生物燃气

生物燃气（精选5篇）

生物燃气 篇1

全球气候变暖和化石能源资源逐渐枯竭,使得应对全球气候变化和能源转型已成为一股强劲的世界潮流。我国经济快速发展的背后,能源需求缺口不断扩大。仅以2005年为例,3种化石能源煤炭、石油和天然气的储产比分别为52∶1、14∶1和45∶1,如不计进口且无重大矿源发现而开采量不断扩大,我国化石能源仅能支持数十年的能源供应。化石能源几近枯竭,亟待新的国家能源战略。

能源是经济发展的基础,能源安全是国家安全的重要组成部分。我国能源不能自主和需求立足国外,对国民经济和社会发展的负面影响不可估量。崛起的中国需要多一些忧患与安全意识,多一些远虑和未雨绸缪的谋划[1]。我国需要研究和制定以“自主”和“绿色转型”为特征的新的国家能源大战略。

发展生物质能源一举多得

有别于风能、水能、太阳能等物理态能量,生物质能是阳光辐射能量经植物光合作用转化后而储能,以生物质为载体的一种化学态能量,原料易得,加工转化技术与途径多种多样,具有其他所有物理态清洁能源所不具备的先天优势[2]。此外,生物质能源的生物性使它与农业和农民有着密切关系,可以帮助农民增收,促进农村经济发展。生物质能源正是解困“三农”的一剂良药,发展现代农业的必经路径。正是这些优势的存在使其成为替代化石能源的不二之选[1]。世界各国的成功经验已经证明,我国可以利用已有技术进行生物质的直燃或混燃发电;利用甘蔗、玉米和纤维素等生产乙醇和生物柴油;利用畜禽粪便和城市污水垃圾等生产生物燃气等等。

由“垃圾围城”到变废为宝

当今世界城市生活垃圾和农村大型养殖污染已被公认为一种污染源,任何一个处理环节所采取的措施如有不当,都会对城市和农村的生态环境造成明显的负面影响,如影响市容村容、污染大气环境及地下水质和威胁饮水安全。目前我国城市人均年产垃圾440 kg,然而城市垃圾又是放错了位置的资源,垃圾填埋沼气(LFG)是卫生填埋场的降解产物,是生物燃气的重要来源。2006年生物质垃圾约合6 000 t标煤。有效处理城市生活垃圾变废为宝,实现无害化、减量化和再资源化,对消除城市生活垃圾污染具有重要的战略意义和环保意义[3]。

生物燃气逐步替代天然气

20世纪八九十年代,在我国刚开始发展农村户用沼气的时候,欧洲国家已经开发了沼气的规模化生产与工业性用途,它被称为“生物燃气”或者“产业沼气”。而今欧洲的生物燃气也由以城市污水和有机垃圾为原料发展到以畜禽粪便和专用能源作物为原料;由传统厌氧发酵工艺发展到连续搅拌发酵(CSTR)和中高温发酵工艺。我国仅大中型养殖场废水、工业有机废水和城市污水3类原料具有年产830亿m3生物燃气,或700亿m3天然气的资源潜力,接近于现全国天然气的年消费总量。生物燃气的原料比较集中,易于收集和规模化生产,生产过程即是有机污染物的无害化和资源化过程,可与资源循环利用和环保融为一体,与发展农村经济和新农村建设密切结合。

开发生物燃气的对策建议

产业化生物燃气在中国的发展有着强大的战略需求和市场空间。各种生物质原料的资源量充足,发酵技术和配套设备方面已经有了成功的案例。提纯生物燃气可直接应用现成的天然气基础设施;对生物沼气案例的经济核算表明,在定位于替代天然气的情况下,有明确的经济可行性和能源安全优势。建议国家有关部门尽快在全国创建几个区域型生物燃气替代天然气(特别是车用天然气)的示范工程。摸索不同地区生物燃气的可行途径和经验,建议加大对新型生物燃气研发的扶持。尽快克服若干关键技术障碍,一是大型沼气工程结构改造、优化,发酵过程实时监测和调控智能化;二是大型工程沼气液/渣回收、循环利用和排放的环境达标;三是物料高效转化生物燃气技术等;四是生物燃气提纯工艺和设备的国产化及造价降低[4]。

摘要：针对化石能源几近枯竭、亟待新的国家能源战略的现状,讨论了发展生物质能源一举多得、有效处理城市生活垃圾变废为宝、促进生物燃气逐步替代天然气等问题,并对开发生物燃气提出对策性建议。

关键词：生物燃气,产业沼气,生物质能源,绿色转型

参考文献

[1]石元春.我国需要新的国家能源战略[N].科学时报,2010-12-09.

[2]赵刚.新能源技术的发展趋势与投资前景分析[J].科技创新与生产力,2010(6):9-18.

[3]中国社会经济调查研究中心.中国城市垃圾发电与沼气发电市场投资分析报告(ZY2008808)[R].北京:中国社会经济调查研究中心,2008.

[4]程序,梁近光,郑恒受,等.中国“产业沼气”的开发及其应用前景[J].农业工程学报,2010,26(5):1-5.

生物燃气 篇2

总结

为了积极应对可能发生的安全生产事故，高效、有序地组织开展事故抢险工作，结合二分公司的实际情况，特制定以下指挥领导小组及应急处理措施：

一、领导小组

组

长：于新萍（经理）

*** 副组长：王明民（副书记）

***

李

龙(副经理)

*** 李

优（副经理）

*** 成员：汤波涛（外网办主任）***

井建华（热源办主任）***

肖红艳（办公室主任）***

徐少堂（维修班班长）***

刘新民（司炉班班长）*** 邓江华（电工班班长）*** 苗文华（收费班班长）*** 抢修小组组长：

井建华（热源办主任）***

二、人工检测天然气泄露的方法

1、根据巡检人员的嗅觉和听觉来判断。天然气发生泄漏后，由于它比空气轻，会很快聚集在室内上部，天然气的主要成分是比空气轻的甲烷，在供气时放入了四氢噻酚以便用户识别，泄漏量只要达到１％，用户就会闻到臭鸡蛋气味。

2、肥皂水检测。用喷壶将肥皂水喷到需要检测的部位或用刷子将肥皂水刷到需检测的部位，观察肥皂水是否起泡判断是否有泄漏，根据水泡发起及破裂的时间判断泄漏量的大小

3、仪器检测。利用比较先进的手持天然气检测仪器进行检测。

三、天然气泄漏报警检测系统

1、在锅炉房室内高处安装了2台天然气泄漏报警器，报警器与监控系统连锁。

2、当任意一台天然气泄漏报警器的测试值达到规定值时，监控系统声音报警的同时启动锅炉房风机进行通风，工作人员可根据各报警器显示的数值在短时间内查找泄漏点并及时与燃气公司的有关科室联系进行维修。

四、严格安全操作、加强防火安全管理。

杜绝明火，凡进入锅炉房的人员一律严禁带火种。

在锅炉放房内需动用电焊、气焊作业时，严格根据动火审批程序办事，采取一切必要的预防措施，施工作业时车间专职安全员和主要领导要在现场监护。锅炉房内禁止堆放任何易燃物品和杂物。、采取防静电防爆措施。

每年对天然气管道的静电和防雷接地装置以及电气设备的接地保护线进行检测，保证防火防爆安全装置完好，使静电和雷电能够及时得到地释放；采用防爆型照明、防爆仪表及其他防爆用电设备。

3、锅炉燃烧调节及监护运行。

对锅炉燃烧进行调节时不能太快，防止锅炉熄火后，在炉膛和烟道内泄漏天然气；司炉人员在锅炉运行时，重点监护并防止天然气泄漏和燃烧器自动熄火。

五、燃气锅炉房天然气泄漏的应急处理

1、对发现的天然气泄漏部位进行处理的基本方法程序（1）室内燃气管线泄漏。

立即紧急停炉，切断锅炉房总气阀，切断电源，通知燃气公司并向公司安全和生产部门汇报，根据天然气泄漏应急预案进行处理。

2、锅炉本体泄漏。

（1）紧急停炉（按急停按钮）。

（2）关闭该台锅炉的天然气总阀，切断气源与电源。

3、燃烧器泄漏。

立即紧急停炉，切断该台锅炉的总气阀，并向公司安全和生产部门汇报，根据天然气泄漏应急预案进行处理，组织有关技术人员维修。

4、控制、调节、测量等零部件及其连接部位泄漏。立即紧急停炉，切断该台锅炉的总气阀，切断电源，并向公司安全和生产部门汇报，根据天然气泄漏应急预案进行处理，组织有关技术人员更换控制、调节、测量等零部件，对其位泄漏的连接部位重新密封。

当发生天然气泄漏时，当班人员应及时与燃气公司的有关科室联系，并通知本单位服务中心电话0991-3783031，服务中心的苗文华要做好停暖片区用户解释工作。

需要切断天然气供应的一定要切断；需要天然气置换的一定要按规定置换；需要办理动火手续的一定要按规定办理,需要专业队伍维修的一定要委派有资质的专业队伍施工，做好处理泄漏事故专用材料、应急消防物资、检测工具等的储备。

我公司特于2013年1月10日进行了燃气锅炉燃气泄露模拟演练。演习过程如下：

2013年1月10上午12时，燃气锅炉房中控室当班人员检测到2号燃气锅炉燃气管道泄露，当班人员立即紧急停炉，切断锅炉房总气阀，切断电源，通知燃气公司并向公司安全和生产部门汇报，图为燃气锅炉房操作间当班人员使用燃气泄露检测仪检测燃气管道法兰连接处。

图为燃气锅炉房操作间工作人员紧急停2号燃气锅炉

图为工作人员在燃气锅炉房外围设置警戒线

图为操作人员关闭2号燃气锅炉总气阀。

12:30分燃气公司维修人员到达燃气锅炉房，对泄露部位进行了维修，12:50分维修完毕，２号燃气锅炉恢复正常生产。

通过这次演练，使得我们燃气锅炉操作工、电工技术水平更扎实了，沟通也变得更有效，应急保障机制也逐渐走向完善，加强了工人对燃气锅炉安全生产的认识和警觉性，在今后的工作中，我们还需要加强各部门之间协调，配合，沟通的工作，勤检查，多测试，保证燃气锅炉安全，正常的生产运行。

西城热力二分公司

生物燃气高效制备热电联产技术 篇3

生物燃气高效制备热电联产技术。

二、技术类别

零碳技术。

三、所属领域及适用范围

电力行业生物质热电联产。

四、技术应用现状及产业化情况

生物燃气高效制备热电联产技术已在国内多家大型沼气工程中推广应用, 目前在国内大型沼气工程中推广率约10%~15%, 其关键设备已实现国产化, 有效降低了工程造价和运行成本。

五、技术内容

1. 技术原理

通过高浓度中温厌氧发酵, 降解畜禽粪便、农业废弃物、餐厨垃圾等有机废弃物并生产沼气, 所产沼气集中收集净化处理后通过燃气发电机发电。同时采用余热回收技术回收发电机缸套水及烟道气的余热, 用于发酵系统自身的增温和供暖。高含砂粪便原料的水解除砂技术、高氨氮高效厌氧发酵技术、沼气生物脱硫技术和冬季寒冷地区厌氧罐增温保温技术等已实现技术集成和国产化, 成功解决了畜禽粪便原料发酵产沼气过程中高含砂量、高氨氮和高含硫量等难题。

2. 关键技术

(1) 水解除砂技术及装置。在预处理阶段设置水解除砂池, 采用水解工艺实现粪砂分离。采用螺旋除砂机械将水解池底部沉砂排出池外, 避免了砂对设备管道的磨损和在厌氧罐内的沉积, 保证系统的高效稳定运行;

(2) 高氨氮高效厌氧发酵工艺和关键装置。研发耐高氨氮菌种培养技术及厌氧发酵工艺, 将厌氧发酵氨氮耐受浓度从常规的3000 mg/L提升至6000 mg/L以上, 为高浓度纯鸡粪厌氧发酵创造了条件;

(3) 新型低能耗慢速中心搅拌技术。采用新型低能耗慢转速中心搅拌机, 保证了罐内的充分传质和传热, 并比传统的机械搅拌节能50%以上;采用自主研发的新型套管密封技术, 提高了设备的效率和可靠性。

3. 工艺流程

生物燃气高效制备热电联产工艺流程主要包括以下步骤:

(1) 原料预处理。通过预处理技术去除原料中不适宜进入厌氧罐的杂质, 如砂子、长纤维、玻璃等无机杂质, 然后通过进料装置将预处理后的原料输入厌氧发酵罐;

(2) 厌氧发酵及后处理。原料在厌氧罐内发酵并生产沼气, 根据实际需求可设置一级或二级发酵。发酵后的残余物可根据实际需求进行固液分离, 沼渣可作为有机肥加工原料, 沼液可直接用作有机肥回灌农田, 或用于生产高端液态有机肥;

(3) 沼气净化贮存。发酵产生的沼气经脱硫系统去除其中的硫化氢, 然后通过脱水装置除去其中的水分, 净化后的沼气储存在贮气柜中备用;

(4) 沼气发电及余热回收。贮气柜中的沼气输送至燃气发电机进行发电, 并通过余热回收系统回收余热用于发酵系统增温。

六、主要技术指标

1. 总固体 (TS) 可达8%~12%;

2. 发酵温度35~38℃;

3. 中温条件下容积产气率≥1.5 m3/m3·d;

4. 年稳定运行时间≥350 d。

七、技术鉴定情况

2012年获得国家能源科技进步三等奖, 并连同其他相关技术共同获得2012年度国家科技进步二等奖, 已获得两项国家发明专利。

八、典型用户及投资效益

典型用户:山东民和牧业股份有限公司、北京德青源农业科技股份有限公司和中粮集团等。

典型案例1:山东民和牧业3 MW沼气发电热电联产工程。

建设规模:3 MW沼气发电工程, 日处理鸡粪500 t和污水500 t。项目建设条件:发酵原料充足, 有适合的建设场地。主要建设内容:建设2座2400 m3水解池、8座3200 m3厌氧发酵罐、1座2000 m3后发酵罐、1台2150 m3双膜干式贮气柜、3台1064 k W沼气发电机组。主要设备为水解池搅拌机、厌氧发酵罐、厌氧发酵罐搅拌机、生物脱硫塔。项目总投资为7000万元, 建设期1年。年减排CO2量1.96万t, 年经济效益1670万元, 投资回收期4年。减排CO2成本为150~200元/t。

典型案例2:宁波万隆酒精厂2×1.56 MW沼气发电热电联产工程。

建设规模:2×1.56 MW热电联产发电机组, 日处理酒精醪液1600 t。项目建设条件:酒精醪液1600t/天, 占地25亩。主要建设内容:建设4座4000 m3厌氧发酵罐, 2台1.56 MW热电联产发电机组。主要设备为厌氧发酵罐、热电联产发电机组。项目总投资5000万元, 建设期1年。年减排CO2量2.1万t, 年经济效益1735万元, 投资回收期3年。减排CO2成本为100~150元/t。

九、推广前景和减排潜力

生物燃气 篇4

关键词：生物质,气化,高品质燃气

1 引言

近年来, 世界范围内的石油、煤炭、天然气等不可再生能源的消耗日益增长, 能源危机不断加剧, 能源供应保障已成为大多数国家必须面临的重大挑战。生物质能是一种年产量十分巨大的可再生能源, 生物质能的利用可起到优化能源消费结构、缓解能源供应紧张局面的作用[1]。目前, 各种生物质能利用技术与方法层出不穷, 主要包括生物质直接燃烧、气化、液化、热解以及压缩成型等[2], 其中生物质燃气化利用被业界认为具有很大的发展潜力。现阶段生物质气化仍以固定床和流化床气化为主, 研究的重点也主要集中在气化参数方面, 然而现有生物质气化技术普遍存在燃气热值偏低、焦油含量偏高以及气化热效率偏低等问题[3], 对于生物质在我国大规模的高效利用产生严重的制约, 因此开发生物质能高品质燃气化利用新技术已成为生物质气化领域的研究热点。

2 生物质转化高品质燃气利用新技术

经过几十年的研究, 特别是近十年, 随着能源危机、环境污染等问题日益突出, 国内外对生物质能的关注度日渐提高, 目前已经发展了众多生物质气化新方法。在众多新方法中普遍认为可行性较高的有超临界水气化法、两段气化法、串行流化床气化法以及太阳能聚热法。本文主要对这4种方法展开论述, 其中部分方法已在国内展开了小规模应用, 部分方法仍在研究当中。

2.1 超临界水气化法

由于未处理的生物质含水率一般很高, 直接进行气化或热解过程的热效率很低, 如对含湿量高的生物质进行干燥预处理, 这需要消耗大量的能量。由于超临界水可改变相行为、扩散速率和溶剂化效应, 使反应混合物均相化, 增大扩散系数, 从而控制相分离过程和产物的分布[4], 由于这些原因, 生物质在超临界水中气化制氢过程的热效率不随生物质含湿量变化, 对于高含湿量的生物质, 在超临界水中气化具有比常规气化和热解过程更高的热效率[5]。

国内外对超临界水气化法都有较深入的研究, 闫秋会[6]等通过实验分析了反应参数对纤维素超临界水气化制氢产气性能的影响, 实验结果表明温度对气体热值的影响较大, 压力对气体热值的影响较小, 升高温度会提高气化率, 但导致产气高热值降低。西安交通大学的吕友军、冀承猛等[7,8]研究了锯木屑、木质素的超临界水气化, 实验表明:超临界气化过程可能是自由基和离子反应共同作用的结果, 压力升高有利于离子反应的进行而抑制自由基反应, 这使得压力对气化反应总效果的影响表现并不很明显, 但压力会改变气体产物的组成, 长的反应停留时间使气化反应更接近平衡状态, 这样气化过程更加完全, 温度对气化反应有明显的影响, 高的温度有利于气化制氢反应的进行。Jale Yanik等[9,10]利用棉花茎、玉米茎和制革废料作为超临界水气化的原料, 在500℃的间歇式高压釜内进行实验, 得到的生物质产氢率范围为4.05~4.65mol H2/kg, 此外, 催化剂能通过加强水气转换反应和甲烷重整显著地增加氢的产率。吕友军等[11~14]还研究了玉米芯、有机废液、农业生物质等在超临界水气化制氢实验研究。表1给出了几种生物质原料用超临界水气化法所得燃气气体成分与热值对比表[15]。

2.2 两步 (多步) 气化法

即便是超临界水气化制氢, 在反应过程中也不可避免地会产生焦油, 焦油的处理始终是科研人员的头号难题。为了降低气化过程中的焦油含量, 近年来研究人员开发了两步 (多步) 气化法。该工艺将生物质气化过程中的低温热解和高温气化两个过程相对分步进行, 实现“多级”气化, 保证了焦油裂解的高温环境, 使焦油裂解为小分子不凝性可燃气体, 如图1所示。两步气化法配合催化剂的使用, 能使来自生物质原料的焦油转化为气体产品, 从而大大降低了焦油的含量, 同时也增加了气化效率。

赖艳华等[16]研究了两段气化中一段供风和两段供风对降低生物质气化过程焦油生产量的影响。结果表明两段供风显著提高了气化炉内的最高温度和还原区的温度, 气体中焦油的含量仅为常规供风的1/10左右。

闫桂焕等[17]的研究表明, 分步气化法保证了焦油强化裂解的高温条件, 使其充分裂解为小分子不凝性可燃气体, 从而降低了可燃气体中基础焦油质量浓度, 提高了燃气品质, 该工艺可使燃气中基础焦油质量浓度降低到20mg/m3以下。表2给出了两步气化法在空气和富氧气氛中的气体成分。

Mohammad Asadullah等[18]利用两步气化法, 选用的催化剂为Rh/CeO2/SiO2证明了两步气化法配合催化剂的使用, 能使最大量为250mg/min的焦油完全转化为气体产品, 加入催化剂的分步气化法, 能在更低的温度下使焦炭转化为合成气体, 所以其能源效率更高。

2.3 串行流化床气化法

串行流化床气化是一种基于循环流化床技术的的气化理念, 将生物质的热解气化和燃烧过程被分隔开, 热解气化采用鼓泡流化床 (气化反应器) , 半焦燃烧采用循环流化床 (燃烧反应器) , 两个反应器之间依靠惰性固体载热体进行热量传递, 其原理图如图2所示[19]。这种方式的实现可最大程度地保障高的产氢率, 提高气化气品质。

目前国内开展了串行流化床生物质气化技术的研究工作[20~23]。东南大学吴家桦[24]等建立了串行流化床生物质气化热态实验研究装置, 实验表明以水蒸气为气化剂的产氢率最高, 气化温度从720℃升高到930℃时, 氢产率从32.4g/kg增加到60.3g/kg, 同时气化气产率也增加了90%。沈来宏[25]等利用Aspen plus软件建立了串行流化床气化反应器模型, 结果表明催化剂中CaO组分对生物质气化制氢过程的催化作用非常显著, 气化反应温度为700℃时在CaO的催化作用下产氢率可达94.1%。

2.4 基于太阳能聚热的生物质气化技术

由于生物质气化属于热化学方法, 该方法存在的反应需要高温条件, 热量一般由生物质自身、或掺混化石燃料燃烧来提供, 该方法以消耗自身能量为代价, 会减少参与气化反应的生物质量。针对目前新能源技术的发展, 学者提出了太阳能聚焦供热的热化学技术, 利用太阳能来驱动热化学反应, 该方法起初应用于热分解水制氢反应, 而后学者开发了生物质气化制氢与太阳能聚焦供热耦合的太阳能热化学制氢途径, 并持续探索与深入研究, 该方式不仅解决了气化反应所需的高温热源, 减少了化石能源的消耗, 同时完成了太阳能能源品质的提升。

目前国内外针对太阳能聚热的生物质气化反应做了许多研究[26,27]。Melchior等[28]借助粒子流反应器利用高温太阳能来驱动生物质的气化反应, 并进行了相关实验研究和气化过程动力学分析;而Kalinci等[29]提出了利用太阳能—生物质气化来制取氢气的系统。近年来诸多学者基于我国的基本国情, 对于该技术也进行了深入的研究, 西安交通大学多相流国家重点实验室[30]成功构建了多碟聚焦和自旋—俯仰轮胎面定日镜聚焦太阳能与生物质超临界气化耦合制氢系统各一套, 初步验证了太阳能热化学分解和生物质超临界水制氢技术的可行性, 考察了太阳能辐照对反应器的温度和气化制氢的影响, 初步探索了太阳能供热的生物质催化气化制氢, 实现了太阳能供热的生物质完全气化。西安建筑科技大学王贝贝等[31]开发了一套太阳能驱动生物质超临界水气化制氢系统。中科院白章等[32]构建了基于生物质—太阳能气化的多联产系统, 利用太阳能为生物质提供高温热源, 使用气化产生的合成气用于生产甲醇, 并将未反应的合成气直接送入燃气-蒸汽联合循环系统进行发电。该系统的太阳能热份额为36.78%, 与其他系统相比, 系统的生物质节省率高达51.74%, 同时合成气的降温所释放的显热和甲醇合成反应的放热量都将用于余热锅炉部分的给水加热, 因此系统总效率达到48.45%, 燃气品质也优于常规热源气化。

3 结论

由于我国地域辽阔, 不同地区生物质原料的物理属性存在较大差异, 在开发符合我国国情的生物质能气化技术同时, 应该根据地区生物质原料的差异性因地制宜地利用当地生物质资源, 选用与之相适应的生物质气化技术, 将低品位的生物质能转换成高品位的能源, 实现生物质能的高效清洁利用, 对缓解我国能源短缺的局面, 实现经济的可持续发展, 以及加强环境保护, 具有十分重要的作用。

生物质燃气在城镇化中的低碳应用 篇5

随着城镇化进程的推进, 中国城镇化率以每年1%的速度在增长, 每年有将近1 000×104人口进入新城镇, 原来的农村人口转变为城镇人口后, 其生活商品用能将成倍增长, 另外, 随着生活水平提高, 人均生活用能也将不断提高。怎样提供给广大农村和新建中、小城镇符合中国国情的现代化能源服务, 以减少生态破坏, 减少环境污染, 提高居民生活质量成为亟需解决的问题, 村镇地区巨大的生物质可再生资源可以为城镇化发展提供能源支持。

1 生物质燃气分布式供能系统

分布式供能系统 (Distributed Energy System, DES) 是相对于传统的集中式供电方式而言的, 它是指以小规模、分散式的方式布置在用户附近, 可独立地输出电、热或 (和) 冷量的系统。目前, 分布式供能方式主要是指以液体或气体为燃料的内燃机、燃气轮机、各种工程用的燃料电池、余热锅炉、蒸汽轮机、溴化锂冷热水机组等有机组合起来的高效率的环保型冷热电联供的系统。

生物质燃气分布式供能系统即热电气联产系统如图1所示, 生物质原料通过发酵或气化方式产生沼气或生物质气, 其组分及热值根据原料的不同略有差异, 如表1~表2所示, 但是基本保持不变, 生物质气经一系列除湿及净化措施后储存于储气罐内, 在储气站根据需要与压缩天然气 (CNG) 或液化天然气 (LPG) 进行掺混之后制成生物质燃气, 供给城镇燃气管网。同时, 生物质燃气为城镇能源站中的内燃机发电供气, 内燃机由于其具有良好的部分负荷性能, 根据应用需求还可增容扩容, 增加内燃机运行数量以适应负荷的变化, 为城镇供给电力。内燃机的排烟温度在500 ℃~700 ℃之间, 对发动机排烟加以利用, 增加烟气-水换热器, 回收热量可用于满足城镇热能需求及沼气发酵池的加温以提高沼气产量。从而实现了城镇能源的分布式供应, 同时满足城镇的供气、电力及热能需求。

生物质燃气分布式供能系统有以下优势:a) 可以充分利用与城镇或农村毗邻、生物质能收集利用方便的优势, 克服生物质能的分散性造成的收集利用比较困难等问题。生物质能和常规能源 (天然气或液化石油气) 结合, 可以缓解及克服生物质能的季节性问题, 在生物质能原料供应紧张时期, 保证分布式供能系统正常运行;b) 生物质能和常规能源 (天然气或液化石油气) 的结合在为城镇化提供能源保障的同时, 也为常规能源与可再生能源的协调发展提供了一种新思维。

2 温室气体减排分析

生物质能源由于其可再生性及作为CO2减排的重要途径引起了人们的重视。作为 《京都议定书》 缔约国, 中国积极应对气候变化, 公布了 《中国应对气候变化国家方案》, 提出要改善能源结构, 发展可再生能源, 并明确指出要大力加强农村沼气建设和城市垃圾填埋气回收利用以控制温室气体排放。因此, 探讨中国减少CO2排放的途径, 并对于可能的途径进行减排量计算分析是一项非常重要的工作。

2.1 生物质燃气分布式供能系统温室气体排放基准线

基准线是指不存在生物质燃气分布式供能系统的情景下与生物质燃气分布式供能系统对应的活动的温室气体排放量[1]。为了计算项目基准线, 首先应确定项目边界, 将与项目有直接关系并且可以量化的各种排放源包括在内, 而将没有直接关系的各种排放源排除在系统之外。

本文讨论的基准线包括以下三部分:a) 不存在生物质燃气分布式供能系统时, 经过处理的污水、粪便及垃圾等排放引起的温室气体排放;b) 生物质燃气分布式供能系统产生的沼气所替代其它能源 (薪柴等) 在使用时的温室气体排放;c) 生物质燃气分布式供能系统产生的电力所替代的其它能源所产生电力 (煤炭等) 在使用时的温室气体排放。

温室气体减排量 (Emission Reduction from Energy Substitution, ERES) 的计算参考IPCC推荐的方法[2,3], 即能源利用导致的温室气体的排放量由能源利用量 (FS) 及其排放因子 (EF) 决定:

式 (1) 中, ERESGHG，fuel为温室气体减排量, kg;FSfuel为能源利用量, 以热值表示, TJ;EFGHG，fuel为排放因子, kg/TJ。

ERES的计算关键在于排放因子的合理选取, 由于不同国家和地区农村生活能源利用效率、炉灶结构、农民生活习惯不同, 因此IPCC推荐的默认值针对不同国家可能会产生较大误差, 必须采用本国甚至本地区的排放因子。

2.2 基准线计算

a) 没有生物质燃气分布式供能系统时, 农村畜禽粪便排放的温室气体主要是CH4。CH4排放采用 《IPCC国家温室气体清单优良作法指南和不确定性管理》 中推荐的计算方法, 公式如下:

式 (2) 中, CCH4为牲畜粪便管理系统中的CH4总排放量, kg;γi为i种牲畜粪便管理中每头牲畜CH4的排放因子, kg/a;Pi为i种牲畜数量。不同气候区各种动物CH4排放因子见表3;

千克每年

b) 生物质燃气分布式供能系统产生的沼气替代其它能源 (薪柴等) 时的温室气体排放。煤炭、秸秆、薪柴等农村普遍使用的生活能源的排放因子大于CH4 (沼气的主要成分) , 因此同样热量的能源消耗, 使用沼气所排放的温室气体较少, 如果沼气能替代煤炭等高排放潜力的能源, 将实现减少温室气体排放量的效果[5]。如表4所示, 利用沼气对煤炭、秸秆、薪柴等农村普遍使用的生活能源进行替代之后, 每发出相同热量, 沼气可分别比秸秆、薪柴及煤炭减少CO2排放86.7%、91.0%及179.8%;

克每兆焦

c) 生物质燃气分布式供能系统产生的电力所替代的其它能源所产生电力 (煤炭等) 在使用时的温室气体排放。生物质发电对于减少常规化石能源消耗、减排CO2和SO2等污染物、带动当地经济发展、增加当地农民收入、提供就业机会等诸多方面都有重要意义。生物质燃气分布式供能系统产生的电力由沼气作为动力燃料驱动发电机产生电力, 沼气能替代煤炭等高排放潜力的能源所减少的温室气体排放量 (ERES) 可由表5计算。

克每千瓦时

由上表可知, 生物质燃气分布式供能系统每发电1 k W·h, 与无烟煤、石油及天然气发电相比可减少温室气体排放量分别为627 g、377 g及247 g。

3 结语

基于生物质燃气的分布式能源系统, 可充分利用中国生物质资源丰富的特点, 开拓可再生能源的用途, 实现可再生能源与常规能源有机结合, 取长补短, 为用户提供可靠合理的能源利用方式;生物质燃气驱动的分布式供能系统在替代其它传统能源时存在显著的温室气体减排效益, 实现能源及资源环保可持续的科学发展。对于解决中国快速发展的城镇化进程中如何合理有效解决城镇能源供应问题, 此研究可为该问题的解决提供一些具体的思路。

摘要：对生物质燃气分布式供能系统温室气体减排进行基准线分析, 结果表明, 生物质燃气分布式供能系统可有效减少温室气体排放, 实现城镇能源供应可持续及科学发展。

关键词：生物质燃气,城镇化,分布式供能系统,减排

参考文献

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[3]IPCC.2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories[R].Tokyo:IGES, 2006.

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