華能國(guó)際電力股份有限公司日照電廠 張 民 王成華 時(shí) 俊 華能山東發(fā)電有限公司 胡 罡

山東聚能生物質(zhì)能源有限公司 趙文博

目前，我國(guó)社會(huì)中的生物質(zhì)能源的總量較大，如秸稈作為生物質(zhì)原料的一種，每年保持2.01%的年增長(zhǎng)量，總儲(chǔ)存量較大，雖然國(guó)家禁止焚燒秸稈，但仍存在相當(dāng)一大部分農(nóng)村區(qū)域，在處理秸稈時(shí)選擇焚燒的方式，不僅污染環(huán)境，同時(shí)造成較為嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，不利于提高能源的利用率。針對(duì)秸稈等生物質(zhì)能源利用不足的情況，國(guó)家不斷出臺(tái)相應(yīng)的政策，鼓勵(lì)和引導(dǎo)人們加強(qiáng)對(duì)生物質(zhì)能的合理開發(fā)與利用，不斷加強(qiáng)我國(guó)生物質(zhì)能源的發(fā)展速度，進(jìn)一步提高能源建設(shè)效率。

1 生物質(zhì)能特點(diǎn)

生物質(zhì)是通過(guò)光合作用等產(chǎn)生的有機(jī)體，包括一切有生命的物質(zhì)，其特點(diǎn)較為鮮明。首先可再生性，生物質(zhì)能吸收太陽(yáng)能并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可再生利用。其次清潔低碳性，生物質(zhì)能中含有的有害物質(zhì)較少，在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中基本不產(chǎn)生有害物質(zhì)。在生物質(zhì)能形成時(shí)，主要吸收二氧化碳和水，在轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生二氧化碳和水，碳循環(huán)完善，因此不會(huì)造成碳排放量過(guò)高的現(xiàn)象。再次原料豐富，生物質(zhì)能分布在全球的不同區(qū)域，因此是較為理想的替代能源。最后利用率較高。在實(shí)際的轉(zhuǎn)化加工過(guò)程中，能夠?qū)⑸镔|(zhì)能轉(zhuǎn)化為不同形式的能源，替代各類型能源為工業(yè)和生活提供基礎(chǔ)能源，因此具有良好的發(fā)展?jié)摿?。但目前我?guó)對(duì)生物質(zhì)能的實(shí)際利用效率相對(duì)較低，并且主要對(duì)動(dòng)物糞便以及秸稈等進(jìn)行發(fā)酵利用，整體轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較低，并且總量相對(duì)較少。

2 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)分析

目前主要的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)為氣化耦合燃煤發(fā)電技術(shù)，利用氣化爐等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行熱處理，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，提高實(shí)際的利用效率。其主要原理為將生物質(zhì)原料進(jìn)行干燥處理，并在其中添加燃煤，通過(guò)提高氣化爐穩(wěn)定的方式，使生物質(zhì)原料中的可燃性氣體析出，并與空氣中的水和氧氣進(jìn)行反應(yīng)。通過(guò)氧化反應(yīng)產(chǎn)生H2、CH4、CO等，收集產(chǎn)生的可燃性氣體并進(jìn)行去雜質(zhì)處理，最終得到的氣體能夠用于燃燒發(fā)電[1]。

在進(jìn)行生物質(zhì)發(fā)電過(guò)程中需要使用氣化爐和燃煤爐。常見氣化爐有兩種，其一為固定床氣化爐。該氣化爐在使用過(guò)程中，可控制氣體向不同方向流動(dòng)，并根據(jù)氣體流動(dòng)方式進(jìn)行分類，具體見表1。

表1 4種固定床氣化爐類型對(duì)比

其二為流化床氣化爐。該設(shè)備適用于大型氣化系統(tǒng)中，在使用過(guò)程中，應(yīng)在生物質(zhì)能中適當(dāng)添加惰性材料，從而提高生物質(zhì)能的實(shí)際反應(yīng)效率。相比固定床氣化爐，流化床的溫度能穩(wěn)定保持在800℃條件下，因此氣體轉(zhuǎn)化效率相對(duì)更高，具有較為良好的使用效率。在實(shí)際的轉(zhuǎn)化過(guò)程中的整體控制效果和設(shè)備負(fù)荷情況均較為理想，能夠有效滿足負(fù)荷在30%～120%生物質(zhì)量的轉(zhuǎn)化情況。一般情況下，流化床氣化爐的發(fā)電規(guī)模在1～50MW，能夠滿足不同需求情況[2]。

為使生物質(zhì)發(fā)電效率得到提升，應(yīng)結(jié)合氣化爐的情況進(jìn)行分析，選擇恰當(dāng)?shù)娜济哄仩t，并按照實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步提高整體發(fā)電流程的順暢性。以600MW超臨界鍋爐進(jìn)行分析，該燃煤鍋爐在使用過(guò)程中，受熱面如圖1所示，高溫?zé)煔獍凑枕樞蚪?jīng)過(guò)設(shè)備，通過(guò)其中的熱蒸汽帶動(dòng)高壓缸進(jìn)行做功，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

生物質(zhì)氣化耦合燃煤發(fā)電過(guò)程中，為提高生產(chǎn)安全，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)燃?xì)夂突鹧娴惹闆r的監(jiān)測(cè)，同時(shí)提高對(duì)鍋爐的控制效果。應(yīng)利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)發(fā)電過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和管理，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后技術(shù)進(jìn)行報(bào)警，并自動(dòng)切斷相應(yīng)閥門，提高實(shí)際控制效果，降低安全事故發(fā)生概率。

在利用生物質(zhì)進(jìn)行發(fā)電時(shí)，為降低其中污染物的含量，首先控制含硫氣體排放。生物質(zhì)中的含硫量相對(duì)較低，在生物質(zhì)發(fā)電過(guò)程中，產(chǎn)生含硫氣體的主要因素是煤粉中含硫量較高，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中析出，影響整體排放效果。因此，可通過(guò)降低煤粉中硫化物含量或?qū)ι蓺怏w進(jìn)行脫硫處理等方式降低硫化物的排放。其次控制氮氧化合物排放。在生物質(zhì)耦合燃煤發(fā)電過(guò)程中，可能產(chǎn)生大量的有害NOx，產(chǎn)生該類型有害氣體的主要原因?yàn)樯镔|(zhì)材料的不充分燃燒，應(yīng)對(duì)污染物的燃燒情況進(jìn)行合理調(diào)整，使材料的燃燒盡可能充分，不僅能夠提高供能效果，同時(shí)能夠有效降低15%左右的含氮污染氣體。最后控制鍋爐的排煙溫度。在耦合燃燒當(dāng)量提升時(shí)，排煙溫度會(huì)直接升高，使整體的生物質(zhì)利用率不斷降低，通過(guò)計(jì)算了解到，在煙氣溫度增加5～10℃時(shí)，整體熱效降低0.55%，進(jìn)一步影響整體的實(shí)施效果。因此，應(yīng)對(duì)煙氣排放進(jìn)行合理控制，通過(guò)收集余熱等方式進(jìn)行二次利用，提高能源的利用效率[3]。

3 我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電仍處于發(fā)展初期，國(guó)內(nèi)的生物質(zhì)資源相對(duì)較為豐富，常見的生物質(zhì)資源包括生活垃圾以及農(nóng)業(yè)廢棄物等，其產(chǎn)量在逐年上漲，在進(jìn)行處理的過(guò)程中消耗大量資源，同時(shí)容易造成環(huán)境污染。在利用生物質(zhì)進(jìn)行發(fā)電的過(guò)程中，主要利用農(nóng)林生物質(zhì)能燃燒發(fā)電，以及垃圾焚燒發(fā)電和農(nóng)業(yè)沼氣發(fā)電三種方式實(shí)現(xiàn)，在2021年上半年，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電總量為779.5億kWh，累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到3319.3萬(wàn)kWh，新增裝機(jī)量呈上升趨勢(shì)。其中，農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)量同比增長(zhǎng)20.1%，城市垃圾發(fā)電裝機(jī)量同比增長(zhǎng)25.5%，農(nóng)業(yè)沼氣發(fā)電裝機(jī)量同比增長(zhǎng)12.7%，整體生物質(zhì)能發(fā)電的利用率在逐年上升。

我國(guó)不同區(qū)域的生物質(zhì)發(fā)展情況存在差異，如山東、黑龍江以及安徽等省份農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電的實(shí)際利用效率相對(duì)較高。通過(guò)分析可以了解到，在農(nóng)業(yè)大省中，由于農(nóng)林生物質(zhì)能的總量相對(duì)較高，因此發(fā)電裝機(jī)量也相對(duì)較高，生物質(zhì)能發(fā)電發(fā)展良好。而通過(guò)垃圾焚燒發(fā)電方式進(jìn)行分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，浙江、江蘇以及廣東等省的排名相對(duì)靠前。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的區(qū)域，垃圾發(fā)電發(fā)展較為良好。可以看出，目前生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展主要依賴于生物質(zhì)產(chǎn)量情況，實(shí)際分布與原材料相關(guān)。

通過(guò)對(duì)生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行分析，從2021年起國(guó)家能源局進(jìn)一步落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的能源戰(zhàn)略，提高對(duì)碳中和的重視和管理，同時(shí)推進(jìn)行業(yè)頂層設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)清潔電力的開發(fā)和利用。生物質(zhì)能發(fā)電逐漸成可再生能源中的主要力量，目前我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模相對(duì)較小，并且行業(yè)發(fā)展速度較為緩慢，在“十四五”期間，加大對(duì)行業(yè)投資的鼓勵(lì)和支持，使生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)及產(chǎn)業(yè)得到有效提升。截至2021年，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電投資規(guī)模已經(jīng)達(dá)到1800億元以上，同比增長(zhǎng)6.58%。政府部門為加快行業(yè)發(fā)展，給出相應(yīng)的政策和財(cái)政補(bǔ)貼措施，進(jìn)一步加快生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)和發(fā)電技術(shù)的研究，促使行業(yè)得到穩(wěn)步增長(zhǎng)。

發(fā)展生物質(zhì)能等再生能源的主要目的是減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，在利用生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)重視其整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境的影響情況，通過(guò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的方式，調(diào)整項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)情況，進(jìn)一步降低對(duì)環(huán)境的影響，從而幫助我國(guó)實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能減排。

4 未來(lái)我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電的前景

4.1 加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)

為使生物質(zhì)發(fā)電在未來(lái)具有更好的前景，應(yīng)對(duì)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研究，不斷提高技術(shù)實(shí)施效果，提高對(duì)生物質(zhì)的實(shí)際利用效率，同時(shí)減少環(huán)境污染和影響，使生物質(zhì)能得到更加充分地使用。在利用生物質(zhì)發(fā)電時(shí)，主要通過(guò)氣化的方式進(jìn)行發(fā)電，目前常見的發(fā)電方法包括：直燃發(fā)電、生物質(zhì)燃煤混燒發(fā)電、沼氣發(fā)電、熱解氣化發(fā)電、固化燃料發(fā)電、干餾發(fā)電等，在發(fā)電過(guò)程中，仍存在能源利用率較低的情況，同時(shí)由于生物還能中可能存在有害物質(zhì)，或煤炭中含有有毒物質(zhì)，會(huì)對(duì)后續(xù)的廢氣排放帶來(lái)影響，可能會(huì)提高對(duì)環(huán)境的污染情況，或增加生產(chǎn)成本。

因此，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與分析，通過(guò)提高生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)水平，優(yōu)化生產(chǎn)流程和設(shè)備使用情況，進(jìn)一步提高整體的發(fā)電效率。如可以通過(guò)調(diào)整反應(yīng)環(huán)境或增減催化劑等方式，對(duì)生物質(zhì)能中可能存在的重金屬和有害物質(zhì)進(jìn)行催化，避免其出現(xiàn)逸散等不良情況，減少對(duì)環(huán)境影響，或通過(guò)強(qiáng)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)等方式，提高對(duì)內(nèi)部生物質(zhì)能反應(yīng)過(guò)程的控制效果，提高反應(yīng)效率和設(shè)備運(yùn)行安全性。

4.2 規(guī)范化行業(yè)市場(chǎng)

生物質(zhì)能的應(yīng)用能夠更好地替代傳統(tǒng)的不可再生能源，減少世界總能耗，同時(shí)緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，因此未來(lái)生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)必然得到快速增長(zhǎng)。為使行業(yè)的增長(zhǎng)更加穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)發(fā)電行業(yè)市場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)劃，國(guó)家在下發(fā)相關(guān)政策和行業(yè)扶持手段的過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)整扶持政策等方式，對(duì)行業(yè)進(jìn)行合理引導(dǎo)，進(jìn)一步規(guī)范行業(yè)市場(chǎng)。

以垃圾發(fā)電為例進(jìn)行分析，當(dāng)前垃圾發(fā)電行業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，在全國(guó)范圍內(nèi)，浙江和山東等省的發(fā)電量相對(duì)較高，對(duì)城市垃圾處理量較大，不僅能夠有效地處理垃圾，同時(shí)能夠提供電能。不同省份之間存在較大差異，因此在進(jìn)行市場(chǎng)規(guī)劃過(guò)程中，可以對(duì)扶持政策進(jìn)行調(diào)整，提高裝機(jī)容量和發(fā)電量較低省份中的扶持力度，引導(dǎo)投資者進(jìn)入?yún)^(qū)域市場(chǎng)，加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)乩l(fā)電項(xiàng)目的投資情況，提供區(qū)域范圍內(nèi)的行業(yè)集中度，不斷促進(jìn)區(qū)域發(fā)電市場(chǎng)的發(fā)展。

基于垃圾發(fā)電行業(yè)市場(chǎng)變化情況進(jìn)行分析，當(dāng)前垃圾發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目面臨的市場(chǎng)前景均價(jià)為良好，不僅具有較為優(yōu)異的政策補(bǔ)貼，同時(shí)相比傳統(tǒng)不可再生能源的開發(fā)利用，生物質(zhì)能源的發(fā)展趨勢(shì)較為穩(wěn)定，且整體效率相對(duì)較高。相關(guān)管理部門應(yīng)制定嚴(yán)格的監(jiān)管制度，對(duì)生物質(zhì)能發(fā)電情況進(jìn)行全面的管理和監(jiān)管。一方面應(yīng)對(duì)發(fā)電市場(chǎng)進(jìn)行管理，要求企業(yè)嚴(yán)格地按照相關(guān)的項(xiàng)目情況進(jìn)行落實(shí)，通過(guò)項(xiàng)目評(píng)估和引導(dǎo)，確保企業(yè)能夠保持穩(wěn)定的發(fā)展趨勢(shì)，提高市場(chǎng)的運(yùn)行效果。另一方面，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的監(jiān)督和管理，檢查焚燒后產(chǎn)生的廢氣與雜質(zhì)，確保最終的排放符合相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，使企業(yè)和生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的整體水平得到進(jìn)一步提升與發(fā)展。

4.3 提高政策支持力度

隨著行業(yè)投資規(guī)模的增長(zhǎng)以及政策的支持，未來(lái)生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展前景相對(duì)較為良好。在此過(guò)程中，為使其發(fā)展更加順利，政府部門應(yīng)提高政策支持力度，進(jìn)一步促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，降低碳排放情況。為提高生物能源與生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，政府部門印發(fā)了《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》相關(guān)政策，加快推動(dòng)生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的不斷發(fā)展，通過(guò)合理規(guī)劃生物燃料與生物化工的融合發(fā)展，進(jìn)一步提高燃燒發(fā)電過(guò)程中的能源利用效果，降低能源消耗的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的污染和影響。通過(guò)助力生物質(zhì)能發(fā)電與化工、輕工等重要產(chǎn)業(yè)之間的深度融合，不斷促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)方向發(fā)展，從而有效提高對(duì)環(huán)境的保護(hù)效果。

為進(jìn)一步促進(jìn)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的落實(shí)，國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部以及國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布相關(guān)的發(fā)電項(xiàng)目補(bǔ)貼資金，并針對(duì)不同區(qū)域安排專項(xiàng)補(bǔ)貼資金和技術(shù)指導(dǎo)，進(jìn)一步加快生物質(zhì)發(fā)電向熱電聯(lián)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，不斷拓展生物質(zhì)發(fā)電的應(yīng)用范圍。此外，應(yīng)對(duì)電價(jià)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，增加相應(yīng)的補(bǔ)助和宣傳，針對(duì)用電企業(yè)的實(shí)際用電情況，調(diào)整補(bǔ)助的優(yōu)先順序，引導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)生物質(zhì)發(fā)電的重視，加快該類型電能向市場(chǎng)中的流入速度，促使生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展前景更為樂(lè)觀。

綜上所述，為提高對(duì)生物質(zhì)的利用效率，在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)積極提高能源開發(fā)與利用技術(shù)水平，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)行業(yè)發(fā)展的促進(jìn)效果，通過(guò)政府的積極引導(dǎo)，促使生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)行業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展，緩解我國(guó)的碳排放情況，同時(shí)提高資源利用率。