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国际生物质能发电日趋成熟和完善

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2005/1/1 0:00:00   

  所属频道:  火力发电    关键词:  生物质能 能源 节约能源

《2005年世界重点工业发展动态》写作组

  生物质能是世界第四大能源,作为能源,在人类历史上曾起过巨大的作用,在现实生产生活中,特别是在农村地区,仍然占有重要的地位。2004年亚洲、非洲的大多数发展中国家,生物质能的消费量占全国能源消费总量的40%以上。美国能源部预测,到2025年之前,可再生能源中,生物能发电仍将占据主导地位。从长远来看,在燃煤发电厂共烧生物能发电,仍存在问题,效率较低。

  生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等,其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前,国外的生物质能技术和装置多已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,生物质转化为高品位能源利用已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%。在美国,生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦,单机容量达10~25兆瓦。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程,年产酒精2500吨。
  据《技术预见2005》,生物质能利用的途径主要有两类,一是通过化学法对生物质能进行转换;二是用生物化学方法转化生物质能,生物质能发电和生物质液体燃料是目前最具应用前景的利用技术。

  生物质直接燃烧发电技术已基本成熟。这种技术单位投资较高,大规模使用时效率也较高,但它要求生物质集中,达到一定的资源供给量,降低投资和运行成本是其未来发展方向。生物质气化发电时更洁净的利用方式,小规模生物质气化发电已进入商业示范阶段。它比较适合于生物质的分散利用,投资较少,发电成本也低。大规模生物质气化发电类似于煤气化燃气-蒸汽联合循环发电(IGCC)技术,发电效率和综合热效率高,是今后生物质工业化应用的主要方式。

  高效、清洁的生物质定向气化技术是生物质利用的重要的上游技术,生物质气化不仅可以用于发电,经过净化及组分调整后的合成气经催化合成还可装化为甲醇、二甲醚和汽油等液体燃料。生物质定向气化的关键技术在于选择性的提高,高活性和高选择性催化剂及反应器的开发等。菜籽油、葵花籽油等植物通过脂化反应降低粘度后可以作为生物柴油、淀粉类及糖类生物质,经生物质发酵可以制备燃料酒精,这些都是重要的替代燃料。纤维素类水解发酵是尚未解决的难点,这一技术的突破将使生物质的生化转换效率大幅度提高。
  生物质能发电前景预测

  生物质直接燃烧发电是生物质发电的主要方式,能源效率更高的BIGCC技术正处于工业示范阶段,2004年生物质发电已装机9000MW,预计2020年将达30000MW。

  生物质的气化至氢和质子膜燃料电池联用是未来的一种理想电源,生物质热解气直接通过固化氧化物燃料(SOFC)进行能源变换也具有发展潜力。

  预计2010年前,生物质发电技术将趋于成熟和完善,2010年以后,逐步具备市场竞争力,进入商业应用。生物质燃料技术在2020年也将成熟,部分技术可以向商业化推广,但生物质液体燃料技术的发展速度将取决于是有供应情况和各国环境保护的力度,油市动荡和油价持续高位运行的国际石油态势,有可能促使该技术更快成熟而进入商业化发展。2020-2050年,生物质将逐渐成为主要能源之一。
生物质能发电地区发展现状

  (1)北美地区

  美国在利用生物质能方面,处于世界领先地位,据报道,2000年生物质能在美国总能耗中所占比例已近4%;目前美国有350多座生物质发电站,主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂,这些工厂大都位于郊区。装机容量达7000MW,提供了大约66000个工作岗位,根据有关科学家预测,根据美国政府制定的生物质能发展规划,到2010年该比例将提高3倍,达到12%,生物质发电将达到13000MW装机容量,届时有4000000英亩的能源农作物和生物质剩余物用作气化发电的原料,同时,可按排170000个以上的就业人员,对繁荣乡村经济起到积极的推动作用。

  加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究。1998年8月发布了由Freel, Barry A. 申请的生物质循环流化床快速热解技术和设备。

  (2)欧盟地区

  欧盟各国化石能源较为紧缺。2000年,欧盟委员会在其发布的“欧盟能源发展战略绿皮书”中指出,2015年生物质能将由目前占总能源消费量的2%左右提高到15%,其中大部分来自生物制沼气、农林废气物及能源作物的利用;到2020年生物质燃料将替代20%的化石燃料。
芬兰和瑞士是生物质能利用比例较高的国家,芬兰的生物质能占其总能源消费量的24%,瑞典则为15%。他们主要通过并联直接燃烧和气化发电来生产热能(CHP),以提供区域性电力和采暖。由欧盟及瑞典能源部资助,在Varnamo建成了BIGCC示范电站。通过示范运行,他们推测出,在生物质价格为250元/吨左右时,70MW的BIGCC发电成本约为0.35元/吨,几乎与小型煤电相当。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划,使生物质能在提供高品位电能的同时满足供热的要求。

  1991年奥地利标准研究所推出了第一个作为高品质燃料的生物柴油标准,紧接着又就产品性质,如发动机性能、排放特性、生物可降解性及毒性等出台了详细的测试方法。该标准及测试方法的推出极大地促进了生物柴油在奥地利、比利时、法国等欧洲国家的产业化。目前生物柴油的大型生产厂主要集中在欧洲,各国对生物柴油都实行了零税率。德国2000年的生物柴油产量达45万吨。法国和意大利则是生物柴油使用最广的欧洲国家。德国CHOREN公司制取生物柴油的技术利用原料化方法生成完全无焦油的燃气,经FT(费托)催化合成生产生物柴油。此外,奥地利成功地推行建立燃烧木材剩余物的区域供电计划,目前已有容量为1000-2000kw的80-90个区域供热站,年供应10×109MJ能量。

  荷兰在生物质热解液化的研究与开发方面具有较高水平,由Twente大学开发的旋转锥工艺可达到70%的液化产率。由欧盟与美国、加拿大等国联合开发的生物质常压超短裂解液化技术将低质量的生物质转化成高能量密度(18-25MJ/kg)的液体燃料油,产量达80%,被认为是生物质能领域的重要技术突破。

  (3) 其他

  其他许多国家也制定了相应的生物质以研究开发计划,比如日本的新阳光计划、巴西的乙醇能源计划。自1975年以来,巴西为摆脱对石油的依赖而开展了世界上最大规模的燃料乙醇开发计划,到1991年其燃料乙醇产量已达130亿升/年,40%多的汽车都用纯乙醇作为燃料,部分汽车则用含22%-24%乙醇的燃料。除用甘蔗做原料外,巴西还建成了木材水解生产乙醇厂。印度Anna大学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气化农业剩余物如稻壳、甘蔗渣等,建立了一个中试规模的流化床系统,气体用于柴油发电机发电。印尼与马来西亚用丰富的棕榈油生产生物柴油。亚洲及非洲的发展国家中,传统生物质能利用占有相当高的比例,平均而言,这些国家一次能源的近38%依赖于薪柴燃烧获得的热能。

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