书城科普读物低碳生活与环境保护
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第24章 节能又环保的秸秆发电

焚烧秸秆秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获籽实后的剩余部分。秸秆中粗纤维含量高(30%~40%),并含有木质素等,可以被反刍动物牛、羊等牲畜吸收和利用。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中,秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等,是一种具有多用途的可再生的生物资源,具有广阔的发展前景。

秸秆发电

在经济社会高速发展的今天,能源和生态问题越来越引起人们的重视。没有能源,经济发展就失去了动力;生态破坏,人们的生存空间就受到了限制。于是,选择新型再生能源,减少环境污染,就成了人们刻意追求的一个主要目标,而利用新型秸秆能源就是其中的一项重要内容。

秸秆原料

秸秆发电,就是以农作物秸秆为主要燃料的一种发电方式,又分为秸秆气化发电和秸秆燃烧发电。秸秆气化发电是将秸秆在缺氧状态下燃烧,发生化学反应,生成高品位、易输送、利用效率高的气体,利用这些产生的气体再进行发电。但秸秆气化发电工艺过程复杂,难以适应大规模应用,主要用于较小规模的发电项目。秸秆直接燃烧发电是21世纪初期实现规模化应用唯一现实的途径。

秸秆已经被认为是新能源中最具开发利用规模的一种绿色可再生能源,推广秸秆发电,将具有重要意义:

1.农作物秸秆量大,覆盖面广,燃料来源充足。

2.秸秆含硫量很低。国际能源机构的有关研究表明,秸秆的平均含硫量只有0.38%,而煤的平均含硫量约达1%。且低温燃烧产生的氮氧化物较少,所以除尘后的烟气不进行脱硫,烟气可直接通过烟囱排入大气。丹麦等国家的运行试验表明,秸秆锅炉经除尘后的烟气不加其他净化措施完全能够满足环保要求。所以秸秆发电不仅具有较好的经济效益,还有良好的生态效益和社会效益。

3.各类作物秸秆发热量略有区别,但经测定,秸秆热值约为15000千焦耳/千克,相当于标准煤的50%。其中麦秸秆、玉米秸秆的发热量在农作物秸秆中为最小,低位发热量也有14.4兆焦耳/千克,相当0.492千克标准煤。使用秸秆发电,可降低煤炭消耗。

4.秸秆通常含有3%~5%的灰分,其以锅炉飞灰和灰渣或炉底灰的形式被收集,含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙,可用作高效农业肥料。

5.作为燃料,煤炭开采具有一定的危险性,特别是矿井开采,管理难度大。农作物秸秆与其相比,则危险性小,易管理,且属于废弃物利用。

世界秸秆发电的发展

20世纪70年代第一次石油危机爆发后,一直依赖能源进口的丹麦,着手推行能源多样化政策,制定适合本国国情的能源发展战略,积极开发生物能、风能、太阳能等清洁可再生能源。

根据丹麦最新能源计划,到2030年,即使那时石油和天然气资源枯竭,丹麦也能够保持其在能源方面的自足。其能源构成的目标是:风能50%,太阳能15%,生物能和其他可再生能源35%。其中生物能主要指的是秸秆发电。

国际能源机构的有关研究表明,农作物秸秆为低碳燃料,且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低,是一种很好的清洁可再生能源。每两吨秸秆的热值相当于一吨煤,而且其平均含硫量只有3.8‰,远远低于煤1%的平均含硫量。

丹麦是较早利用秸秆发电的国家。丹麦的农作物主要有大麦、小麦和黑麦,这些秸秆过去除小部分还地或当饲料外,大部分在田野烧掉了。这既污染环境、影响交通,又造成生物能源的严重浪费。为建立清洁发展机制,减少温室气体排放,丹麦政府很早就加大了生物能和其他可再生能源的研发和利用力度。丹麦BWE公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术,迄今在这一领域仍保持世界最高水平。在该公司的技术支持下,丹麦1988年建成了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。

同时,为了鼓励秸秆发电以及风能和太阳能等可再生能源的发展,丹麦政府制定了财税扶持政策。对于秸秆发电、风力发电等新型能源,丹麦政府免征能源税、二氧化碳税等环境税,并且优先调用秸秆产生的电和热,由政府保证它们的最低上网价格。政府还对各发电运营商提出明确要求,各发电公司必须有一定比例的可再生能源容量。1993年,政府与发电公司签订协议,要求每年燃用秸秆及碎木屑140万吨。另外,丹麦从1993年开始对工业排放的二氧化碳进行征税并将税款用来补贴节能技术和可再生能源的研究。

目前,丹麦已建立了130多家秸秆生物发电厂,还有一部分烧木屑或垃圾的发电厂也兼烧秸秆。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24%以上,丹麦靠新兴替代能源由石油进口国一跃成为石油出口国。丹麦的秸秆发电技术现已走向世界,并被联合国列为重点推广项目。瑞典、芬兰、西班牙等国由BWE公司提供技术设备建成了秸秆发电厂,许多国家还制定了相应的计划,如日本的“阳光计划”、美国的“能源农场”、印度的“绿色能源工厂”等,它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。其中位于英国坎贝斯的生物质能发电厂是世界上最大的秸秆发电厂,装机容量3.8万千瓦,总投资约5亿丹麦克朗。

中国秸秆发电的发展

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,可为农民增收近1000亿元,开发潜力将十分巨大。随着《可再生能源法》和《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》等的出台,中国秸秆发电呈快速增长趋势。

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三个秸秆发电示范项目,拉开了中国秸秆发电建设的序幕。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。据不完全统计,到2006年年底,全国在建农作物秸秆发电项目34个,分布在山东、吉林、江苏、河南、黑龙江、辽宁和新疆等省(区),总装机容量约120万千瓦;山东单县、江苏宿迁和河北威县三座发电站已投产发电,总装机容量8万千瓦。

2008年前后几年间,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。