太陽能與生物質(zhì)直燃互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)探討

摘要：闡述了單純的生物質(zhì)直燃發(fā)電及單純的太陽能熱發(fā)電技術(shù)及其所存在的劣勢(shì)與弊端；借鑒目前已經(jīng)采用的太陽能與燃煤機(jī)組混合發(fā)電系統(tǒng)的集成方式，提出生物質(zhì)直燃發(fā)電與太陽能集成混合發(fā)電技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)直燃發(fā)電 太陽能熱發(fā)電 互補(bǔ) 系統(tǒng)集成

1 生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)能是僅次于煤、石油和天然氣而居于世界能源總量第四位的能源，生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電[1-2]。目前，我國可開發(fā)的生物質(zhì)能資源總量約相當(dāng)于5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可解決目前料，在生物質(zhì)鍋爐中產(chǎn)生一定參數(shù)的蒸汽，輸送至能源消費(fèi)量的20%以上。同時(shí)，每年可減少二氧化碳排放量近3.5億噸，減少二氧化硫、氮氧化物、煙塵排放量近2500萬噸[3]。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電是由生物質(zhì)鍋爐利用生物質(zhì)直接燃燒后的熱能產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。燃燒發(fā)電系統(tǒng)主要由煙氣處理系統(tǒng)、熱利用系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)和生物質(zhì)原料收集系統(tǒng)構(gòu)成。其燃燒發(fā)電流程如圖1所示。生物質(zhì)燃燒電廠的流程及分類：

①流程。每個(gè)生物質(zhì)原料收集點(diǎn)將收集的生物原料送到電站進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)通過燃燒油原料輸送裝置輸送至鍋爐內(nèi)充分燃燒后產(chǎn)生熱能，鍋爐給水經(jīng)鍋爐換熱轉(zhuǎn)化成用于汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電的蒸汽。

②分類。a層燃方式。燃燒較干燥且裝有空氣預(yù)熱器的系統(tǒng)可采用順流燃燒，燃料與煙氣流動(dòng)同向；燃料含水量較大時(shí)可采用逆流燃燒，燃燒與煙氣流動(dòng)反向。b流化床方式。流化床是一項(xiàng)基于氣固流態(tài)化的生物質(zhì)燃燒技術(shù)。它對(duì)燃料的要求不高，這項(xiàng)燃燒技術(shù)可以降低尾氣中氮與硫的氧化物等有害氣體含量，清潔燃燒。c懸浮燃燒方式。生物質(zhì)被粉碎至細(xì)粉后與空氣混合噴入燃燒室內(nèi)懸浮燃燒。該燃燒方式對(duì)生物質(zhì)燃料的要求較嚴(yán)格，宜采用含水率小于15%、顆粒直徑在2mm以內(nèi)的生物質(zhì)燃料。

2 太陽能熱發(fā)電

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國陸地接受的太陽能輻射量相當(dāng)于6萬多個(gè)三峽工程的發(fā)電量，相當(dāng)于2.4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，開發(fā)利用的潛力非常廣闊，根據(jù)各地接收太陽輻射總量多少，可將全國劃分為5類地區(qū)，如表1所示[4]。

太陽能轉(zhuǎn)化為電能有兩種主要途徑，一是通過光電裝置將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能；另一種是收集太陽能輻射能轉(zhuǎn)化成電能。下面主要介紹太陽能熱發(fā)電技術(shù)。太陽能熱發(fā)電通常叫做聚光式太陽能發(fā)電，它們是通過聚集太陽輻射獲得熱能，將熱能轉(zhuǎn)化成高溫蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)來發(fā)電的。當(dāng)前太陽能熱發(fā)電按照太陽能采集方式可劃分為：

①太陽能槽式發(fā)電。②太陽能塔式熱發(fā)電。③太陽能碟式熱發(fā)電。表2中可以看出：拋物面槽式技術(shù)相對(duì)成熟、目前應(yīng)用最廣泛，集熱塔式發(fā)電技術(shù)的效率提升與成本下降潛力巨大，拋物面碟式發(fā)電系統(tǒng)效率最高、便于模塊化部署。

3 生物質(zhì)直燃與太陽能熱發(fā)電互補(bǔ)

生物質(zhì)直燃技術(shù)與太陽能熱發(fā)電技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯，利用互補(bǔ)性原理，將構(gòu)建聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，使兩種清潔可再生能源發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定可靠發(fā)電系統(tǒng)。太陽能與生物質(zhì)直燃集成互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)大體可以分為三個(gè)子系統(tǒng)，即汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、生物質(zhì)直燃鍋爐系統(tǒng)。在得不到太陽能輻射或輻射較微弱時(shí)，必須將太陽能集熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的供水管路切斷，使另外兩個(gè)子系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行。太陽能與生物質(zhì)直燃集成時(shí)，不同方案的選取需要考慮參數(shù)匹配，選取合適的機(jī)組容量。太陽能集熱系統(tǒng)相當(dāng)于部分鍋爐受熱面，而且能取代各抽汽加熱循環(huán)工質(zhì)，基于集熱系統(tǒng)不同的引入位置，可以分為以下幾種情況。

3.1 鍋爐受熱面引入 因?yàn)榧療崞餍阅芟拗?，太陽能集熱系統(tǒng)可能無法將工質(zhì)加熱至鍋爐出口過熱蒸汽的參數(shù)，此時(shí)可以將工質(zhì)由高加引出一部分加熱至汽包壓力下的飽和蒸汽再引入至汽包，如圖2。由于投入部分太陽能熱量，生物質(zhì)燃料消耗量減小，煙氣量也會(huì)相應(yīng)減小，煙氣量小于某一值時(shí)，會(huì)影響鍋爐各受熱面的換熱，出現(xiàn)過熱器吸熱不足現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要計(jì)算太陽能最高能投入的熱量。3.2 加熱器水側(cè)引入 循環(huán)工質(zhì)從加熱器入口引出送入集熱系統(tǒng)，吸收太陽能輻射熱量，達(dá)到該級(jí)加熱器出口溫度后引回至生物質(zhì)直燃熱力系統(tǒng)，如圖3。3.3 加熱器汽側(cè)引入 基于循環(huán)工質(zhì)引出位置的考量，可采用圖4所示的兩種引出方式：①從凝結(jié)水泵出口引出；②從給水泵引出。第①中引出方式可取代任意一段抽汽，第②種引出方式必須選用減少1，2段抽汽。

綜合以上幾種選取最恰當(dāng)?shù)奶柲芗療嵯到y(tǒng)和生物質(zhì)直燃熱力系統(tǒng)集成方案。

4 未來需要解決問題

①太陽能分布區(qū)域較為集中，生物質(zhì)能源分布相對(duì)分散，數(shù)據(jù)收集與整理耗時(shí)較長(zhǎng)。②生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)和太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)有待深入研究，但就現(xiàn)階段的技術(shù)水平來說，還沒有聯(lián)合循環(huán)發(fā)電實(shí)例電廠正式運(yùn)營(yíng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步研究。③生物質(zhì)的存儲(chǔ)與輸送問題，就現(xiàn)階段的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)設(shè)備而言，生物質(zhì)的存儲(chǔ)與輸送成本較高，壓縮過程能耗大，系統(tǒng)運(yùn)行成本頗高。

5 結(jié)論

生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)既清潔又高效，太陽能的開發(fā)利用也是未來能源領(lǐng)域的新趨勢(shì)。雖然在技術(shù)、政策和管理方面仍有很多問題有待解決，但它符合可持續(xù)發(fā)展的要求，對(duì)該系統(tǒng)深入研究具有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]吳靜.以太陽能為輔助熱源的混合發(fā)電方式研究[M].北京：華北電力大學(xué)，2009.

[4]李洪梅，楊超玉，孟令杰，孫日亮，李大驥.太陽能和生物質(zhì)能聯(lián)合熱發(fā)電技術(shù)研究[J].能源研究與利用，2010（06）.

作者簡(jiǎn)介：劉慧娟（1982-），女，山西大同人，2005年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，從事電氣設(shè)計(jì)工作。