在中國(guó)工程院發(fā)布的《中國(guó)可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告》中,目前我國(guó)含太陽(yáng)能在內(nèi)每年開(kāi)采的清潔能源經(jīng)過(guò)換算能源效率等于21.48億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。在清潔能源中生物質(zhì)能占總量的54.5%,是整個(gè)清潔能源體系的重要組成部分。按照目前的能源發(fā)展來(lái)看,生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣等化學(xué)能源外的第四大能源。
根據(jù)國(guó)際能源署的預(yù)測(cè),在2030年全球36%的能源消費(fèi)或?qū)?lái)自可再生能源,其中生物質(zhì)能將占到可再生能源部分的60%。生物質(zhì)能或?qū)⒊蔀殡p碳大背景下能源發(fā)展的新趨勢(shì)。
一、生物質(zhì)能的概念
生物質(zhì)指的是指通過(guò)光合作用而成的各種有機(jī)體,包括所有的動(dòng)植物和微生物。生物質(zhì)存在于木材、稻草、種子廢料、糞肥、廢紙、生活垃圾、廢水等各種材料中,屬于全球范圍內(nèi)最廣泛存在的物質(zhì)。生物質(zhì)能是通過(guò)生物質(zhì)作為載體將太陽(yáng)能儲(chǔ)存于有機(jī)體,在通過(guò)自然界的循環(huán)實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換,據(jù)統(tǒng)計(jì)生物質(zhì)目前儲(chǔ)存的能量是世界能源消費(fèi)總量的2倍,提升生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換效率對(duì)解決未來(lái)能源使用問(wèn)題有重要意義。生物質(zhì)能通過(guò)直接或間接的綠色植物的光合作用,一方面有效吸收大氣中排放的二氧化碳,另一方面又將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料,屬于可再生能源的碳源。
二、生物質(zhì)能的優(yōu)勢(shì)
1、可循環(huán)再生。生物質(zhì)能作為可再生能源,具有天然的自我再生功能,可以保證能源長(zhǎng)久持續(xù)的使用,有助于解決因有限的不可再生能源未來(lái)可能出現(xiàn)的能源危機(jī)。
2、應(yīng)用方式多樣。生物質(zhì)能既可直接使用,也可以利用轉(zhuǎn)化工藝作為二次能源使用,還可通過(guò)生物、化學(xué)和物理方法轉(zhuǎn)換成其他生物能源;
3、零碳能源,保護(hù)環(huán)境。生物質(zhì)能是二氧化碳中性,燃燒產(chǎn)生的二氧化碳量等于植物在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的二氧化碳量,有助于減碳,且在轉(zhuǎn)化過(guò)程的相比于其他方式硫化物、氮化物和粉塵等的排放更少。
三、生物質(zhì)能發(fā)電
基于目前能源體系的構(gòu)建,電能是目前使用占比較大的一種能源形式。在生物質(zhì)能的應(yīng)用中,生物質(zhì)能發(fā)電是具有一定發(fā)展前景的一種能源使用方式,生物質(zhì)能發(fā)電是通過(guò)運(yùn)用生物質(zhì)及其加工轉(zhuǎn)化成的固體、液體、氣體的生物質(zhì)能燃料而實(shí)現(xiàn)的一種熱力發(fā)電技術(shù),目前主要分為直接燃燒發(fā)電、甲醇發(fā)電、城市垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電四種。
1、直接燃燒發(fā)電
直接燃燒發(fā)電是先采用專(zhuān)門(mén)的生物質(zhì)工業(yè)鍋爐將生物質(zhì)壓縮成密度較大、性能接近煤的成型燃料,然后將生物質(zhì)原料送入適合生物質(zhì)燃燒的特定蒸汽鍋爐中,燃燒產(chǎn)生的熱量將水轉(zhuǎn)換為水蒸汽,再通過(guò)水蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī),從而驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),最后再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
直接燃燒發(fā)電的工作原理同燃煤火力發(fā)電原理相同,兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在燃料上,火力發(fā)電的原料是煤,而直接燃燒發(fā)電的原料主要是農(nóng)林廢棄物和秸稈,同燒煤相比,生物質(zhì)鍋爐排放的碳排放量會(huì)更低,又助于實(shí)現(xiàn)發(fā)電過(guò)程中的減碳。
直接燃燒發(fā)電是快速直接利用生物質(zhì)能的方法,但由于生物燃料密度相比于化石燃料較低,燃料效率和發(fā)熱量都不如化石燃料,所以目前大多數(shù)應(yīng)用于生物廢棄物的回收再利用。目前,在生物質(zhì)能技術(shù)相對(duì)比較成熟的國(guó)家,生物質(zhì)能的燃燒發(fā)電占可再生能源發(fā)電量的70%,目前像一些糖廠榨糖后的原料就被利用于生物質(zhì)能的發(fā)電。
2、甲醇發(fā)電
除了傳統(tǒng)的秸稈、木屑等農(nóng)產(chǎn)品原料,甲醇發(fā)電目前也是生物質(zhì)能發(fā)電的一種選擇方式,因其發(fā)電成本逐步下降,污染較低且液態(tài)狀態(tài)易儲(chǔ)存的原因,被認(rèn)為具有較高的發(fā)展前景。
甲醇發(fā)電的工作原理是先將甲醇加熱使其氣化,氣化的甲醇通過(guò)水蒸汽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,再以氫氣為燃料,在燃燒室中燃燒生成燃?xì)?,通過(guò)燃?xì)怛?qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
3、城市垃圾發(fā)電
城市垃圾發(fā)電的工作原理是通過(guò)特殊的焚燒鍋爐燃燒城市固體垃圾,再通過(guò)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。其中焚燒垃圾產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t中進(jìn)行熱交換,產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽,推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能,實(shí)現(xiàn)生活垃圾的回收再利用,一方面緩解了城市垃圾過(guò)多帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題,另一方面也為城市提供了一定的能源輸送。
4、沼氣發(fā)電
沼氣發(fā)電的工作原理以沼氣作為燃料產(chǎn)生動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能,是目前沼氣大型化利用的一種方式。在沼氣發(fā)電流程中,生物質(zhì)原料經(jīng)氣化器形成沼氣,再經(jīng)脫硫器由貯氣罐供給燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組,從而驅(qū)動(dòng)與沼氣渦輪機(jī)相連接的發(fā)電機(jī)而產(chǎn)生電力。需要的主要設(shè)備有沼氣發(fā)電機(jī)組、發(fā)電機(jī)和熱回收裝置,目前沼氣利用主要集中在養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域,通過(guò)充分利用資源實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綜合性發(fā)展。
四、國(guó)內(nèi)生物質(zhì)能的發(fā)展現(xiàn)狀以及前景
中國(guó)擁有豐富的生物質(zhì)能資源,據(jù)測(cè)算理論總量有50億噸左右。2021年中國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電累計(jì)裝機(jī)量為3798萬(wàn)千瓦,新增裝機(jī)為808萬(wàn)千瓦,同比2020年上漲48.80%。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2021年底,我國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量占可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量的3.6%。從目前的裝機(jī)容量看,相比于我國(guó)豐富的生物質(zhì)能資源,生物質(zhì)能資源的使用率并不高。隨著生我國(guó)2030年碳達(dá)峰和2060年的碳中和目標(biāo)的實(shí)施,生物質(zhì)能未來(lái)會(huì)有更大的需求。在產(chǎn)業(yè)政策不斷完善和生物質(zhì)能技術(shù)不斷提高下,未來(lái)生物質(zhì)能的應(yīng)用或迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。
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