華能國際電力股份有限公司日照電廠 張 民 王成華 時 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，我國社會中的生物質(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%的年增長量，總儲存量較大，雖然國家禁止焚燒秸稈，但仍存在相當一大部分農(nóng)村區(qū)域，在處理秸稈時選擇焚燒的方式，不僅污染環(huán)境，同時造成較為嚴重的浪費現(xiàn)象，不利于提高能源的利用率。針對秸稈等生物質(zhì)能源利用不足的情況，國家不斷出臺相應的政策，鼓勵和引導人們加強對生物質(zhì)能的合理開發(fā)與利用，不斷加強我國生物質(zhì)能源的發(fā)展速度，進一步提高能源建設效率。

1 生物質(zhì)能特點

生物質(zhì)是通過光合作用等產(chǎn)生的有機體，包括一切有生命的物質(zhì)，其特點較為鮮明。首先可再生性，生物質(zhì)能吸收太陽能并進行轉(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)化的過程中基本不產(chǎn)生有害物質(zhì)。在生物質(zhì)能形成時，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，因此不會造成碳排放量過高的現(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。在實際的轉(zhuǎn)化加工過程中，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)和生活提供基礎能源，因此具有良好的發(fā)展?jié)摿Α５壳拔覈鴮ι镔|(zhì)能的實際利用效率相對較低，并且主要對動物糞便以及秸稈等進行發(fā)酵利用，整體轉(zhuǎn)化效率相對較低，并且總量相對較少。

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)設備進行熱處理，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣體，提高實際的利用效率。其主要原理為將生物質(zhì)原料進行干燥處理，并在其中添加燃煤，通過提高氣化爐穩(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行反應。通過氧化反應產(chǎn)生H2、CH4、CO等，收集產(chǎn)生的可燃性氣體并進行去雜質(zhì)處理，最終得到的氣體能夠用于燃燒發(fā)電[1]。

在進行生物質(zhì)發(fā)電過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。該氣化爐在使用過程中，可控制氣體向不同方向流動，并根據(jù)氣體流動方式進行分類，具體見表1。

表1 4種固定床氣化爐類型對比

其二為流化床氣化爐。該設備適用于大型氣化系統(tǒng)中，在使用過程中，應在生物質(zhì)能中適當添加惰性材料，從而提高生物質(zhì)能的實際反應效率。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)化效率相對更高，具有較為良好的使用效率。在實際的轉(zhuǎn)化過程中的整體控制效果和設備負荷情況均較為理想，能夠有效滿足負荷在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，應結(jié)合氣化爐的情況進行分析，選擇恰當?shù)娜济哄仩t，并按照實際需求進行調(diào)整，進一步提高整體發(fā)電流程的順暢性。以600MW超臨界鍋爐進行分析，該燃煤鍋爐在使用過程中，受熱面如圖1所示，高溫煙氣按照順序經(jīng)過設備，通過其中的熱蒸汽帶動高壓缸進行做功，實現(xiàn)發(fā)電。

生物質(zhì)氣化耦合燃煤發(fā)電過程中，為提高生產(chǎn)安全，應加強對燃氣和火焰等情況的監(jiān)測，同時提高對鍋爐的控制效果。應利用自動化監(jiān)測系統(tǒng)對發(fā)電過程中的各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控和管理，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后技術(shù)進行報警，并自動切斷相應閥門，提高實際控制效果，降低安全事故發(fā)生概率。

在利用生物質(zhì)進行發(fā)電時，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)中的含硫量相對較低，在生物質(zhì)發(fā)電過程中，產(chǎn)生含硫氣體的主要因素是煤粉中含硫量較高，在轉(zhuǎn)化過程中析出，影響整體排放效果。因此，可通過降低煤粉中硫化物含量或?qū)ι蓺怏w進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為生物質(zhì)材料的不充分燃燒，應對污染物的燃燒情況進行合理調(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。在耦合燃燒當量提升時，排煙溫度會直接升高，使整體的生物質(zhì)利用率不斷降低，通過計算了解到，在煙氣溫度增加5～10℃時，整體熱效降低0.55%，進一步影響整體的實施效果。因此，應對煙氣排放進行合理控制，通過收集余熱等方式進行二次利用，提高能源的利用效率[3]。

3 我國生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國生物質(zhì)發(fā)電仍處于發(fā)展初期，國內(nèi)的生物質(zhì)資源相對較為豐富，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，在進行處理的過程中消耗大量資源，同時容易造成環(huán)境污染。在利用生物質(zhì)進行發(fā)電的過程中，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)電三種方式實現(xiàn)，在2021年上半年，我國生物質(zhì)發(fā)電總量為779.5億kWh，累計裝機量達到3319.3萬kWh，新增裝機量呈上升趨勢。其中，農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電裝機量同比增長20.1%，城市垃圾發(fā)電裝機量同比增長25.5%，農(nóng)業(yè)沼氣發(fā)電裝機量同比增長12.7%，整體生物質(zhì)能發(fā)電的利用率在逐年上升。

我國不同區(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)電的實際利用效率相對較高。通過分析可以了解到，在農(nóng)業(yè)大省中，由于農(nóng)林生物質(zhì)能的總量相對較高，因此發(fā)電裝機量也相對較高，生物質(zhì)能發(fā)電發(fā)展良好。而通過垃圾焚燒發(fā)電方式進行分析時可以發(fā)現(xiàn)，浙江、江蘇以及廣東等省的排名相對靠前。同時，經(jīng)濟發(fā)展水平較高的區(qū)域，垃圾發(fā)電發(fā)展較為良好?？梢钥闯?，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，實際分布與原材料相關(guān)。

通過對生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)發(fā)展情況進行分析，從2021年起國家能源局進一步落實“四個革命、一個合作”的能源戰(zhàn)略，提高對碳中和的重視和管理，同時推進行業(yè)頂層設計，加強對清潔電力的開發(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，目前我國生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模相對較小，并且行業(yè)發(fā)展速度較為緩慢，在“十四五”期間，加大對行業(yè)投資的鼓勵和支持，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，我國生物質(zhì)發(fā)電投資規(guī)模已經(jīng)達到1800億元以上，同比增長6.58%。政府部門為加快行業(yè)發(fā)展，給出相應的政策和財政補貼措施，進一步加快生物質(zhì)發(fā)電項目的建設和發(fā)電技術(shù)的研究，促使行業(yè)得到穩(wěn)步增長。

發(fā)展生物質(zhì)能等再生能源的主要目的是減少對環(huán)境的負面影響，在利用生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的過程中，應重視其整個生命周期中對環(huán)境的影響情況，通過代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的方式，調(diào)整項目運營情況，進一步降低對環(huán)境的影響，從而幫助我國實現(xiàn)更好的節(jié)能減排。

4 未來我國生物質(zhì)發(fā)電的前景

4.1 加強技術(shù)研發(fā)

為使生物質(zhì)發(fā)電在未來具有更好的前景，應對生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)進行研究，不斷提高技術(shù)實施效果，提高對生物質(zhì)的實際利用效率，同時減少環(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，主要通過氣化的方式進行發(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)電過程中，仍存在能源利用率較低的情況，同時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)，會對后續(xù)的廢氣排放帶來影響，可能會提高對環(huán)境的污染情況，或增加生產(chǎn)成本。

因此，應加強技術(shù)研發(fā)與分析，通過提高生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)水平，優(yōu)化生產(chǎn)流程和設備使用情況，進一步提高整體的發(fā)電效率。如可以通過調(diào)整反應環(huán)境或增減催化劑等方式，對生物質(zhì)能中可能存在的重金屬和有害物質(zhì)進行催化，避免其出現(xiàn)逸散等不良情況，減少對環(huán)境影響，或通過強化設備的結(jié)構(gòu)等方式，提高對內(nèi)部生物質(zhì)能反應過程的控制效果，提高反應效率和設備運行安全性。

4.2 規(guī)范化行業(yè)市場

生物質(zhì)能的應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，同時緩解能源危機和環(huán)境污染問題，因此未來生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)必然得到快速增長。為使行業(yè)的增長更加穩(wěn)定，應對發(fā)電行業(yè)市場進行進一步規(guī)劃，國家在下發(fā)相關(guān)政策和行業(yè)扶持手段的過程中，可以通過調(diào)整扶持政策等方式，對行業(yè)進行合理引導，進一步規(guī)范行業(yè)市場。

以垃圾發(fā)電為例進行分析，當前垃圾發(fā)電行業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，在全國范圍內(nèi)，浙江和山東等省的發(fā)電量相對較高，對城市垃圾處理量較大，不僅能夠有效地處理垃圾，同時能夠提供電能。不同省份之間存在較大差異，因此在進行市場規(guī)劃過程中，可以對扶持政策進行調(diào)整，提高裝機容量和發(fā)電量較低省份中的扶持力度，引導投資者進入?yún)^(qū)域市場，加強對當?shù)乩l(fā)電項目的投資情況，提供區(qū)域范圍內(nèi)的行業(yè)集中度，不斷促進區(qū)域發(fā)電市場的發(fā)展。

基于垃圾發(fā)電行業(yè)市場變化情況進行分析，當前垃圾發(fā)現(xiàn)項目面臨的市場前景均價為良好，不僅具有較為優(yōu)異的政策補貼，同時相比傳統(tǒng)不可再生能源的開發(fā)利用，生物質(zhì)能源的發(fā)展趨勢較為穩(wěn)定，且整體效率相對較高。相關(guān)管理部門應制定嚴格的監(jiān)管制度，對生物質(zhì)能發(fā)電情況進行全面的管理和監(jiān)管。一方面應對發(fā)電市場進行管理，要求企業(yè)嚴格地按照相關(guān)的項目情況進行落實，通過項目評估和引導，確保企業(yè)能夠保持穩(wěn)定的發(fā)展趨勢，提高市場的運行效果。另一方面，應加強對企業(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的安全標準，使企業(yè)和生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的整體水平得到進一步提升與發(fā)展。

4.3 提高政策支持力度

隨著行業(yè)投資規(guī)模的增長以及政策的支持，未來生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展前景相對較為良好。在此過程中，為使其發(fā)展更加順利，政府部門應提高政策支持力度，進一步促進行業(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)濟發(fā)展規(guī)劃》相關(guān)政策，加快推動生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的不斷發(fā)展，通過合理規(guī)劃生物燃料與生物化工的融合發(fā)展，進一步提高燃燒發(fā)電過程中的能源利用效果，降低能源消耗的同時減少對環(huán)境的污染和影響。通過助力生物質(zhì)能發(fā)電與化工、輕工等重要產(chǎn)業(yè)之間的深度融合，不斷促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)方向發(fā)展，從而有效提高對環(huán)境的保護效果。

為進一步促進生物質(zhì)發(fā)電項目的落實，國家發(fā)改委、財政部以及國家能源局聯(lián)合發(fā)布相關(guān)的發(fā)電項目補貼資金，并針對不同區(qū)域安排專項補貼資金和技術(shù)指導，進一步加快生物質(zhì)發(fā)電向熱電聯(lián)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，不斷拓展生物質(zhì)發(fā)電的應用范圍。此外，應對電價進行進一步的調(diào)整，增加相應的補助和宣傳，針對用電企業(yè)的實際用電情況，調(diào)整補助的優(yōu)先順序，引導企業(yè)加強對生物質(zhì)發(fā)電的重視，加快該類型電能向市場中的流入速度，促使生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展前景更為樂觀。

綜上所述，為提高對生物質(zhì)的利用效率，在實際發(fā)展過程中，應積極提高能源開發(fā)與利用技術(shù)水平，同時加強對行業(yè)發(fā)展的促進效果，通過政府的積極引導，促使生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)行業(yè)得到進一步發(fā)展，緩解我國的碳排放情況，同時提高資源利用率。