摘要:本文分析了现有几种分布式发电技术的工作原理和研发现状。介绍了生物质能发电的优点及利用形式,并阐明了生物质能分布式发电技术的意义。
关键词:分布式发电;生物质能;开发现状;利用形式
作者简介:谭宗云(1970-),男,重庆人,西华大学电气信息学院硕士研究生,主要研究方向:电力系统及自动化。(四川 成都 610039)赵朝华(1985-),男,四川乐山人,四川利源电力开发有限责任公司,助理工程师,主要研究方向:电站运行、维护、检修。(四川 雅安 625400)
2009年12月7～18日在丹麦首都哥本哈根召开的关于全球环境的会议已曲终人散,此次会议的最大成果是对全世界做了一次应对气候变化的总动员。哥本哈根会议是全球范围积极关注气候变化、采取行动向低碳经济转型的开始,发展高效、清洁的电力,无疑是解决环境问题的一个重要措施。从上世纪开始,西方发达工业国家兴起了研制新型高效绿色的新能源和可再生能源的热潮,其具体的含义是指除常规能源和大型水力发电之外的风能、太阳能、小水电、潮汐能、燃料电池、生物质能、地热能等能源资源,其功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内,分布在负荷附近,它可以起到节约能源、削峰填谷、缓建输配电设备、减少线损、提高供电可靠性等经济效益。
分布式发电的发展及其应用被认为是最受重视的高科技领域之一,近年来欧美一些发达国家开始研究一次能源多样化的,高效、经济的分布式发电技术。已经取得了突破性进展,使分布式发电在电能生产中所占比重不断增加,对电力系统的影响也越来越大。
一、生物质能分布式发电技术
1.分布式发电技术
分布式发电是指将电力系统以小规模(发电功率在数千瓦至50MW的小型模块)、分散式方式布置在用户附近,可独立地输出电能的系统。[1]分布式发电技术多种多样,常见的有如下几类。
(1)太阳能发电技术:利用半导体界面将光能直接转变为电能,从单户供电到接入电网。其工作原理为:[2]白天,在光照条件下,太阳电池组件产生一定的电动势,通过组件的串并联形成太阳能电池方阵,使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电,将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上,蓄电池组为逆变器提供输入电,通过逆变器的作用,将直流电转换成交流电,输送到配电柜,由配电柜的切换作用进行供电。
(2)风力发电技术:[3]风力发电技术是把风能转变为电能的技术,现代风力发电机采用空气动力学原理,风吹过叶片形成叶片方面的压差,这种压差会产生升力,令风轮旋转并不断横切风流,风轮在风力的作用下旋转,它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。
(3)海洋能发电技术:指依附在海水中的可再生能源,海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量,这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。比较成熟的是潮汐能发电技术,潮汐发电与水力发电的原理相似,它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有的势能来发电,也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能,再把机械能转变为电能的过程。
(4)燃料电池发电技术:燃料电池是一种化学电池,它利用物质发生化学反应时释出的能量,直接将其变换为电能。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。燃料电池的工作原理是:[4]在能量水平高的氢与氧结合产生水时,首先氢气放出电子具有正电荷;同时,氧气从氢气中得到电子具有负电荷,两者结合成为中性的水。在氢气和氧气进行化学反应中,发生了电子的转移,把电子的转移取出,加到外部连接的负载上面,实现了对负载供电。
2.生物质能发电技术
在众多的分布式发电技术中,生物质能发电技术是惠及最广最大的技术。我国幅员辽阔,人口众多,生物质能分布十分广泛,约有80%的人口居住在农村;太阳能资源丰富,全国各地太阳能年辐射总量在335～835kJ/cm2之间。因此,通过光合作用产生的生物质能储量大、分布广。我国是农业大国,具有丰富的生产生物质能资源的潜力。据测算,我国理论生物质能资源相当于50亿吨标准煤,可作为能源利用的生物质能约5亿吨标准煤,主要是能源作物、农作物秸秆、稻草、动物粪便、生活垃圾等。生物质能发电技术工作原理是:利用秸秆、稻草、蔗渣、木糠等植物燃料直接燃烧或发酵成沼气后燃烧,燃烧产生的热量使水蒸汽带动汽轮机发电。生物质能发电主要是利用农业、林业和工业废弃物为原料,也可以将城市垃圾为原料,采取直接燃烧或气化的发电方式。
3.生物质能发电技术优点
生物质能发电技术具有传统发电方式和其他分布式发电所不具备的优点。
(1)促进农村经济的发展,增加农民的收入。生物质能资源分布在广大的农村中,生物质能资源较分散、廉价和易得,建立生物质能发电厂可以大量的收购农村中闲置的生物能源,不但可以让农民增加直接的收入,还可以带动农民积极投身农业生产。因地制宜利用农村生物质资源,加快生物质能源技术的普及,将使得生物质能产业形成良性循环。扩大农民就业机会,增加农民收入。
(2)环境影响小,无污染。与其他发电方式相比,生物质能发电污染小,环境影响小。生物质能是二氧化碳零排放的能量,利用生物质能时排放的二氧化碳和生物质植物成长过程中吸收的二氧化碳可以相互循环、抵消。而生物质中的其他有害物质含量仅为中质烟煤的1/10左右,因此生物质产业在环境问题日益严重的情况下它是极好的一种清洁能源。
(3)分布广泛,补充方便,可再生性。生物质能是太阳能以化学能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能,通常包括木材、森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物和动物粪便等。所以生物质能是取之不竭,用之不尽的能源。
二、生物质能发电技术分类及应用
1.生物质能发电技术分类
生物质能发电技术主要包括:直接燃烧发电技术、热化学转换发电技术、生物化学转换发电技术等3种途径。
(1)直接燃烧发电技术。是指生物质原料送入适合的锅炉内燃烧,生产蒸汽,产生的蒸汽膨胀做功,从而带动发电机发电。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶,推广效率可达20%～30%的节柴灶,其技术简单、易于推广,是效益明显的节能措施。
(2)热化学转换发电技术。生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下,使生物质汽化、炭化、热解和催化液化,以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术,由燃料的热能转换为电能的方式。
(3)生物化学转换发电技术。指汽轮机和往复式发动机以生物化学转换燃料作为主要的燃料来源,以发动机的动力驱动发电机发电的过程。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气,乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。沼气发电是指汽轮机和往复式发动机以沼气作为主要的燃料来源,以发动机的动力驱动发电机发电的过程。
2.生物质能发电技术应用现状
世界生物质发电起源于20世纪70年代,世界性的石油危机爆发后,丹麦开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行秸秆等生物质发电。已建立了15家大型生物质直燃发电厂,年耗农林废弃物约150万吨,提供丹麦全国5%的电力供应。目前美国有350多座生物质发电站,主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其他林产品加工厂,这些工厂大都位于郊区,提供了大约616 万个工作岗位。国外生物质发电技术,伴随各国的重视,相关技术已逐渐成熟起来。目前,秸秆发电技术已走向世界,丹麦[5]BWE公司研发的秸秆焚烧发电机组已在丹麦、西班牙、瑞典、法国等国投产运行多年。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了1000kW的稻壳发电示范工程,年产酒精2500t。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划。国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度,实现了规模化产业经营,以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和10%。
中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气,年生产生物质燃气2,000万立方米。2005年全国生物质能发电装机容量2000MW,山东单县25MW生物质发电项目和江苏兴化5MW生物质能发电等项目并网发电。目前,我国已经出台相关政策,[6]对生物质能发电上网给予每度电0.25元的补贴,这无疑提高了投资生物质发电的积极性。
三、生物质能分布式发电技术意义
生物质能分布式发电可以作为电力行业的一种重要的补充,基于生物质能源的分布式发电系统具有促进农村经济的发展,增加农民的收入、减少环境污染、分布广泛、补充方便、可再生性的优点。与大型的电站及发电设施相比总投资较少,燃料成本低,因此生物质能能源分布式发电的作用将会日益明显和重要,会提高整个社会的能源利用率。中国人口众多,自身资源有限,积极发展生物质能能源技术,推动能源服务体系的普及,有利于人类与生态环境的和谐,是解决能源供应困难的途径。中国发展的惟一选择就是全力提高资源的利用效率,最大限度地减少环境污染,是社会实现可持续发展的必由之路。
四、结语
目前,传统的能源资源日益枯竭,发展新能源是各国的必由之路。生物质能能源作为新能源的一类,具有资源丰富、改善生态环境、增加农民经济收入等优点,其发展的前景广阔。因此,要发展生物质能发电技术要做以下两方面的努力:(1)大力发展生物质能发电技术以提高利用效率。(2) 生物质能的发展离不开国家财政、税收等政策的支持。
参考文献:
[1]王成山,陈恺,谢莹华,等.配电网扩展规划中分布式电源的选址和定容[J].电力系统自动化,2006,(3):38-43.
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[3]吴广龙.浅谈风力发电的技术现状与发展趋势[J].装备制造,2010(1):115.
[4]秦介海,任庆保.燃料电池发电系统[J].华东电力,2000,(4):57-58.
[5]杨素萍,赵永亮,栾凤奎,于静冉.分布式发电技术及其在国外的发展状况[J].电力需求侧管理,2006,(3):57-60.
[6]刘淑芬.内蒙古生物质能发展的分析报告[J].北方观察,2009,
(4):31-33.
(责任编辑:苏宇嵬)