生物質混燃發(fā)電技術與生物質直燃發(fā)電技術相比，是一種相對低成本的發(fā)電技術，具有建設周期短、對原料價格控制能力強等優(yōu)點，且符合削減溫室氣體、發(fā)展低碳經濟的需要，但是在我國的應用有限。文章簡要介紹了生物質的混燃發(fā)電技術、直燃發(fā)電技術和氣化發(fā)電技術的發(fā)展現(xiàn)狀;重點分析了混燃發(fā)電技術在我國應用的可行性、運用時的關鍵問題和生物質發(fā)電項目相關的政策;指出發(fā)展生物質混燃發(fā)電技術應因地因時制宜，服務于農村建設。

0引言

生物質能是以實物形式(主要以薪柴的形式)存在，屬于分散型、勞動密集型和占地較多的能源品種。相對于風能、水能、潮汐能、地熱能和太陽能等，生物質能是唯一可存儲和運輸?shù)目稍偕茉?。生物質種類繁多，特點和屬性不一，但生物質的組織結構與常規(guī)的化石燃料相似，故其利用方式與化石燃料相似，常規(guī)能源的利用技術無需做大的改動就可應用于生物質。試驗表明，1t有機碳燃燒釋放的熱量為4.017&timEs;1010J，我國農村僅農作物秸稈每年約有7億t，2010年的生物質總量中約有51.2%可作為能源利用，其來源可靠，這為利用生物質發(fā)電提供了可能。預計到2020年，我國生物質總發(fā)電量將從2005年的200萬kW提高到3000萬kW(表1)，這15年間的平均增速將達93%。在一些距離電網(wǎng)較遠的鄉(xiāng)村地區(qū)，商品能源相對缺乏，利用其豐富的生物質資源建設生物質混燃發(fā)電廠具有特殊意義。

1生物質混燃發(fā)電與直燃發(fā)電、氣化發(fā)電的對比

常見的生物質發(fā)電技術有直燃發(fā)電、沼氣發(fā)電、甲醇發(fā)電、生物質燃氣發(fā)電技術等。目前，國內研究較多的是生物質直燃發(fā)電和生物質氣化發(fā)電技術，對生物質混燃發(fā)電技術的應用研究有限?；谖覈』痣姅?shù)量多而污染重的特點，以及農村生物質本身來源廣且數(shù)量大的特殊國情，本文先從技術和政策角度對生物質混燃發(fā)電技術進行討論，然后分析生物質混燃發(fā)電的經濟效益、環(huán)保效益和社會效益，后者更為重要。

1.1生物質直燃發(fā)電現(xiàn)狀

生物質發(fā)電主要是利用農業(yè)、林業(yè)廢棄物為原料，也可以將城市垃圾作為原料，采取直接燃燒的發(fā)電方式。如英國ELY秸稈直燃電站是目前世界上較大的秸稈直燃電廠，裝機容量為3.8萬kW，年耗秸稈約20萬t。古巴政府與聯(lián)合國發(fā)展組織等機構合作，預計投資1億美元興建以甘蔗渣為原料的環(huán)保電廠。我國直燃發(fā)電方面在南方地區(qū)有一定的規(guī)模。兩廣省份共有小型發(fā)電機組300余臺，總裝機容量800MW。生物質直接燃燒發(fā)電技術已比較成熟，由于生物質能源需要在大規(guī)模利用下才具有明顯的經濟效益，因而要求生物質資源集中、數(shù)量巨大、具有生產經濟性。

1.2生物質氣化發(fā)電現(xiàn)狀

生物質氣化發(fā)電是指生物質經熱化學轉化在氣化爐中氣化生成可燃氣體，經過凈化后驅動內燃機或小型燃氣輪機發(fā)電。小型氣化發(fā)電采用氣化-內燃機(或燃氣輪機)發(fā)電工藝，大規(guī)模的氣化-燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作為先進的生物質氣化發(fā)電技術，能耗比常規(guī)系統(tǒng)低，總體效率高于40%，但關鍵技術仍未成熟，尚處在示范和研究階段。在氣化發(fā)電技術方面，廣州能源研究所在江蘇鎮(zhèn)江市丹徒經濟技術開發(fā)區(qū)進行了4MW級生物質氣化燃氣-蒸汽整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范項目的設計研究，并取得了一定成果。

1.3生物質混燃發(fā)電現(xiàn)狀

生物質混燃發(fā)電技術在挪威、瑞典、芬蘭和美國已得到應用。早在2003年美國生物質發(fā)電裝機容量約達970萬kW，占可再生能源發(fā)電裝機容量的10%，發(fā)電量約占全國總發(fā)電量的1%。其中生物質混燃發(fā)電在美國生物質發(fā)電中的比重較大，混燒生物質燃料的份額大多占到3%～12%，預計還有更多的發(fā)電廠將可能采用此項技術。英國Fiddlersferry電廠的4臺500MW機組，直接混燃壓制的廢木顆粒燃料、橄欖核等生物質，混燃比例為鍋爐總輸入熱量的20%，每天消耗生物質約1500t，可使SO2排量下降10%，CO2排放量每年減少100萬t。在我國生物質混燃發(fā)電技術應用不多，與發(fā)達國家相比還相距較遠。但是該項技術可以減少CO2的凈排放量，符合低碳經濟的發(fā)展要求、符合削減溫室氣體的需要，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在我國農村，農戶土地分散導致秸稈收集難度較大，收集運輸成本限制著秸稈的收集半徑，加上秸稈種類復雜，若建立純燃燒秸稈的電廠，難以保證原料的經濟供應。摻燒生物質不失為一種更現(xiàn)實的解決方案，即把部分生物質和煤混燃，減少一部分耗煤。與生物質直燃發(fā)電相比，生物質混燃發(fā)電具有投資小、建設周期短、對原料價格易于控制等優(yōu)勢。從技術上看，混燒比純燒具有更多的優(yōu)越性：可以用秸稈等生物質替代一部分煤來發(fā)電，不必新建單位投資大、發(fā)電效率低的純“秸稈”電廠。何張陳將混燃案例與氣化案例作了比較，發(fā)現(xiàn)氣化案例的發(fā)電成本要比混燃案例高，而且對生物質價格變化更敏感。興化中科估計的單位裝機容量投資約為豐縣鑫源投資的11.3倍，約為寶應協(xié)鑫的1.4倍?；烊歼€可以提高秸稈等生物質的利用效率、緩解腐蝕問題、減少污染、簡化基礎設施。

2生物質混燃發(fā)電技術解析

由于我國小火電廠數(shù)量多并且污染大，與其廢棄關閉，不如因地制宜的對一些小型燃煤電廠設備略加改造，利用生物質能發(fā)電。典型的生物質能發(fā)電廠設備規(guī)模小，裝機容量<30MW;但是利用生物質混燃發(fā)電既可發(fā)揮現(xiàn)有煤粉燃燒發(fā)電的高效率，實現(xiàn)生物質的大量高效利用，而且對現(xiàn)役小型火電廠改造無需大量資金投資，凸顯出生物質混燃發(fā)電的優(yōu)越性，特別是生物質氣化混燒發(fā)電通用性較強，對原有電站的影響比直接混燒發(fā)電對原有電站的影響小些。生物質鍋爐按燃燒方式有層燃爐、流化床鍋爐、懸浮燃燒鍋爐等方案可供選擇，對現(xiàn)役火電廠實施混燃技術改造，鍋爐本體結構不需大的變化(主要改造鍋爐燃燒設備)。改造主要涉及在已有燃料系統(tǒng)中進行生物質摻混，有以下3方式。

(1)在給煤機上游與煤混合，再一起制粉后噴入爐膛燃燒。

(2)采用專門的破碎裝置進行生物質的切割或粉碎，然后在燃燒器上游混入煤粉氣流中，或通過專設的生物質燃燒器噴入爐膛燃燒。

(3)將生物質在氣化爐中氣化，產生的燃氣直接通到鍋爐中與煤混合燃燒。本文主要以第2種和第3種為研究對象。

技術上，生物質和煤混燃關鍵是生物質燃料的選擇和積灰問題。燃料的選擇可以通過管理手段并輔以摻混設備加以解決。下面主要討論積灰問題。

生物質和煤混燃的可行性，在一定程度上受積灰的影響很大。不同燃料的積灰特性與多種因素相關，如灰的含量、飛灰的粒徑分布、灰的組成和灰的流動性。積灰是必須考慮的重要因素，因為積灰對鍋爐運行、鍋爐效率、換熱器表面的腐蝕和灰的最終利用都有重要影響。與煤相比，生物質(如秸稈)和煤混燃時，兩種原料之間的相互作用會改變積灰的組成、降低顆粒的收集效率和灰的沉降速率。生物質灰中堿性成分(特別是堿金屬K)含量也比較高，且主要以活性成分存在，從火焰中易揮發(fā)出來凝結在受熱面上形成結渣和積灰，實際商業(yè)應用中生物質摻混比最高為15%，當摻比較小時，一般不會發(fā)生受熱面灰污問題。國際和國內的經驗均表明，生物質混燃發(fā)電在技術上沒有大的障礙，技術上是完全可行的。

3生物質混燃發(fā)電政策解析

政策支持是加速生物質混燃發(fā)電技術發(fā)展的基本動力，世界上許多國家采取直接提供政府補貼、制定稅收政策、價格政策、低息貸款政策等經濟激勵政策。瑞典已頒布了“可持續(xù)發(fā)展的能源供應法”，對油、煤的消費課以重稅，使廢木材作為發(fā)電的燃料成本較煤更低，有效地推動了生物質發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。作為一種清潔環(huán)保和可再生資源發(fā)電技術，生物質發(fā)電產業(yè)近年來成為綜合效益好和較易實現(xiàn)產業(yè)化應用的行業(yè)。

我國“十一五”規(guī)劃明確提出：“建設資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會，大力發(fā)展可再生能源，加快開發(fā)生物質能，支持發(fā)展秸稈發(fā)電，建設一批秸稈和林木質電站，生物質發(fā)電裝機達550萬kW。”同時，國家電網(wǎng)的新規(guī)劃，對生物質混燃發(fā)電技術的發(fā)展也十分有利。國家財政部已出臺《秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》，支持企業(yè)收集秸稈、生產秸稈能源產品并向市場推廣。可見，我國政府正在堅持大力發(fā)展生物質能發(fā)電產業(yè)。

促進生物質混燃發(fā)電技術的發(fā)展第2個有利條件是根據(jù)聯(lián)合國氣候變化框架公約(UNFCCC)、京都議定書和CDM的協(xié)議規(guī)定，凡是減少CO2排放的項目，均可以通過中國發(fā)改委及相關中介機構申請來自發(fā)達國家的CDM資金資助。然而不利的因素是我國尚沒有適用于生物質混燃項目的CDM項目方法學，較難通過CDM項目和自愿性碳市場融資。中國在對生物質發(fā)電項目的增值稅、企業(yè)所得稅、耕地占用稅等方面優(yōu)惠政策還不夠明晰;申請享受財政貼息及燃料收、貯、運設備的農機補貼等優(yōu)惠政策難度較大，限制了生物質混燃發(fā)電技術的推廣應用。政府要求的混燒量不低于80%，是為了防止某些企業(yè)利用國家優(yōu)惠政策，申報虛假生物質發(fā)電項目卻大部分采用煤發(fā)電的現(xiàn)象發(fā)生。但即使80%以上這個比例，也存在著計量問題，不利于生物質混燃發(fā)電技術的發(fā)展。所以應研究建立在線監(jiān)測和核查系統(tǒng)，開發(fā)適用于生物質混燃項目的CDM項目方法學和電量的檢測、核實體系，完善監(jiān)管機制和審計機制。

促進生物質混燃發(fā)電技術發(fā)展的其它有利條件：可通過進一步加強地區(qū)和國家間的合作，更好地將不同地區(qū)和國家所進行的生物質混燃發(fā)電研究、開發(fā)和示范匯集起來，有助于實現(xiàn)技術的快速轉讓和推廣應用。

4生物質混燃發(fā)電經濟規(guī)律解析

4.1改造小火電廠成本

對有改造價值的小型燃煤電廠進行生物質混燃發(fā)電技術改造，與新建秸稈發(fā)電機組相比，改造項目具有工作量小、資金投入少、見效快、國外可借鑒的技術成熟等特點。從圖1可知，混燃電站在投資成本方面的優(yōu)越性是明顯的。此外，根據(jù)生物質燃料供應量調節(jié)摻燒比例，甚至摻燒30%的農作物廢棄物對鍋爐的效率影響都很小，電站也能夠穩(wěn)定運行。增強了燃料選擇的靈活性，降低了發(fā)電企業(yè)運營風險。

4.2生物質燃料成本

生物質能發(fā)電的成本主要取決于發(fā)電技術、燃料成本和燃料品質。生物質燃料一般使用國內就地或鄰近地區(qū)的原材料，為國內農林業(yè)的發(fā)展提供了契機。生物質混燃發(fā)電利用的燃料屬于分散性資源，用于發(fā)電時，應能滿足量大易得和低成本的要求，這方面可借鑒造紙廠收集原料的經驗。

影響生物質燃料成本的主要因素是與其他能源的相互競爭關系、農作物產量的變化及合理的運輸半徑等因素。發(fā)達國家的生物質能成本據(jù)估計每噸為120～250美元，但是生物質作為一種廢棄物，其燃料成本可能為零。典型的生物質混燃發(fā)電廠的裝機容量不大，與燃煤電廠相比單位發(fā)電量的營業(yè)成本較高。但是生物質混燃發(fā)電既擺脫了對生物質的過度依賴，又能夠消化經濟因素許可范圍內的生物質資源，使農戶和企業(yè)在市場中自動達到供需平衡，符合市場經濟的規(guī)律。在中國宜小規(guī)模發(fā)展生物質混燃發(fā)電技術，其具體利用可通過預測和評估在局部地區(qū)(如鄉(xiāng)村)來實現(xiàn)。

5生物質混燃發(fā)電環(huán)境解析

國際能源機構的有關研究表明，農作物秸稈和林業(yè)廢棄物為低碳燃料，且硫含量、灰含量均低于目前使用的大量煤炭，是一種清潔可再生能源。每兩噸秸稈的熱值相當于一噸煤，其平均含硫量只有3.8&PErmil;，遠低于煤l%的平均含硫量。

由表2可知，生物質混燃發(fā)電利用部分生物質能代替一些煤炭等礦物燃料，相對于火電而言可以減少CO2等氣體的凈排放量，產生的污染遠低于礦物燃料，其環(huán)保性與低碳經濟相適應。同時，減少了我國農業(yè)固體廢物的堆積與污染，利于促進農村生態(tài)環(huán)境的改善。北歐一些國家迫于環(huán)保壓力行動較先，建立清潔發(fā)展機制，減少溫室氣體排放，在不斷加快利用生物質能發(fā)電的步伐。另外，可以應用生命周期評價的方法對生物質混燃發(fā)電系統(tǒng)進行全面的環(huán)境影響分析，這超出了本文研究范圍。

6生物質混燃發(fā)電社會效益解析

僅就國能單縣生物質發(fā)電廠而言，其裝機容量只有2.5萬kW，但該電廠成功運轉后，年耗15萬～20萬t秸稈，可使農民每年增收4000萬元，由于原料收集系統(tǒng)的所有工作大都由當?shù)剞r民完成，生物質發(fā)電項目還可為當?shù)剞r民提供大量的就業(yè)機會，促進農業(yè)和農村經濟的可持續(xù)發(fā)展。利用生物質混燃發(fā)電技術發(fā)電是緩解農村能源緊張、保護生態(tài)環(huán)境與綜合利用農業(yè)資源，提高農業(yè)綜合效率的重要結合點。發(fā)展生物質能源對實現(xiàn)社會經濟可持續(xù)發(fā)展和建設社會主義新農村有著重要意義。

7結語

生物質混燃發(fā)電比單純燃煤發(fā)電減少了污染氣體的排放，比應用“純”生物質發(fā)電降低了企業(yè)運營風險。它提供了一個相對低價和高效利用生物質能的途徑，不但盤活了有改造價值的小型燃煤電廠促進了地方經濟發(fā)展，同時可減少鄉(xiāng)村農林固體廢棄物的堆積，改善農民生活環(huán)境，降低CO2，SO2，NOx等污染氣體的排放量，開拓了生物質能利用的新市場。發(fā)展生物質混燃發(fā)電技術不僅取決于生物質能的成本和發(fā)電效率，還取決于平衡社會、能源經濟、生態(tài)環(huán)境之間的關系等作用，在示范推廣該技術時，不可忽略這些因素而盲目發(fā)展。應成立熟悉中國國情和環(huán)境法規(guī)的機構，研究系列適宜的配套解決方案，包括生物質燃料的收貯運、進料系統(tǒng)、鍋爐形式、政策優(yōu)惠的獲取、投資基金的申請等，積極推進生物質混燃發(fā)電事業(yè)的技術進步。