作为中国自动化领域的权威旗舰网络媒体,控制网创立于1999年7月,是中国举行的第十四届IFAC (International Federation of Automatic Control)大会的中国官方组织机构的唯一指定网站。控制网是中国自动化学会专家咨询工作 委员会(ECC)的秘书处常设之地。是北京自控在线文化传播有限公司开设的网站。
标题 | 生物质能发电厂能源可用性分析 |
技术领域 | |
行业 | |
简介 | |
内容 |
一、生物质能发电厂燃料来源 生物质能来源于植物,地球上植物的光合作用每年生产大约2.2×1011t干生物质,相当于全球能源消费总量的10倍左右。一般来说,可作能源开发利用的生物质能资源是纤维素类废弃物和有机废水,包括农业生产副产物(如秸秆、玉米芯、稻壳等)、原木采伐及木材加工剩余物(如枝权、树皮、锯末、树叶等)、农副产品加工的废弃物和废水、人畜粪便、城镇有机垃圾与污水、水生植物等。
我国是农业大国,生物质能资源十分丰富,主要为淀粉类、糖类和纤维素类生物质。淀粉和糖类原料是我国乙醇生产常用的原料,陈化粮是目前我国生产乙醇燃料的主要淀粉类原料;纤维素类生物质则是我国农村的传统能源。2001年,我国仅农作物秸秆资源量就达7亿吨;薪柴消耗量为2.13亿吨,实际上当年理论上可供给的薪柴量为1.43亿吨,薪柴量供需缺口约0.7亿吨,存在薪柴过度采樵的问题;我国禽畜粪便资源年产干物质总量约1.36亿吨,其中集约化养殖产生的禽畜粪便干物质量约为0.37亿吨。据统计,全国工业废水年排放总量约为222亿吨(未含乡镇工业),废水中含有机物约500余万吨。随着城市规模的扩大和小城镇建设的加快,城镇生活垃圾以每年8%~10%的速度递增,估计全国可利用的生物质能资源总量可达7亿吨标准煤以上。
1. 农作物秸秆
农作物秸秆是我国主要的生物质能资源之一,水稻、玉米和小麦是我国三种主要的农作物。1998年,我国农作物秸秆总产量为6.05亿吨,可获得系数为85%,约5.13亿吨,相当于3.1亿吨标准煤,其中水稻、玉米和小麦秸秆约2.5亿吨标准煤,占秸秆总产量的84.3%左右。近年来,随着农村经济的发展,我国的农作物秸秆产量也在逐年递增,平均年增长率为2.33%。如1980年,生物质能资源量约为2亿吨标准煤,到1995年达到3.1亿吨标准煤。到2001年,我国生物质能资源量已达到3.22亿吨标准煤。各类农作物秸秆的资源量组成如图1所示。
我国农作物秸秆资源主要集中在内地的粮食产区,如华北、东北、华东和华南等地区。图2是1997年全国秸秆产量分布图,图3是2001年全国农作物秸秆资源分布图。
图2 1997年全国秸秆产量分布图 ![]() 图3 2001年全国秸秆产量分布图
在我国,农作物秸秆主要作为生活燃料、饲料、肥料和工业原料。1998年我国秸秆消费流向见表1。
表1 1998年我国秸秆消费流向
近年来,由于农村经济的发展和生活水平的提高,人们的消费观念、消费方式发生了巨大变化,为追求高质量的生活标准,以及常规能源市场放开,农民已有条件和能力大量使用煤炭等矿物能源,秸秆不再是农民能源消费的唯一选择,大量的剩余秸秆被遗弃田间地头,有些地区将剩余的秸秆在田头焚烧。
1. 薪柴
薪柴是几个世纪以来人类所用的主要能源,它不仅可用于家庭,还可广泛应用于工业。我国有1.286×108hm2森林面积,森林覆盖率13.4%。根据统计数据,我国现有林木蓄积量达108×108m3以上。据1998年的森林资源调查,我国有292×104hm2的薪炭林,占森林总面积的3.5%左右。表2给出了1998年全国第五次森林林木蓄积量普查结果。
表2 我国1998年主要林区各种林木蓄积量
据估计,我国在“七五”期间年平均薪材产量约为1.23亿吨,约折0.5亿吨当量油;“八五”期间年平均薪材产量为1.7亿吨,约折0.7亿吨当量油。图4为我国历年薪柴资源量,是以理论合理采樵所估算的结果,而薪柴的实际消费量要大得多,主要因为过度采樵所致。
图4 我国历年薪柴资源量(估算值)
薪柴资源分布与森林分布密切相关,图5为我国薪柴资源分布图。
图5 1998年我国薪柴资源分布
二、各地区农作物秸秆作为能源用途的潜力分析 根据中国农业部与美国能源部共同开展的合作项目,在对农作物秸秆利用较为普遍的山东省、浙江省和四川省的初步调查和研究成果表明:
农作物秸秆剩余量呈现上升趋势,这主要是由于部分煤、油、电等商品能源转移到中国农村地区,在农村经济持续增长的情况下,越来越多的中国农民有经济实力并愿意花钱购买清洁和方便的商品能源作为日常的能源消费;同时,近年来由于在中国农村广泛推广普及高效省柴节煤炉灶,使得众多利用农作物秸秆作为燃料用来炊事和取暖的农村民用、户用炉灶的热效率由传统的不到10%大幅度提高20%~25%,大量的农作物秸秆被节省出来。
农作物秸秆用作能源的比例农民的经济收入有很大关系,一般而言,经济收入较高的农户宁可多花些钱买方便和清洁的商品能源,而相对贫困地区的农户则无奈只能收集那些无须花费任何费用即可得到的农作物秸秆作为日常生活所需能源资源。在三省的调查中,四川省农作物秸秆作为燃料利用的比例最高,占41.2%;山东省为第二位,占34.0%;浙江省最低,占23.3%。在进行其他利用之后,浙江省农作物秸秆的废弃率也最高,达53.0%,而四川省则只为10.0%。这与三省的经济状况情况也是相吻合的。
农作物秸秆的收集半径和成本与各地的农作物秸秆的资源分布密度和劳动力成本密切相关,同时与地形有很大关系。在三省的调查中,浙江省的农作物秸秆收集半径最小,仅为2公里,这主要是因为浙江省农作物秸秆资源分布密度相对和劳动力成本相对较高,其相应的收集成本为0.14元/千克~0.20元/千克;山东省的收集半径次之,为3公里左右,相应的收集成本为0.12元/千克~0.20元/千克;四川省的农作物秸秆收集半径则最大,既使在山区也在3公里,而到平原区则高达8公里之遥,这也反映出四川省的农作物秸秆资源分布密度和劳动力成本相对都较低,其农作物秸秆收集成本范围是0.15元/千克~0.20元/千克。从三省的调查情况来看,农作物秸秆的收集成本相差不多,因为目前在中国,农作物秸秆还不是商品,农民可以免费得到它们,收集成本仅包括运输和劳动力成本。
有的地区秸秆产量较大,但综合利用的程度也比较高,有的地区农户把秸秆用作燃料的比重较大,有的地区用作饲料、肥料、工业原料的比重较大。
秸秆的收集是一个复杂的问题,涉及到地方劳动力成本情况、秸秆的综合利用问题、地方的经济发展程度、投资环境问题、地理情况等。一个秸秆产量不大的地区,也可能因为其他因素的优势,成为较好的修建秸秆发电厂的地点;而一个秸秆产量较大的地区,也可能因为其他因素的劣势,不宜修建秸秆发电厂的地点。
因此借鉴已有的秸秆发电厂的经验,尤其是国内试点电厂的经验尤为重要。分析秸秆收集以及电厂运行的其他环节遇到的问题,有助于新电厂的选址。
三、生物质能发电厂投资建议1. 适合使用秸秆做燃料发电的地区
从图3可见,河北、吉林、黑龙江、江苏、安徽、山东、河南、湖北、湖南、广东、广西、四川、云南13个省(自治区)的秸秆资源量超过了3000万吨。其中山东、河南的秸秆资源量达6000多万吨,适合作为秸秆发电的重点考察省份。
2. 适合使用薪柴做燃料发电的地区
内蒙古、黑龙江、湖南、重庆、贵州薪柴资源量超过了800万吨。其中黑龙江薪柴资源量达到1600多万吨,适合作为重点考察省份。
综上所述,建议重点考察对象为山东、河南、黑龙江。但不排除在其他省份各方面适宜的地区选取厂址,这还需要进一步收集资料,了解情况。 |