生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)與生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)相比，是一種相對(duì)低成本的發(fā)電技術(shù)，具有建設(shè)周期短、對(duì)原料價(jià)格控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且符合削減溫室氣體、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的需要，但是在我國(guó)的應(yīng)用有限。文章簡(jiǎn)要介紹了生物質(zhì)的混燃發(fā)電技術(shù)、直燃發(fā)電技術(shù)和氣化發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀;重點(diǎn)分析了混燃發(fā)電技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用的可行性、運(yùn)用時(shí)的關(guān)鍵問(wèn)題和生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目相關(guān)的政策;指出發(fā)展生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)應(yīng)因地因時(shí)制宜，服務(wù)于農(nóng)村建設(shè)。

0引言

生物質(zhì)能是以實(shí)物形式(主要以薪柴的形式)存在，屬于分散型、勞動(dòng)密集型和占地較多的能源品種。相對(duì)于風(fēng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮芎吞?yáng)能等，生物質(zhì)能是唯一可存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉础Ｉ镔|(zhì)種類繁多，特點(diǎn)和屬性不一，但生物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)與常規(guī)的化石燃料相似，故其利用方式與化石燃料相似，常規(guī)能源的利用技術(shù)無(wú)需做大的改動(dòng)就可應(yīng)用于生物質(zhì)。試驗(yàn)表明，1t有機(jī)碳燃燒釋放的熱量為4.017&timEs;1010J，我國(guó)農(nóng)村僅農(nóng)作物秸稈每年約有7億t，2010年的生物質(zhì)總量中約有51.2%可作為能源利用，其來(lái)源可靠，這為利用生物質(zhì)發(fā)電提供了可能。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)生物質(zhì)總發(fā)電量將從2005年的200萬(wàn)kW提高到3000萬(wàn)kW(表1)，這15年間的平均增速將達(dá)93%。在一些距離電網(wǎng)較遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村地區(qū)，商品能源相對(duì)缺乏，利用其豐富的生物質(zhì)資源建設(shè)生物質(zhì)混燃發(fā)電廠具有特殊意義。

1生物質(zhì)混燃發(fā)電與直燃發(fā)電、氣化發(fā)電的對(duì)比

常見(jiàn)的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)有直燃發(fā)電、沼氣發(fā)電、甲醇發(fā)電、生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)等。目前，國(guó)內(nèi)研究較多的是生物質(zhì)直燃發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，對(duì)生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用研究有限?；谖覈?guó)小火電數(shù)量多而污染重的特點(diǎn)，以及農(nóng)村生物質(zhì)本身來(lái)源廣且數(shù)量大的特殊國(guó)情，本文先從技術(shù)和政策角度對(duì)生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)進(jìn)行討論，然后分析生物質(zhì)混燃發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益，后者更為重要。

1.1生物質(zhì)直燃發(fā)電現(xiàn)狀

生物質(zhì)發(fā)電主要是利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)廢棄物為原料，也可以將城市垃圾作為原料，采取直接燃燒的發(fā)電方式。如英國(guó)ELY秸稈直燃電站是目前世界上較大的秸稈直燃電廠，裝機(jī)容量為3.8萬(wàn)kW，年耗秸稈約20萬(wàn)t。古巴政府與聯(lián)合國(guó)發(fā)展組織等機(jī)構(gòu)合作，預(yù)計(jì)投資1億美元興建以甘蔗渣為原料的環(huán)保電廠。我國(guó)直燃發(fā)電方面在南方地區(qū)有一定的規(guī)模。兩廣省份共有小型發(fā)電機(jī)組300余臺(tái)，總裝機(jī)容量800MW。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)已比較成熟，由于生物質(zhì)能源需要在大規(guī)模利用下才具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，因而要求生物質(zhì)資源集中、數(shù)量巨大、具有生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。

1.2生物質(zhì)氣化發(fā)電現(xiàn)狀

生物質(zhì)氣化發(fā)電是指生物質(zhì)經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化在氣化爐中氣化生成可燃?xì)怏w，經(jīng)過(guò)凈化后驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)或小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。小型氣化發(fā)電采用氣化-內(nèi)燃機(jī)(或燃?xì)廨啓C(jī))發(fā)電工藝，大規(guī)模的氣化-燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作為先進(jìn)的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，能耗比常規(guī)系統(tǒng)低，總體效率高于40%，但關(guān)鍵技術(shù)仍未成熟，尚處在示范和研究階段。在氣化發(fā)電技術(shù)方面，廣州能源研究所在江蘇鎮(zhèn)江市丹徒經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)進(jìn)行了4MW級(jí)生物質(zhì)氣化燃?xì)?蒸汽整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范項(xiàng)目的設(shè)計(jì)研究，并取得了一定成果。

1.3生物質(zhì)混燃發(fā)電現(xiàn)狀

生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)在挪威、瑞典、芬蘭和美國(guó)已得到應(yīng)用。早在2003年美國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量約達(dá)970萬(wàn)kW，占可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量的10%，發(fā)電量約占全國(guó)總發(fā)電量的1%。其中生物質(zhì)混燃發(fā)電在美國(guó)生物質(zhì)發(fā)電中的比重較大，混燒生物質(zhì)燃料的份額大多占到3%～12%，預(yù)計(jì)還有更多的發(fā)電廠將可能采用此項(xiàng)技術(shù)。英國(guó)Fiddlersferry電廠的4臺(tái)500MW機(jī)組，直接混燃?jí)褐频膹U木顆粒燃料、橄欖核等生物質(zhì)，混燃比例為鍋爐總輸入熱量的20%，每天消耗生物質(zhì)約1500t，可使SO2排量下降10%，CO2排放量每年減少100萬(wàn)t。在我國(guó)生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)應(yīng)用不多，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相距較遠(yuǎn)。但是該項(xiàng)技術(shù)可以減少CO2的凈排放量，符合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求、符合削減溫室氣體的需要，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在我國(guó)農(nóng)村，農(nóng)戶土地分散導(dǎo)致秸稈收集難度較大，收集運(yùn)輸成本限制著秸稈的收集半徑，加上秸稈種類復(fù)雜，若建立純?nèi)紵斩挼碾姀S，難以保證原料的經(jīng)濟(jì)供應(yīng)。摻燒生物質(zhì)不失為一種更現(xiàn)實(shí)的解決方案，即把部分生物質(zhì)和煤混燃，減少一部分耗煤。與生物質(zhì)直燃發(fā)電相比，生物質(zhì)混燃發(fā)電具有投資小、建設(shè)周期短、對(duì)原料價(jià)格易于控制等優(yōu)勢(shì)。從技術(shù)上看，混燒比純燒具有更多的優(yōu)越性：可以用秸稈等生物質(zhì)替代一部分煤來(lái)發(fā)電，不必新建單位投資大、發(fā)電效率低的純“秸稈”電廠。何張陳將混燃案例與氣化案例作了比較，發(fā)現(xiàn)氣化案例的發(fā)電成本要比混燃案例高，而且對(duì)生物質(zhì)價(jià)格變化更敏感。興化中科估計(jì)的單位裝機(jī)容量投資約為豐縣鑫源投資的11.3倍，約為寶應(yīng)協(xié)鑫的1.4倍。混燃還可以提高秸稈等生物質(zhì)的利用效率、緩解腐蝕問(wèn)題、減少污染、簡(jiǎn)化基礎(chǔ)設(shè)施。

2生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)解析

由于我國(guó)小火電廠數(shù)量多并且污染大，與其廢棄關(guān)閉，不如因地制宜的對(duì)一些小型燃煤電廠設(shè)備略加改造，利用生物質(zhì)能發(fā)電。典型的生物質(zhì)能發(fā)電廠設(shè)備規(guī)模小，裝機(jī)容量<30MW;但是利用生物質(zhì)混燃發(fā)電既可發(fā)揮現(xiàn)有煤粉燃燒發(fā)電的高效率，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的大量高效利用，而且對(duì)現(xiàn)役小型火電廠改造無(wú)需大量資金投資，凸顯出生物質(zhì)混燃發(fā)電的優(yōu)越性，特別是生物質(zhì)氣化混燒發(fā)電通用性較強(qiáng)，對(duì)原有電站的影響比直接混燒發(fā)電對(duì)原有電站的影響小些。生物質(zhì)鍋爐按燃燒方式有層燃爐、流化床鍋爐、懸浮燃燒鍋爐等方案可供選擇，對(duì)現(xiàn)役火電廠實(shí)施混燃技術(shù)改造，鍋爐本體結(jié)構(gòu)不需大的變化(主要改造鍋爐燃燒設(shè)備)。改造主要涉及在已有燃料系統(tǒng)中進(jìn)行生物質(zhì)摻混，有以下3方式。

(1)在給煤機(jī)上游與煤混合，再一起制粉后噴入爐膛燃燒。

(2)采用專門(mén)的破碎裝置進(jìn)行生物質(zhì)的切割或粉碎，然后在燃燒器上游混入煤粉氣流中，或通過(guò)專設(shè)的生物質(zhì)燃燒器噴入爐膛燃燒。

(3)將生物質(zhì)在氣化爐中氣化，產(chǎn)生的燃?xì)庵苯油ǖ藉仩t中與煤混合燃燒。本文主要以第2種和第3種為研究對(duì)象。

技術(shù)上，生物質(zhì)和煤混燃關(guān)鍵是生物質(zhì)燃料的選擇和積灰問(wèn)題。燃料的選擇可以通過(guò)管理手段并輔以摻混設(shè)備加以解決。下面主要討論積灰問(wèn)題。

生物質(zhì)和煤混燃的可行性，在一定程度上受積灰的影響很大。不同燃料的積灰特性與多種因素相關(guān)，如灰的含量、飛灰的粒徑分布、灰的組成和灰的流動(dòng)性。積灰是必須考慮的重要因素，因?yàn)榉e灰對(duì)鍋爐運(yùn)行、鍋爐效率、換熱器表面的腐蝕和灰的最終利用都有重要影響。與煤相比，生物質(zhì)(如秸稈)和煤混燃時(shí)，兩種原料之間的相互作用會(huì)改變積灰的組成、降低顆粒的收集效率和灰的沉降速率。生物質(zhì)灰中堿性成分(特別是堿金屬K)含量也比較高，且主要以活性成分存在，從火焰中易揮發(fā)出來(lái)凝結(jié)在受熱面上形成結(jié)渣和積灰，實(shí)際商業(yè)應(yīng)用中生物質(zhì)摻混比最高為15%，當(dāng)摻比較小時(shí)，一般不會(huì)發(fā)生受熱面灰污問(wèn)題。國(guó)際和國(guó)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)均表明，生物質(zhì)混燃發(fā)電在技術(shù)上沒(méi)有大的障礙，技術(shù)上是完全可行的。

3生物質(zhì)混燃發(fā)電政策解析

政策支持是加速生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)發(fā)展的基本動(dòng)力，世界上許多國(guó)家采取直接提供政府補(bǔ)貼、制定稅收政策、價(jià)格政策、低息貸款政策等經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策。瑞典已頒布了“可持續(xù)發(fā)展的能源供應(yīng)法”，對(duì)油、煤的消費(fèi)課以重稅，使廢木材作為發(fā)電的燃料成本較煤更低，有效地推動(dòng)了生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。作為一種清潔環(huán)保和可再生資源發(fā)電技術(shù)，生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)近年來(lái)成為綜合效益好和較易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的行業(yè)。

我國(guó)“十一五”規(guī)劃明確提出：“建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)，大力發(fā)展可再生能源，加快開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能，支持發(fā)展秸稈發(fā)電，建設(shè)一批秸稈和林木質(zhì)電站，生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)達(dá)550萬(wàn)kW。”同時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)的新規(guī)劃，對(duì)生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的發(fā)展也十分有利。國(guó)家財(cái)政部已出臺(tái)《秸稈能源化利用補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，支持企業(yè)收集秸稈、生產(chǎn)秸稈能源產(chǎn)品并向市場(chǎng)推廣。可見(jiàn)，我國(guó)政府正在堅(jiān)持大力發(fā)展生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)。

促進(jìn)生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的發(fā)展第2個(gè)有利條件是根據(jù)聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約(UNFCCC)、京都議定書(shū)和CDM的協(xié)議規(guī)定，凡是減少CO2排放的項(xiàng)目，均可以通過(guò)中國(guó)發(fā)改委及相關(guān)中介機(jī)構(gòu)申請(qǐng)來(lái)自發(fā)達(dá)國(guó)家的CDM資金資助。然而不利的因素是我國(guó)尚沒(méi)有適用于生物質(zhì)混燃項(xiàng)目的CDM項(xiàng)目方法學(xué)，較難通過(guò)CDM項(xiàng)目和自愿性碳市場(chǎng)融資。中國(guó)在對(duì)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的增值稅、企業(yè)所得稅、耕地占用稅等方面優(yōu)惠政策還不夠明晰;申請(qǐng)享受財(cái)政貼息及燃料收、貯、運(yùn)設(shè)備的農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼等優(yōu)惠政策難度較大，限制了生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用。政府要求的混燒量不低于80%，是為了防止某些企業(yè)利用國(guó)家優(yōu)惠政策，申報(bào)虛假生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目卻大部分采用煤發(fā)電的現(xiàn)象發(fā)生。但即使80%以上這個(gè)比例，也存在著計(jì)量問(wèn)題，不利于生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。所以應(yīng)研究建立在線監(jiān)測(cè)和核查系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)適用于生物質(zhì)混燃項(xiàng)目的CDM項(xiàng)目方法學(xué)和電量的檢測(cè)、核實(shí)體系，完善監(jiān)管機(jī)制和審計(jì)機(jī)制。

促進(jìn)生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)發(fā)展的其它有利條件：可通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)地區(qū)和國(guó)家間的合作，更好地將不同地區(qū)和國(guó)家所進(jìn)行的生物質(zhì)混燃發(fā)電研究、開(kāi)發(fā)和示范匯集起來(lái)，有助于實(shí)現(xiàn)技術(shù)的快速轉(zhuǎn)讓和推廣應(yīng)用。

4生物質(zhì)混燃發(fā)電經(jīng)濟(jì)規(guī)律解析

4.1改造小火電廠成本

對(duì)有改造價(jià)值的小型燃煤電廠進(jìn)行生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)改造，與新建秸稈發(fā)電機(jī)組相比，改造項(xiàng)目具有工作量小、資金投入少、見(jiàn)效快、國(guó)外可借鑒的技術(shù)成熟等特點(diǎn)。從圖1可知，混燃電站在投資成本方面的優(yōu)越性是明顯的。此外，根據(jù)生物質(zhì)燃料供應(yīng)量調(diào)節(jié)摻燒比例，甚至摻燒30%的農(nóng)作物廢棄物對(duì)鍋爐的效率影響都很小，電站也能夠穩(wěn)定運(yùn)行。增強(qiáng)了燃料選擇的靈活性，降低了發(fā)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

4.2生物質(zhì)燃料成本

生物質(zhì)能發(fā)電的成本主要取決于發(fā)電技術(shù)、燃料成本和燃料品質(zhì)。生物質(zhì)燃料一般使用國(guó)內(nèi)就地或鄰近地區(qū)的原材料，為國(guó)內(nèi)農(nóng)林業(yè)的發(fā)展提供了契機(jī)。生物質(zhì)混燃發(fā)電利用的燃料屬于分散性資源，用于發(fā)電時(shí)，應(yīng)能滿足量大易得和低成本的要求，這方面可借鑒造紙廠收集原料的經(jīng)驗(yàn)。

影響生物質(zhì)燃料成本的主要因素是與其他能源的相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系、農(nóng)作物產(chǎn)量的變化及合理的運(yùn)輸半徑等因素。發(fā)達(dá)國(guó)家的生物質(zhì)能成本據(jù)估計(jì)每噸為120～250美元，但是生物質(zhì)作為一種廢棄物，其燃料成本可能為零。典型的生物質(zhì)混燃發(fā)電廠的裝機(jī)容量不大，與燃煤電廠相比單位發(fā)電量的營(yíng)業(yè)成本較高。但是生物質(zhì)混燃發(fā)電既擺脫了對(duì)生物質(zhì)的過(guò)度依賴，又能夠消化經(jīng)濟(jì)因素許可范圍內(nèi)的生物質(zhì)資源，使農(nóng)戶和企業(yè)在市場(chǎng)中自動(dòng)達(dá)到供需平衡，符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)律。在中國(guó)宜小規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)，其具體利用可通過(guò)預(yù)測(cè)和評(píng)估在局部地區(qū)(如鄉(xiāng)村)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5生物質(zhì)混燃發(fā)電環(huán)境解析

國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的有關(guān)研究表明，農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物為低碳燃料，且硫含量、灰含量均低于目前使用的大量煤炭，是一種清潔可再生能源。每?jī)蓢嵔斩挼臒嶂迪喈?dāng)于一噸煤，其平均含硫量只有3.8&PErmil;，遠(yuǎn)低于煤l%的平均含硫量。

由表2可知，生物質(zhì)混燃發(fā)電利用部分生物質(zhì)能代替一些煤炭等礦物燃料，相對(duì)于火電而言可以減少CO2等氣體的凈排放量，產(chǎn)生的污染遠(yuǎn)低于礦物燃料，其環(huán)保性與低碳經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)。同時(shí)，減少了我國(guó)農(nóng)業(yè)固體廢物的堆積與污染，利于促進(jìn)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的改善。北歐一些國(guó)家迫于環(huán)保壓力行動(dòng)較先，建立清潔發(fā)展機(jī)制，減少溫室氣體排放，在不斷加快利用生物質(zhì)能發(fā)電的步伐。另外，可以應(yīng)用生命周期評(píng)價(jià)的方法對(duì)生物質(zhì)混燃發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行全面的環(huán)境影響分析，這超出了本文研究范圍。

6生物質(zhì)混燃發(fā)電社會(huì)效益解析

僅就國(guó)能單縣生物質(zhì)發(fā)電廠而言，其裝機(jī)容量只有2.5萬(wàn)kW，但該電廠成功運(yùn)轉(zhuǎn)后，年耗15萬(wàn)～20萬(wàn)t秸稈，可使農(nóng)民每年增收4000萬(wàn)元，由于原料收集系統(tǒng)的所有工作大都由當(dāng)?shù)剞r(nóng)民完成，生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目還可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民提供大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。利用生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)發(fā)電是緩解農(nóng)村能源緊張、保護(hù)生態(tài)環(huán)境與綜合利用農(nóng)業(yè)資源，提高農(nóng)業(yè)綜合效率的重要結(jié)合點(diǎn)。發(fā)展生物質(zhì)能源對(duì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村有著重要意義。

7結(jié)語(yǔ)

生物質(zhì)混燃發(fā)電比單純?nèi)济喊l(fā)電減少了污染氣體的排放，比應(yīng)用“純”生物質(zhì)發(fā)電降低了企業(yè)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。它提供了一個(gè)相對(duì)低價(jià)和高效利用生物質(zhì)能的途徑，不但盤(pán)活了有改造價(jià)值的小型燃煤電廠促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)可減少鄉(xiāng)村農(nóng)林固體廢棄物的堆積，改善農(nóng)民生活環(huán)境，降低CO2，SO2，NOx等污染氣體的排放量，開(kāi)拓了生物質(zhì)能利用的新市場(chǎng)。發(fā)展生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)不僅取決于生物質(zhì)能的成本和發(fā)電效率，還取決于平衡社會(huì)、能源經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系等作用，在示范推廣該技術(shù)時(shí)，不可忽略這些因素而盲目發(fā)展。應(yīng)成立熟悉中國(guó)國(guó)情和環(huán)境法規(guī)的機(jī)構(gòu)，研究系列適宜的配套解決方案，包括生物質(zhì)燃料的收貯運(yùn)、進(jìn)料系統(tǒng)、鍋爐形式、政策優(yōu)惠的獲取、投資基金的申請(qǐng)等，積極推進(jìn)生物質(zhì)混燃發(fā)電事業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。