收稿日期:2007-01-14作者简介:马永贵(1966-),男,江苏江堰人,工程师.钟史明(1928-),男,福建龙岩人,教授,中国电机工程学学会热电专委会委员,技术专家组副主任,江苏省热电专委会名誉主委,享受国务院特殊津贴热能动力专家,主要从事热电动力系统的研究.秸秆发电技术综述马永贵a ,钟史明b(东南大学 a 1热电工程设计研究院; b 1动力系,南京210096)摘 要:针对国际能源紧张的状况,介绍了国内外可再生能源的发展状况;重点阐述了生物质能发电的客观需求及发展前景;提出了秸秆发电是生物质发电的主流.结合江苏省的实际情况,分析了秸秆发电发展中存在的问题,并有针对性地提出建议和解决问题的具体措施.关键词:可再生能源;生物质能发电;秸秆燃烧;秸秆气化中图分类号:TK01 文献标识码:A 文章编号:1673-1603(2007)03-0201-05江苏省地处长江三角洲,是我国经济较发达的省份之一,但能源资源却十分匮乏,3/4以上的能源靠外部供应,长期以来,能源供应问题始终是制约江苏省社会经济发展的重要因素.另外,江苏省一次能源构成中煤炭占85%以上,对环境造成了严重的影响.所以迫切需要开拓清洁能源供应渠道,走可持续能源发展之路.这里拟结合江苏省的实际情况,对开发利用可再生能源,特别是生物质能发电做些阐述,以补充常规能源供应不足和满足江苏省能源可持续发展的需求.1 什么是可再生能源可再生能源是指从自然界获取的可以再生的非化石能源.按联合国的定义,可再生能源分为传统的与新的可再生能源.传统的可再生能源主要包括大水电和采用传统技术开发的风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等.新的可再生能源主要指采用现代技术开发的小水电、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能和固体废弃物等.据统计[1],2002年全世界消费的可再生能源为15.4亿t 标准煤,约为全球一次能源消费总量的15.8%,其中传统的可再生能源占80%,新的可再生能源占20%.可再生能源发电量占总发电量的9%,仅次于燃煤发电.2 什么是生物质能源生物质能源是太阳能以光化学作用形成化学能储存于生物质中的能量形式,它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,是取之不尽用之不竭的能源资源,是太阳能的一种表现形式.生物质发电技术是将生物质能转化为电能的一种技术,主要采用农作物秸秆和林业废弃物作为发电燃料,因此,又称之为秸秆发电技术.生物质发电在国际上越来越受到重视,在国内也越来越受到政府的关注和民间的拥护.生物质发电是可持续发展的能源,未来的能源;也是利国利民的/朝阳0产业.我国能源形势表明,中国进行能源资源结构调整特别是保护农村环境,建设社会主义新农村,都要求生物质发电技术做出更多的贡献,/十一五0期间我国生物质发电将进入初步发展时期.3 生物质发电是经济发展的客观需求自改革开放以来,我国经济高速发展,20多年来国民经济GDP 增长率一直名列世界前茅,仅次于美国.能源生产与消费位居世界第二,但也是世界温室气体排放第二的大国.随着世界不可再生能源资源的日渐枯竭以及全球性环境保护问题日益突出,只有大力发展可再生能源和提高能源利用率,才能保证我国经济持续、健康、快速、协调发展,达到全面小康水平.可再生能源由于受技术和自然条件的限制,目前对其大规模的开发利用主要为风能、小水电和生物质能.生物质能发电在可再生能源发电中能质较好,可靠性高,比小水电、风电和太阳能发电等间歇性发电要好得多,具有很高的经济价值,因而它是我国经济发展的第3卷第3期2007年7月沈阳工程学院学报(自然科学版)Journal of Shenyang Institute of Engineering(Natural Science)Vol 13No 13Jul.2007客观需求.311国家能源战略和调整能源结构的需要近年来,国际能源形势紧张的局面再度出现,中东石油你争我夺,导致石油价格从29美元/桶,飚升到70多美元/桶.我国石油产品进口量已占需求量的40%以上,自2002年下半年起,我国再次出现缺电的情况,2003年下半年开始出现了全面的煤、电、油、运紧张状况,煤价由200多元/t,飚升到500元/t,直到2006年,电力供需矛盾才渐趋缓和.不可再生的化石资源的紧张,使运行成本大幅增加,严重影响了我国经济的可持续发展,乃至危及国家安全.我国的能源资源结构以煤炭为主,约占70%左右,燃煤严重污染环境,急需增加清洁能源比重,才能建成资源节约型、环境友好型的和谐社会.化石能源不可再生,迟早要枯竭.生物质能源丰富,可循环使用,又无污染,必将取代化石能源成为能源供应的主要成员.增加清洁可再生能源比重替代原煤和石油,是我国/十一五0至2020年的重要任务,而利用风能,生物质能等可再生能源是我国能源结构调整最现实的主要方向之一.312建设社会主义新农村,服务/三农0的需要发展生物质发电,可增加农民收入.生物质发电使生物秸秆变废为宝,1个装机容量为25MW的机组年耗生物质秸秆30万t以上,若按150元/t的价格计算,则当地农民年收入约4500万元,再加上生物质秸秆的收、储、运工作,可给当地提供大量新的就业岗位.中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料.尽管煤炭、液化气等商品能源在农村的年消费量约3.65亿t标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿t标煤,占56.7%.因此,发展农村地区生活和生产用的电能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务.313环境保护的需要生物质发电可减少大气污染.生物质发电是国际上发达国家普遍推行的CDM(清洁发展机制)项目,装机容量为12MW机组的生物质发电机组年减排当量CO2约3.85万t,可大幅度降低全球温室气体排放,比燃煤火电清洁得多,极少有污染物排放.生物质发电可消除农村大气污染和河水污染.随着农村燃料结构和肥料结构的改变,现在我国农村绝大多数的农作物秸秆如麦秆、稻秆、棉花秆、玉米秆等,基本都就地焚烧或推入河中,不仅污染了大气,又使河水变黑发臭,导致水生作物死亡等灾害.4我国生物质能源发展规划利用生物质生产电力,气体燃料、液化燃料以及成型固体燃料是生物质能源利用的发展方向.初步规划,到2020年,生物质发电装机容量将达2000万kW,年替代2800万t标准煤.沼气是生物质能利用的重要途径,如果到2020年时农村人口中有1/4利用沼气作为生活能源,户用沼气池将达到约5000万户,每年利用量125亿m3,可节约能源900万t标准煤.城市生活垃圾处理也可回收大量能源资源,到2020年,我国城市垃圾年产量将达2.1亿t,如考虑30%焚烧发电, 60%卫生填埋并回收沼气发电,可以达到发电装机容量250万kW,年替代500万t标准煤.5江苏省生物质能发电估量[3]江苏省可供开发利用的生物质能资源,除用于氨化氢贮作饲料、生物食用菌,气化作燃料,部分还田作肥料外,估计每年约2000万t可用来发电.目前,江苏省生物质能发电项目有丰县鑫源生物质环保热电厂、兴化4MW生物质气化燃气蒸汽联合循环发电、如东和宿迁24MW秸秆焚烧发电、无锡1.6MW垃圾填埋气发电、太仓1.91MW沼气发电和供热、南京7.5MW垃圾填埋气发电等项目.江苏省拟选用秸秆焚烧发电和生物质气化发电作为推进生物质能发电的主要形式.计划在年产农作物秸秆50万t以上的县和县级市建设1~2个12MW 级秸秆生物质能发电项目,全省有11个这样的县和县级市,可装机总容量232~464MW;在年产秸秆40万t以上的县和县级市,建设1个12MW级秸秆发电厂,全省有12个这样的县和县级市,可装机总容量144MW;全省有25个县和县级市年产秸秆20万t以上,各建1个6MW级电站,可装机总容量150MW.全省总计可建12MW发电项目23~34个,可考虑分期建设,逐步推进,争取2010年前建设10~15个,12 MW级项目,10个6MW级项目;2020年建成23~34个12MW级项目,25个6MW级项目,装机总容量达到426~558MW.除秸秆和生物质能发电外,江苏省将继续推进秸秆气化工程建设,2010年争取建成并投入运行100处,2020年建成并投入运行200处.陆续推进农户沼气池和沼气综合利用工程建设,重点在酒厂、酒精厂、大型家禽养殖场建设沼气发电与供热工程,推进沼气发电与供热规模化发展,争取2020年装机总容量达到#202#沈阳工程学院学报(自然科学版)第3卷200MW.6生物质发电的技术日臻成熟[2]国外生物质发电技术的开发,始于上世纪70年代末期,现已日臻成熟.目前,直接燃烧秸秆的先进设备已投放市场,生物质供热、发电或热电联产已成为现实.丹麦BWE公司研发的秸秆焚烧发电机组已在丹麦、法国、西班牙、瑞典等国投产运行多年.目前美国有350座生物质发电站,总装机容量达7000MW,提供了大约6.6万个工作岗位.预计到2010年,美国生物质能发电将达到1300MW装机容量.北京龙基电力有限公司是BWE公司在中国电力领域的项目发展公司和窗口公司,主要负责将BWE公司秸秆发电技术引进、消化和吸收,目前已将BWE公司秸秆发电技术成功引进到山东国能单县生物发电有限公司,计划2006年底建成投产.7国家各项鼓励政策相继到位我国鼓励生物质能发电的各项政策法规已陆续出台.2005年2月28日,第十届全国人大常委会第十四次会议通过了5中华人民共和国可再生能源法6,并于2006年1月1日起正式实施,比立法规划整整提前了1年.同时,国家发展和改革委员会等相关部门以最快的速度相继出台了相关配套法规,如5可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法6和5中华人民共和国可再生能源发电有关管理规定6也于2006年1月1日公布执行.据国家发改委介绍,与5可再生能源法6相配套的法规将达到12个之多,这些举措充分表明了中国政府鼓励发展可再生能源发电的决心和力度.同时,为了有效调整我国电力能源结构,促进可再生能源发电,国家将采用国际通行的做法,即可再生能源配额制(Renewable Pertfulie Standard):规定各发电企业每新增1000万kW火电机组容量,就必须按照5%的配额发展50万kW可再生能源发电项目,其中只有生物质发电和风力发电担任此项配额任务.8焚烧发电是生物质发电发展的主流811生物质发电主要技术及其特点1)生物质焚烧发电.国际上该技术比较成熟的是丹麦BWE公司,国内的国能生物发电有限公司也正在利用此项技术大力发展生物发电.此技术机组容量较大,当前在建或拟建机组,国外已达到单机容量10 MW级水平,其热效率较高,受环境影响较小,便于单独作为公用电源点建设,便于规模化推广.2)生物质气化发电.其技术代表为广州能源研究所研发的机组,已先后在江苏兴化、黑龙江等地,通过多种投资方式建立了多台发电机组.此项技术容量较小(目前最大的仅为4MW),它对燃料要求较为苛刻,且气体净化要求高.故多建在木材加工厂、米厂等周围,宜作为此类工厂的自备电厂,不便于大规模、大面积推广.同时,秸秆气化热值低,在稳定运行、焦油消除、气体净化等技术上也需进一步提高.3)沼气发电(厌氧消化技术).自上世纪70年代起,沼气在农村曾多次推广,主要用于大型养殖场及农户生活燃料,原料主要为禽畜类粪便.此技术发电容量较小,虽有在农户家庭大力推广,使农户用电自给,解决粪便垃圾等作用,但不宜作为公用电源建设.同时,厌氧消化产气率低,不稳定,系统运行和管理的自动化水平低,产业化发展缓慢,不便于大规模市场化推广. 812焚烧发电是生物质发电的主流从上述技术及特点比较可以看出,虽然目前利用生物质发电的技术有多种,但能够大面积规模化有效处理农村废弃生物质秸秆,从而消除农村环境污染,并且能够作为我国电力能源有力补充,改变我国电力能源结构,能给最广大农民增收,能大规模实用化推广的发电技术只能是秸秆焚烧发电.目前国能生物发电有限公司、中国节能投资公司和江苏国信集团等,已率先进军生物质焚烧发电行业.9生物质发电存在的问题与思考尽管我国生物质发电具有巨大的资源潜力,部分技术实现了商业化,产品、产业也有了一定的发展,但生物质焚烧发电产业发展还面临着许多问题和障碍. 911缺乏成熟的核心技术和设备到目前为止,用于生物质焚烧发电的锅炉及燃料输送系统的技术和设备绝大部分依靠进口,国内尚无成熟的产品制造厂家,这已经成为制约我国生物质发电事业快速发展的瓶颈.同时,由于与国外生产运输方式、工作习惯和文化的差异,很可能在技术和设备引进以后造成消化不良,使机组无法安全、稳定、满发运行.另外,由于缺乏核心技术,投产后生物质发电企业很有可能将长期受制于国外企业.上述问题应从2个方面解决.1)在引进国外技术设备的同时,应积极进行消化吸收并进行技术改进,以适应我国国情.如国外某公司要求包装尺寸为2.25m@1.2m@1.3m,而我国目前第3期马永贵,等:秸秆发电技术综述#203#既无这么大的打包机,农村也无大量的平板车运输,再加上自动化要求不同,可能导致燃料运输系统不能适应我国国情,造成生物质燃料上料困难.所以对这一部分必须进行改进.2)加大对生物质发电技术和设备的研发和投入实现设备制造本地化、国产化,以摆脱对国外技术和设备的依赖.建议将生物质发电的发展列入产业发展和科研攻关计划,增加投入,并纳入财政预算.相关行业的企业如锅炉厂等,应看到生物质发电这一新兴行业所蕴藏的巨大商机,集中人力、财力、物力,开发自主创新的核心技术并生产核心设备.912发电运营成本偏高据国外生物质发电厂运行实际统计和我国权威部门测算,生物质发电成本远高于常规燃煤发电成本,约为煤电的115倍.成本高的原因有:¹初投资高,生物质发电单位投资约10000元/kW,而常规火电机组,一般都在6000~7000元/kW;º机组热效率低于常规火电机组,现在新建常规火电机组容量一般都在60 kW及以上,而国内可建的生物质发电机组容量一般只有12~25kW左右;»燃料成本较高,由于生物质秸秆燃料低位热值一般在8000kJ/kg,大大低于煤炭,再加上秸秆比重轻、密度小、体积大,运输成本巨大,这些都将导致燃料成本偏高.解决这一问题有2种途径:一是靠国家政策的保护、扶持和激励,如较高的保护电价、减免税、财政补贴、贴息贷款、运输环节收费减免等,将来经过一段时间的发展,通过科技进步、企业挖潜降耗等手段,最后达到能与常规火电相竞争.二是在有条件的地方将其与热电联产有机地组合起来,尽量将厂址选择在热负荷中心地带,实行热电联产,以提高能源利用率,降低成本.913秸秆燃料储、运组织困难生物质秸秆的收购和组织面广、量大,涉及到千家万户,没有现成模式可借鉴或套用.1)收购难.¹农民出售秸秆的意识不强,存在着惜售与无所谓思想,尤其是经济较发达的地区,因秸秆收购价不高,往往达不到农民的期望值,因此,农民出售秸秆的积极性不高.º农村收集秸秆的力量不足,农作物秸秆如麦秸的收购往往在夏收夏种、秋收秋种农村大忙季节,农民既要收又要种,加上农村青壮年劳动力不足,所以农民较多地将秸秆在田间焚烧或推下河道.»液化气燃料价格偏高,农民不愿进行生活燃料结构调整.¼在收购可用于其他工业用途的生物质秸秆时,与其他企业存在争资源现象.½农村缺乏秸秆收购的组织机构或有一定经验和经济实力的农民经纪人,且无成熟模式或经验可循.2)储存难.由于农作物秸秆收购具有很强的季节性,无法做到均衡连续收购.生物质发电企业一般至少需储存半年的秸秆量,如1台12MW的发电机组,须储存6万t秸秆燃料.因农村秸秆比重轻,体积大,堆入存储场地广大,还需进行防雨、防潮、防火和防雷设施建设,故占用土地多,投资建设费用和维护费用大.3)运输难.秸秆比重轻,密度小,运输量巨大,对公路运输会形成巨大压力.为方便运输、节约费用,需在田间地头对秸秆打包,因此,必须投入巨资购买大量的打包机,且打包块需符合锅炉燃料系统的技术要求.我国农村运输工具多为小型拖拉机和农用运输车,对国外燃料系统设计使用所要求的大型包块难以运输.同时,打包用的打包带需入炉燃烧,因为它也是生物质材料,可能经受不住多次的倒运.生物质发电成功与否的关键在于生物质秸秆燃料的组织和管理.解决的办法有2个,一是初期需依靠地方政府行政引导、组织和政策支持,使广大农村和农民理解生物发电对国家、社会和个人的巨大作用,理解生物质秸秆的出售不同于普通自由化竞争的商品,要积极出售秸秆,增收去废.政府应负责科学地组织建立起整个收购、储存和运输网络,保证充足的生物质秸秆燃料供应.二是条件成熟时逐步市场化,生物质发电企业应创新管理、创新思维,加快自主生物质秸秆收、储、运网络和模式,用较快的时间建立起市场化运营的模式的创建,并力求最大幅度地降低燃料运营成本.生物质秸秆组织的最大难处在于储存,具体模式可考虑化整为零和分级收储2种模式.化整为零,即将生物质秸秆以个体农户或村镇为单位,利用空余场地妥善储存,按生物质发电企业生产的需要按计划均衡送货.分级收储,即分别设置几个一级中心仓库和多个二、三级小型仓库,按计划逐级调拨使用.发电企业应在地方政府的大力支持和配合下,根据当地具体情况,合理选用.10发展生物质发电的几点建议1)政府支持.尽管生物质发电有许多优势,但在现今状况下,除发电成本太高外,还有许多困难需要克服.纵观国内外的经验表明,发展生物质发电需要政府扶持,特别是发展初期更是如此.生物质发电的优点有益于环境,但环境效益往往得不到补偿,市场调节作用#204#沈阳工程学院学报(自然科学版)第3卷对它往往是失灵的,因而只有政府的支持,才能加快生物质发电的发展.政府支持包括实行促进生物质发电发展的市场强制政策,如发展配额政策和经济激励政策等.这些既要中央政府的宏观强力法规政策支持,更要各级地方政府的具体实施细则的大力协助.2)法律保证.早期各国发展生物质发电都是首先发展技术,一旦技术成熟,就转向示范和千方百计降低成本,只有成本足够低,才有市场,才能发展.近年来,要大规模发展生物质发电的一些西方国家,都通过立法,强制电力公司建设供应或购买可再生能源电力,对未完成任务的予以惩罚.这样,就不再需要沿袭过去的常规顺序而直接跳跃到创立市场阶段.有了生物质发电市场强制的立法,就可以吸引民间资本,提高生物质发电投资商的信心.我国在这方面已迈出了巨大的一步,5中国可再生能源法6及国家发改委的2个配套文件已经出台实施,但还有另外的10个配套法规在制定中.相关政策的出台直接关系到可再生能源利用行业的健康发展.3)增加科技投入.要发展生物质发电,降低发电成本,最根本的是要依靠科技进步,不断创新,提高技术水平,研发具有自主知识产权的核心技术和设备.要提高转换元件的转换效率,降低生产成本,改进系统的经济性、可靠性和稳定性.建议国家应增加科技投入和培养这方面技术人才的力度,以研发具有自主知识产权的核心技术、关键技术,提高可再生能源技术装备的国产化水平.4)创新管理,合理布局.秸秆发电目前正处于起步阶段,应先选点示范,取得经验后,再逐步推广.秸秆发电是面向广大农村,千家万户,涉及面庞大的社会系统工程,它会引起我国农村经济和能源环境巨大的变化.因此,建议各级政府和发电企业应创新思维、创新管理、创新技术,确保秸秆收、储、运模式安全、经济生产,使生物质发电尽快地走向市场,参与竞价上网.各县(县级市)市应结合秸秆生产情况,科学规划,合理布局,保证稳定秸秆供应.切不可不顾客观实际情况盲目布点,一轰而上,造成秸秆市场无序竞争,最终无秸秆可烧或无法组织收、储、运等工作,造成巨大浪费.5)示范试点,逐步推广.政府综合部门要加强示范推广工作,确定并扶持一批可再生能源开发利用的示范点或示范区,待取得经验后,再逐步推广.11结语全球共识的能源可持续发展的/两个车轮0是提高能源利用率和发展可再生能源.从战略上来说,全球最终将转入可再生能源的永续利用.生物质能源是可再生能源的重要组成部分.结合我国实际,由于能源结构问题、环境问题和发展社会主义新农村的客观需求,我国快速发展生物质发电的机遇和历史责任已经来临,因此,必须以科学发展观统帅全局,以积极、稳健、持续、快速发展的要求,为这个利国利民的朝阳产业鸣锣开道,开好头,起好步.参考文献[1]周风起.中国可再生能源发展战略[J].能源研究与利用,2004(增刊).[2]骆俊.对我国生物质发电的发展战略思考[C]//中国电机工程学会热电专委会.第四届海峡两岸热电联产学术交流会论文集.厦门:中国电机工程学会热电专委会,2006. [3]许瑞林.江苏省可再生能源规模化发展展望[J].能源研究与利用,2004(增刊).General discussion on straw power generation technologyM A Yong2gui a,Z HONG Shi2ming b(a.H e at and Elec tricity E ngine ering Rese arch Institute;b.D e partme nt of P owe r Enginee ring;A rchite ctura l Design&Re se arc h Institute,Southe ast U niversity,Nanjing210096,China)Abstr act:Aiming at the lack of energy in the world,this paper introduces the domestic and overseas development situ2 ation of renewable energy,states emphatically the objective requirement and development prospect of biomass energy power generation,and puts forward that straw power generation is the mainstream of biomass energy power genera2 bining the practical situation of Jiangsu Province,analyzes the problems existing in straw power generation, gives some suggestions and measures.Key words:renewable energy;biomass energy power generation;straw combustion;gasification 第3期马永贵,等:秸秆发电技术综述#205#。
