生物质燃烧及碳捕集与封存

碳减排一直是燃烧发电技术不可避开的要求。通常可以通过以下两种方案实现燃烧发电，并且不增加大气中的CO2总量：

（1）碳捕集与封存（carbon capture and storage，CCS）技术：烟气吸收捕获CO2并将其长期存储。

（2）将现有燃煤电厂改造为100%碳中性生物质燃烧。

碳捕集与封存技术是指将CO2从工业或相关排放源中分离出来，输送到封存地点，并长期与大气隔绝的过程。该技术针对燃煤电厂温室气体排放提供了一个持久和完整的解决方案。CCS技术允许利用煤炭等传统方式发电，同时在很大程度上避免了将CO2排放到大气中。基于该技术思路，研究者正在努力改造现有的燃煤机组，建设一个CCS系统吸收处理电厂CO2的示范工程。此外，另一种研究较多的CCS技术为富氧燃烧技术，在该技术中采用O2代替空气进行燃烧来富集CO2，该技术要求彻底改变锅炉的整个燃烧系统，以使烟道气中不含N2，并使其中大部分为CO2。这样，尾部烟道气的主要成分为CO2，便于压缩并最终隔离在适当的存储装置中。

值得指出的是，当CCS技术发展成熟后，将需要更多的能量从烟气中分离出CO2（或产生O2用于富氧燃烧），并将其输送至储存地点。这种额外的能量需求也可能会导致额外的CO2排放。

另外，CCS的成本也是当前限制该技术广泛应用的一个主要因素。CCS相对较大的投资成本所产生的额外账面费用及其运营成本（当加到总发电成本中时）可能会使电费增加多达40%，如图7-30所示。再者，这项技术能商业化运行的时间尚未明确。到2030年，CCS才有可能在全球范围内商业化运行。在目前全球CO2排放量上升的背景下，如果在没有控制的情况下任由CO2排放量上升，在等待CCS全面实施的同时，地球温度极有可能已上升到令人担忧的水平。这就强调了在过渡期内生物质联合燃烧的必要性，以减小向大气释放CO2的速度，从而减缓全球变暖，同时等待碳捕集和封存新技术的到来。

图7-30　燃煤电厂采用不同CO2减排措施的成本(www.xing528.com)

已有研究数据表明采用CCS技术降低CO2排放的成本可能比生物质与煤共燃技术的高4.5～6倍。CCS存在额外功耗高、实施成本高、技术发展处于早期等缺点。将现有的化石燃料锅炉替换为新的生物质锅炉，或者将燃料从煤炭转换为100%生物质，都有可能避免CCS的这些缺点。

由于生物质和煤在燃烧和前处理特性上存在较大差异，将煤炭转换成生物质燃烧发电可能面临一些重大技术障碍。例如，从煤炭到生物质的转换可能会使现有工厂产能降低40%。燃料转换的主要抑制因素包括：

（1）将整个燃煤和煤炭处理系统替换为更大体积的生物质燃烧预处理系统需要大量的投资成本。

（2）现有电厂长时间停炉更换其点火系统造成的收入损失。

（3）降低电厂的产能，在某些情况下降低蒸汽循环效率是在降低产能的整体效率。

（4）在一些地方，在可接受价格内获得大量生物质比较难。

上述问题可以通过部分燃料转换或共燃来解决，这样燃煤电厂就可以继续燃烧煤炭和少量生物质。