生物质发电

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，是人类赖以生存的重要能源之一。生物质作为能源应用，最简单的方式就是直接燃烧，这也是人类自钻木取火到工业革命前后最传统的用能方式。一直认为，农林作物的生物质尤其木材的燃烧供热是碳中和的，相当于将树木通过光合作用从大气中吸收的CO再还给大气。但很多研究表明，由于木材含水率高（达45%），因此燃烧过程中一部分热能被用于水分蒸发，致使相同的供热量要比煤燃烧消耗更多燃料，单位供热量的碳排放比煤高9%~32%，国际能源组织IEA取中值为16%。显然，在城区层面，生物质直接燃烧供暖不可取。除了增加碳排放外，还有空气污染物的排放风险。最好的方式是转化为电力。

生物质发电主要有生物质直燃发电、生物质与煤混烧发电、生物质热解气化发电和沼气发电。2020年，我国生物质发电量达1 326亿kW·h，其中垃圾焚烧发电量占58.7%，2018年，各地已投运和在建的垃圾焚烧电厂近600座。

在城区层面，垃圾焚烧发电并不适合。首先城区自产垃圾资源量不足。根据国家生态环境部的统计，城市排放垃圾有4类：一般工业固废、工业危险废物、医疗废物和城市生活垃圾。适合焚烧发电的主要是生活垃圾。我国城市年人均生活垃圾量最高的是上海，每年人均1 t多。假设人均生活垃圾量为1 t/a，在1个1万人的居住区，以生活垃圾低热值2 900 kJ/kg、发电效率25%计算，全年发电量为203万kW·h。按照表2中住宅电耗强度，约能满足4.1万m居住建筑的电力需求，是万人社区总需求的10%左右。所以，与光伏一样，在高密度城区无论采用哪一种自有可再生能源资源都不能完全满足需求，而且小规模垃圾电厂在经济、环保和社会影响方面都存在短板，必须综合考虑。垃圾焚烧发电适于在城市层面应用。

在城区层面，生物质能源利用的理想方式是先把生物质原料转化为高等级燃料（例如，燃气和燃料油），然后再用这类生物质燃料发电。近年来国内外应用较多的是通过热解方式转化生物质燃料。热解是一种热化学处理，可应用于任何有机（碳基）产品。处理过程中，材料在无氧情况下高温加热，通过物理化学过程将有机物高分子裂解成不同的低分子，可以同时得到液态生物质油、气态热解气和固态生物炭。图11显示了热解流程。目前市场上已有适合城区规模应用的成套产品。