对火的控制被认为是人类历史上的一个里程碑和转折点。生物质燃烧，最初是为了提供烹饪热量和保护免受捕食者的侵害，是有史以来使用的最重要的可再次生产的能源形式。
我们称之为现代生物质燃烧技术的发展——旨在提高效率和污染控制——可以追溯到 1970 年代，当时石油危机揭示了世界对化石燃料的依赖。生物质利用的悠久传统及其在全世界内的丰富性是现代生物质燃烧快速部署的关键因素。
现代生物质燃烧已经经历了近 50 年的发展，如今在整个容量范围内提供了技术成熟的解决方案，从输出几千瓦的小型住宅应用到输出数百兆瓦的大型发电厂和热电联产 （CHP） 工厂。
与容量类似，燃料的范围也很广泛。虽然木质生物质仍然是迄今为止最重要的生物质燃料，但来自农业、工业或市政当局的生物残留物也用于燃烧技术。
生物质燃烧系统为建筑物的供暖和热水供应提供高达100°C的低温热量。此类应用既可用于个人住宅/建筑供暖解决方案，也可用于通过供热网向建筑物分配热量的中央系统（也称为区域供热）。
木质燃料在小型生物质燃烧系统市场中占主导地位。在应用方面，直接加热系统为安装空间提供热能，而中央或循环加热系统则将能量传递给传热流体，通常是水。
传统上，木柴仍然是该行业最常见的燃料，但基于木屑颗粒或木屑的自动化系统正在稳步增加其市场占有率。这一趋势主要是由于自动燃料供应带来的显著舒适性提升，但在一些国家，从手动系统到自动化系统的转变也得到了政策的支持。
虽然颗粒炉和锅炉等现代装置的效率高达90%以上，但许多在役系统的运行效率有限且排放高。由于产品的常规使用的寿命长达 20 年或更长时间，现在使用的许多电器不再是最先进的。因此，有必要用现代设备取代旧的和低效的装置，以确保生产更高效、污染更少的生物能源。
在热需求密度高的地区，安装带有中央单元的供热网络而不是分布式单独的供暖系统通常是有利的。区域供热系统在奥地利、丹麦和瑞典等几个国家非常普遍。大型燃烧系统受益于规模经济和高效烟气处理系统的可用性。这通常允许使用低质量的燃料，例如来自森林残留物的木屑，并带来经济效益。
区域供热系统的一个主要缺点是区域供热线路的投资所需成本相比来说较高，导致投资回收期长。对于现有的化石供热网络，转换为基于生物质的供暖通常是一个经济上着迷的选择。
基于生物质的区域供热的经济案例相当复杂，因为有几个参数会影响成本和周转率。系统整体效率高是区域供热项目成功的关键之一。已经制定了质量管理计划，以支持区域供热网络的有效规划和运行（例如，生物质区域供热厂的质量管理系统）。
国际能源署 （IEA） 生物能源任务 32 的生物质燃烧专家最近汇编了所有的领域基于生物质的创新供暖应用的案例研究：生物能源供热——热案例。
由于所用应用的技术方面的要求各不相同，工业热需求的脱碳尤其具有挑战性。工艺用热常常要在高温下使用，这减少了可再生供热技术的选择。生物质燃烧系统能通过不同的传热流体提供高达 500°C 的高温热量——最常见的是蒸汽、导热油和热气/空气。对于更高的温度，如果可以选择通过烟气直接加热，则生物质燃烧是适用的。这就是为什么工业热需求的脱碳被视为生物质燃烧系统的未来关键市场。
然而，基于生物质的工艺热应用的市场渗透率通常仅限于与生物材料直接相关的工业部门。例如，纸浆和造纸行业通常通过生产残留物（例如黑液）来满足部分运营能源需求。在食品和饲料行业中也经常应用现场能源化副产品的类似概念。国际能源署生物能源任务32的专家最近发表了很好的例子：
相比之下，与生物质无关的工业部门往往对可再生热能概念表现出有限的兴趣。主要原因是成本。由于工业中的化石能源价格在历史上相当低，除非基于政策的市场调整，如碳定价或补贴计划，否则通常很难找到具有经济竞争力的生物质解决方案。因此，工业能源价格和监管框架条件可以被确定为基于生物质的工艺热应用成功的关键。
生物材料燃烧过程中产生的热量可用于操作 热力学循环，通常是蒸汽循环，以发电。在热电联产电厂（也称为热电联产电厂）中，提供两种形式的能源。如果全年供热需求稳定，与不使用热量的发电厂相比，这可以将整体系统效率从 30-40% 提高到 80-90%。
主动烟气冷凝，例如使用热泵，可以进一步提高系统效率。在热量主要用于住宅供暖的情况下，夏季的热量需求将明显低于冬季。在这种情况下，可以考虑热冷却概念，即利用夏季多余的热量通过吸收式或吸附式热泵产生冷却能量。或者，生物质热电联产只能在有足够热量需求的寒冷季节运行;这种做法已经在一些地区应用。
在低容量范围内，除了基于蒸汽的工艺外，还应用了有机朗肯循环 （ORC）、斯特林发动机或热电发电机等替代动力技术。虽然一些产品已经成功上市，但一些产品仍处于示范阶段。国际能源署生物能源任务 32 最近发表了对分散式热电联产系统最佳实践解决方案以及小型和微型热电联产技术状况的良好概述。
由大哥本哈根公用事业公司 （HOFOR） 运营的 Amagerværket 的 Bio4 是全球最大的生物质热电联产（热电联产）工厂之一，木屑燃料容量为 500 MW，为哥本哈根市（丹麦）提供热能和电力。（图片来源：Morten Tony Hansen）
朗肯蒸汽循环仍然是世界能源系统中最常见的火力发电应用。用于产生蒸汽的热量能够最终靠生物质燃烧产生。生物质发电厂采用不同的燃烧技术，主要取决于它们使用的燃料的类型和质量。炉排和流化床燃烧系统非常普遍，已在许多应用中证明了其可靠性。
建造专用的生物质发电厂通常需要长期的燃料输送概念和合同。规模经济有助于降低特定成本;然而，生物质发电厂需要大量投资和相对较长的投资回收期，具体取决于现有的监管框架条件。
相比之下，将现有燃煤电厂完全转换为使用生物质原料似乎在降低高投资成本方面很有希望。然而，经验（尤其是粉尘爆炸）表明，许多修改（主要是在燃料和灰烬处理和准备阶段）对于确保此类工厂的安全可靠运行是必要的。预处理选项，如蒸汽爆炸或燃料烘烤，可以显着减少这些工作量和相应的成本，因为它们可以改变相关的燃料特性，如研磨性能、耐水性和粉尘形成倾向。任务32研究了蒸汽爆炸工艺技术，作为燃料预处理项目的一部分。
就其减少温室气体（GHG）排放的潜力而言，燃煤电厂的生物质热燃非常有吸引力。如果将生物质预碾磨到粉状燃料锅炉所需的尺寸范围，则只需对工厂进行微小的修改即可用生物质替代高达50%的煤炭。因此，在运营中的燃煤电厂立即减少温室气体是极具成本效益的。然而，这种选择的主要缺点是共燃燃料的份额有限，因此不能提供完全脱碳。除非配备碳捕获与封存（CCS）技术，否则该方案只能被视为通往完全可再生净零排放解决方案的桥梁技术。
本出版物提供了更多信息： 大规模生物质燃烧的现状——大型煤粉锅炉中生物质材料的研磨和燃烧
用作垃圾焚烧发电厂原料的废物具有高度异质性，并且经常受到污染。原料可以包括来自城市固体废物（MSW），商业和工业（C&I）废物以及建筑和拆除（C&D）废物的残余废物流。这需要使用稳健的技术和广泛的减排措施，导致垃圾焚烧发电设施的成本相对较高。
有不同的技术可供选择，但迄今为止，市场一直以基于焚烧的解决方案为主，这些解决方案主要应用炉排燃烧和流化床锅炉。目前，人们对气化等替代垃圾焚烧发电技术的兴趣日益浓厚。
垃圾焚烧发电厂不应被视为解决废物管理系统故障的通用解决方案，而应将其视为创建可持续废物管理和能源系统的综合方法的一部分。
与相应的化石替代品（固体和气体生物能源途径）相比，生物质燃烧应用可以将生命周期温室气体排放量减少多达 90%。影响温室气体平衡的主要因素是燃料供应链排放和整体系统效率——运行阶段的温室气体排放大部分被平衡，二氧化碳在生物质生长过程中被从大气中吸收。
大规模生物质发电、热电联产或工业应用与碳捕集与封存（CCS）的结合在实现温室气体净负排放方面具有吸引力，但目前的技术水平仍远远达不到此类解决方案。新建工厂专注于化学循环燃烧等创新技术，该技术具有更高的烟气中二氧化碳浓度，从而降低了封存成本。当谈到用CCS改造现有的生物电或生物质热电联产技术时，首选的替代方案显然是CO2的燃烧后分离，因为目前这是商业化的。
国际能源署生物能源项目“生物-CS/CCU价值链的部署”汇编了案例研究，为建立生物二氧化碳捕获、运输、封存或利用价值链的公司提供了更深入的见解。
在不同的负排放方案中，具有碳捕获和储存功能的生物能源（BECCS）是最有前途的方案之一。最近，斯德哥尔摩生物质热电联产（由Stockholm Exergi运营）被选中建造一个全面的BECCS项目，并将获得欧盟创新基金的财政支持。该项目预计将产生和汇编有关整个BECCS价值链的综合信息，为BECCS的进一步推出和实施提供深入的基础。
在生物质燃烧过程中，会产生气态和颗粒污染物，可能导致对健康产生不利影响。经过几十年的研究，生物质燃烧中主要污染物的形成机理已为人所知。然而，已经制定并实施了缓解战略，从而大大减少了排放。
在讨论生物质燃烧的排放时，区分有机和无机污染物以及初级和次级气溶胶是很重要的。有机污染物与小规模生物质燃烧特别相关，在最佳燃烧条件下可以避免。在不完全燃烧过程中形成的颗粒可能表现出很高的细胞毒性，而来自正确操作的器具的颗粒主要是无机的（来自生物质中的灰烬成分），并且表现出显着降低甚至无法检测到的细胞毒性。
此外，无机颗粒能够最终靠空气污染控制设备（如静电除尘器或织物过滤器）有效去除。虽然这种颗粒物去除多年来一直是中型和大型燃烧设施的最新技术，但最近也为小规模应用开发并实施了几种解决方案。因此，今天，这种减排技术可用于生物质燃烧应用的全功率范围。
生物质燃烧将在我们未来的可持续能源系统中发挥重要作用。为确保空气污染物的低排放，必须支持实施最先进的燃烧技术并确保正常运行。在这方面，一个强有力的工具是产品和产品测试要求的国际标准化，同时为高质量技术提供财政支持计划，同时制定严格的排放法规。（参考资料：生物质燃烧产生的气溶胶 - 技术报告）。
减少小型生物质锅炉的一氧化碳排放，在BLT Wieselburg（奥地利认可的测试实验室）进行型式试验
生物质燃烧系统的盈利能力对于纯热能、纯电能和热电联产系统是不同的。对于住宅供暖应用，生物质燃烧系统在各种监管框架条件下通常具有经济竞争力。大型供热厂，例如在工业中提供工艺热应用的供热厂，常常要支持性的经济环境，例如碳定价或税收制度，以使其与化石替代品相比具有竞争力。一般来说，生物质燃烧系统的经济性随着热量需求的增加和满负荷时间的增加而提高。
对于电力和热电联产应用，支持性的监管框架条件至关重要。其他主要影响因素是生物质燃料成本和电力市场价格。根据电价的不同，基于生物质燃烧的电力通常只有在提供上网电价或差价合约（CFD）等财政支持计划的情况下才具有经济可行性。
然而，其他可再生能源也是如此，正如弗劳恩霍夫研究所最近的一项研究所得出的结论一样。生物质燃烧系统的平准化度电成本（LCOE）计算为7-15欧分/千瓦时，虽然高于过去几年的平均批发电价，但与所研究的大多数其他技术相似。只有公用事业规模的光伏（PV）和陆上风力发电厂往往达到较低的平准化度电成本，而煤炭和天然气发电则处于20欧元/千瓦时及以上的成本范围的上限。对于化石燃料系统，假设中等排放证书价格（在排放交易系统内）为 32-36 欧元/吨二氧化碳当量。
在2021年德国的可再生能源技术和传统电厂中，只有小型光伏和陆上风力发电厂的平准化度电成本（LCOE）较低，而煤炭和天然气发电则处于20欧分/千瓦时及以上成本范围的上限（假设二氧化碳当量价格为2-32欧元/吨）。
在全球范围内，对于国际可再生能源署（IRENA）审查的大多数项目，LCOE在0.05-0.15美元/千瓦时的范围内，这与上述德国的情况一致。
值得一提的是，所有关于生物质燃烧系统经济性的结论都是基于历史数据。上述任何研究都没有考虑到能源价格的极端波动，特别是 2021 年下半年观察到的电力和天然气价格的急剧上涨。如果这被证明是一个长期的趋势，而不是短期的市场扭曲，它将影响（可再生能源）能源业务。
即使所有功率范围内的生物质燃烧系统都可以被视为成熟技术，但重要的研发工作仍在进行中，能源系统的转型带来了需要解决的新挑战和机遇：
对于住宅供暖的小型设备以及中型和大型燃烧设备，减排仍然很重要，这些设备通常没有二次污染减少设备。鉴于家用炉灶和锅炉的销售数字巨大，而且许多国家的排放管制措施已经并正在收紧，因此减少小型供暖系统中颗粒物和有机化合物排放的具有成本效益的解决方案有望带来良好的市场机会。对于区域供热系统等大型应用，完全燃烧条件可以广泛避免有机排放，因此减少氮氧化物排放是主要挑战之一。
全世界的能源系统正在快速发展，以符合减缓气候变化的目标;它们为基于生物质燃烧的技术提供了几个独特的机会。风能和太阳能发电份额的增加正在显着改善发电系统的温室气体平衡，但与此同时，它们也增加了对电网平衡的需求。基于生物质燃烧的技术提供了电网平衡所需的高度运行灵活性。与此同时，为了实现《巴黎协定》的气候目标，显然需要做出更多努力来减少温室气体排放。基于生物质的碳捕获和储存或利用概念，其中碳被封存或合成为新产品，可以导致温室气体净负排放平衡。
几家技术制造商遵循缩小发电厂规模以适应每栋建筑的愿景，正在开发强大而高效的小型和微型热电联产解决方案。大多数概念都基于最先进的木屑颗粒或木屑锅炉，它们配备了不同的动力装置，例如斯特林、微型蒸汽机或有机朗肯循环 （ORC）。由于这些技术面临的技术和经济挑战，只有少数产品进入市场。然而，为住宅建筑提供具有成本效益的热电联产解决方案的想法仍然很着迷，特别是因为它们通过在日照不足时提供能量来很好地补充太阳能系统。
许多国家已经实施了财政支持计划，以刺激更高效的现代生物质燃烧系统的市场渗透。高资本支出 （CAPEX） 通常会造成重大的市场障碍，尤其是对于小规模应用;因此，一些政府实施了补贴计划，为技术投资提供资金。
这些方案的实际执行情况因国家而异，甚至在区域或地方之间也各不相同。除了对可再生能源装置的一般财政激励措施外，支持替代矿物燃料设备的具体方案也已证明其有效性。此外，最近，这些计划已开始包括取代旧的生物质技术的范围，这些技术在效率和排放方面已不再被认为是最先进的。
对于电力应用，特定技术的上网电价或差价合约是最常见的政策支持类型。各国确定关税金额和分配的程序各不相同。今天，大多数上网电价在规定的时间内是恒定的;然而，新的支持系统倾向于差价合约，其中包括对可再生能源生产成本与实际电价之间差距的补偿。
这种动态系统很受欢迎，因为它们在电力市场行情报价较高时降低了支持成本。一旦波动的可再次生产的能源在电力系统中的份额增加，对灵活和可规划的生产能力的需求可能会增加。在这种情况下，提供给电网的电力价值可能会根据时间（白天/黑夜、夏季/冬季）而有很大差异，因此需要动态的财政支持计划。
完全不同的政策方法旨在阻止人们使用基于化石燃料的技术。对化石燃料征税、免除或激励使用生物质燃料的碳定价或税收制度等措施已经在丹麦证明了其有效性。2021 年，全球 65 项碳定价倡议涵盖 11.65 Gt CO2eq，占全球温室气体排放量的 21.5%。瑞典是第一个引入碳定价的国家，碳价居世界首位，接近140美元/吨二氧化碳当量;事实上，这在推动脱碳方面是有效的。
或者，也能直接或间接禁止使用化石燃料，就像目前住宅应用中的取暖油一样（例如，在奥地利）。
任务 32 的最新报告强调了生物能源技术在工业中供热的机会，并将其与 CCS、电气化和氢气等脱碳替代方案进行了比较。为加快其采用，提出了具体的政策建议。
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