生物質發電在我國的發展現狀及前景分析

華能國際電力股份有限公司日照電廠 張 民 王成華 時 俊 華能山東發電有限公司 胡 罡

山東聚能生物質能源有限公司 趙文博

目前，我國社會中的生物質能源的總量較大，如秸稈作為生物質原料的一種，每年保持2.01%的年增長量，總儲存量較大，雖然國家禁止焚燒秸稈，但仍存在相當一大部分農村區域，在處理秸稈時選擇焚燒的方式，不僅污染環境，同時造成較為嚴重的浪費現象，不利于提高能源的利用率。針對秸稈等生物質能源利用不足的情況，國家不斷出臺相應的政策，鼓勵和引導人們加強對生物質能的合理開發與利用，不斷加強我國生物質能源的發展速度，進一步提高能源建設效率。

1 生物質能特點

生物質是通過光合作用等產生的有機體，包括一切有生命的物質，其特點較為鮮明。首先可再生性，生物質能吸收太陽能并進行轉化，因此能夠實現可再生利用。其次清潔低碳性，生物質能中含有的有害物質較少，在轉化的過程中基本不產生有害物質。在生物質能形成時，主要吸收二氧化碳和水，在轉化后產生二氧化碳和水，碳循環完善，因此不會造成碳排放量過高的現象。再次原料豐富，生物質能分布在全球的不同區域，因此是較為理想的替代能源。最后利用率較高。在實際的轉化加工過程中，能夠將生物質能轉化為不同形式的能源，替代各類型能源為工業和生活提供基礎能源，因此具有良好的發展潛力。但目前我國對生物質能的實際利用效率相對較低，并且主要對動物糞便以及秸稈等進行發酵利用，整體轉化效率相對較低，并且總量相對較少。

2 生物質發電技術分析

目前主要的生物質發電技術為氣化耦合燃煤發電技術，利用氣化爐等相關設備進行熱處理，將生物質轉化為可燃氣體，提高實際的利用效率。其主要原理為將生物質原料進行干燥處理，并在其中添加燃煤，通過提高氣化爐穩定的方式，使生物質原料中的可燃性氣體析出，并與空氣中的水和氧氣進行反應。通過氧化反應產生H2、CH4、CO等，收集產生的可燃性氣體并進行去雜質處理，最終得到的氣體能夠用于燃燒發電[1]。

在進行生物質發電過程中需要使用氣化爐和燃煤爐。常見氣化爐有兩種，其一為固定床氣化爐。該氣化爐在使用過程中，可控制氣體向不同方向流動，并根據氣體流動方式進行分類，具體見表1。

表1 4種固定床氣化爐類型對比

其二為流化床氣化爐。該設備適用于大型氣化系統中，在使用過程中，應在生物質能中適當添加惰性材料，從而提高生物質能的實際反應效率。相比固定床氣化爐，流化床的溫度能穩定保持在800℃條件下，因此氣體轉化效率相對更高，具有較為良好的使用效率。在實際的轉化過程中的整體控制效果和設備負荷情況均較為理想，能夠有效滿足負荷在30%～120%生物質量的轉化情況。一般情況下，流化床氣化爐的發電規模在1～50MW，能夠滿足不同需求情況[2]。

為使生物質發電效率得到提升，應結合氣化爐的情況進行分析，選擇恰當的燃煤鍋爐，并按照實際需求進行調整，進一步提高整體發電流程的順暢性。以600MW超臨界鍋爐進行分析，該燃煤鍋爐在使用過程中，受熱面如圖1所示，高溫煙氣按照順序經過設備，通過其中的熱蒸汽帶動高壓缸進行做功，實現發電。

生物質氣化耦合燃煤發電過程中，為提高生產安全，應加強對燃氣和火焰等情況的監測，同時提高對鍋爐的控制效果。應利用自動化監測系統對發電過程中的各個環節進行監控和管理，發現異常數據后技術進行報警，并自動切斷相應閥門，提高實際控制效果，降低安全事故發生概率。

在利用生物質進行發電時，為降低其中污染物的含量，首先控制含硫氣體排放。生物質中的含硫量相對較低，在生物質發電過程中，產生含硫氣體的主要因素是煤粉中含硫量較高，在轉化過程中析出，影響整體排放效果。因此，可通過降低煤粉中硫化物含量或對生成氣體進行脫硫處理等方式降低硫化物的排放。其次控制氮氧化合物排放。在生物質耦合燃煤發電過程中，可能產生大量的有害NOx，產生該類型有害氣體的主要原因為生物質材料的不充分燃燒，應對污染物的燃燒情況進行合理調整，使材料的燃燒盡可能充分，不僅能夠提高供能效果，同時能夠有效降低15%左右的含氮污染氣體。最后控制鍋爐的排煙溫度。在耦合燃燒當量提升時，排煙溫度會直接升高，使整體的生物質利用率不斷降低，通過計算了解到，在煙氣溫度增加5～10℃時，整體熱效降低0.55%，進一步影響整體的實施效果。因此，應對煙氣排放進行合理控制，通過收集余熱等方式進行二次利用，提高能源的利用效率[3]。

3 我國生物質發電發展現狀

目前，我國生物質發電仍處于發展初期，國內的生物質資源相對較為豐富，常見的生物質資源包括生活垃圾以及農業廢棄物等，其產量在逐年上漲，在進行處理的過程中消耗大量資源，同時容易造成環境污染。在利用生物質進行發電的過程中，主要利用農林生物質能燃燒發電，以及垃圾焚燒發電和農業沼氣發電三種方式實現，在2021年上半年，我國生物質發電總量為779.5億kWh，累計裝機量達到3319.3萬kWh，新增裝機量呈上升趨勢。其中，農林生物質發電裝機量同比增長20.1%，城市垃圾發電裝機量同比增長25.5%，農業沼氣發電裝機量同比增長12.7%，整體生物質能發電的利用率在逐年上升。

我國不同區域的生物質發展情況存在差異，如山東、黑龍江以及安徽等省份農林生物質發電的實際利用效率相對較高。通過分析可以了解到，在農業大省中，由于農林生物質能的總量相對較高，因此發電裝機量也相對較高，生物質能發電發展良好。而通過垃圾焚燒發電方式進行分析時可以發現，浙江、江蘇以及廣東等省的排名相對靠前。同時，經濟發展水平較高的區域，垃圾發電發展較為良好。可以看出，目前生物質發電的發展主要依賴于生物質產量情況，實際分布與原材料相關。

通過對生物質發電行業發展情況進行分析，從2021年起國家能源局進一步落實“四個革命、一個合作”的能源戰略，提高對碳中和的重視和管理，同時推進行業頂層設計，加強對清潔電力的開發和利用。生物質能發電逐漸成可再生能源中的主要力量，目前我國生物質發電規模相對較小，并且行業發展速度較為緩慢，在“十四五”期間，加大對行業投資的鼓勵和支持，使生物質能發電技術及產業得到有效提升。截至2021年，我國生物質發電投資規模已經達到1800億元以上，同比增長6.58%。政府部門為加快行業發展，給出相應的政策和財政補貼措施，進一步加快生物質發電項目的建設和發電技術的研究，促使行業得到穩步增長。

發展生物質能等再生能源的主要目的是減少對環境的負面影響，在利用生物質能發電技術的過程中，應重視其整個生命周期中對環境的影響情況，通過代替傳統能源的方式，調整項目運營情況，進一步降低對環境的影響，從而幫助我國實現更好的節能減排。

4 未來我國生物質發電的前景

4.1 加強技術研發

為使生物質發電在未來具有更好的前景，應對生物質發電技術進行研究，不斷提高技術實施效果，提高對生物質的實際利用效率，同時減少環境污染和影響，使生物質能得到更加充分地使用。在利用生物質發電時，主要通過氣化的方式進行發電，目前常見的發電方法包括：直燃發電、生物質燃煤混燒發電、沼氣發電、熱解氣化發電、固化燃料發電、干餾發電等，在發電過程中，仍存在能源利用率較低的情況，同時由于生物還能中可能存在有害物質，或煤炭中含有有毒物質，會對后續的廢氣排放帶來影響，可能會提高對環境的污染情況，或增加生產成本。

因此，應加強技術研發與分析，通過提高生物質發電技術水平，優化生產流程和設備使用情況，進一步提高整體的發電效率。如可以通過調整反應環境或增減催化劑等方式，對生物質能中可能存在的重金屬和有害物質進行催化，避免其出現逸散等不良情況，減少對環境影響，或通過強化設備的結構等方式，提高對內部生物質能反應過程的控制效果，提高反應效率和設備運行安全性。

4.2 規范化行業市場

生物質能的應用能夠更好地替代傳統的不可再生能源，減少世界總能耗，同時緩解能源危機和環境污染問題，因此未來生物質發電行業必然得到快速增長。為使行業的增長更加穩定，應對發電行業市場進行進一步規劃，國家在下發相關政策和行業扶持手段的過程中，可以通過調整扶持政策等方式，對行業進行合理引導，進一步規范行業市場。

以垃圾發電為例進行分析，當前垃圾發電行業的發展速度不斷加快，在全國范圍內，浙江和山東等省的發電量相對較高，對城市垃圾處理量較大，不僅能夠有效地處理垃圾，同時能夠提供電能。不同省份之間存在較大差異，因此在進行市場規劃過程中，可以對扶持政策進行調整，提高裝機容量和發電量較低省份中的扶持力度，引導投資者進入區域市場，加強對當地垃圾發電項目的投資情況，提供區域范圍內的行業集中度，不斷促進區域發電市場的發展。

基于垃圾發電行業市場變化情況進行分析，當前垃圾發現項目面臨的市場前景均價為良好，不僅具有較為優異的政策補貼，同時相比傳統不可再生能源的開發利用，生物質能源的發展趨勢較為穩定，且整體效率相對較高。相關管理部門應制定嚴格的監管制度，對生物質能發電情況進行全面的管理和監管。一方面應對發電市場進行管理，要求企業嚴格地按照相關的項目情況進行落實，通過項目評估和引導，確保企業能夠保持穩定的發展趨勢，提高市場的運行效果。另一方面，應加強對企業的監督和管理，檢查焚燒后產生的廢氣與雜質，確保最終的排放符合相應的安全標準，使企業和生物質發電技術的整體水平得到進一步提升與發展。

4.3 提高政策支持力度

隨著行業投資規模的增長以及政策的支持，未來生物質發電的發展前景相對較為良好。在此過程中，為使其發展更加順利，政府部門應提高政策支持力度，進一步促進行業發展，降低碳排放情況。為提高生物能源與生物環保產業的發展速度，政府部門印發了《“十四五”生物經濟發展規劃》相關政策，加快推動生物質發電行業的不斷發展，通過合理規劃生物燃料與生物化工的融合發展，進一步提高燃燒發電過程中的能源利用效果，降低能源消耗的同時減少對環境的污染和影響。通過助力生物質能發電與化工、輕工等重要產業之間的深度融合，不斷促進相關產業向可持續方向發展，從而有效提高對環境的保護效果。

為進一步促進生物質發電項目的落實，國家發改委、財政部以及國家能源局聯合發布相關的發電項目補貼資金，并針對不同區域安排專項補貼資金和技術指導，進一步加快生物質發電向熱電聯產業的轉型升級，不斷拓展生物質發電的應用范圍。此外，應對電價進行進一步的調整，增加相應的補助和宣傳，針對用電企業的實際用電情況，調整補助的優先順序，引導企業加強對生物質發電的重視，加快該類型電能向市場中的流入速度，促使生物質發電的發展前景更為樂觀。

綜上所述，為提高對生物質的利用效率，在實際發展過程中，應積極提高能源開發與利用技術水平，同時加強對行業發展的促進效果，通過政府的積極引導，促使生物質發電技術行業得到進一步發展，緩解我國的碳排放情況，同時提高資源利用率。