可再生能源发电技术

可再生能源发电技术 结 课 作 业 学院： 土木工程学院 专业：建筑环境与设备工程 学号：08190215 姓名：张旭东 日期：2011-11-11 摘要： 本文通过对秸秆发电技术的背景，原理，技术方法进行研究分析，结合其目前在我 国的发展应用情况，可以看出，秸秆发电技术在电力行业中的应用，必将有效地减少温室 气体的排放量，同时还可减少其它污染物的排放，有效地缓解日益增加的能源与环境压力， 实现经济的可持续发展。 秸 秆 发 电 技 术 人类的生存离不开能源，能源可分为不可再生能源和可再生能源。我国能源资源丰 富，但是，由于我国人口众多，目前人均能源资源相对不足，而其中不可再生的能源，诸 如：煤、石油等在其开采、运输、加工、利用等环节会对环境造成严重的污染，威胁人类 的健康。为缓解能源相对不足，减轻环境污染，可再生能源的开发利用就显得尤为重要， 可再生能源具有资源丰富、分布广泛、污染小、可永续利用的特点。 众所周知，当前全球气候变化问题已成为人类共同面临的一个严峻挑战引起了国际社会 的广泛关注。大气中的二氧化碳、甲烷等气体，可以透过太阳短波辐射使地球表面升温； 同时阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射，使大气增温。二氧化碳、甲烷等气体的这一 作用与“温室”的作用类似，故称之为“ 温室效应”，二氧化碳、甲烷等气体则被称为“ 温室气 体”。 政府间气候变化专门委员会(IPCC)在第 3 次评估报告中指出:自 1860 年以来，全球平均温 度升高了 0.60.2；预计到 2100 年，地球平均地表气温将比 1990 年上升 1.4-5.8。越 来越多的证据显示，这种变化与人类活动密切相关。可以认为，人类社会生产、生活引起 的温室气体排放是导致全球气候变暖的主要原因。 2005 年 2 月 16 日,旨在落实联合国气候变化框架公约目标和推动温室气体减排进程的 京都议定书开始正式生效。根据有关的条款和内容要求,发达国家将采取包括 3 个灵活 机制在内的具体措施和实际行动。来履行其在第一个承诺期(2008-2012 年) 内温室气体的减 排和限排义务，与发展中国家开展清洁发展机制(CDM)的合作。发展中国家的企业和政府， 通过参加 CDM 项目合作，可以获得出售经核证的减排量(CER)所带来的经济效益,并且促 进本国的可持续发展，包括改善环境、增加就业收入、改善能源结构、促进技术发展等。 1.1 可再生能源的定义 可再生能源是指从自然界获取的可以再生的非化石能源，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。 按统计1 ,2002 年全世界消费的可再生能源为 15.4 亿吨标准煤，约相当于全球一次能源消 费总量的 15.8%，其中传统的可再生能源的占 8O%,新的可再生能源工业的占 2O%,.可再生 能源发电量占总的发电量 l9%,仅次于燃煤发电。 在我国能源消费总量中，用于发电的能源所占比例较大。1996 年，中国发电所耗能源占一 次能源消费总量的 30.16 ，其构成以煤为主( 占 76.1) 。因此，中国每 kWh 电的 CO2 排 放系数远高于世界平均水平。使用可再生能源发电，可有效地减少温室气体的排放量。作 来电力行业的主要替代燃料，可再生能源发电技术因减排温室气体而产生的效益将是不容 忽视的。 1.2 生物质能 1.2.1 定义 所谓生物质能，是指蕴藏在生物质能中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能 转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能 转化而来的1。 生物质能源作为可再生能源中的一部分，是世界第四大能源，目前生物质能利用占世 界总能源的 14%，相当于 12157 亿 t 石油。在发展中国家，生物质能占总耗能的 35% ，相 当于 1l188 亿 t 石油。目前全世界有 25 亿人口用生物质能做饭、取暖、照明。但是生物质 能利用总量还不到其生产总量的 1%。由此可见，生物质能的开发利用前景十分广阔。 1.2.2 生物质能具有以下特点2 可再生性。生物质能通过植物的光合作用可再生，与风能、太阳能等同属可再生能源， 资源丰富，可保证能源的永续利用。低污染性。生物质的硫含量与氮含量低，因此在燃 烧过程中产生的 SO2 和 NOX 较低，CO2 净排放量几乎为零，可有效地减少温室效应。 广泛分布性。生物质能是惟一的一种既可再生又可直接贮存与运输的能源，在发展中国家 中，生物质能占总能耗的 35。据预测，到 2050 年生物质能用量将占全球燃料直接用量 的 38，发电量占全球总电量的 l7。 1.2.3 生物质发电技术 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。该不仅能解决因秸秆就地焚烧造成的 浪费与污染问题，而且能增加农民的收入，真可谓一举多得。 生物质发电技术的意义 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”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”期间我国生物质发电将进入初步发展时期。 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 385 万吨 CO2 当量，可大幅 度降低全球温室气体排放。比燃煤火电清洁得多，减少了污染物排放。生物质发电还可消 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，现在全国农村绝大多 数的农作物秸秆，如麦秆、稻秆、棉花杆、玉米秆等基本都就地焚烧和推人河中，不仅污 染了大气，到处浓烟滚滚防碍飞机、汽车等造成交通事故和火灾事故，又使河水变黑发臭， 引发水生作物死亡等灾害3。 1.3 秸秆的介绍 秸秆是农作物通过采摘脱粒后留下来的茎叶。主要有玉米、小麦、水稻、高梁、大豆 等秸秆品种。国际能源机构的有关研究表明，农作物秸秆为低碳燃料，且硫含量、灰含量 均比目前大量使用的煤炭低，是一种很好的清洁可再生能源4。 根据我国农产品产量的测算，每年秸秆资源总量约为 6.8 亿吨，可获得量约为 5 亿吨。根 据农业部农业生物只能发展规划 ，预计到 2015 年我国农作物秸秆产量将达到约为 9 亿 吨5。 秸秆发电之所以受到青睐，是因其有以下优势4: (1)秸秆发电的污染小。秸杆中硫的质量分数平均只有 3.80/00,远低于煤中硫的平均质量分 数 1。 (2)秸秆的碳灰质比较高，产生的热能较大，是最适合发电的生物质。 (3)世界各国的秸秆资源丰富。以我国为例，目前每年废弃的农作物秸秆约有 1 亿 t，折合 标准煤 5000 万 t，如果将这些秸秆资源用于发电，相当于 90GW 火电机组年平均运行 5000h，年发电量约为 4500 亿 kWh 二、秸秆发电技术的国内外发展历史 2.1 丹麦秸秆发电技术的创始人 只有 500 多万人口、43 万 km2 面积的丹麦，工农业高度发达。 20 世纪 70 年代爆 发世界第一次石油危机后，一直依赖能源进口的丹麦，一方面增加北海石油开采、加大节 能立法力度，大力推广各种节能措施；另一方面，审时度势，抓紧制定适合本国国情的能 源发展战略，大力调整能源结构，依靠科技进步，提高能源利用效率，积极开发可再生能 源，取得了令世人瞩目的成就。丹麦 BWE 公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术，在这家 欧洲著名能源研发企业的努力下，丹麦于 1988 年诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂 6 。 1974 年以来，尽管丹麦国民收入增长了 50 ，国内生产总值(GDP)稳步增长，但总的能 源消费量却没有增加，成为经济合作组织(OECD)成员国中能源消耗量和国民收入比值最小 的国家。可再生能源占总能源消耗量的比例逐年增长，由 1990 年的 6左右增至 2003 年 的近 13 。能源的自给率 1990 年只有 50左右，1997 年却达到 100 ，实现完全自给， 并出口了部分北海石油。此后能源供大于求的势头有增无减，至 2003 年自给率达到近 150左右。 到目前丹麦已建立了 130 多家秸秆生物发电厂，还有一部分烧木屑或垃圾的发电厂也兼烧 秸秆。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的 24以上，丹麦靠新兴替代能源由石 油进口国摇身一变成为石油出口国。丹麦的秸秆发电技术已走向世界，并被联合国列为重 点推广项目。瑞典、芬兰及西班牙等多个欧洲国家利用植物秸秆作为燃料发电的机组已有 300 多台，其中，位于英国坎贝斯的生物质能发电厂是目前世界上最大的秸秆发电厂，装 机容量 38 MW，总投资约 5 亿丹麦克朗。 2.2 我国的秸秆发电技术 中国从 1987 年起开始进行生物质能小型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，1 MW 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。生物质能气化发电优化系统及其示范工程被列为国家科技部“十五”863 重大课题。2000 年 6000 kW 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，为今后更好地利用生物质能源奠定了良好的基础 。 国家在“十一五” 规划中把发展可再生能源提到了一个新的高度。我国的秸秆资源非常丰富， 主要的农作物有小麦、玉米、稻谷和棉花等，然而，几千年来，我国农民除把他们的秸秆 当作生活燃料和牲畜的饲料来处理外，剩下的几乎全部被焚烧。 20002010 年，我国每年秸秆的可获得量达 3537 亿 t 7 ，相当于 17 亿 t 标 准煤(每 2 t 秸秆的热值相当于 1 t 煤2) 。从节煤、环保、充分利用农业可再生资源、建设 环境友好型社会和建设社会主义新农村的角度出发，秸秆发电得到了我国各级政府及科研 院所、电厂的广泛关注，其开发步伐在加快。 河北晋州(125MW) 和山东单县 (124MW)两个示范项目都将引进丹麦 BWE 公司的世界 先进秸秆发电技术，龙基电力有限公司作为项目投资和项目实施单位，在当地做了大量的 前期调研，力争在吸收丹麦 BWE 先进技术的基础上，开创出一条符合中国国情的新路。 两个示范项目如能成功，将给我国广袤的农村带来前所未有的新能源革命和巨大的经济效 益，如河北晋州项目每年燃烧秸秆 20 多万吨，发电 138 亿 KWh。按照每吨秸秆 100 元 的收购价测算，将带动农户增收 2000 多万元年；与同等规模的燃煤火电厂相比，一年可 节约 10 万多吨煤。除上述两个示范项目外，江苏如东县、黑龙江庆安县、北京平谷区等生 物质能丰富的县(区)都在积极与龙基电力有限公司洽谈，着手筹建秸秆发电厂。 三、秸秆发电的技术简介 秸秆发电技术包括秸秆直接燃烧发电和热解气化发电技术 。下边，我们分别来介 绍这两种技术的原理。 3.1 秸秆直接燃烧发电 直接燃烧发电技术是把秸秆原料送入适合秸秆燃烧的特定蒸汽锅炉中，生产蒸汽驱动蒸汽 轮机，从而带动发电机发电，见图 1。 利用秸秆直接燃烧发电，秸秆中硫的质量分数远低于电厂用煤中硫的质量分数，无需配备 昂贵的脱硫装置；灰分易于收集，无需配备静电除尘器而节约用电。 秸秆直燃发电和燃煤发电并没有本质上的区别，只是在原料的理化性质方面，与煤相 比，一般的秸秆原料具有“两小两多”的特点，即热值小、密度小；钾含量多、挥发分多。 所以，燃秸秆锅炉的燃烧室、受热部件、供风系统，特别是进料系统在结构上都要与秸秆 的这些特性相适应。 3.2 秸秆气化后再用于发电 秸秆气化的基本原理是在不完全燃烧条件下，将秸秆中较高分子量的有机碳氢化合物 裂解，变成较低分子量的 CO,H2,CH48等可燃气体。再将可燃气作为内燃机燃料，用内燃 机带动发电机发电。 目前，国内秸秆发电工程中秸秆气化炉主要有固定床气化炉和流化床气化炉两种形式。 4.3 秸秆发电的前景预测 煤炭作为一次性能源，储量逐年锐减。而国内主要以煤为燃料的电力供应紧缺现象还 会持续，煤电紧张局面可能长期存在。我国小麦、玉米及棉花等农作物种植面积很大，产 量很高，且农作物是可再生资源，相对于现在电厂频频断“煤”、不堪煤价攀升的尴尬局面， 秸秆发电具有取之不尽的资源优势和低廉的成本优势。 2005 年 2 月 28 日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过中华人 民共和国可再生能源法 ，并于 2006 年 1 月 1 日正式实施，大力支持了秸秆发电，给秸秆 发电的发展注入了新的动力。根据中国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标，至 2020 年，中国生物质能发电装机容量要超过 2 000 万 kW。为了确保这一目标的实现，国家发改 委制定了可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法 ，规定生物质发电项目可以优先 上网，上网电价实行政府定价和政府指导价两种形式。政府定价的电价标准由各省脱硫燃 煤机组标杆上网电价+025 元(kW h)补贴电价组成，同时各地政府要因地制宜地制定相 应的补贴措施。政府在该领域的扶持政策，必将提高企业投资秸秆发电的积极性，促进其 发展。可见，秸秆作为一种清洁可再生的能源，在中国具有广阔的市场前景。 五、秸秆发电技术温室气体减排效益分析 我国的秸