生物质气化发电技术是洁净利用生物质能的有效方法之一,它可以在不产生污染的情况下把生物质能转化为电能,达到从低品位能源获取高品位能源的目的,是最有前途的可再生能源技术之一。 因地制宜地利用丰富的生物质资源,建立分散、独立的离网或并网生物质分布式电站不仅可以弥补电力供应的不足,而且可以有效减少环境污染和温室气体排放,所以它也是一种重要的环保技术。
以农业废弃物和木材废弃物为主的生物质资源分布分散,收集和运输困难,不适合采用大规模燃烧技术,而中等规模的生物质气化发电技术(400—6000kW)在发展中国家具有独特的优势,也具备进入市场竞争的条件。中国科学院广州能源研究所研究开发的中等规模生物质气化发电技术达到了同类技术的国际先进水平,性价比处于国际领先水平,该技术共申请国家专利9项,已在中国、台湾和东南亚等国家推广应用,取得了显著的经济、社会和环境效益。生物质气化发电技术先后获得“九五”国家重点科技攻关计划优秀成果奖、广东省科技进步二等奖、上海国际工业博览会银奖、广东省优秀专利奖。2005年10月,在由联合国教科文组织发起的全球可再生能源领域最具投资价值的十大领先技术评选中该技术获得“蓝天奖”,再一次证明了生物质气化发电技术在国际上的影响力。
适用范围及应用条件:
该生物质气化发电技术应用范围广,灵活性好,根据用户不同需要,发电规模可选择在200-5000kW之间。用于处理碾米厂的谷壳,家具厂、人造板厂和造纸厂的木屑、边角料、树皮,为工厂提供电力,也适用于处理林场及农场的枝桠材、秸杆、稻草、稻壳等,为缺电农村地区和企业供电。同时,由于该项目属于环保技术,对消除污染,减少CO2的排放有重要的意义,有条件享受国家政府的相关优惠政策,有很好的市场前景和巨大的推广潜力。
主要技术性能及指标:
生物质气化发电技术采用循环流化床气化炉,把生物质废弃物,包括木料、秸秆、稻草、甘蔗渣等转换为可燃气体。这些可燃气体经过除尘除焦等净化工序后,再送到气体内燃机进行发电。为进一步提高系统效率,可利用气化系统和内燃机产生的余热,通过余热锅炉和蒸汽轮机实现联合循环发电。
该技术主要特点如下:
(1)采用循环流化床气化炉为燃气发生装置,利用气体内燃机代替燃气轮机,采用简单可靠的燃气净化方法。整个系统具有原料适应性好,处理规模大,负荷适应能力强,发电效率高等特点;
(2)采用新型专利技术,有效解决了燃气净化中的难题;采用特种菌种和好氧、厌氧相结合的方法处理焦油污水,实现气化发电系统中焦油污水循环利用;
(3)建立的5MW生物质气化及联合循环发电优化系统示范工程,克服了传统IGCC技术在发展中国家利用的限制,大大降低了技术难度和系统成本,设备全部国产化。
这些特点保证了气化发电系统的综合性能稳定可靠,单位投资和运行成本都较低的特点,系统达到以下技术经济指标:
以原料价格200元/吨计,简单生物质气化发电系统(400-3000kW)发电效率达到16-20%,单位投资:4000-4500元/kW,单位原料耗量:1.35kg/kWh,发电运行成本:0.35-0.45元/kWh;联合循环生物质气化发电系统(5MW)发电效率达28%,单位投资:6500元/千瓦,单位原料耗量1kg/kWh,发电运行成本<0.35元/ kWh。
已应用情况:
在全面分析市场需求的情况下,成功开发了400kW到5000kW的系列生物质气化发电装置,提高了整个技术的成套性和实用性,为推广应用奠定了良好的基础。自2000以来,该技术在中国、台湾和东南亚国家推广,已经成为国际上应用最多的中小型生物质气化发电系统。目前已签订和在建生物质气化发电项目共32项,总装机容量34 MW,累计合同额达8021.82万元,间接经济效益3400万元,新增产值 1.02亿元,取得了显著的经济效益;年减排CO2 约27.5万吨,环境效益显著。
该技术的推广应用为根本解决中国农村普遍存在的而又始终无法根治的“秸秆问题”提供了有效的利用途径。例如:一个3000kW的生物质发电站,年处理秸秆约2万吨,相当于2万亩的秸秆。电站以200元/吨的价格向农民收购秸秆,每亩地可增加产出50-100元;电站可解决90-150人的就业机会;生物质发电直接成本中的秸秆成本和人工成本约为0.35-0.4元/度电,直接转化为当地农民收入。如果每个县建设5万kW的生物质电站,每年可为农民增收1亿多元,其推广应用的社会效益非常显著。
2.多重因素阻碍生物柴油发展
受市场利益驱动,在绿色能源和支农产业双重“概念”下,全国各地形成了一股上马生物柴油的热潮。像所有新兴产业一样,生物柴油的发展中也遇到了各种各样的问题。首先是原料的供应,虽然生物柴油的原料种类比较丰富,既可以是各种废弃或回收的动植物油脂,也可以是含油量高的能源植物,如麻疯树、黄连木等。但由于能源植物种植周期较长,投资大,国家政策又不十分明朗,非一般企业能力可为。因此,目前国内绝大多数企业是收集餐饮业废油或以进口棕榈油、棕榈油酸为原料生产,但受行业发展过热影响,这些原料价格节节攀升,企业利润也被严重挤压,目前不到100元/t。二是产品的出路问题,由于国家还没有制定具体的生物柴油产业政策,产品无法进入正常的销售渠道。虽然今年5月份出台了BD100生物柴油标准,但与销售脱节,与产品销售有关的B5标准的还在起草当中。按现行政策,目前局部地区生物柴油的销售属于不正常行为。现有生物柴油产品有的通过各种渠道流入市场,有的被用作工厂和施工机械的动力燃料,还有的企业将产品出口到国外,但今年4月5日国家公布的《2007年加工贸易禁止类商品目录》严禁轻柴油、重柴油和其他柴油及燃料油出口,无疑又给那些以出口为主要方向的生物柴油企业当头一棒。原料供应不稳定,国内市场政策不明朗,对外出口又受阻,生物柴油发展可谓举步维艰。
为了促进我国生物液体燃料的发展,我国在可再生能源中长期发展规划中提出,2010年和2020年将分别形成200万t和1000万t的目标。从目前我国生物液体燃料的原料、技术、市场和政策条件来看,要实现生物液体燃料的规模化发展,关键要解决好资源落实、产品生产和市场销售3个环节的问题,特别要做好品种选育、种规模、技术标准制定等工作,制定合理的投资、价格和税收政策,落实好产品销售渠道,充分发挥大型能源企业的带头作用,广泛吸收社会企业参与,形成完整的生物液体燃料的生产、混配和销售体系。
煤化工:遵循科学理性的发展思路
随着石油、天然气价格的节节攀升,以煤为原料的煤化工行业在短短几年内迅速升温,全国具有煤炭资源的省份都纷纷集资、引资或合资建设和开展大型煤化工、煤变油、煤制烯烃、甲醇、二甲醚等项目的前期研究和规划。尽管国家发改委于2006年下半年紧急叫停了煤炭液化项目并提高了准入门槛,但是各地投资煤化工的热情不仅没有降温,反而随着国际油价的强劲运行而出现了“潮涌现象”。
有人质疑说煤化工是一种稀缺资源替代另一种资源,不应该与可再生能源一同列入能源多元化的发展战略中。全国醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会秘书长陈卫国认为,看待这一问题需要时空观,能源战略具有阶段性,未来的二三十年将是我国能源技术开发比较关键的阶段,国家通过这一过渡期积蓄力量完成科技攻关之后,很可能就此具备发展太阳能、核能等重要可再生能源的实力。因此,在最近的二三十年内,凭借煤炭资源优势积极发展煤化工是我国能源战略的必然选择。
1.下游产品众多,发展空间大
煤化工的下游产品众多,煤制甲醇、二甲醚、烯烃、煤制油等技术的应用前景广阔,这种多样性也反映出我国能源多元化趋势。
(1)煤制甲醇、二甲醚市场初步形成
甲醇是煤化工的基础有机化学品,具有较多的后续加工产品,近年来甲醇项目甚至出现了过热现象,目前在建甲醇规模已接近900万t/a,拟建和规划产能还有千万吨以上,预计到2010年国内甲醇生产能力将超过2700万t/a,而国内甲醇的年需求总量在2400万t左右。而煤制二甲醚可作为民用燃料使用,是柴油发动机最理想最洁净的替代燃料,目前二甲醚国内生产能力为37万t/a,产量20万t,在建装置能力近100万t/a,拟建装置能力达到211万t/a,预计到2010年产能在300万t/a,国内年需求量将达到700万t,市场空间巨大。
(2)煤制烯烃、煤制油战略意义重大
煤制烯烃是减少对石油依赖,发展化学工业的重要新途径,2010年煤制烯烃的产量将达140万t,占全国烯烃产量的4.8%,其经济效益高于石油制烯烃。但是尽管煤制烯烃项目前景看好,但由于技术难度大,目前还处于中试阶段,待工业化成熟大规模推广之后,煤制烯烃必将迎来大的发展。我国在煤制油技术研究上也取得相当突破,据估计,目前国内在建和拟建的“煤变油”项目已达1600万t,计划投入的资金额高达150亿美元。
2.煤化工发展亟需考虑环境因素制约
然而,煤化工毕竟是一个起点很高的行业,对煤炭资源、水资源、生态、环境、技术和资金等条件要求较苛刻,煤化工同样突出的劣势使其在发展过程中受到一定制约。
利用效率较偏低是当前煤化工面临的一大问题,我国煤用于发电的能量利用率可以达到55%,但以煤为原料生产甲醇,煤的能量利用率只有32%~42%;煤制油的能量利用率也不高,采用直接法“煤制油”工艺,煤的热能利用率为47.6%,而间接法的利用率仅为28.6%;加上水、电、汽、储运等公用工程消耗,使煤炭资源利用率更低。因此,如何加强煤炭资源的有效利用率是保证我国煤化工产业健康发展亟待解决的问题。
水资源是煤化工产业发展的重要制约因素。我国的人均水资源占有量远低于世界平均水平,主要煤炭产地人均水资源占有量和单位国土面积水资源保有量更只有全国平均水平的1/10。而大型煤化工项目年用水量巨大,一些地区大规模规划煤化工项目,一方面会造成产能过剩,另一方面会打破本地区脆弱的水资源平衡,直接影响当地经济社会的平稳发展和生态环境的保护。
同时,环境保护也已成为煤化工产业发展的瓶颈。煤炭中碳含量高、氢含量只有5%,将煤炭转化成运输燃料时产生的二氧化碳排放量,是原油精炼工艺的7~10倍,势必加重当地的环境污染。目前,我国90%的二氧化硫排放来自煤的使用,这是我国在大气环境污染治理方面长期陷入困境的重要原因。
此外,煤化工项目所需投资大,国际油价和国内煤炭价格的波动将使煤化工的成本变化莫测,无疑也给煤化工企业带来了巨大的投资风险。
喜忧参半的煤化工发展热潮也引发了国家相关部门及专业人士对于发展煤化工的深刻思考:煤化工的项目建设首先要量水而行,以水定产,注重对水资源的保护;其次在发展策略上应坚持“煤化一体化”、“煤电一体化”,防止煤炭资源直接外流;重视并鼓励企业的自主创新,研发先进技术,以提高煤资源的利用率,攻克其下游产品应用的技术难关,使煤化工产业在能源结构调整和石油替代战略中发挥更大的作用,稳步推进我国能源多元化战略的实施。
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