生物质能是怎么发电的?
所谓生物质能是指从生物质转化产生的能。常用的生物质包括植物——农作物、薪材、草、木、人畜粪便、工农业有机废物、有机废水等。这些生物质能都直接或间接地(经过人和动物的消化或工农业加工)来源于绿色植物,来源于太阳能,因此,它又称“绿色能源”,实质上它是物化的太阳能。据计算,每年全球靠光合作用可产生生物质能1200亿吨,其所含能量是当前全球能耗总量的5倍。
由于生物质能的数量巨大,同时转化过程中很少或不产生污染物,世界各国都正在开发深度利用高效生物能的转换技术,使生物质成为具有广泛用途的热能、电能和动力用燃料,转化技术有下面两种:
通过液化将生物质转化为酒精。燃烧1千克酒精,可以放出29726千焦的热量,比普通煤的发热量高。而且酒精是液体能源,便于使用、贮存、运输。普通汽油发电机稍加改装,就可以用纯酒精作燃料。如果用汽油和酒精的混合物来开汽车,汽车发电机甚至不需改装就可以使用。1升酒精可以驱动汽车在公路上行使16千米。
酒精是用淀粉、糖等有机物经过微生物发酵作用生产出来的。含有淀粉和糖的生物质很多,包括甘蔗、甜菜、玉米、高粱、木薯、马铃薯以及水草、藻类等,它们都可以是生产酒精的原料。
巴西在这方面获得了巨大的成就,早在1975年,巴西就制定了“酒精计划”,逐步用酒精或酒精和汽油的混合物部分替代了石油,解决了交通用能供应的问题,目前巴西有90%的小汽车用酒精做燃料。美国目前有30%的汽油掺有酒精,酒精的掺入量约为10%左右。
通过发酵过程制作以甲烷为主的沼气。我国每年作为农家燃料烧掉的柴草合标准煤2亿吨,占全国总能耗的15%。但能量的利用效率比较低。
利用人畜粪便和秸秆为主要原料发展沼气池,既解决了家用燃料问题,又保持了农田肥力,减少化肥对水的污染。1990年,我国就有400多万户使用小沼气池,年产沼气10多亿立方米,沼气电站装机2000多千瓦,我国目前是户用沼气池最多的国家。
目前,我国很多的大型城市污水处理厂,利用处理厂中的固体废物进行沼气发酵,产生的沼气用来发电。在英国的5000多个污水处理厂中,有1/3是用通过发酵所产生的沼气作为动力的。法国在南部利摩日地区建造了两座垃圾发酵处理站,每年处理垃圾8.45万吨,每小时生产沼气800立方米,这些沼气已供一些工厂和煤气公司使用。
如过去的10多年中,美国已建成生物发电的容量达400多万千瓦,主要是采用木材及木制品工业废料气化后的气体燃料发电。国外结合治理城市环境污染,开始进行垃圾发电,技术已经成熟。仅日本就运行约100座垃圾电站,并计划把垃圾电站的装机容量发展到400万千瓦。因此,利用生物质能发电是当今新能源发电的新趋势之一。
我国是一个农业国,物质能资源非常丰富,年资源量是薪材3000万吨,秸秆4.5亿吨,稻壳0.15亿吨,另外还产生大量的城市排放的生活污水、垃圾、工业废水等。
利用生物质能发电在我国目前还是小规模、小范围的利用,稻壳转化发电容量只有5000瓦,沼气发电装置140个左右,总容量也只有2000千瓦。另外,我国还引进发电容量为4000千瓦的垃圾发电站。
生物质发电主要包括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、垃圾填埋气发电及沼气发电等多种类型。
生物质发电由于生物质发电所需的能量是燃料燃烧所散发的能量,对于燃料的质量要求不高,许多被其他行业淘汰下来的劣质燃料也可以投入使用,因此生物质发电历来就有变废为宝的说法。生物质发电足够稳定,不需要地区与环境的限制,只要能够保证燃料的充足。
生物质发电厂就能够按时按量发电。生物质发电的处境却也不容乐观。作为一个刚刚起步的行业,生物质发电并没有能力完成自负盈亏。生物质发电在更多意义上属于福利发电,这一属性决定了它很难独自完成资金的回笼,更多时候生物质发电的资金回流靠的是政府的资金补贴。
生物质能发电特点
1、生物能发电的重要配套技术是生物质能的转化技术,且转化设备必须安全可靠、维修保养方便;利用当地生物资源发电的原料必须具有足够的储存量,以保证持续供应;所有发电设备的装机容量一般较小,且多为独立运行的方式。
2、利用当地生物质能资源就地发电、就地利用,不需外运燃料和远距离输电,适用于居住分散、人口稀少、用电负荷较小的农牧区及山区;生物质发电所用能源为可再生能源,污染小、清洁卫生,有利于环境保护。
进入21世纪以来,我国面临的能源安全和环境生态保护问题日趋严峻,可再生能源已经成为能源发展战略的重要组成部分以及能源转型的重要发展方向。根据可再生能源应用的不同领域,电力系统建设正在发生结构性转变,可再生能源发电已开始成为电源建设的主流。生物质发电技术是目前生物质能应用方式中最普遍、最有效的方法之一。
装机容量世界第一
生物质能是重要的可再生能源,开发利用生物质能,是能源生产和消费革命的重要内容,是改善环境质量、发展循环经济的重要任务。为推进生物质能分布式开发利用,扩大市场规模,完善产业体系,加快生物质能专业化多元化产业化发展步伐。截至2020年底,全国已经投产生物质发电项目有1353个。
在国家大力鼓励和支持发展可再生能源,以及生物质能发电投资热情高涨,各类生物质发电项目纷纷建设投产等推动下,我国生物质能发电技术产业呈现出全面加速的发展态势。2020年,生物质发电新增装机543万千瓦,累计装机达2952万千瓦。我国生物质发电装机容量已经是连续三年列世界第一。
生物质发电主要包括农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电。2020在,在我国生物质发电结构中,垃圾焚烧发电累计装机容量占比最大,达到51.9%其次是农林生物质发电,累计装机容量占比为45.1%沼气发展累计装机容量占比仅为3.0%。
生物质能发电量稳定增长
近年来,我国生物质能发电量保持稳步增长态势。2020年,中国生物质年发电量达到1326亿千瓦时,同比增长19.35%。
从发电量结构来看,垃圾焚烧发电量最大,2020年中国垃圾焚烧发电量为778亿千瓦时,占比为58.6%农林生物质发电量为510亿千瓦时,占比为38.5%2020年沼气发电量为37.8亿千瓦时,占比为2.9%。
随着生物质发电快速发展,生物质发电在我国可再生能源发电中的比重呈逐年稳步上升态势。截至2020年底,我国生物质发电累计装机容量占可再生能源发电装机容量的3.2%总发电量占比上升至6.0%。生物质能发电的地位不断上升,反映生物质能发电正逐渐成为我国可再生能源利用中的新生力量。
垃圾焚烧发电量将持续增长
在我国生物质发电结构中,垃圾焚烧发电累计装机容量占比最大。国内生活垃圾清运量和无害化处理率保持持续增长,对于垃圾焚烧的需求也在日益增加。为满足垃圾焚烧消纳生活垃圾的需求,随着垃圾焚烧发电市场从东部地区向中西部地区和乡镇转移,垃圾焚烧发电量将持续增长。
农林生物质发电项目利用小时数从2018年开始逐年走低,主要原因是可再生能源补贴拖欠对农林生物质发电项目影响较大。根据统计,2019年农林生物质发电利用小时数超过5000h的项目未188个,总装机为526万千瓦。据此判断约50%的项目在承受电价补贴拖欠的压力下,仍坚持项目运营。2020年农林生物质发电新增装机容量也有所下降,为217万千瓦。
山东生物质发电全国领先
总体上来看,生物质发电整体呈现东强西弱的局面。东部和南部沿海地区发展较好。
2020年,全国生物质发电量排名前五位的省份是山东、广东、江苏、浙江和安徽,发电量分别为365.5万千瓦、282.4万千瓦、242.0万千瓦、240.1万千瓦和213.8万千瓦。
2020年,全国生物质发电新增装机容量排名前五位的省份是广东、山东、江苏、浙江和安徽,分别为67.7万千瓦、64.6万千瓦、41.7万千瓦、38.9万千瓦和36.0万千瓦。
—— 更多数据请参考前瞻产业研究院《中国生物质能发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
希望采纳。
对于生物质能发电工艺形式,将其总结为三种:一是直接燃烧发电,二是气化发电,三是生物质-煤混合燃烧发电。
立本研究员认为,随着国家对于生物质能发电产业扶持力度的加大和产业自身的不断发展,未来将会有越来越多的企业加入到生物质能发电的行列中来。
1、规划推动生物质发电爆发式增长
最新发布的《可再生能源“十二五”规划》中明确表示,2015年我国生物质发电装机达到1300万千瓦,其中农林生物质发电800万千瓦、沼气发电200万千瓦、垃圾焚烧发电300万千瓦,分别为2010年装机量的4.0、2.5和6.0倍,将带来行业的爆发式增长,按农林生物质和垃圾发电厂装机容量约为3万千瓦计算,相当于5年内要分别新建农林生物质和垃圾发电厂200和83座,总投资超过900亿元;沼气电厂规模一般较小,新建的数量更多。
2、民企有望加入生物质能发电产业
目前一些生物质发电企业的赢利水平不很乐观,主要原因是生物质发电行业技术水平参差不齐,管理水平有高有低,各地项目资源量和供应模式情况差异很大,因此赢利水平差别较大。
国家“十二五”期间将对民营企业发展加大支持力度,民营生物质发电企业的融资贷款有望得到支持,以帮助其解决资金问题、加快产业投资发展。在国家支持下,有魄力、有能力同时又熟悉当地情况的民营企业家投资生物质发电厂有很大的优势。
二、已核准的农林生物质发电项目(招标项目除外),上网电价低于上述标准的,上调至每千瓦时0.75元;高于上述标准的国家核准的生物质发电项目仍执行原电价标准。
三、农林生物质发电上网电价在当地脱硫燃煤机组标杆上网电价以内的部分,由当地省级电网企业负担;高出部分,通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决。脱硫燃煤机组标杆上网电价调整后,农林生物质发电价格中由当地电网企业负担的部分要相应调整。
四、农林生物质发电企业和电网企业要真实、完整地记载和保存项目上网交易电量、价格和补贴金额等资料,接受有关部门监督检查。各级价格主管部门要加强对农林生物质上网电价执行情况和电价附加补贴结算情况的监管,确保电价政策执行到位。
具体价格看各地的政府支持以及扶持力度了。
生物质发电主要是利用农业、林业和工业废弃物为原料,也可以将城市垃圾为原料,采取直接燃烧或气化的发电方式。
近年来中国能源、电力供求趋紧,国内外发电行业对资源丰富、可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源的开发利用给予了极大的关注。于是生物质能发电行业应运而生。
世界生物质发电起源于20世纪70年代,当时,世界性的石油危机爆发后,丹麦开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来,生物质发电在欧美许多国家开始大发展。
中国是一个农业大国,生物质资源十分丰富,各种农作物每年产生秸秆6亿多吨,其中可以作为能源使用的约4亿吨,全国林木总生物量约190亿吨,可获得量为9亿吨,可作为能源利用的总量约为3亿吨。如加以有效利用,开发潜力将十分巨大。
为推动生物质发电技术的发展,2003年以来,国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东3个秸秆发电示范项目,颁布了《可再生能源法》,并实施了生物质发电优惠上网电价等有关配套政策,从而使生物质发电,特别是秸秆发电迅速发展。
最近几年来,国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底,国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万千瓦。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。可以看出,中国生物质发电产业的发展正在渐入佳境。
根据国家“十一五”规划纲要提出的发展目标,未来将建设生物质发电550万千瓦装机容量,已公布的《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标。此外,国家已经决定,将安排资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。总的说来,生物质能发电行业有着广阔的发展前景。
“发电机组一年运转10个半月,要吃掉秸秆22万吨。我们通过集中管理、免费收割、创新技术等措施解决了生物质发电的原料问题。同时也实现秸秆的零废弃、零污染和高效利用。”江苏生物发电有限公司董事长王介绍说。
生物质发电成本怎么降?
工业化管理秸秆的收、储、运,建筑废木料破碎掺烧,提高热值
“我们利用循环流化床技术,以小麦、水稻、棉花等农作物秸秆和其他生物质为原料发电供热。”走在厂区大道上,王说,目前,通过升压站,将电输送到长湾变电所并入国家电网,年可发电量1.8亿度,供电量1.6亿度,供热35万吨。
据介绍,可年处理秸秆22万吨,相当于节约原煤15万吨,减排二氧化碳12万吨,减排二氧化硫1.8万吨,减排烟尘5200吨。而秸秆燃烧后的灰烬富含钾、磷等成分,可还田作为有机肥。
在生物质发电行业中,原料成本约占总成本的60%~70%,也是盈亏关键所在。目前,收运大多依靠人工,随着劳动力、燃油等成本的提高,以及秸秆收购价格的不断攀升,支出成本不断增加,也导致了生物质发电企业普遍经营亏损。
数据显示,2013年,江苏省13家秸秆发电企业中,9家亏损,4家盈利,是盈利的4家之一。
2010年建厂之初,就购买了多台收割机,免费为农户收割农作物。农户既节省了200元/亩的收割费,又减少了秸秆处置的麻烦,而则解决了秸秆来源的难题。
由于秸秆热值较低,要达到发电能量,通常添加15%~20%的煤。通过技术创新,专门从德国进口了打碎机,对建筑废木料破碎后掺烧,来提高秸秆热值(热值在5000大卡左右)。
虽然采取了一系列措施,但每年秸秆收集的人力成本、燃油成本的上涨等,仍让倍感压力。
原料成本怎么降低?
探索秸秆收集利用新模式,签订近万亩土地集体流转协议
几十台收割机在稻田里作业,扒草机将产生的秸秆收集,打捆机将秸秆打成重约400公斤的包装,夹包机夹到路边卡车上,然后运回发电厂。这是探索的秸秆收集利用新模式在访仙镇农场秋收时展现出的景象。
镇农服中心副主任侯新华介绍说,作为市最大的农场,农场水稻种植面积有7000多亩,占了全镇水稻总面积的1/5。
2013年,投资2.5亿元,上马了30万吨大米加工项目,并与村签订全村近万亩土地的集体流转协议,打造当地最大的稻米种植基地。
为方便收集秸秆,投资4000多万元,统一派发种子、统一播种、统一收割、统一收粮,将流转农田交由31位受聘农户管理,农户管理工资为400元/亩,每亩要上交600斤麦子、1050斤稻子,超产部分由农户和农场分成。这31位种粮大户中最多的管理近千亩,最少的也有200多亩。
如何延伸产业链?
构建循环农业产业链,打造集发电、稻麦生产、加工、销售于一体的企业
“机械、种子、农药等农资都由公司承担,我们出人工、拿报酬,种得好还能拿超产分成,去年收入有10多万元。”一名受聘农户坦言,在家种田有这样的收入,真是做梦也没想到。
据悉,农场的主导产品是优质无公害稻米,生产过程中采用稻、鸭共养模式,使用无公害的有机肥料,收获的稻谷运往公司稻米加工厂加工,稻麦秸秆则作为生物发电厂的原料,发电后剩下的草木灰返还到基地作为有机肥料,循环利用,形成生态、环保、绿色、可持续发展的循环农业产业链。
据测算,每亩粮田稻麦两季可回收秸秆近一吨,每吨秸秆可发电800度,每年农场及周边农户回收的秸秆可达两万吨,可生产1600万度电。回收的秸秆经过能源化处理产生草木灰,再回归农田作为农场的生态肥料,形成颇具特色的清洁环保、生态循环的可持续发展农业产业链。
目前,该公司已是一家集生物质发电、优质稻麦生产、优质大米加工销售等涉农项目于一体的农业龙头企业。