生物質(zhì)能的開發(fā)與利用論文

1、 新能源概論課程論文 新能源的開發(fā)與利用 生物質(zhì)能 姓名： 學(xué)號： 學(xué)院： 班級： 生物質(zhì)能的開發(fā)與利用摘要：隨著化石燃料的短缺和其使用時產(chǎn)生的污染問題的加劇，生物質(zhì)能以其可再生、低污染、分布廣泛等特點，日益受到世界各國的重視。本篇論文從生物質(zhì)能的概念入手，綜合國內(nèi)外對生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀分析其優(yōu)勢、利用技術(shù)及開發(fā)研究前景。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能 優(yōu)勢 利用 開發(fā) 21世紀(jì)被譽(yù)為是“生物能源時代”，是生物的世紀(jì),是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的新世紀(jì)。可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢所在，面對化石能源的枯竭和環(huán)境的污染,生物能源的開發(fā)利用為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來了曙光。（1） 新能源之生物質(zhì)能研究背景 當(dāng)代社會使用最廣

2、泛的能源是煤炭、石油、天然氣和水力，特別是石油和天然氣的消耗量增長迅速，已占全世界能源消費總量的60左右。但是，石油和天然氣的儲量是有限的，許多專家預(yù)言，石油和天然氣資源將在40年、最多5060年內(nèi)被耗盡，而煤炭資源雖然遠(yuǎn)比石油和天然氣資源豐富，但是直接應(yīng)用煤炭嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，為避免能源危機(jī)的出現(xiàn)，以化石能源為基礎(chǔ)的常規(guī)能源系統(tǒng)正逐步持久的、多樣化的、可以再生的新能源系統(tǒng)過渡。我國自然資源總量排世界第七位，能源資源總量約4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第三位。在能源領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)是：(1)人均能源資源占有量不足，且分布不均；(2)人均能源消費量低，單位產(chǎn)值的能耗高；(3)能源構(gòu)成以煤為主；(4)

3、工業(yè)部門消耗能源占有很大的比重；(5)農(nóng)村能源短缺，以生物質(zhì)能為主； (6)從能源安全角度考慮，我國能源面臨挑戰(zhàn)； (7)能源品種結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)不足； (8)能源工業(yè)技術(shù)水平有待進(jìn)一步提高； (9)節(jié)能提效工作亟待加強(qiáng)等。 為此已出臺的發(fā)展可再生能源的相關(guān)方鈄政策、規(guī)章制度：1992年國務(wù)院批準(zhǔn)的中國環(huán)境發(fā)展十大對策中明確提出，要“因地制宜地開發(fā)利用和推廣大陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等新能源”；連續(xù)在四個國家五年計劃中將生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點科技攻關(guān)項目。國家先后制定了可再生能源法、可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃、可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄、生

4、物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃，提出了生物質(zhì)能發(fā)展的目標(biāo)任務(wù)，明確了相關(guān)扶持政策?？萍疾繉⑸锊裼图夹g(shù)列入“十一五”國家863計劃和國際科技合作計劃。在眾多新能源中，生物質(zhì)能擁有其獨特的“至美”之處既環(huán)保、安全?？稍偕?，在于它是可再生能源領(lǐng)域唯一可以轉(zhuǎn)化為液體燃料的能源。如甜高粱，不僅可以通過能量轉(zhuǎn)換替代化石液體燃料，保障能源安全，同時還能保障糧食安全，而且還能吸收二氧化碳，加工過程中無污染，原料得以物盡其用。 雖然現(xiàn)階段生物能源的開發(fā)利用處于起步階段,生物能源在整個能源結(jié)構(gòu)中所占的比例還很小，但是其發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒?。?） 生物質(zhì)能概論生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動植物和微

5、生物。而所謂生物質(zhì)能（biomass energy ），就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。生物質(zhì)能的原始能量來源于太陽，所以從廣義上講，生物質(zhì)能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。目前，很多國家都在積極研究和開發(fā)利用生物質(zhì)能。生物質(zhì)能蘊(yùn)藏在植物、動物和微生物等可以生長的有機(jī)物中，它是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。地球上的生物質(zhì)能資源較為豐富，而且是一種無害的能源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1730億噸，其中蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界能源

6、消耗總量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。該能源的主要優(yōu)勢：1.生物燃料是唯一能大規(guī)模替代石油燃料的能源產(chǎn)品，而水能、風(fēng)能、太陽能、核能及其他新能源只適用于發(fā)電和供熱；2.原料上的多樣性：可以利用作物秸稈、林業(yè)加工剩余物、畜禽糞便、食品加工業(yè)的有機(jī)廢水廢渣、城市垃圾，還可利用低質(zhì)土地種植各種各樣的能源植物；3.產(chǎn)品上的多樣性：能源產(chǎn)品有液態(tài)的生物乙醇和柴油，固態(tài)的原型和成型燃料，氣態(tài)的沼氣等多種能源產(chǎn)品。既可以替代石油、煤炭和天然氣，也可以供熱和發(fā)電；4.生物燃料的“物質(zhì)性”： 可以像石油和煤炭那樣生產(chǎn)塑料、纖維等各種材料以及化工原料等物質(zhì)性的產(chǎn)品，形成龐大的生物化工生產(chǎn)體系，這是其他可

7、再生能源和新能源不可能做到的；5.生物燃料的“可循環(huán)性”和“環(huán)保性”： 生物燃料是在農(nóng)林和城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物的無害化和資源化過程中生產(chǎn)出來的產(chǎn)品；生物燃料的全部生命物質(zhì)均能進(jìn)入地球的生物學(xué)循環(huán)，連釋放的二氧化碳也會重新被植物吸收而參與地球的循環(huán)，做到零排放。物質(zhì)上的永續(xù)性、資源上的可循環(huán)性是一種現(xiàn)代的先進(jìn)生產(chǎn)模式；6.生物燃料的“帶動性”： 生物燃料可以拓展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，帶動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加農(nóng)民收入；還能促進(jìn)制造業(yè)、建筑業(yè)、汽車等行業(yè)發(fā)展；7.生物燃料具有對原油價格的“抑制性”等等。 生物質(zhì)能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。根據(jù)生物學(xué)家估算,地球陸地每年生產(chǎn)10001250億噸生物質(zhì)

8、;海洋年生產(chǎn)500億噸生物質(zhì)。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全世界總能源需求量,相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。我國可開發(fā)為能源的生物質(zhì)資源到2010年可達(dá)3億噸。隨著農(nóng)林業(yè)的發(fā)展,特別是炭薪林的推廣,生物質(zhì)資源還將越來越多。 （三）生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀、利用技術(shù)（從國外、國內(nèi)兩方面）國外生物質(zhì)能發(fā)展現(xiàn)狀：國外的生物質(zhì)能技術(shù)和裝置多已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用程度，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營，以美國、瑞典和奧地利三國為例，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源利用已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模，分別占該國一次能源消耗量的4、16和10。在美國，生物質(zhì)能發(fā)電的總裝機(jī)容量已超過10000兆瓦，單機(jī)容量達(dá)1025兆瓦；美國紐約的斯塔藤垃圾處理站投資2

9、000萬美元，采用濕法處理垃圾，回收沼氣，用于發(fā)電，同時生產(chǎn)肥料。巴西是乙醇燃料開發(fā)應(yīng)用最有特色的國家，實施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計劃，目前乙醇燃料已占該國汽車燃料消費量的50以上。美國開發(fā)出利用纖維素廢料生產(chǎn)酒精的技術(shù)，建立了1兆瓦的稻殼發(fā)電示范工程，年產(chǎn)酒精2500噸。主要的利用技術(shù)：1）沼氣技術(shù)：此技術(shù)主要是利用厭氧法處理禽畜糞便和高濃度有機(jī)廢水，是發(fā)展較早的生物質(zhì)能利用技術(shù)。20世紀(jì)80年代以前，發(fā)展中國家主要發(fā)展沼氣池技術(shù)，以農(nóng)作物秸稈和禽畜糞便為原料生產(chǎn)沼氣作為生活燃料。發(fā)達(dá)國家一直以來則主要發(fā)展厭氧技術(shù)，以處理禽畜糞便、垃圾和高濃度有機(jī)廢水。目前，印度、菲律賓、泰國等發(fā)展中國

10、家也建設(shè)了處理禽畜糞便的大中型沼氣應(yīng)用示范工程。2）熱裂解氣化技術(shù)：早在20世紀(jì)70年代，美國、日本、加拿大、歐共體等發(fā)達(dá)國家就開始了對生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)的研究與開發(fā)。其中，流化床氣化技術(shù)由于具有床內(nèi)氣固接觸均勻、反應(yīng)面積大、反應(yīng)溫度均勻、氣化強(qiáng)度大等優(yōu)點，從1975年以來一直是科學(xué)家們關(guān)注的熱點。3）液體燃料技術(shù)：生物質(zhì)液體燃料開發(fā)是一項備受關(guān)注的技術(shù)，因為生物質(zhì)液體燃料包括燃料乙醇、生物質(zhì)液化油、生物柴油等，可以作為清潔燃料直接代替汽油等石油燃料。4）壓縮技術(shù)：生物質(zhì)壓縮技術(shù)可將固體農(nóng)林廢棄物壓縮成型，制成可代替煤炭的壓塊燃料。成型燃料主要應(yīng)用于二個方面：一是進(jìn)一步炭化加工制成木炭棒或木

11、炭塊，作為民用燒栲木炭或工業(yè)用木炭原料；二是作為燃料直接燃燒，用于家庭或曖房取曖用燃料。國內(nèi)生物質(zhì)能發(fā)展現(xiàn)狀：國家科委已連續(xù)在三個國家五年計劃中將生物質(zhì)能技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點研究項目。在此背景下，涌現(xiàn)出了一大批優(yōu)秀的科研成果：2006年底全國已經(jīng)建設(shè)農(nóng)村戶用沼氣池1870萬口，生活污水凈化沼氣池14萬處，畜禽養(yǎng)殖場和工業(yè)廢水沼氣工程2,000多處，年產(chǎn)沼氣約90億立方米，為近8000萬農(nóng)村人口提供了優(yōu)質(zhì)生活燃料；中國已經(jīng)開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃?xì)狻?006年用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800多臺，村鎮(zhèn)級秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)近600處，年生產(chǎn)生物質(zhì)燃

12、氣2,000萬立方米。主要利用技術(shù)： 1）沼氣技術(shù)：此技術(shù)是中國發(fā)展最早、較為普遍的生物質(zhì)能源利用技術(shù)。20世紀(jì)70年代，中國為解決農(nóng)村能源短缺的問題，曾大力開發(fā)和推廣戶用沼氣池技術(shù)。在“九五”期間，應(yīng)用于處理高濃度有機(jī)廢水和城市垃圾的高效厭氧技術(shù)被列為科技攻關(guān)重點項目，現(xiàn)已取得預(yù)期的進(jìn)展。至今，中國已建成大中型沼氣池3萬多個，總?cè)莘e超過137萬m3，年產(chǎn)沼氣5 500萬m3，僅100 m3以上規(guī)模的沼氣工程就達(dá)630多處。2）生物質(zhì)氣化技術(shù)：中國生物質(zhì)氣化技術(shù)近年有了長足的發(fā)展。氣化爐的形式從傳統(tǒng)上吸式、下吸式發(fā)展到先進(jìn)的快速流化床和雙床系統(tǒng)等，應(yīng)用上除了傳統(tǒng)的供熱之外，在農(nóng)村家庭供氣和氣化

13、發(fā)電上也取得了重大突破。目前全國已建成農(nóng)村氣化站200多個，谷殼氣化發(fā)電機(jī)組100多臺套，氣化利用技術(shù)的影響正在逐漸擴(kuò)大。3）固體和液體燃料技術(shù)：利用纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術(shù)的探索與研究，主要研究纖維素廢棄物的稀酸水解及其發(fā)酵技術(shù)。此外，還重點對生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)進(jìn)行了科技攻關(guān)，引進(jìn)國外先進(jìn)機(jī)型，經(jīng)消化、吸收，研制出各種類型的適合國情的生物質(zhì)壓縮成型機(jī)，用以生產(chǎn)棒狀、塊狀或顆粒狀生物質(zhì)成型燃料?！笆濉逼陂g，中國對植物油和生物質(zhì)裂解油等代用燃料進(jìn)行了初步試驗研究，包括植物油理化特性、酯化改性工藝和柴油機(jī)燃燒性能等。盡管今年來取得了一些成就，在我國現(xiàn)實的社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，還存在一些消極因素制約

14、著生物質(zhì)能的發(fā)展和應(yīng)用：1.市場環(huán)境和保障機(jī)制不夠完善資源評價、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品檢測和認(rèn)證等體系不完善；2.資源分散，收集手段落后，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢；3.利用裝備技術(shù)含量低；4.缺乏專門扶持生物質(zhì)能源發(fā)展，鼓勵生產(chǎn)和消費生物質(zhì)能源的政策；5.生物質(zhì)能源與農(nóng)業(yè)、林業(yè)在資源使用上不協(xié)調(diào)等等。（四）我國生物質(zhì)能發(fā)展前景、研究方向 生物質(zhì)能高新轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅能夠大大加快村鎮(zhèn)居民實現(xiàn)能源現(xiàn)代化進(jìn)程，滿足農(nóng)民富裕后對優(yōu)質(zhì)能源的迫切需求，同時也可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。由于中國地廣人多，常規(guī)能源不可能完全滿足廣大農(nóng)村日益增長的需求，而且由于國際上正在制定各種有關(guān)環(huán)境問題的公約，限制二氧化碳等溫室氣體排放，

15、這對以煤炭為主的我國是很不利的。因此，立足于農(nóng)村現(xiàn)有的生物質(zhì)資源，研究新型轉(zhuǎn)換技術(shù)，開發(fā)新型裝備既是農(nóng)村發(fā)展的迫切需要，又是減少排放、保護(hù)環(huán)境、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。今后生物質(zhì)能的發(fā)展可重點考慮直接燃燒（生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式）、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑：1） 當(dāng)前改造熱效率僅為10%左右的傳統(tǒng)燒柴灶，推廣效率可達(dá)20%-30%的節(jié)柴灶這種技術(shù)簡單、易于推廣、效益明顯的節(jié)能措施，被國家列為農(nóng)村新能源建設(shè)的重點任務(wù)之一；2） 生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換：在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)

16、的技術(shù)；3） 生物質(zhì)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換：包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。沼氣轉(zhuǎn)化是有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣、乙醇轉(zhuǎn)換是利用糖質(zhì)、淀粉和纖維素等原料經(jīng)發(fā)酵制成乙醇。 此外，在不斷突破、優(yōu)化現(xiàn)有利用技術(shù)同時，還可以利用生物質(zhì)能特有的優(yōu)勢創(chuàng)新，如生物質(zhì)能的新利用脂肪燃料快艇：貝修恩利用人類脂肪轉(zhuǎn)化成的生物燃料作為“地球競賽號”的動力來源，將百分之百采用生物燃料完成一次環(huán)游世界的環(huán)保之旅。（五）生物質(zhì)能開發(fā)與利用的意義 生物質(zhì)能的載體是有機(jī)物，所以這種能源是以實物的形式存在的，是唯一一種可儲存和可運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?。而且它分布最廣, 不受

17、天氣和自然條件的限制，只要有生命的地方即有生物質(zhì)存在。從利用方式上看，生物質(zhì)能與煤、石油內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性相似，可以采用相同或相近的技術(shù)進(jìn)行處理和利用，利用技術(shù)的開發(fā)與推廣難度比較低。另外，生物質(zhì)可以通過一定的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，除了轉(zhuǎn)化為電力外，還可生成油料、燃?xì)饣蚬腆w燃料，直接應(yīng)用于汽車等運(yùn)輸機(jī)械或用于柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐等常規(guī)熱力設(shè)備，幾乎可以應(yīng)用于目前人類工業(yè)生產(chǎn)或社會生活的各個方面，所以在所有新能源中，生物質(zhì)能與現(xiàn)代的工業(yè)化技術(shù)和目前的現(xiàn)代化生活有最大的兼容性，它在不必對已有的工業(yè)技術(shù)做任何改進(jìn)的前提下即可以替代常規(guī)能源，對常規(guī)能源有很大的替代能力，這些都是今后生物質(zhì)能發(fā)揮重要作用的依據(jù)。我國是一個人口大國，又是一個經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的國家，21世紀(jì)將面臨著經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。生物質(zhì)能高新轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅能夠大大加快村鎮(zhèn)居民實現(xiàn)能源現(xiàn)代化進(jìn)程，滿足農(nóng)民富裕后對優(yōu)質(zhì)能源的迫切需求，同時也可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。作為唯一的一種可再生的碳源，生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。有關(guān)專家估計，生物質(zhì)能極有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分，到下世紀(jì)中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占