我国生物质能利用技术展望
责任编辑:chineselng    浏览:1568次    时间: 2008-04-03 10:03:44      

摘要:摘 要:分析生物质能在能源系统中的重要地位,以及我国农村对于高品位优质能源的需求形势,指出开发利用生物质能在我国尤其是在农村地区实现可持续发展战略的重要意义。在分析总结国内外生物质能技术现状和我国存在的差距的基础上,提出了生物质能技术发展目标和“十..

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 摘 要:分析生物质能在能源系统中的重要地位,以及我国农村对于高品位优质能源的需求形势,指出开发利用生物质能在我国尤其是在农村地区实现可持续发展战略的重要意义。在分析总结国内外生物质能技术现状和我国存在的差距的基础上,提出了生物质能技术发展目标和“十五”期间的重点技术方向,以及2015年的展望。

关键词:生物质能

1. 我国开发利用生物质能具有重要意义

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。

我国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。

2. 生物质能优质化利用是实现现代化和可持续发展战略的要求

1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。 生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程,满足农民富裕后对优质能源的迫切需求,同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于我国地广人多,常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求,而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约,限制CO2等温室气体排放,这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此,立足于农村现有的生物质资源,研究新型转换技术,开发新型装备既是农村发展的迫切需要,又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。

3.我国生物质能利用技术已经取得一定成效

我国的生物质资源十分丰富。每年农作物秸秆产量6亿吨以上,禽畜粪便总资源干物质数量约1.4亿吨,其中可发展沼气工程的规模化养殖场粪便干物质约4000万吨。目前,秸秆和粪便过剩和污染已经为全社会所关注,因此加大开发力度,尽快将其转化为优质能源已经迫切地摆到了面前。

从“六五”以来,我国先后对禽畜粪便厌氧消化、农作物秸秆热解气化、致密成型等技术进行了攻关研究和开发,已经取得了一定成绩。在厌氧消化技术方面,目前国内处理有机废弃物的沼气工程已有600多处,总池容20万立方米,年产沼气1亿立方米左右。经过10多年的研究开发,厌氧消化工艺技术已取得了较大进展,例如猪粪中温厌氧消化USR装置产气率达到2.2m3/m3.d。在热解气化方面,低热值的ND-400、600、900型秸秆气化装置相继研制成功并投放市场,已建立了100多个气化集中供气村。此外生物质压块成型机械的开发也有相当进展,生产率50-100kg/h的螺旋挤压成型机正在试用中。

另外,以生物质能利用技术为核心的综合利用技术模式由于其明显的经济和社会效益而得到快速发展,这也成为中国生物质能利用的特色,如“四位一体”模式,“能源环境工程”等。所谓“四位一体”就是一种综合利用太阳能和生物质能发展农村经济的模式,其内容是在温室的一端建地下沼气池,池上建猪舍、厕所。在一个系统内既提供能源,又生产优质农产品。“能源环境工程”技术是在原大中型沼气工程基础上发展起来的多功能、多效益的综合工程技术,既能有效解决规模化养殖场的粪便污染问题,又有良好的能源、经济和社会效益。其特点是粪便经固液分离后液体部分进行厌氧发酵产生沼气,厌氧消化液和渣经处理后成为商品化的肥料和饲料。

国外生物质能技术开发是从70年代末期开始的,现在已有了很大进展。目前,直接燃烧秸秆的先进设备已投放市场,生物质供热、发电或热电联供已成为现实。在厌氧消化方面,中温和高温下的产气率可达5 m3/m3.d,百千瓦量级的沼气发电机组每立方米沼气发电量可达1.4-2.6kWh,发电效率高达38%。在热解气化技术方面已有多项技术装备进入商品化阶段。如荷兰BTG开发成功的生物质高温热解装置产气率大66%;德国、美国等开发出自动化程度相当高的家用生物质气化炉用于用户热水和供暖;产热量达150-500万kcal/h的大型生物质气化装置也已开发成功。

与国外相比,我国生物质能技术还有较大差距。主要表现在:

厌氧消化产气率低;系统运行和管理自动化水平不高;
与厌氧消化和综合利用配套的技术和设备还不成熟;
厌氧消化技术产业化发展缓慢,不便于大规模市场推进;
秸秆气化热值低,在稳定运行、焦油清除、气体净化等技术上需要提高;
缺乏秸秆直接燃烧供热技术研究和设备开发,不便于多途径能源利用;
生物质发电技术和装置方面有较大差距。

4. 生物质能利用技术发展展望

根据国家科委等“1996-2010年新能源和可再生能源发展纲要”的精神,生物质能技术发展目标为:紧密联系市场需求,与工程项目相结合迅速将科研成果转化为生产力,推动生物质能技术的商业化进程,为在能源领域实现可持续发展的战略目标服务。

根据各方面专家的研究分析,结合生物质能技术现状和农村地区的需求特点,具体目标为:

进一步提高禽畜粪便厌氧消化器的池容产气率,争取提高30%以上;
提高沼气发电转化效率,每千瓦时沼气消耗量降低10%以上;
研究沼气池商品化快速建造技术,推进市场化进程;
研究秸秆干发酵沼气技术,提高和稳定产气率;
研究秸秆中热值气化及相关技术,提高气化效率和应用范围;
研究秸秆直接燃烧热利用技术及装置,拓展秸秆利用领域。

因此,“十五”研究发展方向主要有下述几个方面:

(1)高效沼气和发电工程系统研究

其目的是提高禽畜粪便沼气池的产气率,使之由目前的2.2m3/m3.d提高到3 m3/m3.d以上;沼气发电每千瓦时沼气消耗量由0.6-0.7 m3/kWh下降到0.5左右。

研究的关键技术包括:高效能厌氧装置系统;升流式固体反应器工艺中SRT的控制;内燃机改装技术;发电机余热用于沼气池加温的技术;固液分离技术等。

(2)秸秆干发酵及其配套技术

研究秸秆厌氧发酵及集中供气技术,提高秸秆发酵的转化效率,实现秸秆厌氧发酵转换技术的规模化和商品化。关键技术包括:好氧发酵与厌氧发酵工艺配合技术和干发酵最佳发酵条件;优良菌种筛选及最佳发酵条件;低含水量、高活力“保护剂”筛选和厌氧启动菌剂的保存技术;促进细菌快速繁殖的“激活剂”技术等。

(3)组装式沼气发酵装置及配套设备和工艺技术

其目的是适合我国规模化养殖中占绝大部分的(几千到万头猪)养殖场沼气工程建设需要,研究沼气池商品化快速建造技术,实现沼气池的工厂化生产,规范化施工,促进大中型沼气工程产业化和市场化发展。主要研究内容包括:组装部件的研究、设计(材料、规格等);组装部件的生产设备;密封材料的研究、选择及生产技术;工程中的现场组装技术等。

(4)中热值秸秆气化技术

针对目前低热值热解气化技术的不足,开发出适合我国农村应用、技术上相对成熟、安全、燃气热值接近城市管道煤气、投资适中的秸秆气化集中供气技术,燃气热值达到11.7-14MJ/N m3,燃料利用率达到80%,杂质含量达到国家标准。技术包括中热值气化装置和燃气净化技术及装置等。

(5)移动式秸秆干燥粮食工艺及成套设备

研究开发以秸秆为燃料的移动式粮食干燥成套设备,在充分开发利用秸秆能源的同时,满足我国粮食干燥加工的需要,减少环境污染。并使成套设备达到商业化水平。其主要技术包括:便于运输和田间作业的移动式干燥加工粮食工艺;秸秆半气化高效燃烧技术;秸秆燃烧无烟化处理技术;移动式秸秆燃烧炉;移动式粮食烘干机。

(6)秸秆直接燃烧供热系统技术

这在发达国家已经开始应用,其特点是秸秆处理利用量大、热能利用率高,不仅可以供应生活用热水,而且可以作为企业工艺热的来源。

(7)综合开发利用模式

以“四位一体”模式和“能源-环境工程”技术为代表的能源综合开发利用模式得到了快速发展,表明以多能互补、综合利用、产生综合效益为特点的可再生能源与农业生产其它技术的优化组合模式具有很强的生命力。因此,随着生物质能和农业各方面技术的不断进步以及农村经济的发展,需要不断开发探讨新的生物质能综合利用模式。

2015年的发展趋势主要为:

进一步提高生物质能转换技术的效率;
生物质能发电技术;
生物质供热技术及装置-生活及生产用;
生物质热电联供技术;
与上述技术相关的配套技术及设备等。

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