【拓局 见微知著】生物质气化热电联产发展概述

摘要：生物质能源的开发利用和能效的提高已成为各国减排的重要途径，其中生物质气化热电联产是生物质能最有效、最洁净、最经济的利用方法之一。本文对国内外生物质热电联产发展和应用情况进行了概述，并对典型国外楼宇级的生物质热电联产应用案例进行了介绍，为国内相应的楼宇项目应用提供技术参考。

关键词：可再生能源；生物质气化；热电联产

0引言

生物质气化发电是生物质能最有效、最洁净、最经济的利用方法之一，是利用生物质气化后产生的可燃气推动燃气轮机等燃气发电设备进行发电的技术。生物质气化发电主要包括三个步骤：首先是将生物质气化，得到气体燃料；然后净化气体，除去可燃气中含有的杂质，如焦油、灰分等；最后将燃气送入燃气轮机或燃气内燃机中进行发电，还可以增加余热锅炉和蒸汽轮机进行发电来提高发电效率。

生物质气化热电联产具有以下三方面特点：一是技术有充分的灵活性，由于生物质气化发电可以采用内燃机，也可以采用燃气轮机，甚至可以结合余热锅炉和蒸汽发电系统，这一技术的灵活性能很好地满足生物质分散利用的特点。二是具有较好的洁净性，生物质本身属可再生能源，可以有效地减少CO2、SO2等有害气体的排放。三是经济性较高，生物质气化发电技术的灵活性，可以保证该技术在小规模下有较好的经济性，同时燃气发电没有高压过程，设备简便，合理的生物质气化发电技术比其他可再生能源发电技术投资更小，所以总的来说，生物质气化发电技术是所有可再生能源技术中最经济的发电技术，综合的发电成本已接近小型常规能源的发电水平，是一种很有前途的现代生物质能利用技术。

1国外发展情况

国外的生物质气化发电与热电联产技术起步较早，发展较为成熟。芬兰在热电联产方面的发展居世界领先地位。

在芬兰，生物质热电联产厂已有20年的历史，已建成10多个生物质热电联产工厂。

2001年建成的炉排锅炉与蒸汽轮机组合的以树皮、木片和锯末为燃料的Karstula电厂，年发电量为5GWh，年供热量为45GWh建于1992年的以木材废弃物为燃料的Kuhmo电厂采用了循环流化床技术，额定发电量为4.8MW，额定供热量为12.9MW。

2002年建成的以泥炭、木片为燃料的Kokkola电厂采用沸腾流化床技术，额定发电量为20MW，额定供热量为50MW；

在芬兰的皮耶塔尔萨里，2002年投产的目前世界上规模最大的生物质热电联产厂—AIhoImensKraft发电厂，其燃料以废木材、泥炭为主，煤炭和油为辅，常在启动时使用，其总发电容量为240MWel,蒸汽产量为100MW。

芬兰的原Kymijarvi电厂经改造后成为气化技术结合燃气轮机的生物质热电联产厂，气化技术使当地的生物质与廉价的固体废物燃料得以利用。2012年投入运作至2015年，这家电厂已经产生了50兆瓦的电力和90兆瓦的热能。目前Kymijarvi电厂主要依靠供热盈利，他们直接将供暖输送到拉赫蒂地区，并向终端用户收费。

生物质在芬兰是最大的可再生能源供应源，在2001年占到可再生能源的85%。2007年，热电联产发电量已占到国内总发电量的29%。

丹麦的UnsaldoVolund有限公司于1993年12月在Harboore建设了第一个大型生物质气化热电联产厂并投入运行。系统选用上吸式气化炉，使用常规的森林木屑作为气化原料。起初建立该厂时仅为附近村庄供热，并希望以此证明上吸式气化炉可连续运行，后来在2000年该厂实现了生物质气化热电联产的应用圈。

2005年，丹麦斯基沃市开始建设Carbona热电联产厂，生物质气化选用RENUGAS鼓泡流化床气化技术，设计能力为5.5MW发电和11.5MW供热。丹麦还研究了一种二阶生物质气化技术，让生物质的热解与气化在不同的反应器中进行，维京电厂采用的就是这种技术。这种技术的气化效率更高，且利用发电机烟气余热对热解反应器进行加热，同时热解气通过热交换器为外界提供热量，实现供热。

生物质气化热电联产技术在瑞典也得到了充分的利用，例如位于Varnamo的生物质气化热电联产厂。该厂于1993年正式运行，是世界上首家以生物质为原料的整体气化联合循环发电厂，电厂装机容量为6MW，供热容量为9MW，整体电效率为32%(除自用电外)。电厂采用了增压CFB气化炉，原料主要是木屑和树皮。气化产生的净化燃气通过TYPHOON燃气轮机发电(4.2MW)；燃气透平排气进入余热锅炉，连同烟气冷却器一起产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机发电(1.8MW)，同时供热（9MW)。

FalunEnergi生物质热电联产厂采用沸腾流化床锅炉，以树皮、木材废弃物和木片为燃料，额定发电量为8MW，额定供热量为22MW；

Kristianstad生物质热电厂采用循环流化床，以木材为燃料，额定发电量为13.5MW，额定供热量为35MW。目前生物质供热发电1030千瓦时，占全国能源消费总量的16.5%,占供热能源消费总量的68.5%。

美国是世界最早开发利用生物质能源的国家之一，从1979年就开始使用生物质燃烧发电。生物质能源已经成为美国最重要的可再生能源，约占该国能源供给总量的3%。美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平，生产一种中热值气体，不需要制氧装置，此工艺使用两个实际上分开的反应器：①气化反应器，在其中生物质转化成中热值气体和残炭；②燃烧反应器，燃烧残炭并为气化反应供热。两个反应器之间的热交换载体由气化炉和燃烧室之间的循环沙粒完成。

在亚洲国家中，日本也一直致力于发展生物质气化发电技术。2006年，日本川崎重工业向SekisuiHouse浅井工厂提供了木质生物质的气化热电联产系统。这套系统使用制造木结构住宅的原材料时产生的加工废料进行发电，在向工厂供电的同时，余热经过热交换器后，可以作为工厂的干燥用热风以及办公室的暖气用热水加以利用。该系统的发电功率为175kW，每天2.2吨木材加工废料可发电1750kWh，这相当于浅井工厂所需电力的近3成。

印度以前沼气应用比较多，近期生物质压缩成型、气化技术等进展显著。生物质气化炉与柴油机/发电机组成的3.7kW、25kW、70kW及100kW系统中，100kW系统发电效率为35%。发电用于水泵、磨谷机和其他小型电气设备，其中3.7kW发电系统应推广应用数百台。

2楼宇型生物质热电联产项目

除了建设生物质发电厂，欧美国家在探索能源消耗与人类宜居问题的过程中，还提出了一种可持续的居住模式，称为“生态村”。英国BEDzed生态村采用的即为生物质热电联产集中供暖方式。整个小区的生活用电和热水的供应由一台130千瓦的高效燃木锅炉来提供。木材的来源包括周边地区的木材废料和邻近的速生林。树木成长过程中吸收了二氧化碳，在燃烧过程中等量释放出来，因此它是一种零温室气体排放的清洁能源。热电联工厂的功率是130kW，可满足社区240位居民和200名工作人员的能量需求。(图1)

图1英国BEDzed生态村热电联工厂相关示意图

2015年，在英国柴郡的E3微规模的生物质热电联产系统已稳定运行1000小时。该系统为德国技术，颗粒燃料耗量约21kg/h，可产生22kW的电力和55kW的热能，系统打包安装在一个标准集装箱内，可模块化增加规模。(图2)

图2英国柴郡的E3微规模的生物质热电联产系统相关图片

加拿大的安大略省的乡村酒店和水疗中心采用室内热电联产单元为其供热供电，该单元以木片为燃料，可产生40kW的电力，100kW的热水和20kW的热空气。该单元为室内机，占地约10m2。(图3)

图3加拿大的安大略省40kW生物质热电联产系统相关图片