淺談我國生物質能發電的現狀及其產生的環境問題

汪 瓊,姚美香

(1.西南林業大學園林學院,云南 昆明,650224;2.云南省環境科學研究院,云南 昆明 650034)

生物質發電是利用生物質所具有的生物質能進行的發電,是可再生能源發電的一種,包括農林廢棄物直接燃燒發電、農林廢棄物氣化發電、垃圾焚燒發電、垃圾填埋氣發電、沼氣發電。世界生物質發電起源于 20世紀 70年代,當時,世界性的石油危機爆發后,丹麥開始積極開發清潔的可再生能源,大力推行秸稈等生物質發電。自 1990年以來,生物質發電在歐美許多國家開始大發展。例如美國在利用生物質能發電方面就處于世界領先地位,20世紀 90年代初,有 1000個左右燃木發電廠。

1 生物質發電的形式及機理

生物質發電有 3種方式:①生物質直燃發電,就是將生物質直接作為燃料進行燃燒,用于發電或者熱電聯產。生物質直燃發電是在傳統的內燃機發電技術上進行設備改型而實現的技術,該技術基本成熟并得到規模化商品運用,是生物質發電的主要方式;②生物質與礦物燃料 (主要是煤的混合燃燒發電),混合燃燒可提高物質發電的效率,可達35%以上,且當生物質比重不高于 20%時一般不需對現有設備進行改動,是未來生物質發電的發展方向;③生物質氣化聯合循環發電。生物質氣化是在高溫下部分氧化的轉化過程。該過程是直接向生物質通氣化劑 (空氣、氧氣或水蒸汽),使之在缺氧的條件下轉變為小分子可燃氣體的過程。該技術還不成熟,有待于商品化。直接燃燒發電技術是生物質在鍋爐中燃燒,產出的高壓過熱蒸汽通過汽輪機的渦輪膨脹做功,驅動發電機發電,其發電的機理 (以秸稈為例)見圖 1。生物質氣化聯合循環發電是將各種低熱值固體生物質能源資源 (如農林業廢棄物、生活有機垃圾等)通過氣化轉換為燃氣,再提供發電機組發電,其發電機理見圖 2。

2 生物質能發電對我國經濟發展的意義

從農業和社會效益的角度來看,我國廢棄秸稈約有 1億 t/a,折合標準煤 5000萬 t。此外,生物質能發電能有效帶動農村生產模式和用能方式的轉變,有助于社會主義新農村的建設。從環境效益的角度來看,基于生物質燃料本身所具有的低灰、低硫特性,以及生物質生長、燃燒過程中的零排放機理,它在氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳以及煙塵顆粒的排放上,分別是火電機組排放標準的 1/5、1/10和 1/28。與傳統化石燃料相比,生物質能屬于清潔燃料,燃燒后二氧化碳排放屬于自然界的碳循環,不形成污染。據測算,運營 1臺 2.5萬 kW的生物質發電機組,與同類型火電機組相比,可減少二氧化碳排放約 10萬 t/a。

3 我國生物質能發電現狀

我國是農業大國,生物質能資源非常豐富,發展生物質發電產業大有可為。預計到 2020年,全國秸稈廢棄量將達 2億 t/a以上,折合標準煤 1億t/a,相當于煤炭大省河南 1a的產煤量。中國已經開發出多種固定床和流化床氣化爐,以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣,年生產生物質燃氣 2×107m3。2005年全國生物質能發電裝機容量2000MW,山東單縣 25MW生物質發電項目和江蘇興化 5MW生物質能發電等項目并網發電,截至2007年底,國家和各省發改委已核準生物質能發電項目 87個,總裝機規模 220萬 kW。全國已建成投產的生物質直燃發電項目超過 15個,在建項目30多個。目前,我國已經出臺相關政策,對生物質能發電上網給予 0.25元/kW·h的補貼,這無疑提高了投資生物質發電的積極性。

從總體上看,我國生物質發電產業化尚處于起步階段,產業化和商業化程度較低,效益不樂觀,市場競爭力較弱,存在如下問題:①建設和運營成本相對較高,上網電價難以支撐生物質能發電廠的正常運營;②技術開發能力和產業體系薄弱;③存在盲目上馬問題。目前,有些省份已出現了一個縣、市布點多個生物質發電項目或規劃多臺機組的問題,造成資源浪費。

從已建成的生物質發電廠來看,暴露出了資源收集和管理方面的矛盾和問題。而生物質發電的高成本,正是由于生物質資源需要收集、運輸和儲存造成的,生物質發電要解決農業生產的季節性和工業生產的連續性的結合的問題。

4 生物質能發電產生的環境問題

盡管生物質燃料本身具有低灰、低硫特性,但是在發電過程中或多或少對環境會產生一些不利影響。

4.1 直接燃燒發電、混合發電技術產生的問題

以國能生物發電集團有限公司上蔡生物質發電工程秸稈燃燒發電為例,運營期主要污染因素為:①大氣污染物,包括煙塵、SO2和 NOX的排放,灰場的環境影響,秸稈運輸儲存過程中的環境影響;②生產廢水主要包括化學酸堿廢水、鍋爐排污水、堆場初期雨水、循環水冷卻系統排水等;③固體廢棄物,主要固體廢棄物為秸稈燃燒后產生的灰渣;④工程噪聲對環境的影響,建設項目噪聲源主要是汽輪機、發電機、引風機、送風機、循環水泵和鍋爐排汽裝置,噪聲處理不當可能會產生一定的影響。

表 1 生物質直燃發電系統產生的環境污染量 (kg)

4.2 生物質氣化聯合循環發電產生的環境問題

目前,國內外在生物質氣化方面仍然存在兩大難題需要解決:一是氣化過程中產出大量焦油無法處理,會排放一定量的化學污染物,造成光化學臭氧形成潛質和水體富營養化潛質的增大,給環境帶來二次污染;二是可燃氣凈化技術不過關,可燃氣體中仍然含有焦油、微塵和煙灰,在應用上受到嚴重制約。氣化發電產生主要污染源排放量見表 2。

表 2 三種發電排放主要污染物量

5 結語

盡管生物質直接燃燒發電和氣化發電兩種系統的環境污染物排放都顯著優于火電廠,但仍然會有一定量的污染物產生。因此生物質發電項目必須依法開展環境影響評價,除生活垃圾填埋氣發電及沼氣發電項目編制環境影響報告表外,其他生物質發電項目應編制環境影響報告書。