生物质能发电

1、新能源发电技术新能源发电技术 新能源发电技术生物质能发电生物质能发电黄守道黄守道 教授教授新能源发电技术新能源发电技术主要内容主要内容一、生物质能发电一、生物质能发电简介简介二、二、生物质能发电的国内外现状生物质能发电的国内外现状三、三、生物质能发电生物质能发电技术技术四、四、生物质能发电生物质能发电的问题的问题五、展望五、展望新能源发电技术新能源发电技术一、一、生物质能发电简介生物质能发电简介新能源发电技术新能源发电技术生生 物物 质质 生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。从广义上讲，生物质是植物通过光合作用生成的有机物，它的能量最初来源于太阳能，所以生物质能是太阳能的一

2、种，它的生成过程如下： 生物质具体形式:植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、农作物（秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等）、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。新能源发电技术新能源发电技术生生 物物 质质 分分 类类 （1）城市垃圾 包括工业、生活和商业垃圾，全球每年排放约100亿吨。 （2）有机废水 包括工业废水和生活污水，全球每年排放约4500亿吨。新能源发电技术新能源发电技术 （3）粪便类 包括牲畜、家禽、人的粪便等，全球每年排放数百亿吨以上。生生 物物 质质 分分 类类新能源发电技术新能源发电技术 （4）林业生物质 包括薪柴、枝

3、丫、树皮、树根、落叶、木屑、刨花等。 （5）农业废弃物 包括秸秆、果壳、果核、玉米芯、甜菜渣、甘蔗渣等。生生 物物 质质 分分 类类新能源发电技术新能源发电技术 （6）水生植物 包括藻类、海草、浮萍、水葫芦、芦苇、水风信子等。 （7）能源植物 包括生长迅速，轮伐期短的乔木、灌木和草本植物，如棉籽、芝麻、花生、大豆等。油楠油楠 生生 物物 质质 分分 类类新能源发电技术新能源发电技术生物质发电生物质发电 求生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，主要包括以下几种:农林废弃物直接燃烧发电;农林废弃物气化发电;垃圾焚烧发电;垃圾填埋气发电;沼气发电。新能源发电技术新

4、能源发电技术生物质生物质蕴藏丰富蕴藏丰富 由于地球上生物数量巨大，由这些生命物质排泄和代谢出许多有机质，这些物质所蕴藏的能量是相当惊人的。根据生物学家估算，地球上每年生长的生物能总量约14001800亿吨（相当于目前世界总能耗的10倍）。新能源发电技术新能源发电技术生物质发电特点生物质发电特点优点 （1）清洁性 （2）充足性 （3）可再循环 （4）可储存和运输 （5）易燃性 （6）开发转化技术容易 （7）与农林业关系紧密新能源发电技术新能源发电技术 生物质发电特点生物质发电特点缺点（1）体积密度和能量密度低（2）生物质供应和价格不稳定（3）生物质组成性质差异大（4）水分含量（5）灰成分新能源发

5、电技术新能源发电技术Combustion燃烧Production and harvesting生产和收获Transport运输Distributio分配Primary energy一次能源Final energy最终能源新能源发电技术新能源发电技术二、生物质能发电的国内外现状二、生物质能发电的国内外现状新能源发电技术新能源发电技术生物质能发电的国内外现状生物质能发电的国内外现状 世界各地包括我国在内生物质资源非常丰富，是第四大能源，它们对全世界一次能源的贡献占14%。 由于生物质能源的可持续利用性，不会增加二氧化碳的净排放，符合能源安全性和环境保护的要求； 同时相比其它风能、小水电、太阳能来说

6、更稳定，因此必将成为可再生能源产业发展的方向之一。新能源发电技术新能源发电技术生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状 生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注，许多国家都制定和实施了相应的开发研究计划：美国的能源农场；巴西的酒精能源；日本的阳光计划。欧洲秸秆高效直燃发电技术己经十分成熟。新能源发电技术新能源发电技术 19世纪70年代，世界石油危机爆发，丹麦开始开发生物质能源发电； 自1990年以来，欧美的许多国家开始大力发展生物质发电技术， 在2002年约翰内斯堡可持续发展世界峰会以后，全球加快推进了生物质能的开发利用。 在2004年，世界各国生物质发电装机总容量己达390

7、0万千瓦，年发电量大约为2000亿千瓦时，可替代将近7000万吨标准煤，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状新能源发电技术新能源发电技术生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状 在生物发电领域，瑞典、丹麦的技术都很先进。2010年欧盟电力总消费的22%来自可再生能源并规定了各成员国要达到的目标： 德国为12.5%； 丹麦为29%； 瑞典为60%； 意大利为25%。欧盟新能源发电技术新能源发电技术美国 美国目前生物质发电的总装机容量达10000MW，单机容量达10一25MW； 生物质能利用率占一次能源消耗总量4%左右。其在沼气发电领域处于世

8、界领先水平，总容量己达34OMW； 生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状新能源发电技术新能源发电技术日本 由于日本资源短缺，在利用生物质能源方面走在了世界前列。 从20世纪40年代日本开始了生物质成型技术研究，开发出单头、多头螺杆挤压成型机，生产棒状成型燃料。 日本大阪府的企业共同承担了“废木材的再利用系统”的研究课题，进行了利用大阪地区木材废屑发电的试运行，于2001年完成，该发电厂每年消耗废木材13万吨，发电功率为20MW。生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状新能源发电技术新能源发电技术印度 印度年产薪材0.284亿吨木质生物质能源开发利用搞得比较好，木质生物质能源压缩成型

9、、气化技术等进展显著; 生物质气化炉与柴油机/发电机组成的3.7kw、25kw、70kw及l00kw系统中，100kw系统发电效率为35%，发电用水泵、磨谷机和其他小型电气设备，其中3.7kw发电系统己推广应用数百台。生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状新能源发电技术新能源发电技术巴西 生物质能源在巴西能源利用量中约占25%左右： 其中薪柴和甘蔗占生物质能源50%-60%； 其余是农业废弃物。生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状新能源发电技术新能源发电技术 总之，目前国外的生物质能技术和装置多己达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营。 以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化

10、为高品位能源利用己具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和10%。生物质能发电的国外现状生物质能发电的国外现状新能源发电技术新能源发电技术生物质能发电的国内现状生物质能发电的国内现状生物质能发电在我国早已有之： 如造纸业、制糖业作为废料处理的黑液发电、甘蔗渣发电； 近年开展的垃圾发电和填埋气发电卓有成效。 但是相对于大规模的直接燃烧形式以秸秆等农、林、牧“三废”等来发电，相对欧美等发达国家稍显滞后。新能源发电技术新能源发电技术生物质能发电的国内现生物质能发电的国内现状状 我国从1960年就开发了60kw的谷壳气化发电系统，目前160kw和200kw的生物质气化发电设备在我国

11、已得到小规模应用，经济效益明显； 改革开放以来，我国在四个“五年”计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术的研究与开发，取得了较大的进展；新能源发电技术新能源发电技术生物质能发电的国内现生物质能发电的国内现状状 自1987年起，我国进行生物质能气化发电技术研究工作，并列为国家科技部“七五”重点攻关项目。 1996年，IMW生物质能循环流化床气化发电系统被列为国家科技部“九五”重点攻关项目。新能源发电技术新能源发电技术 “十五”期间，国家863计划在IMW生物质气化发电系统的基础上，研制开发出4一6MW的生物质气化燃气蒸汽联合循环发电系统，建成了相应的示范

12、工程，燃气发电机组单机功率达500kw，系统效率也提高到28%； 1998年IMW谷壳气化发电示范工程建成投入运行；生物质能发电的国内现状生物质能发电的国内现状新能源发电技术新能源发电技术 1999年IMW木屑气化发电示范工程建成投入运行； 2000年6000kW秸秆气化发电示范工程建成投入运行，经过几年连续运行，目前设备状况良好，为我国更好地利用生物质能源莫定了良好的基础。生物质能发电的国内现状生物质能发电的国内现状新能源发电技术新能源发电技术 中国科学院广州能源研究所承担的国家“九五”重点科技攻关项目“IMW生物质气化发电系统”，其成套装置己正式投入产业化运营； 2001年实现产值 100

13、0多万元，利润200多万元，产品出口到泰国、缅甸等东南亚国家。 这标志着我国自主开发具有自主知识产权的生物质能气化发电技术，已达到国际先进水平。生物质能发电的国内现生物质能发电的国内现状状新能源发电技术新能源发电技术三、生物质能发电技术三、生物质能发电技术新能源发电技术新能源发电技术生物质能发电技术主要包括：（1）生物质直燃发电；（2）生物质混燃发电；（3）生物质气化发电；（4）沼气发电。生物质能发电技术生物质能发电技术新能源发电技术新能源发电技术生物质直燃发电技术 生物质直接燃烧发电技术是在内燃机发电技术上进行设备改革而实现的技术，该技术基本成熟，并逐渐得到规模化的商业应用，是生物质发电的主

14、要方式之一。新能源发电技术新能源发电技术生物质直燃发电生产过程 生物质直接燃烧发电的生产过程是:生物质燃料不经过化学转变，根据燃料的特性，在特定的蒸汽锅炉中直接燃烧放出热量，产生蒸汽，驱动汽轮机，带动发电机发电。 用于直接燃烧发电的原料主要包括:秸秆(玉米、棉花、大豆、油菜等)、木块、薪柴等。新能源发电技术新能源发电技术生物质直接燃烧发电生产过程如下图所示新能源发电技术新能源发电技术生物质直燃发电主要生产系统 生物质直接燃烧发电主要生产系统包括： 生物质预处理系统； 锅炉燃烧系统； 汽水系统和电气系统。 生产系统除燃料和燃烧系统与一般火力发电厂略有不同外，其余汽水系统及电气系统均与一般火力发电

15、厂相同。新能源发电技术新能源发电技术直燃发电特点 秸秆直燃发电与燃煤发电相比，有许多不同的特点:秸秆燃点低，比煤易于点燃。同时秸秆的挥发分含量高，秸秆的硫含量较低大约为煤的十分之一；一般采用振荡炉排，把灰振荡掉，防止燃料表面的灰影响燃烧，造成燃烧不完全；新能源发电技术新能源发电技术直燃发电特点 同时采用低温燃烧技术，对炉排进行冷却，防止炉排上的灰到达灰熔点，形成炉渣，采用布袋式旋风分离器，去掉烟气中含有的飞灰。 另外一点是对于秸秆燃料含有较多的碱金属和氯元素，过热器采用抗腐蚀材料，防止金属管壁易发生腐蚀。新能源发电技术新能源发电技术直燃发电技术案例 该案例位于河南省浚县，属于国能生物质发电有限

16、公司，是继2006年12月山东单县直燃发电项目投产以后。 在2007年10月投产运行，是国家电网公司兴建的我国第一台以农作物秸秆小麦秆、玉米秆等为燃料的直燃发电项目，实现了我国以小麦秆、玉米秆为燃料的黄色秸秆生物质直燃发电机组建设工作的新突破，填补了国内黄色秸秆直燃发电的空白。新能源发电技术新能源发电技术生物质与混燃发电技术 生物质与煤混燃发电技术指的就是在传统燃煤机组上进行改造，煤与秸秆在锅炉混合燃烧，同样产生的高温蒸汽推动汽轮机，带动发电机组发出电能。新能源发电技术新能源发电技术生物质与混燃发电技术 经过试验，秸秆和煤共燃时，在较低温度段(400以下)热解以生物质为主;在高温段(600一8

17、50)热解以煤为主。 因此相当于秸秆的混燃对煤的热解过程有促进作用，使煤的热解温度向低温区移动，因此可以降低煤的着火温度。新能源发电技术新能源发电技术混合燃烧示意图新能源发电技术新能源发电技术混燃发电的特点 秸秆掺烧比例小。生物质秸秆热量配比(生物质秸秆发热量大约为煤的50%)小于20%。若秸秆配比量增大，会造成制粉系统的堵塞，影响锅炉制粉系统的正常工作; 干燥处理。生物质秸秆粉碎前应进行干燥处理，含水量不能过高，且必须粉碎成尺寸为3mm左右的颗粒;新能源发电技术新能源发电技术混燃发电的特点 腐蚀问题。生物质秸秆中氯和碱金属含量较高，容易形成氯化物，会引起受热面金属腐蚀，尤其是在过热器中。这也

18、是生物质电厂最重要的技术问题之一。新能源发电技术新能源发电技术 我国首台“煤粉一秸秆棍燃”，发电机组2005年12月在山东枣庄的华电国际电力股份有限公司十里泉发电厂建成投产。 发电规模:锅炉的蒸汽流量为400t/h，蒸汽压力为13.75MPa，蒸汽温度为545度。配各140MW的凝气式汽轮机机组。混燃发电案例新能源发电技术新能源发电技术生物质气化发电技术 生物质气化发电技术的基本原理是： 把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电; 把固体生物质通过气化炉转化为气体燃料; 然后对气化出来的燃气经过净化系统，把杂质除去; 最后利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电。新能源发电技术新能源

19、发电技术生物气化发电系统示意图：新能源发电技术新能源发电技术沼气发电技术 沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将沼气用于发电机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。 沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且廉价的分布式能源，是有效利用沼气的一种重要方式。 新能源发电技术新能源发电技术禽畜粪便加农作物下料的沼气发电供热工程禽畜粪便加农作物下料的沼气发电供热工程新能源发电技术新能源发电技术沼气发电工艺流程图沼气发电工艺流程图新能源发电技术新能源发电技术沼气发电机组沼气发电机组新能源发电技术新能源发电技术大型沼气发电能环工程效果图大型沼气发电能环

20、工程效果图新能源发电技术新能源发电技术某公司生产的户用小型沼气发电机组某公司生产的户用小型沼气发电机组新能源发电技术新能源发电技术四、生物质能发电的问题四、生物质能发电的问题新能源发电技术新能源发电技术（1）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, 这成为制约我国生物质能发电事业快速发展的瓶颈。 另外, 因为缺乏核心技术, 投产后生物质能发电企业很有可能长期受制于国外企业。生物质能发电的问题生物质能发电的问题新能源发电技术新能源发电技术生物质能发电的问生物质能发电的问题题（2）秸秆燃料购、储、运组织困难 生物质秸秆的收购、运输过程组织面广、储运量大, 涉及到千家万户, 且无现成模式可借鉴或套用。 首先, 秸秆收购价低, 液化气燃料价格高, 农民