生物质气化发电技术的发展和商业化

1生物质气化发电技术的重要性 
1.1生物质能的重要性 
　　生物质是植物通过光合作用生成的有机物，包括植物、动物排泄物，垃圾及有机废水等，是生物质能的载体，是唯—一种可储存和可运输的可再生能源。从化学的角度上看，生物质的组成是C－H化合物，它与常规的矿物能源如石油、煤等是同类，（煤和石油都是生物质经过长期转换而来的），所以它的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性，可以充分利用已经发展起来的常规能源技术开发利用生物质能，这也是开发利用生物质能的优势之一。 
　　从环境效益上看，利用生物质可以实现CO2归零的排放，从根本上解决能源消耗带来的温室效应问题。随着全球环境问题的日益严重，各国主要关心的是生物质能对减少CO2排放上的作用，加上发展速生能源作物有利于改善生态环境，不会遗留有害物质或改变自然界的生态平衡，对今后人类的长远发展和生存环境有重要意义，所以国际上很多国家大都把生物质能利用技术作为一种重要的未来源技术来发展，有的国家，象瑞典等欧洲国家拥个物质能作为替代核能的首要选择，对生物质能的研究越来越重视。 
　　中国的生物质能极为丰富，现在每年的秸杆量约6.5亿吨，到2010年将达7.26亿吨，相告于4--5亿吨标煤。柴薪和林业废弃物数量也很大，林业废弃物（不包括炭薪林），每年约达3700m3 ，相当于2000万吨标煤。假如考虑日益增多的城市垃圾和生活污水，禽畜粪便等其他生物质资源，我国每年的生物质资源达6亿吨标煤以上，扣除了一部分做饲料和其他原料，可开发为能源的生物质资源达3亿吨多吨标煤，而随着农业和林业的发展，非凡是随着速生炭薪林的开发推广，我国的生物质资源将越来越多，有非常大的开发和利用潜力。 
1.2气化发电技术的意义 
　　生物质发电主要有直接燃烧后用蒸汽进行发电和生物质气化发电两种。生物质直接燃烧发电的技术已基本成熟，它已进入推广应用阶段，这种技术大规模下效率较高，单位投资也较合理。但它要求生物质集中，数量巨大。假如考虑生物质大规模收集或运输，成本也较高，只适于现代化大农场或大型加工厂的废物处理，对生物质较分散的发展中国家不适合。生物质气化发电是更洁净的利用方式，它几乎不排放任何有害气体，小规模的生物质气化发电已进入商业示范阶段，它比较合适于生物质的分散利用，投资较少，发电成本也低，比较合适于发展中国家应用。 
　　中小型生物质气化发电技术在发达国家已经成熟，但由于规模小，过程复杂，在发达国家没有竞争力；而其造价（120美元/KW以上）和运行成本都较高，在发展中国家也很难进人市场。中国开发的中小规模的生物质气化发电技术具有投资少，灵活性好的特点，是同类技术中最有竞争力的技术之一。中国地域广阔，生物质资源丰富，能源供给情况千差万别，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，也是解决我国农村秸秆焚烧问题的有效方法之一。对中国农村的现代化建设有重要的意义。 
 
2 生物质气化发电技术的研究和发展 
2.1中小型气化发电系统的种类 
　　中国已研制的中小型生物质气化发电设备功率从几kw到2000kw。从气化炉的结构上看，有层式下吸式气化炉、开心式气化炉、下吸式气化炉和循环流化床气化炉四种。从气体内燃机上看，有单位燃料气体内燃机、双燃料内燃机，单机最大功率为200KW。各种形式的气化炉对生物质的要求不一样。下吸式气化炉和层式下吸式气化炉只适用于块状、条状或粒状的生物质，开心式气化炉只适用于谷壳，循环流化床气化炉可以适用于各种不同的生物质原料，但使用之前必须进行粉碎，确保其生物质最大尺寸小于10mm。各种生物质气化发电技术的特点见表互一表2中。 
 
 
2.2中小型气化发电技术的现状和存在的问题 
　　中国近几年非凡重视中小型生物质气化发电技术的研究和应用。针对市场需要，开发了不同的技术。在以下方面取得明显的进步。 
　　1）针对不同生物质的特点，推出了不同性能的气化炉，非凡是开发了循环流化床气化炉，利用简单的预处理手段，使各种生物质废弃物都能用于气化发电。 
　　2）开发了不同规模的生物质气化发电系统，除了推广200KW气化发电机组外，还建成了600KW、800KW、1000KW的示范装置。现正在建设2000KW和3000KW气化发电装置，以满足不同客户的需 要，并通过试用，确定不同行业、不同用户最合理和最经济的规模。 
　　3）有效地降低生物质气化发电的建设成本和运行成本，通过技术改进和发电规模的提高，使气化发电的单位投资控制在3500元/Kw以下，发电成本在0.2～0.3元/KWh左右，大大提高生物质气化发电技术的经济性和市场竞争力。但由于生物质种类的复杂性和气化发电技术本身固有的特点，现在还有一些问题有待一步解决。 
　　l）灰的处理问题：生物质气化发电除了要求经济上可行之外，其主要目的是处理废物。由于现有中小型气化发电机组效率不高，灰中存留有少量的碳，而对谷壳气化后灰的体积没有明显的减少，不能达到完全消除团体废物的目的。因此气化后产生的灰需进一步处理，例如加工为耐热保温材料或提取高纯度的SiO2。遗憾的是由于经济或技术的原因，这些处理技术仍未很好地跟上，这就使谷壳气化发电的推广受到限制。 
　　2）气体净化：现有气化发电机组中对焦油的处理仍是简单的物理方法，且由于成本的限制，净化效率不高，所以气体中焦油含量仍然偏高。这一方面加快了设备的损耗，另一方面增加了设备的维修时间，降低了设备的利用率，总的使气化发电的成本增加。 
　　3）废水处理：为了处理焦油和排灰，中小型气化发电设备大部分需要采用水洗，这些水含有灰份和焦油等有害物质，排放之前需进行无害化处理，并尽可能循环使用。但目前废水仍缺乏经济可行的有效办法，有的用户为了降低成本，有时直接排放，废水中有害物质高于环保的 要求，带来了二次污染。 
3　生物质气化发电技术的应用 
3.l生物质气化发电技术市场潜力分析 
　 中国有大量的生物质废弃物，按现有的资源计算，只要2％的秸秆和10％的谷壳用于气化发电，总装机将达2000MW。假如考虑林业废弃物和其他工业废弃物，这方面的市场潜力将更大。 
　　生物质气化发电技术的功能定位是环保和节能，针对的客户对象主要是农村用户、乡镇企业和需处理生物质废弃物的工业企业。近年，有大量的木材厂、农场对处理废木屑和农业秸杆有爱好，但由于技术未成熟，没办法满足用户的要求，所以有关谷壳的外向用户未能真正形成。 
　　随着农村经济的全面发展和社会环保意识和要求的提高，生物质气化发展的需求将明 
显增加，这主要将体现在以下几方面： 
　　1）农村生活水平的提高和工业化步伐的加快，农村对电力、燃气的需求将明显增加，生物质气化发电可以在局部地区满足分散独立用户的需要，而且由于生物质原料对农村和大部分偏远山区来说是稳定和方便的，这样，农村和山区对生物质气化发电的需求将增加。 
　 2）随着集约会化生产水平的提高，木材加工和粮食加工的废弃物将越来越集中，例如碾米厂或花生榨油厂的规模不断增大，对这些废弃物进行处理并为加工厂提供能源的可能性越来越大。这样，生物质气化发电的市场也将越来越大。使生物质气化发电技术有可能成为这些企业今后的配套设备之一。 
　　3）社会环保标准要求的提高也为生物质气化发电技术提供了发展的空间。大量农业秸杆的处理问题己引起了社会的重视，生物质气化发电可以相对集中地大量处理农业秸杆，把它转化为电力上网或供局部电网使用，从根本上解决农业秸杆带来的环保问题，减少能源的浪费。目前我国农业秸杆的密度为350t/Km3计算，一个2000kw的气化发电站的收集半径不到10km，所以在农业地区推广秸杆气化发电站是完全可能的。 
3.2近年的销售情况 
　　中国谷壳气化发电装置很早就进入应用，开始时主要是160KW和200KW两种产品，近年开发MW级气化发电系统。由于经济效益较差，160KW以下的机组很少有人购买，销售主要以200KW以上机组为主，但由于技术和经济等各方面的原因，总销量仍很少。目前国内专业生产谷壳气化发电用的燃气内燃机机组的厂家仅有重庆红岩内燃机有限公司，最近两年销出各种生物质气化发电机组10多套，共6000多kw，大部分用户为碾米厂用于处理谷壳，只有少量用于处理木屑或秸秆，其用户分布情况见图1 
 
3．3生物质气化发电机组的市场竞争力 
　　通过调查发现，购买谷壳气化发电设备的用户主要为中型粮食加工厂，首要目的是处理谷壳废料，解决废物堆放和污染问题。它要求设备投资省，设备运转不增加企业的额外负担。在这种情况下，由于目前中国碾米厂的规模不是很大，生物质气化发电比直接燃烧发电有更大的竞争优势。 
　　作为发电技术，生物质气化发电与柴油发电比较的主要优势在于生物质废料很便宜，主要成本是收集与运输，以中国南方地区为例，各种燃烧价格见表2（包括运费 
另一方面，生物质气化发电与小型的燃煤电站比，主要优势在于规模灵活，投资较低。表3是三种发电方式在可比规模下的经济性比较，从表中，我们可以得出以下结论： 
l）当地电价为0.6元/度的情况下，气化发电投资回收期为2年，柴油发电的回收期为3年；但假如当 
　 地电价低于0.55元，气化发电回收期约3年，柴油发电却将亏本；假如设备按10年至折旧，气化发电的总收益将比柴油发电多5倍。当地电价低于0.55元时，只能建气化发电站，不能建柴油发电站； 
2）气化发电比柴油发电投资高2倍左右，但发电成本只是柴油发电的一半左右在当 地电价高于0.6元时，假如资金困难，可以考虑建柴油发电设备，但经济效益较差；假如资金足够，而当地废木屑充足，可以考虑建设生物质气化发电设备，投资效益将非常显著。 
4　实现生物孵化发电技术产业化的要害 
4.l技术改进 
4.1.1解决二次污染问题 
　　生物质气化发电最初的目的是处理废物。目前由于有较好的外部条件，气化发电在经济上已有较大优势，但污染问题仍没有彻底解决，成为推广气化发电技术的主要障碍，所以解决灰及废水问题是发展生物质气化发电技术的一个要害。从技术上看，灰的问题比较简单，只要提高气化效率，并对友进行煅烧处理，即可达到要求。废水的问题比较复杂，根本的办法是减少焦油的产生，例如采用催化裂解手段等方法，但这必须在设备达到一定规模才能适用。对小规模的设备，对废水进行简单的物化处理是一种比较可行的办法。 
4.1.2提高效率 
　　从气化发电的成本分析可知，影响成本最大的因素是发电规模，而成本中最主要的开支是燃料费用。在小规模下，由于人工和投资费所占的比例太高，成本甚至比采用柴油发电还高，只有提高发电规模，成本才能有明显下降。在规模达到一定程度后，燃料开支变成了主要成本，此时减少原料开支可以明显地降低发电成本，而提高发电总效率是减少原料开支的有效办法。所以降低发电成本的主要方向是提高发电规模和发电效率，这也是目前技术研究的主要内容。而在原料较便宜的地区，适当的发电规模更为重要。 
4.1.3开发系列产品 
　　由于中国的粮食加工厂大部分为中小企业，而且数量众多，稻谷加工能力从50吨到300吨/日不等，超过300吨/日的很少。这些加工厂利用谷壳发电的功率一般可从160KW到2000KW。在这一范围内，最佳的技术方案是采用气化发电。但目前气化发电机组规格型号远远满足不了各种用户的需要，所以有必要开发200～2000KW的系列产品。另一方面，考虑到大部分加工厂自用电不多，气化发电生产的多余电力必须送上电网。根据有关规定，上电网的机组不能小于500KW，因此开发单机功率为500KW的发电机组势在必行。所以，从市场需求来看，开发大功率的气化发电系统是现在研究的主要目标。 
4.2政策支持 
4.2.l增加扶持资金投入，创新投资体制 
　　政策支持的首要任务是针对目前生物质气化发电技术的现状和市场化过程碰到的资金难题，增加资金投入并制定相应的措施，解决启动资金来源并形成畅通的投资渠道。这包 
括几方面的工作： 
　　2）政府设立专门的项目评估机构，为金融机构提供参考或担保，促进投资 机构进入生物质能行 
　　　 业。 
　　3）设立专项基金，进行滚动发展，带动社会投资，培育成熟的市场。 
　　4）加强技术与优惠资金配合，提高优惠资金的效用。 
4.2.2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，除了答应小机组（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收购。目前国家有关部门已开始制定这方面的政策，但在调动电力部门的积极性和落实电价补贴渠道方面还没有有效的手段。国家应该制定强制性的可再生能配额制，确保各地电力部门发展或收购一定数量的可再生能源电力，并征收相应的电力环境附加费。把这些费用直接用于补贴洁净能源电力。这些方面，很多发达国家己有较成熟的办法和成功的经验。 
4.3应用示范 
　　相对于发达国家，发展中国家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，可能失去经济上的竞争性。所以目前没有非凡保护政策的情况下，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，实施专向的扶持政策，探讨合理规模的BGPG应用于处理农业秸杆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，进行商业示范也有很重要的实际意义。