1、新能源发电的前景规划中国的生物质气化发电技术作者：吴创之 文章来源：中国科学院广州能源研究所 点击数：1752 更新时间：2005-4-18作者：吴创之、郑舜鹏、阴秀丽、罗曾凡、陈 勇 文摘：中国可用的固体生物质数量巨大，主要以农业废弃物和木材废物为主。生物质分布分散，收集和运输困难，在中国目前的条件下，难以采用大规模燃烧技术，所以中小规模的生物质气化发电技术（2005000kW）在中国有独特的优势。由于中国电力供应紧张，而生物质废弃物浪费严重，价格低廉，所以生物质气化发电的成本，约为 0.2-0.3 元/Kw.h,已接近或优于常规发电，其单位投资仅约 35004000 元/Kw，为煤电的60
2、%-70%，所以具备进入市场竞争的条件。目前中国已具备建设 MW 级生物质气化发电项目的能力。但技术仍存在一些问题，最突出的是对水的二次污染和对各种类型生物质适用性不强，而且系统发电效率较低，热效率仅为15%左右。所以目前必须加强三方面的工作，一是研究完善焦油裂解技术，彻底减少对水的二次污染; 二是该进技术过成，提高整体热效率；三是在有条件的地方建设示范项目，针对不同废料特点进行商业示范，充分证明该技术的可靠性和经济性，为全面推广生物质气化技术创造条件。1. 前言生物质是重要的可再生能源,它分布广泛,数量巨大。但由于它能量密度低，又分散，所以难以大规模集中处理，这正是大部分发展中国家生物质利用
3、水平低下的原因。生物质气化发电技术（BGPG）可以在较小的规模下实现较高的利用率，并能提供高品位的能源形式，特别适合于农村、发展中国家和地区，所以是利用生物质的一种重要技术，是一个重要的发展方向。中国由于地域广阔，生物质资源丰富而电力供应相对紧张，生物质气化发电具有较好的生存条件和发展空间，所以在中国大力发民展生物质气化发电技术可以最大限度地体现该技术的优越性和经济性。2中国生物质气化发电技术的现状21 发展概况中国对生物质气化发电技术的研究及应用较早，在六十年代就开发了 60KW 的谷壳气化发电。目前主要使用的是 160KW 与 200KW 谷壳发电两种。近年进行 1MW 的生物质气化发电系
4、统研究，旨在开发适合中国国情的中型生物质气化发电技术。1MW 的生物质气化发电系统已于去年完成并投入使用，其流程示意图见图 1 所示。该系统在很多方面比200KW 气化发电有了改进，但由于投资问题，有关废水问题没有完全解决。22 关键技术221 气化炉中国对各种气化方式都有研究，已完成了多种气化炉的研制，目前已使用的气化炉有上吸式、下吸式、敞口式和流化床等。从原理上讲，各种气化炉都可以用于气化发电，但目前研究完成并正常运转的主要有三种，即敞口下吸式，下吸式及循环流化床（见表 1），发电功率可以从几千瓦到几千千瓦，这为气化发电技术的进一步发展提供了条件。222 气体机 气体机包括天然气、甲烷和低
5、热值生物质气三种。我国低热值气体机发展较差，小功率（100KW）基本都由柴油机改装，未有定型产品。大功率（500KW）的机组也有研究，表 1。中国生物质气化发电中的气化炉型式气化炉型式 层式下吸式 下吸式 循环流化床燃料种类 树皮，木块 谷壳，木块 谷壳，木屑规模 2.030.0kWe 60200kWe 4004000kWe燃气热值 4100-5300KJ/m3 3800-4600KJ/m3 4600-6300KJ/m3气化温度 1100 700-800C 650-850冷气效率 70% 50% 6575%但由于排气温度和控制技术未能过关，目前仍未有成熟产品。现在已有定型产品有 160KW 和
6、 200KW 两种。由于单机功率较小，所以中等规模的气化发电系统必须由多台气体机并车，这在一定程度上会影响气化系统功率的进一步提高。223 气体净化气体净化是中国生物质气化最薄弱的环节。目前都采用水洗的办法，既降低系统效率，又产生含焦油的污水，所以是今后研究的主要课题。按现在的技术看来，进行焦油裂解减少焦油和水处理使废水循环使用是气体净化的两个关键问题。23 中国生物质气化发电的经济性生物质气化发电的投资主要包括气化与净化系统、发电设备及土建三部分。以 1000KW 的谷壳气化发电系统为例，其投资构成见表 2。由表2 可知，由于谷壳气化不需要专门收集与运输设备和储存设备，所以单位投资只需 35
7、00 元/千瓦，大大低于小型的燃煤发电站（约 6000 元/千瓦）。另外，由于气化设备、配套设备及废水处理设备等随着容量的变小，其比例越来越高，BGPG 的单位投资随着容量的变小而越来越大，当功率小于 60KW 时，单位投资即高于小型燃煤电站的投资（见图 2）。表 2. 1MW 气化发电的投资预算(万元)(1) 气化炉 5MWth , 包括分离器 50 (2) 水洗装置 2500Nm3 , 包括文丘里管 10 (3) 气体机 200kW 机组,五台 150(4) 配电设备 配电屏及电缆 6(5) 水处理系统 用于处理废水 35(6) 配套设备厂 风机,水泵,电机,管道等 15 (8) 工程安装
8、 10 (9) 基建 200m2 的厂房和基础 20(10)控制系统 10合计 306 232 发电成本BGPG 的发电成本包括生物质费用、设备维修、设备折旧和人工等部分，对 1000KW 的谷壳发电来说大约为0.27 元/千瓦时（见表 3）。这一成本与燃煤发电厂的成本接近，但远远低于柴油机的发电成本。在较小的发电规模下，由于人工和维修费用比例大大增加， 所以发电成本已随着功率的变小而增大，当功率小于 100KW 时，发电成本已接近大型柴油发电的水平，失去竞争的优势。233 环保投入由于目前生物质气化的焦油问题仍未解决，为避免二次污染，必须投入定的资金建设污水处理设备，对不同的系统处理污水的投
9、入不同，但总的来说，功率越小，比例越大，这也是小功率 BGPG 难以推广的主要原因。而且由于污水处理占地较大，很多用户为了节省投入和降低运行费用，对污水不进行处理，引起环境问题。3 影响生物质气化技术应用的关键问题31 生物质收集与预处理由于能量密度低并且分散，生物质的收集与运输是生物质成本的主要部分，而生物质的预处理必须增加相应的设备和投资，这两部分都会增加生物质气化发电的运行成本。图 3 是生物质成本与发电成本的关系，由图可知，当生物质的价格高于 200 元/小时，BGPG 的发电成本高于 0.45 元/千瓦时，BGPG 失去了经济吸引力。图 4是不同废料目前的市场价格，它反映了不同收集和
10、运输条件对生物质成本的影响，由图可知，在目前条件下，超过 50 公里的范围收购生物质废物，其收购成本高于200 元/吨，失去了竞争能力。这说明目前 BGPG 的技术只能应用在生物质废物集中，不需要收集、运输和预处理的情况下。32 废水二次污染如前所述，由于废水的处理需要较大投入和用地，废水问题已成为目前推广 BGPG 的主要障碍。特别对于小于 400KW 的气化发电系统,增加废水处理设备将大大增加投资和运行费用,使大量需要 200KW 的用户放弃使用气化发电技术。4在中国发展 BGPG 所面临问题的解决办法41 技术研究及改进411 焦油裂解技术及废水处理工艺焦油裂解是彻底解决二次污染的办法。
11、只有最大限度地减少焦油的数量，才能避免废水的产生。当然，采用任何工艺都很难保证完全没有焦油，所以采用一定的水作为冷却和清洗还是必要的，因此废水的处理与循环使用的研究也是必不可少的。只有解决二次污染的问题，生物质气化发电技术才能与其他技术进行平等的竞争。412 发电循环的改进及系统效率的提高由于受气化效率与气体机效率的限制，简单的气化-气体机发电循环效率很难高于 20%，所以单位电量的生物质消耗量一般大于 1.1 千克（干）/千瓦时。而我们从发电成本的分析可知，原料成本是发电成本最主要的一部分，如果不能降低生物质数量，很难利用需要收集与预处理的生物质资源。所以从长远来说，提高系统总效率是全面推广
12、利用 BGPG的一个前提。从纯技术的角度看，生物质 IGCC 可以有效地提高 BGPG 的总效率，但由此可以看出于焦油处理技术与燃气轮机技术的限制，在中国研究发展生物质 IGCC 仍比较困难。所以如何利用现已较成熟的技术，研制开发在经济上可行，而效率又有较大提高的系统，是目前发展 BGPG 的一个主要课题。图 5 是建立在较成熟的气化-气体机系统上的一种联合循环构想，它有三个特点：（1）技术难度小，不需要很高的气体净化技术；（2）系统发电效率有较大提高，可达 28%左右，达到小型燃煤发电的水平；（3）由于技术成熟，设备都是传统的定型产品，单位投资较低，约40005000 元/千瓦，所以综合技术
13、性与经济性两方面的考虑，该系统是一个比较适合中国国情的选择，特别对410 兆瓦的规模更为优越。是我国今后研究开发的方向之一。42 加快 BGPG 在中国的应用及示范相对于发达国家，中国的生物质气化发电有比较好的市场环境，但从成本分析可知，即使解决二次污染问题，大规模的生物质收集与运输仍使发电成本提高，失去经济上的竞争性。所以目前可能使用生物质气化发电的主要对象应是有大量生物质废料而没有收集及运输问题的企业或地区。为了充分显示 BGPG 的技术及经济上的优势，很有必要在这些企业中进行商业性示范，使 BGPG 逐渐被企业所接受。在此基础上，改进并提高BGPG 的技术性能，探讨 BGPG 应用于大规
14、模处理农业秸秆或森林废物的可能性。从中国目前企业的特点考虑，比较可能使用 BGPG 的主要有碾米厂和木材加工厂。中国每年生产稻谷近 2.0亿吨，生产人造板 1000 多万立方米，所以上规模的碾米厂和人造板厂分别有几百家，因此即使 BGPG 目前只针对这两种企业，也有很大的市场潜力。43 保证电力收购，鼓励 BGPG 的使用中国目前由于气体机的单机容量相对较小（200 千瓦），不符合国家有关机组上电网的要求，但作为可再生能源，生物质对减少污染，保护环境方面有重要意义，所以国家应在这些方面实行鼓励及保护政策，除了允许小机组（100 千瓦）上网以外，还必须实行最低收购价，确定保护生物质电力的生产。目
15、前国家有关部委已开始制定这方面的政策，关键是如何有效的实施。5结论气化发电是分散利用生物质能的有效手段，比较适合于中国当前的经济水平和发展现状。中国的生物质具有较好的技术基础，只要解决二次污染，即具备与其他常规发电技术竞争的条件。为了发展并尽快推广生物质气化技术，目前应该进行三方面的工作：一是研究焦油处理技术，彻底消除二次污染；二是改进气化发电技术与系统，提高整体效率，进一步降低发电成本；三是制定保证政策，鼓励生物质气化发电技术的应用。参考文献TOP yanyan20332033 燕山飞扬大校2# 大 中 小 发表于 2009-8-29 20:12 只看该作者 项目简介：生物质气化发电技术是洁
16、净利用生物质能的有效方法之一，它可以在不产生污染的情况下把生物质能转化为电能，达到从低品位能源获取高品位能源的目的，是最有前途的可再生能源技术之一。 因地制宜地利用丰富的生物质资源，建帖子8550 精华2 威望1100 土木币11058 在线时间154 小时 注册时间2005-3-20 发短消息 加为好友 立分散、独立的离网或并网生物质分布式电站不仅可以弥补电力供应的不足，而且可以有效减少环境污染和温室气体排放，所以它也是一种重要的环保技术。以农业废弃物和木材废弃物为主的生物质资源分布分散，收集和运输困难，不适合采用大规模燃烧技术，而中等规模的生物质气化发电技术（4006000kW）在发展中国
17、家具有独特的优势，也具备进入市场竞争的条件。中国科学院广州能源研究所研究开发的中等规模生物质气化发电技术达到了同类技术的国际先进水平，性价比处于国际领先水平，该技术共申请国家专利 9 项，已在中国、台湾和东南亚等国家推广应用，取得了显著的经济、社会和环境效益。生物质气化发电技术先后获得“九五”国家重点科技攻关计划优秀成果奖、广东省科技进步二等奖、上海国际工业博览会银奖、广东省优秀专利奖。2005 年 10月，在由联合国教科文组织发起的全球可再生能源领域最具投资价值的十大领先技术评选中该技术获得“蓝天奖”，再一次证明了生物质气化发电技术在国际上的影响力。适用范围及应用条件：该生物质气化发电技术应
18、用范围广，灵活性好，根据用户不同需要，发电规模可选择在 200-5000kW 之间。用于处理碾米厂的谷壳，家具厂、人造板厂和造纸厂的木屑、边角料、树皮，为工厂提供电力，也适用于处理林场及农场的枝桠材、秸杆、稻草、稻壳等，为缺电农村地区和企业供电。同时，由于该项目属于环保技术，对消除污染，减少 CO2 的排放有重要的意义，有条件享受国家政府的相关优惠政策，有很好的市场前景和巨大的推广潜力。主要技术性能及指标：生物质气化发电技术采用循环流化床气化炉，把生物质废弃物，包括木料、秸秆、稻草、甘蔗渣等转换为可燃气体。这些可燃气体经过除尘除焦等净化工序后，再送到气体内燃机进行发电。为进一步提高系统效率，可
19、利用气化系统和内燃机产生的余热，通过余热锅炉和蒸汽轮机实现联合循环发电。该技术主要特点如下：(1)采用循环流化床气化炉为燃气发生装置，利用气体内燃机代替燃气轮机，采用简单可靠的燃气净化方法。整个系统具有原料适应性好，处理规模大，负荷适应能力强，发电效率高等特点；(2)采用新型专利技术，有效解决了燃气净化中的难题；采用特种菌种和好氧、厌氧相结合的方法处理焦油污水，实现气化发电系统中焦油污水循环利用；(3)建立的 5MW 生物质气化及联合循环发电优化系统示范工程，克服了传统 IGCC 技术在发展中国家利用的限制，大大降低了技术难度和系统成本，设备全部国产化。这些特点保证了气化发电系统的综合性能稳定
20、可靠，单位投资和运行成本都较低的特点，系统达到以下技术经济指标：以原料价格 200 元/吨计，简单生物质气化发电系统（4003000kW）发电效率达到1620，单位投资：40004500 元/kW，单位原料耗量：1.35kg/kWh，发电运行成本：0.35-0.45 元/kWh；联合循环生物质气化发电系统（5MW）发电效率达 28%，单位投资：6500 元/千瓦，单位原料耗量 1kg/kWh，发电运行成本0.35元/ kWh。已应用情况：在全面分析市场需求的情况下，成功开发了400kW 到 5000kW 的系列生物质气化发电装置，提高了整个技术的成套性和实用性，为推广应用奠定了良好的基础。自
21、2000 以来，该技术在中国、台湾和东南亚国家推广，已经成为国际上应用最多的中小型生物质气化发电系统。目前已签订和在建生物质气化发电项目共 32 项，总装机容量34 MW，累计合同额达 8021.82 万元，间接经济效益 3400 万元，新增产值 1.02 亿元，取得了显著的经济效益；年减排 CO2 约 27.5 万吨，环境效益显著。该技术的推广应用为根本解决中国农村普遍存在的而又始终无法根治的“秸秆问题”提供了有效的利用途径。例如：一个 3000kW 的生物质发电站，年处理秸秆约 2 万吨，相当于 2 万亩的秸秆。电站以 200 元/吨的价格向农民收购秸秆，每亩地可增加产出 50-100 元；电站可解决90150 人的就业机会；生物质发电直接成本中的秸秆成本和人工成本约为 0.35-0.4 元/度电，直接转化为当地农民收入。如果每个县建设 5 万kW 的生物质电站，每年可为农民增收 1 亿多元，其推广应用的社会效益非常显著。
