摘要: 介绍了以生物质能为燃料的直燃发电工程技术，并对此类项目的风险进行了分析。针对我国生物质能直燃发电技术和应用面临的几项关键问题，给出初步的解决方案。
生物质能应用符合可持续发展的要求。生物质能通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球每年经光合作用产生的物质有1 730 亿t，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10 ～ 20 倍，但目前的利用率不到3%。我国每年生产约7 亿t 农作物秸秆，有约2 亿t 的秸秆白白浪费，相当于1 亿t 标煤。开展村镇农林废弃物直燃发电技术研究和开发并建立示范，对剩余生物质能源的再利用、改善乡村环境、增加农民收入、减轻一次能源的消耗具有重要的战略意义。本文重点探讨直燃发电项目中生物质能的利用。
目前，生物质能发电技术的开发和应用，已引起世界各国政府和科学技术界的广泛关注。许多国家都制定了相应的计划，如日本的“阳光计划”，美国的“能源农场”，印度的“绿色能源工厂”等，它们都将生物质能开发利用技术作为21 世纪发展可再生能源战略的重点工程。自20 世纪70年代世界石油危机以来，发达国家已经将开发利用可再生能源作为调整能源结构，实现能源替代和可持续发展的重要措施。较早开发研究的有丹麦、德国、日本等国家。
1 生物质能直燃发电工程及其关键问题
直燃发电是生物质能资源最直接、最容易规模化和工业化的一种能源利用方式，主要包括秸秆等生物质燃料标准化成型集储系统、连续化燃料稳定输送上料系统、锅炉燃烧及辅机系统、汽轮发电机系统、并网系统等组成。发电系统主要由汽轮发电机、燃烧炉、送料器、送料带、洗尘池等组成。特点是送料器从燃烧炉底部送料，燃料经一次燃烧、二次燃烧和喷水加速传递热量从而实现向热能的充分转化，并以蒸汽形式驱动汽轮发电机发电。系统可连续进料及发电，能够高效率、大规模地处理秸秆、树皮等多种废弃生物质资源。
农林废弃物直燃发电系统的关键环节包括如下6 个方面。
1. 1 高效、简洁的燃料收运储模式
目前我国正在运行的直接燃烧农林废弃物的发电项目，就是将秸秆、树枝、树皮等原料打包或粉碎处理后直接燃烧。因为压缩比例小，多数原料的收集半径在50 km 范围内，发电厂装机容量一般不超过30 MW。目前燃料的收集、储存和运送是电厂运行的瓶颈，也是电厂能否盈利的关键。
因此，需要摸索出适合我国国情的收购模式，找到高效服务于农林废弃物发电的途径，打通秸秆、木片等从中国农村的田间地头、林场到工业化锅炉的通道，研究建立高效、简洁的燃料收运储模式，才能实现秸秆等燃料收购体系的有效控制。与此同时，还需要研制适合锅炉上料标准的各类相关机械设备，主要包括: 打包机、切碎机、起吊设备、运输、传送设备等。
1. 2 生物质能发电主设备
引进、消化吸收国际最先进的生物质能发电锅炉技术，完成设备国产化。农林废弃物发电中燃料的储藏、给料系统、除灰渣系统、燃烧系统、锅炉水冷壁与过热器钢材均比较特殊，需要加大研究力度。先进的生物质能发电技术，其自动控制及自动化产品研发主要是集成一些国际著名企业的过程控制自动化系统，在生产过程控制流程上做二次开发。研制农林废弃物发电厂综合自动化系统，通过功能整合，信息共享，实现农林废弃物发电厂综合管理控制一体化。
1. 3 生物质电厂产业链标准化研究
实现设计和设备选型标准化，以及将来的电厂运行标准化( 包括软件等) 。并逐步建立电厂设计标准、建设标准、运行标准、经营管理标准、燃料消防、处理、存储标准。
当前已在建设中的农林废弃物发电厂受燃料供应半径的限制，采用直燃式的30 MW 机组，在电厂布点多，工期要求紧的情况下，必须推行农林废弃物发电厂设计、施工、运行的样板化和标准化。
实施标准化战略和集约化采购，实现设计和设备选型标准化，缩短项目建设周期，降低工程造价。实现项目设计、招标、建设的规范化、标准化、批量化。实现电厂岗位配置、运行规程实施标准化，降低运营成本，提高项目盈利能力。
1. 4 生物质燃料检测标准
对燃料品质的检验是燃料利用的基础。对于发电锅炉，由于安全和提高燃烧效率等方面的考虑，在燃料入炉前更需要了解燃料的品质。考虑到具体情况、电厂的需要以及今后国内的需要，应该尽快通过大量的研究试验，建立准确可靠的生物质燃料检验方法。
需要制定检测标准，第一阶段制定标准的项目包括: 含水量、燃料制样、发热量、工业分析、元素分析、硫、氯、灰成分; 第二阶段制定标准的项目包括: 汞、铬、铅等的测定标准。
1. 5 CDM 项目研究
对清洁发展机制CDM 项目的国内外学术动态和业务进展进行跟踪和研究，探索二氧化碳减排量计算方式和出口途径。
清洁发展机制是发达国家通过提供资金和技术的方式，与发展中国家开展项目级合作，在发展中国家实施具有温室气体减排效果的项目，项目所产生的温室气体减排量用于发达国家履行《京都议定书》的承诺。通过清洁发展机制，发展中国家可以获得资金和技术，减少温室气体排放，发达国家也可以大幅降低其在国内实现减排要求所需的费用。
1. 6 研究生物质燃料深加工业务
世界范围内，生物质能应用的瓶颈主要是原料储运、压缩成本过高。把生物质能原料压缩成高密度的成型燃料，可有效解决燃料的采集、存储、运输问题。只要能有效控制、降低成本，就能解决生物质能源替代煤的经济性和实用性问题，从而建设超过100 MW 的大装机容量生物质能发电机组。加强生物质能燃料颗粒压缩技术的研究，加强生物质能压缩颗粒燃料在生物质能发电中掺烧技术的研究，提高其燃烧的效率，将可以大大加快生物质能发电事业的发展步伐。
重点是研究农林废弃物燃料各种颗粒成型技术，探索一种简单、低成本的生物质能燃料颗粒压缩技术，解决生物质能源替代煤的经济性和实用性问题。研究压缩颗粒燃料的燃烧特性及生物特性，根据其特性探索压缩颗粒燃料的储运和调度机制，有效解决燃料的采集、存储、运输问题。
2 生物质能直燃发电项目对燃料的规格要求
农林废弃物原料的水分变化较大，具有松散、能量密度低等特点。为了便于对农林废弃物的收集以及采用自动上料装置，要对其进行预处理，增加其容重以满足燃烧系统的要求。
丹麦的生物质锅炉要求入炉秸秆含水量小于25%。当秸秆含水率较高时，低位发热量将会有所下降，造成秸秆起燃困难，燃烧温度偏低，阻碍燃烧反应的顺利进行，影响整个供热系统正常使用和锅炉的热效率。
目前，国外的生物质直接燃烧供热发电的锅炉及前处理设备，自动化程度很高，造价昂贵; 主要依靠从国外引进，不可能长期支撑农林废弃物直燃发电技术在我国的推广应用。另外，国外生物质直接燃烧发电的设备与运行经验，一般是适合单一原料，在中国要保证资源供应的长期稳定，农林废弃物直燃锅炉应当按照至少可以适应3 种以上不同品种原料的要求进行设计，因此需要对引进国外的生物质直接燃烧供热发电的锅炉及前处理设备进行技术改造。
3 生物质能直燃发电项目风险分析及对策
( 1) 保证秸秆、木片、树皮等资源常年以合理、稳定的价格供应是农林废弃物直燃发电项目经济运营的关键之一。通过对项目可行性研究案例的敏感性分析表明，秸秆价格是影响电价最敏感的因素。合理的农林废弃物价格取决于当地经济发展状况，是否具备充足的可收集量，以及高效运转的农林废弃物收购供应体系。中国农林废弃物收储体系涉及环节多，无国外经验借鉴，值得在实践中不断摸索、深入研究。
( 2) 以往的调研和生产实践表明，在我国大部分农业地区，依靠单一农作物秸秆，要保证秸秆直接燃烧供热发电，资源供应有一定困难。从目前掌握的资料看，国外秸秆直燃锅炉一般是燃烧单一原料。在西班牙Sanguesa 秸秆发电厂，在运行中曾经发生因为麦秆品种变化，影响锅炉热效率降低的问题。在中国，要保证资源供应的长期稳定，电厂至少要收购和燃用3 种以上不同品种的农林废弃物原料，有时原料的性能还有较大差异。引进的秸秆锅炉，如果不能适合多种原料，燃烧效率起伏大，项目的经济性将会降低。
( 3) 燃料存储和供应均衡问题，通过建立和完善农林废弃物综合利用和流通管理机制可加以解决。通过制定合理的收购、利用政策，研究建立农林废弃物收集、储存、运输管理政策和机制，保证农林废弃物的总量和质量，促进农林废弃物资源化利用形成一个稳定发展的产业。
( 4) 农林废弃物直燃发电项目，受到资源供应半径和原料单位能源密度低的限制，规模一般在30 MW 以下，在国外纯凝汽式电厂的热效率也仅约30%，但是如果是热电联产，能源利用效率可达89%，提高近3 倍。因此，从节能、资源综合利用和提高项目的经济性等角度分析，农林废弃物直燃发电项目最好是热电联产项目。对于热电联产项目，热能需求市场的培育开发，则是十分重要的问题。