黃梅+呂豫輝

摘 要：生物質(zhì)能作為一種可再生的清潔能源，其高效開(kāi)發(fā)利用將會(huì)有效緩解全球能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，同時(shí)也能優(yōu)化全球能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。本文對(duì)生物質(zhì)能的利用技術(shù)和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況作了簡(jiǎn)要概述，展望了生物質(zhì)能的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能；直接燃燒；氣化

1 引言

能源作為人類的物質(zhì)基礎(chǔ)，國(guó)家穩(wěn)定發(fā)展的保障，在世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過(guò)程中日益枯竭，同時(shí)由于化石能源的過(guò)度開(kāi)采和使用引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)峻。所以作為清潔能源之一的生物質(zhì)能，是唯一可替代化石能源轉(zhuǎn)化成氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料以及其他化工原料或產(chǎn)品的碳資源[1]。同時(shí)生物質(zhì)能還具有資源豐富、可再生和分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

2 生物質(zhì)能利用技術(shù)分類及發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 生物質(zhì)能技術(shù)分類

生物質(zhì)能作為一種低硫、低成本的清潔燃料，與其他能源相比，其直接燃燒效率較低，故需對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化后再利用。目前對(duì)于生物質(zhì)能常用的轉(zhuǎn)化技術(shù)有熱化學(xué)法、生物化學(xué)法和直接燃燒等。其中熱化學(xué)法即在溫度較高的條件下，通過(guò)轉(zhuǎn)換技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成流體燃料，彭武厚和陸鑫等人還對(duì)過(guò)程中的轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行了詳細(xì)研究[2]。生物化學(xué)法則是利用微生物發(fā)酵來(lái)制取能源物質(zhì)；提取法則是用生物質(zhì)提取生物油。

2.2 直接燃燒技術(shù)

生物質(zhì)直接燃燒主要有爐灶燃燒和鍋爐燃燒。傳統(tǒng)的爐灶燃燒雖然成本低、操作簡(jiǎn)單，但燃燒效率只有10%～18%。鍋爐燃燒則是采用高科技的燃燒技術(shù)，將生物質(zhì)直接作為鍋爐燃料，以此提高其燃燒效率。該技術(shù)適用于生物質(zhì)資源較多且相對(duì)集中的地區(qū)。同時(shí)我國(guó)許多科研機(jī)構(gòu)和高校都對(duì)生物質(zhì)燃燒鍋爐進(jìn)行了研究，并獲得一定成功。哈爾濱工業(yè)大學(xué)就對(duì)燃燒生物質(zhì)的流化床燃燒技術(shù)進(jìn)行了研究，并研制了以甘蔗渣為燃料的流化床鍋爐。而國(guó)外的流化床燃燒技術(shù)已經(jīng)具備一定的規(guī)模，波蘭在1998年就已擁有近2000個(gè)小型生物質(zhì)鍋爐；美國(guó)的多家能源公司都生產(chǎn)出了高效率的流化床鍋爐。丹麥研發(fā)的高倍率循環(huán)流化床鍋爐，將煤炭和干草按一定比例投入爐內(nèi)燃燒，輸出熱功率可達(dá)80MW[3]。

2.3 氣化發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是通過(guò)氣化爐將生物質(zhì)熱解處理形成清潔的可燃?xì)?，再將其通入發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。該技術(shù)不僅工藝靈活、生產(chǎn)成本低，同時(shí)還可減少對(duì)環(huán)境的污染。

我國(guó)在上世紀(jì)末就開(kāi)始了對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究，目前正處于試驗(yàn)階段[4]，同時(shí)我國(guó)的整體氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)正在建設(shè)當(dāng)中，基本達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。同時(shí)在1MW生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)出4-6MW的生物質(zhì)氣化燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，并投入使用，該發(fā)電機(jī)組功率可達(dá)500kW[5]。此外我國(guó)用于氣化發(fā)電的生物質(zhì)原材料已經(jīng)不僅僅局限于木炭和動(dòng)物糞便，植物的殘余物、木材等一些體積較大的生物質(zhì)也被利用起來(lái)了。其中山東省科學(xué)院能源研究所研發(fā)的秸稈生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)，在農(nóng)村具備良好的應(yīng)用前景，而且其供氣成本低于0.15元/m3，截至目前我國(guó)已推廣建立100多個(gè)示范工程[6]。

2.4 生物質(zhì)沼氣利用技術(shù)

生物質(zhì)沼氣發(fā)電技術(shù)是將我們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的數(shù)量巨大的有機(jī)廢物，如生活垃圾、禽類糞便等，經(jīng)過(guò)微生物在厭氧條件下發(fā)酵后得到沼氣，以此推動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。并且利用設(shè)備在發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的余熱來(lái)提高沼氣的生成率，從而提高沼氣的發(fā)電效率。我國(guó)作為目前世界上沼氣開(kāi)發(fā)利用效果最好的國(guó)家，技術(shù)也發(fā)展的相當(dāng)成熟，已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段，有用戶沼氣池688.7萬(wàn)戶，綜合利用戶數(shù)340萬(wàn)戶，利用率大87%以上。此外我國(guó)的大中型沼氣工程多達(dá)1000多處[7]。

3 國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能利用情況

經(jīng)濟(jì)全球化的到來(lái)，也導(dǎo)致了能源危機(jī)，不可再生能源的過(guò)度消耗和環(huán)境惡化，迫切的需要人類開(kāi)發(fā)新的可再生能源。我國(guó)的生物質(zhì)能主要用于發(fā)電、沼氣產(chǎn)業(yè)、液體燃料等；而德國(guó)的生物質(zhì)能主要是與煤混合用于發(fā)電和產(chǎn)氣等行業(yè)[8]。同時(shí)英國(guó)也建立了要在十年之內(nèi)由生物質(zhì)能提供國(guó)家電力需求的10%的目標(biāo)[9]；歐盟更是早在1998年的時(shí)候就提出，生物質(zhì)能的利用在2010年將會(huì)達(dá)到能源總耗的12%，比1998年生物質(zhì)能的利用率還要高出2倍多[10]。法國(guó)也提出了要在2年之內(nèi)將生物質(zhì)燃料的產(chǎn)量提高3倍的目標(biāo)，并立志成為歐洲生物質(zhì)燃料生產(chǎn)的第一大國(guó)[11]。此外還有不少國(guó)家也將研發(fā)生物質(zhì)能的利用作為其發(fā)展方向，像日本的新陽(yáng)光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)和巴西的酒精能源計(jì)劃等[12]。

4 生物質(zhì)能利用的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)能源儲(chǔ)量豐富，但人均占有量非常低，不到世界平均水平的15%，近階段我國(guó)汽車(chē)工業(yè)大規(guī)模發(fā)展，礦物燃油的短缺問(wèn)題愈加明顯[13]。所以發(fā)展可再生能源是優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)和減少環(huán)境污染的唯一出路。但是目前我國(guó)生物質(zhì)能商業(yè)化應(yīng)用還處于起步階段，還需要加大研發(fā)力度、繼續(xù)完善生物質(zhì)能工業(yè)體系和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等。

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