生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)展望市公開(kāi)課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)

利用技術(shù)展望10.1一定時(shí)期生物質(zhì)能仍是開(kāi)發(fā)中國(guó)家主要能源10.2生物質(zhì)燃料將部分替換石化燃料10.3生物質(zhì)發(fā)電將在未來(lái)電力結(jié)構(gòu)中佔(zhàn)有一定百分比10.4能源植物生產(chǎn)賦予農(nóng)業(yè)新內(nèi)涵10.5最新技術(shù)發(fā)展與展望第1頁(yè)第1頁(yè)10.1一定時(shí)期生物質(zhì)能仍是

開(kāi)發(fā)中國(guó)家主要能源在，世界初級(jí)能源總消費(fèi)量為10.038Gtoe，其中石油占35.0%、煤炭占23.4%、天然氣占21.2%、生物質(zhì)能占10.4%、核能占6.9%（見(jiàn)圖10.1）。第2頁(yè)第2頁(yè)圖10.1世界初級(jí)能源消費(fèi)狀況第3頁(yè)第3頁(yè)10.1一定時(shí)期生物質(zhì)能仍是

開(kāi)發(fā)中國(guó)家主要能源世界不同區(qū)域可再生能源消費(fèi)量見(jiàn)表10.1。當(dāng)前，在發(fā)達(dá)國(guó)家中生物質(zhì)能消耗量占初級(jí)能源3%；開(kāi)發(fā)中國(guó)家大約35%初級(jí)能源來(lái)自生物質(zhì)能，主要為傳統(tǒng)利用方式，80%生物質(zhì)能用於炊事。在拉丁美洲薪柴占農(nóng)村家庭生活用能20%，非洲占50%，印度占30%，不丹、柬埔寨、老撾和緬甸占80%以上。在開(kāi)發(fā)中國(guó)家，對(duì)生物質(zhì)能使用基本上不考慮它對(duì)環(huán)境影響。第4頁(yè)第4頁(yè)區(qū)域初級(jí)能源/兆噸標(biāo)準(zhǔn)油可再生能源/兆噸標(biāo)準(zhǔn)油占初級(jí)能源百分比/%占可再生能源百分比/%水能其它生物質(zhì)非洲514.3257.550.12.60.297.2南美洲449.9125.327.935.41.563.0亞洲1152.2384.133.33.93.093.1中國(guó)1155.6239.820.89.90.090.1非OECD歐洲99.28.88.946.50.752.8獨(dú)聯(lián)體944.629.63.169.00.330.7中東389.63.10.844.022.333.7OECD5332.8303.75.734.811.653.6世界10038.31351.913.516.43.779.9表10.1世界不同區(qū)域可再生能源消費(fèi)量第5頁(yè)第5頁(yè)10.1一定時(shí)期生物質(zhì)能仍是

開(kāi)發(fā)中國(guó)家主要能源生物質(zhì)能現(xiàn)代化利用技術(shù)商業(yè)化利用進(jìn)程中面臨著諸多障礙和問(wèn)題。這些障礙和問(wèn)題涉及許多原因，主要來(lái)源於資源條件、技術(shù)產(chǎn)業(yè)化條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可行性、融資環(huán)境、市場(chǎng)潛力、政府政策、公眾環(huán)保意識(shí)和消息傳播等方面（見(jiàn)圖10.2）。第6頁(yè)第6頁(yè)圖10.2生物質(zhì)能現(xiàn)代化利用技術(shù)商業(yè)化主要障礙

第7頁(yè)第7頁(yè)10.1一定時(shí)期生物質(zhì)能仍是

開(kāi)發(fā)中國(guó)家主要能源當(dāng)前，中國(guó)約有8.6億人口生活在農(nóng)村地區(qū)，自1980年以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)改革使農(nóng)村經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)數(shù)量、品種和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，具體參見(jiàn)表10.2。第8頁(yè)第8頁(yè)項(xiàng)目1991年1996年農(nóng)村能源消費(fèi)總量568.32639.62670.47726.03782.80人均標(biāo)煤/tce0.760.700.790.830.88農(nóng)村生產(chǎn)用能208.18298.93300.47311.75329.33煤炭112.59158.40160.37160.97180.64焦炭7.6414.8414.9114.8515.18成品油38.01—45.5554.4758.06電力29.2664.1864.6864.7951.15薪柴20.6216.3414.9616.6724.30農(nóng)村生活用能360.03340.69369.99414.27453.47結(jié)桿162.13119.97123.6097.57141.48薪柴103.0382.9980.52130.81114.01煤炭77.52100.99118.01137.79157.35電力11.6329.1434.4428.6424.76成品油1.334.717.5713.048.48沼氣——1.622.202.68液石化油氣——3.973.884.36天然氣——0.170.230.25煤氣——0.100.110.08表10.2第9頁(yè)第9頁(yè)10.2生物質(zhì)燃料將部分替換石化燃料10.2.1能源供應(yīng)展望儘管地質(zhì)學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家還在激烈地爭(zhēng)論石油何時(shí)開(kāi)始枯竭，但石化燃料最終將被完全耗盡卻是無(wú)可辯駁事實(shí)。下列，將分別簡(jiǎn)要分析各種能源資源和可利用狀況。1.煤炭2.石油3.天然氣4.核能第10頁(yè)第10頁(yè)10.2生物質(zhì)燃料將部分替換石化燃料10.2.2生態(tài)環(huán)境影響首先需要解釋一下溫室效應(yīng)。所謂溫室效應(yīng)是指地球大氣層一種物理特性，溫室氣體吸取紅外線輻射而影響到地球整體能量平衡。假若沒(méi)有大氣層，我們地球?qū)?huì)是一個(gè)黑體，地球表面平均溫度是非常低，約為－19℃，而不是現(xiàn)在15℃。第11頁(yè)第11頁(yè)10.2生物質(zhì)燃料將部分替換石化燃料太陽(yáng)輻射在經(jīng)過(guò)地球大氣層後，47%能量被地球表面吸取而使地球變暖，34%能量被雲(yún)彩和地表反射回去，19%能量被大氣層吸取。地表變暖後將釋放出紅外輻射，部分紅外輻射將被溫室氣體吸取和再次釋放出來(lái)，是使地球表面和大氣低層變暖原因。10.2.3能源安全問(wèn)題第12頁(yè)第12頁(yè)10.3生物質(zhì)發(fā)電將在未來(lái)

電力結(jié)構(gòu)中佔(zhàn)有一定百分比生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)主要分為燃燒發(fā)電和氣化發(fā)電兩種技術(shù)。生物質(zhì)燃燒發(fā)電（包括都市固體廢物棄發(fā)電）技術(shù)類似燃煤技術(shù)，已經(jīng)基本達(dá)到成熟階段，且風(fēng)險(xiǎn)最小，已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。氣化發(fā)電技術(shù)能獲得較高效率，當(dāng)前尚處?kù)渡虡I(yè)化早期階段，也有將氣化裝置應(yīng)用於混合燃燒中用於發(fā)電。生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)十分簡(jiǎn)單，含有很大發(fā)展?jié)摿?，並且能夠快速減少二氧化碳排放量。第13頁(yè)第13頁(yè)10.3生物質(zhì)發(fā)電將在未來(lái)

電力結(jié)構(gòu)中佔(zhàn)有一定百分比表10.3為OECD國(guó)家1990～生物質(zhì)能發(fā)電總量。表10.4列出了世界上生物質(zhì)發(fā)電量前10位國(guó)家。來(lái)源1990年1995年1998年1999年工業(yè)垃圾—929013080113291462216416可降解都市固體廢棄物—24946310323144531873333794846不可降解都市固體廢棄物—1671254844675020農(nóng)業(yè)、林業(yè)廢棄物和木炭等59479737617584081881801877962513617沼氣—61068914971612401表10.3

第14頁(yè)第14頁(yè)國(guó)家發(fā)電量/TW·h占總發(fā)電總量百分比/%美國(guó)63.51.6日本16.21.5德國(guó)9.41.7芬蘭8.712.5巴西8.52.6英國(guó)7.72.1加拿7.11.2荷蘭4.04.6澳大利亞3.71.8瑞典3.42.2表10.4

1999年生物質(zhì)發(fā)電量

第15頁(yè)第15頁(yè)能源小水電3245太陽(yáng)能光電1.111太陽(yáng)能0.42生物質(zhì)能3755地?zé)崮?14風(fēng)能17130表10.5可再生能源裝機(jī)容量預(yù)測(cè)/GW第16頁(yè)第16頁(yè)10.3生物質(zhì)發(fā)電將在未來(lái)

電力結(jié)構(gòu)中佔(zhàn)有一定百分比生物質(zhì)能發(fā)電成本取決於發(fā)電技術(shù)、燃料成本和燃料品質(zhì)。典型生物質(zhì)能電廠裝機(jī)容量小於20MW。與石化能源電廠相比，生物質(zhì)能電廠單位安裝容量資本成本和單位發(fā)電量營(yíng)業(yè)成本均較高，表10.6為生物質(zhì)電廠資本成本。第17頁(yè)第17頁(yè)國(guó)家資本成本發(fā)電技術(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源美國(guó)1,9652,102272燃燒。氣化?；旌先紵PRI和美國(guó)能源部(1997)美國(guó)800～1,500800～1,000700～900熱電聯(lián)產(chǎn)，生物質(zhì)氣、熱、電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)，汽輪機(jī)。熱電聯(lián)產(chǎn)，燃?xì)廨啓C(jī)，生物質(zhì)氣、熱、電聯(lián)產(chǎn)。能源情報(bào)局()德國(guó)4,632～7,629熱電聯(lián)產(chǎn)，木材。Nissch,J.()丹麥2,719～3,7082,101～3,214熱電聯(lián)產(chǎn)，汽輪機(jī)，木材和結(jié)桿氣化，木材。丹麥生物質(zhì)中心表10.6生物質(zhì)電廠資本成本/（美元/kW）第18頁(yè)第18頁(yè)10.4能源植物生產(chǎn)賦予農(nóng)業(yè)新內(nèi)涵能源植物包括薪炭林、草本能源作物、油料作物、製取碳?xì)浠衔镏参锖退参锏葞最悺５?9頁(yè)第19頁(yè)10.4能源植物生產(chǎn)賦予農(nóng)業(yè)新內(nèi)涵10.4.1草本能源作物能夠用來(lái)製取燃料乙醇草本能源作物包括高粱屬作物、甘蔗、耶路撒冷菜薊（artichoke）、薯類和玉米等。1. 高粱屬作物2. 甘蔗3. 木薯4. 耶路撒冷菜薊第20頁(yè)第20頁(yè)10.4能源植物生產(chǎn)賦予農(nóng)業(yè)新內(nèi)涵10.4.2油料作物油料作物分佈廣泛，種類多達(dá)千種，主要包括大戟科、蔓摩科、夾竹桃科、?？?、菊科、桃金娘科和豆科等植物。植物油幾乎不含硫，不會(huì)產(chǎn)生硫腐蝕。表10.7列出了一些植物油燃料特性。第21頁(yè)第21頁(yè)類別運(yùn)動(dòng)黏度

/（mm2/s）十六

烷值熱值

/(kJ/kg)凝固點(diǎn)/℃閃點(diǎn)/℃密度

/(kg/L)硫/%蓖麻油29737,274－31.72600.95370.01玉米油34.937.639,500－40.02770.90950.01棉籽油33.541.839,468－15.02340.91480.01海甘藍(lán)油53.644.640,482－12.22740.90440.01亞麻油27.234.639,307－15.02410.92360.01花生油39.641.839,782－6.72710.90260.01菜籽油37.037.639,709－31.72460.91150.01紅花籽油31.341.339,519－6.72600.91440.01高油酸紅41.249.139,519－20.62730.92100.02花籽油芝麻油36.540.239,349－9.42600.91330.01大荳油32.637.939,623－12.22540.91380.01向日葵油33.937.139,575－15.02740.91610.01表10.7一些植物油燃料特性

第22頁(yè)第22頁(yè)10.4能源植物生產(chǎn)賦予農(nóng)業(yè)新內(nèi)涵10.4.3製取碳?xì)浠衔镏参?0世紀(jì)70年代，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者卡爾文決定尋找也許生產(chǎn)出石油植物，從土地裏“種”出石油來(lái)。以卡爾文博士為代表研究小組足跡遍及世界各地，從尋找產(chǎn)生類似於石油成份樹(shù)種入手，集中研究了十字花科、菊科和大戟科等十幾個(gè)科大部分植物，分析了這些植物化學(xué)成份。第23頁(yè)第23頁(yè)10.4能源植物生產(chǎn)賦予農(nóng)業(yè)新內(nèi)涵經(jīng)過(guò)多年尋找，他們終於在巴西熱帶雨林裏發(fā)現(xiàn)了一種能產(chǎn)出“石油”奇樹(shù)，名為科帕伊巴樹(shù)。它是常綠喬木，品種繁多，普通可高達(dá)20～25m。每隔一年半或兩年開(kāi)採(cǎi)一次，取油辦法非常簡(jiǎn)單，只要在樹(shù)幹上鑽始終徑約5cm小孔，1～2h內(nèi)就能流出金黃色或淡黃色油狀樹(shù)液。一棵直徑在1～1.5m科帕伊巴樹(shù)，每次可產(chǎn)樹(shù)液15～20L。第24頁(yè)第24頁(yè)10.4能源植物生產(chǎn)賦予農(nóng)業(yè)新內(nèi)涵10.4.4藻類在能源植物中提煉石油最讓人鼓舞前景之一就是對(duì)藻類研究。藻類是最古老水生植物，大約二十五億年前到四億三千八百萬(wàn)年前是藻類繁榮時(shí)期。它是元古代海洋中主要生物，大量藻類在淺海底一代又一代生活，逐漸形成巨大海藻礁，又稱疊層石。第25頁(yè)第25頁(yè)10.5最新技術(shù)發(fā)展與展望當(dāng)前在生物質(zhì)燃燒技術(shù)研究主要集中在高效燃燒、熱電聯(lián)產(chǎn)、過(guò)程控制、煙氣淨(jìng)化、減少排放量與提升效率等技術(shù)領(lǐng)域；另外，對(duì)減少投資、減少運(yùn)行費(fèi)用等方面也進(jìn)行了相關(guān)研究。第26頁(yè)第26頁(yè)10.5最新技術(shù)發(fā)展與展望在熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域，出現(xiàn)了熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)，以熱電廠為熱源，採(cǎi)用溴化鋰吸取式製冷技術(shù)提供冷水進(jìn)行空調(diào)製冷，能夠節(jié)省空調(diào)製冷用電量；熱、電、氣聯(lián)產(chǎn)則是以循環(huán)流化床分離出來(lái)800～900°C灰分作為乾餾爐中熱源，用乾餾爐中新燃料析出揮發(fā)分生產(chǎn)乾餾氣。下列將簡(jiǎn)單地介紹生物燃料電池和生物製氫技術(shù)。第27頁(yè)第27頁(yè)10.5最新技術(shù)發(fā)展與展望10.5.1生物燃料電池

生物燃料電池(biofuelcell)是利用酶或者微生物組織作為催化劑，將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。它工作原理與傳統(tǒng)燃料電池存在許多共通之處，如以葡萄糖作為底物燃料電池為例，在陽(yáng)極和陰極將發(fā)生下列反應(yīng)陽(yáng)極反應(yīng)：C6