此外,生物質(zhì)能發(fā)電能有效帶動農(nóng)村生產(chǎn)模式和用能方式的轉(zhuǎn)變,有助于社會主義新農(nóng)村的建設(shè)。從環(huán)境效益的角度來看,基于生物質(zhì)燃料本身所具有的低灰、低硫特性,以及生物質(zhì)生長、燃燒過程中的零排放機理,它在氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳以及煙塵顆粒的排放上,分別是火電機組排放標準的 1/5、1/10和 1/28。與傳統(tǒng)化石燃料相比,生物質(zhì)能屬于清潔燃料,燃燒后二氧化碳排放屬于自然界的碳循環(huán),不形成污染。據(jù)測算,運營 1臺 2.5萬 kW的生物質(zhì)發(fā)電機組,與同類型火電機組相比,可減少二氧化碳排放約 10萬 t/a。

3 我國生物質(zhì)能發(fā)電現(xiàn)狀

我國是農(nóng)業(yè)大國,生物質(zhì)能資源非常豐富,發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)大有可為。預(yù)計到 2020年,全國秸稈廢棄量將達 2億 t/a以上,折合標準煤 1億t/a,相當于煤炭大省河南 1a的產(chǎn)煤量。中國已經(jīng)開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐,以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃氣,年生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣 2×107m3。2005年全國生物質(zhì)能發(fā)電裝機容量2000MW,山東單縣 25MW生物質(zhì)發(fā)電項目和江蘇興化 5MW生物質(zhì)能發(fā)電等項目并網(wǎng)發(fā)電,截至2007年底,國家和各省發(fā)改委已核準生物質(zhì)能發(fā)電項目 87個,總裝機規(guī)模 220萬 kW。全國已建成投產(chǎn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項目超過 15個,在建項目30多個。目前,我國已經(jīng)出臺相關(guān)政策,對生物質(zhì)能發(fā)電上網(wǎng)給予 0.25元/kW·h的補貼,這無疑提高了投資生物質(zhì)發(fā)電的積極性。

從總體上看,我國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)化尚處于起步階段,產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化程度較低,效益不樂觀,市場競爭力較弱,存在如下問題:①建設(shè)和運營成本相對較高,上網(wǎng)電價難以支撐生物質(zhì)能發(fā)電廠的正常運營;②技術(shù)開發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)體系薄弱;③存在盲目上馬問題。目前,有些省份已出現(xiàn)了一個縣、市布點多個生物質(zhì)發(fā)電項目或規(guī)劃多臺機組的問題,造成資源浪費。

從已建成的生物質(zhì)發(fā)電廠來看,暴露出了資源收集和管理方面的矛盾和問題。而生物質(zhì)發(fā)電的高成本,正是由于生物質(zhì)資源需要收集、運輸和儲存造成的,生物質(zhì)發(fā)電要解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的季節(jié)性和工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性的結(jié)合的問題。

4 生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)境問題

盡管生物質(zhì)燃料本身具有低灰、低硫特性,但是在發(fā)電過程中或多或少對環(huán)境會產(chǎn)生一些不利影響。

4.1 直接燃燒發(fā)電、混合發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生的問題

以國能生物發(fā)電集團有限公司上蔡生物質(zhì)發(fā)電工程秸稈燃燒發(fā)電為例,運營期主要污染因素為:①大氣污染物,包括煙塵、SO2和 NOX的排放,灰場的環(huán)境影響,秸稈運輸儲存過程中的環(huán)境影響;②生產(chǎn)廢水主要包括化學(xué)酸堿廢水、鍋爐排污水、堆場初期雨水、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)排水等;③固體廢棄物,主要固體廢棄物為秸稈燃燒后產(chǎn)生的灰渣;④工程噪聲對環(huán)境的影響,建設(shè)項目噪聲源主要是汽輪機、發(fā)電機、引風機、送風機、循環(huán)水泵和鍋爐排汽裝置,噪聲處理不當可能會產(chǎn)生一定的影響。

表 1 生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的環(huán)境污染量 (kg)

4.2 生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)境問題

目前,國內(nèi)外在生物質(zhì)氣化方面仍然存在兩大難題需要解決:一是氣化過程中產(chǎn)出大量焦油無法處理,會排放一定量的化學(xué)污染物,造成光化學(xué)臭氧形成潛質(zhì)和水體富營養(yǎng)化潛質(zhì)的增大,給環(huán)境帶來二次污染;二是可燃氣凈化技術(shù)不過關(guān),可燃氣體中仍然含有焦油、微塵和煙灰,在應(yīng)用上受到嚴重制約。氣化發(fā)電產(chǎn)生主要污染源排放量見表 2。

表 2 三種發(fā)電排放主要污染物量

5 結(jié)語

盡管生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電和氣化發(fā)電兩種系統(tǒng)的環(huán)境污染物排放都顯著優(yōu)于火電廠,但仍然會有一定量的污染物產(chǎn)生。因此生物質(zhì)發(fā)電項目必須依法開展環(huán)境影響評價,除生活垃圾填埋氣發(fā)電及沼氣發(fā)電項目編制環(huán)境影響報告表外,其他生物質(zhì)發(fā)電項目應(yīng)編制環(huán)境影響報告書。