一、成型燃料生产及应用
近年我国开始重视生物质成型燃料产业的发展,国家发改委在《可再生能源长期发展规划》中提出,力争在 2020 年达到颗粒燃料年利用量 5000 万吨的目标。目前国内生物质成型燃料主要应用于工业高温蒸汽供应,包括钢铁、纺织、 印染、造纸、食品、化工等行业,由于国内生物质成型燃料行业还处起步阶段,企业分散,没有统一的行业标准和产品标准,很难统计具体的产业规模,估算为 500 万吨/年左右。
国家能源局在《2014 年能源工作指导意见》强调年内新增生物质工业和民用供热折算分 别为 200 万吨和 80 万吨(蒸汽),而根据发改委、国家能源局和环保部《关于印发能源行业加强大气污染防治工作方案的通知》,争取 2017 年生物质成型燃料利用量超过 1500 万吨。
二、生物燃气生产及应用
我国生物质能资源丰富,可用于制取生物燃气的资源品种繁多,包括作物秸秆、畜禽粪便、林业废弃物等。据统计,我国每年可用于生产生物燃气的资源总量约折合 7 亿吨标准煤(表1)。
若考虑技术可行性和市场竞争能力,目前可利用的资源量约为 2.5 亿吨标准煤,可生产沼气量为 1 990 亿立方米,约折合天然气 1 200 亿立方米,相当于我国 2014 年天然气消费量 1 800 亿立方米的 2/3。
生物质能分布式利用的主要技术
目前有多种生物质能源分布式利用技术已基本成 熟,且最有可能实现市场化,包括沼气、生物质成型、 生物质气化、生物质采暖供热利用等,相关核心技术发 展现状如图 2 所示。
一、大中型沼气技术
沼气工程所处理的有机废弃物比较广泛,如:畜禽粪便、青贮饲料、过期的残粮、厨余残渣、生活有机垃圾、动物屠宰的废弃物、农副产品加工的废弃物等,或由上述几种有机废物混合构成。
由于我国近 10 年畜牧养殖发展很快,畜禽粪便排放总量远远超过环境承载能力,政府希望通过沼气工程建设项目的实施,基本解决重点区域畜禽养殖场对周围环境的污染问题。因此,沼气工程将发挥多功能的作用(生产能源、综合利用及环境保护等),具有广阔的应用前景。
大中型沼气工程已非常成熟,是生物质能分布式利用的主要方式,也是目前产业化发展最好生物质能利用方向之一。
当前沼气工程建设项目仍有局限性，
而大中型沼气工程与国外技术相比仍存在较大差距,设备工艺和制造技术水平不高,如国际上 CSTR 工艺的产气率可达 15 m3 . m-3 . d-1,热电系统率达90%,而我国产气率仅为 0.8—5.0 m3 . m-3 . d-1,发电效率仅为 35%。
二、生物质成型技术
成型技术主要有两类:一类是颗粒燃料成型机,不同规格的环模机是颗粒燃料成型机的主流机型;另一类是棒状或块状成型机,棒状或块状成型燃料主要在农场应用,原料是作物秸秆,绝大多数是大螺距、大直径挤压机,也有液压驱动活塞冲压式成型机。
目前生物质成型燃料从原料收集、干燥、粉碎、包装、销售环节全部实现了生产线生产,自动化、规模化和商业化程度都很高,单机生产规模大都在每小时 2 吨以上。
我国生产成型燃料以农作物秸秆为主要原料,秸秆成型特性、燃烧特性方面与林业剩余物有很大不同,不能照搬国外的技术以及设备。
目前在生物质冲压式压块技术及装置、挤压式压块技术及装置、烘烤炭技术及装置等方面有了明显的进步,但我国生物质成型机还普遍存在着能耗过高、磨损严重和使用寿命短等问题,需要 进一步加强技术研发改进,提高能源利用效率。
三、生物质气化技术
生物质气化的主要优势是将难以燃用的生物质低品位燃料转化为燃气,实现清洁和高效燃烧,是生物质分布式利用的有效途径。
我国的小规模生物质气化及利用技术达到了国际先进水平,尤其在气化发电和生物燃气替代工业燃料方面。但是总体来看,目前气化设备对燃料的适应性较差,对原料水分、灰分或热值的变化比较敏感;气化发电还存在效率偏低、稳定性较差和燃气净化系统太复杂等问题，需要提高生物质气化效率及其自动化控制水平;生物质燃气燃烧存在燃气和常规燃烧设备(如锅炉、窑炉 等)匹配技术不成熟等问题,急需解决生物质燃气高效燃烧、气化系统与工业锅炉/窑炉耦合调控等关键技术。
所以开发新型的生物质气化技术和设备,完善并提高燃气利 用效率,建设示范工程,形成分布式生物质气化利用的商业化解决方案,是生物质气化技术发展的主要方向。
四、生物质热解技术
生物质热解技术可将低品位生物质转化为高品位的木炭、燃油等,是高值化利用生物质的主要方式之一。
我国生物质热解技术方面研究较早,但产业化进展缓慢,主要是因为研究以单项技术为主,缺乏系统性,与欧美等国相比还有较大差距。特别是在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以及生物燃油对发动机性能的影响等方面存在明显差距。
热解技术还存在如下一些问题:生物油成本通常比矿物油高,生物油同传统液体燃料不相容,需要专用的燃料处理设备;生物油是高含氧量碳氢化合物,物理、化学性质不稳定,长时间贮存会发生相分离、沉淀等现象,并具有腐蚀性;由于物理、化学性质的不稳定,生物油目前不能直接用于现有的动力设备,必须经过改性和精制后才可使用;这些都是阻碍生物质热解规模化利用的瓶颈所在。
针对以上存在的差距和问题,今后的研究重点是如何提高液化产物收率,寻求高效精制技术,提高生物油品质,降低运行成本,实现产物的综合利 用和工业化生产等。
生物质能分布式利用发展前景分析
一、生物质能分布式利用发展潜力分析
发展分布式生物质能的关键是因地制宜,不能脱离当地的社会经济发展条件,追求不切实际的发展目标。我国目前开发利用生物质能的主要功能是环保和节能,目的是减少污染,提供经济、可行的洁净替代能源,减少化石能源的压力。
在定位上,近期应围绕节能减排战略需求, 实现部分替代工业燃料,减少燃煤/燃油/燃气的消耗,降低企业减排成本;长期应发展液体燃料替代,实现生物质液体燃料规模化生产、能源作物规模化种植及能源藻的商业化利用。根据产业发展分析和预测,我国分布式生物质能源技术产业发展大致可分为两个阶段(图3)。
生物质能分布式利用发展路线图
传统燃煤燃气替代、城镇/农村清洁生活能源供应和农村生态环境保护是生物质能分布式利用的三大发展方向,相关核心技术包括碱金属腐蚀及结焦控制技术、高效生物质气化技术、生物质热解/炭化技术、秸秆干发酵技术、生物质气化燃气净化技术、生物燃气净化提纯技 术、生物燃气低污染燃烧及发电技术等。
基于目前相关核心技术的研发及其应用现状,我国分布式生物质能源技术近期主要处于进行技术完善和应用示范阶段,预计到 2030 年前大部分关键技术将基本成熟,具备产业化的条件(图 4)。
生物质能分布式利用发展条件分析
生物质原料分散,种类复杂,从本质上看,生物质能更适合于分散利用,所以发展生物质供热、供气和热/电/气联产等分布式利用模式,是我国生物质能发展的主要方向,但从产业发展现状看,目前制约分布式生物质能产业发展的最主要瓶颈是经济性和可靠性。
为了实现上述分布式生物质能产业的发展目标和潜力,必须重点解决这两方面的问题,才能为产业发展创造有利条件。
结语：
雾霾围城之下，作为清洁可再生的生物质能源成为关注热点。业内期望生物质能源在消除城市雾霾，改进城乡能源结构，甚至维护国家能源安全等方面发挥重要作用。国家应在技术创新和政策支持方面增加投入,将生物质能的环境效益和社会效益转化为成本效益,推动生物质能分布式利用产业的发展。
