生物質能利用原理與技術緒論

1、能源：能夠為人類提供某種形式能量（機械能、熱能、電能、化學能等）的自然資源及其轉化物。或者說是能量的來源稱為能源。如太陽能、風能、化石燃料、水力等。2、能源的分類：（1）按能源的生成方式分：一次能源和二次能源（2）按能源在當代社會中的地位分：常規(guī)能源和新能源。（3）按能否再生分（對一次能源）：可再生和非再生能源。（4）按其來源分（對一次能源）：來自地球以外天體的能源：太陽能、風能、水能、生物質能來自地球內部的能源：地熱能地球一其它天體的作用產生的能源：潮汐能第一章總論一能源本文檔共86頁；當前第1頁；編輯于星期二\3點33分能源分類本文檔共86頁；當前第2頁；編輯于星期二\3點33分3、能源的重要性：本文檔共86頁；當前第3頁；編輯于星期二\3點33分4、人類利用能源的歷史演變柴草時期煤炭時期石油時期新能源時期本文檔共86頁；當前第4頁；編輯于星期二\3點33分二、中國能源現(xiàn)狀、問題與對策2-1近年我國經濟狀況本文檔共86頁；當前第5頁；編輯于星期二\3點33分我國能源消費預測與實際上世紀我國能源消費趨勢圖本文檔共86頁；當前第6頁；編輯于星期二\3點33分我國資源人均占有率

中國能源實際情況一次性能源人均占有量低能源消費隨經濟發(fā)展迅速增長以煤為主的能源結構短期內難以改變生態(tài)環(huán)境壓力明顯增大本文檔共86頁；當前第7頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第8頁；編輯于星期二\3點33分我國石油能源現(xiàn)狀本文檔共86頁；當前第9頁；編輯于星期二\3點33分能源結構的不合理造成了不可挽回的環(huán)境損失能源消費煤炭能源占有率本文檔共86頁；當前第10頁；編輯于星期二\3點33分2-2中國能源存在的問題（1）人均能耗低（2）人均能源資源不足（3）能源效率低（4）以煤為主的能源結構亟待調整1）大量燃煤嚴重污染環(huán)境2）大量用煤導致能源效率低下3）交通運輸壓力巨大4）能源供應安全問題提到議事日程上來11本文檔共86頁；當前第11頁；編輯于星期二\3點33分2-3中國能源發(fā)展對策能源中長期發(fā)展規(guī)劃：結合“十一五”規(guī)劃的編制我們已經擬定了能源中長期發(fā)展規(guī)劃，這個發(fā)展規(guī)劃可以概括為48個字，即：“節(jié)能優(yōu)先，效率為本；煤為基礎，多元發(fā)展；立足國內，開拓海外；統(tǒng)籌城鄉(xiāng)，合理布局；依靠科技，創(chuàng)新體制；保護環(huán)境，保障安全”。在能源中長期規(guī)劃中強調了要調整能源結構，加快發(fā)展核電、可再生能源和大力發(fā)展水電。中國全國人大常委會已通過了《可再生能源法》，為我國可再生能源發(fā)展提供法律保證。

（1）堅持實行能源節(jié)約戰(zhàn)略方針，（2）大力優(yōu)化能源結構，（3）煤為基礎，積極發(fā)展?jié)崈裘杭夹g，（4）大力開發(fā)利用新能源與可再生能源，（5）采取措施保證能源供應安全。12本文檔共86頁；當前第12頁；編輯于星期二\3點33分三、中國新能源與可再生能源發(fā)展前景（1）中國擁有豐富的新能源與可再生能源資源可供開發(fā)利用。（2）中國對新能源與可再生能源的需求量巨大，市場廣闊。（3）中國新能源與可再生能源的發(fā)展適逢良好的市場機遇。（4）市場巨大推動力將促進中國新能源與可再生能源的發(fā)展。（5）已取得的成績和國家對發(fā)展的高度重視。綜上所述，可以預言，在21世紀，中國的新能源與可再生能源將會有更大、更快的發(fā)展．為中國的現(xiàn)代化建設做出更大的貢獻。13本文檔共86頁；當前第13頁；編輯于星期二\3點33分3-1水電和海洋能2010年裝機容量達到2788萬Kw，發(fā)電量達到1170億kWh。法國朗斯潮汐電站外景14本文檔共86頁；當前第14頁；編輯于星期二\3點33分法國朗斯潮汐電站示意圖15能源與新能源利用---宋長華本文檔共86頁；當前第15頁；編輯于星期二\3點33分三峽水電站本文檔共86頁；當前第16頁；編輯于星期二\3點33分3-2風能小型風力機市場化；加速中大型風力機設計、制造國產化進程；發(fā)展風力發(fā)電控制和管理系統(tǒng)；加強和完善風電場的規(guī)劃選點和勘察設計工作，建設若干個大型風電場。2000年和2010年全國風力發(fā)電裝機容量分別達到30萬—40萬kW和100萬—110萬kw。17本文檔共86頁；當前第17頁；編輯于星期二\3點33分風力發(fā)電獨立系統(tǒng)示意圖18本文檔共86頁；當前第18頁；編輯于星期二\3點33分香港沙洲自動氣象站風力發(fā)電機19本文檔共86頁；當前第19頁；編輯于星期二\3點33分風力發(fā)電圖20本文檔共86頁；當前第20頁；編輯于星期二\3點33分3-3太陽能太陽能建筑、太陽熱水器要形成規(guī)?；a；降低太陽能電池成本，提高光電轉換效率；大力推廣應用小功率光伏電源系統(tǒng)；建立分散型和集中型聯(lián)網光伏示范電站。到2010年，太陽能利用總量達到467萬t標準煤。21本文檔共86頁；當前第21頁；編輯于星期二\3點33分太陽能發(fā)電圖22本文檔共86頁；當前第22頁；編輯于星期二\3點33分光伏發(fā)電圖23本文檔共86頁；當前第23頁；編輯于星期二\3點33分太陽能發(fā)電系統(tǒng)24本文檔共86頁；當前第24頁；編輯于星期二\3點33分青海太陽能發(fā)電圖25本文檔共86頁；當前第25頁；編輯于星期二\3點33分住宅太陽能發(fā)電系統(tǒng)26本文檔共86頁；當前第26頁；編輯于星期二\3點33分太陽能發(fā)電家用系統(tǒng)27本文檔共86頁；當前第27頁；編輯于星期二\3點33分2千瓦美國加洲太陽發(fā)電28本文檔共86頁；當前第28頁；編輯于星期二\3點33分太陽能、潮汐和核電站圖29本文檔共86頁；當前第29頁；編輯于星期二\3點33分3-4地熱能積極開發(fā)高溫熱儲地區(qū)的地熱資源，進一步擴大地熱直接利用和發(fā)電規(guī)模，2000年和2010年利用總量分別達到88萬t標準煤和151萬t標準煤。30本文檔共86頁；當前第30頁；編輯于星期二\3點33分地熱發(fā)電系統(tǒng)31本文檔共86頁；當前第31頁；編輯于星期二\3點33分西藏年那曲地熱電站32本文檔共86頁；當前第32頁；編輯于星期二\3點33分3-5生物質能生物質的廣義概念：生物質包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。生物質的狹義概念：生物質主要是指農林業(yè)生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素（簡稱木質素）、農產品加工業(yè)下腳料、農林廢棄物及畜牧業(yè)生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質。本文檔共86頁；當前第33頁；編輯于星期二\3點33分生物質能發(fā)電原理圖示34本文檔共86頁；當前第34頁；編輯于星期二\3點33分廣洲拉圾電廠35本文檔共86頁；當前第35頁；編輯于星期二\3點33分沼氣發(fā)電原理圖示36本文檔共86頁；當前第36頁；編輯于星期二\3點33分生物質資源按照來源可分為六大類森林能源森林能源是森林生長和林業(yè)生產過程提供的生物質能源，主要是薪材，也包括森林工業(yè)的一些殘留物等。森林薪材來源于樹木生長過程中修剪的枝椏、木材加工的邊角余料以及專門提供薪材的薪炭林。農作物秸稈農作物秸稈是農業(yè)生產的副產品，也是我國農村的傳統(tǒng)燃料。秸稈資源與農業(yè)種植業(yè)的生產關系十分密切。禽畜糞便禽畜糞便也是一種重要的生物質能源。除在牧區(qū)有少量直接燃燒外，禽畜糞便主要是作為沼氣的發(fā)酵原料。中國主要的禽畜是雞、豬和牛。生活垃圾城鎮(zhèn)生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商業(yè)和服務業(yè)垃圾、少量建筑垃圾等廢棄物所構成的混合物，成分比較復雜，其構成主要受居民生活水平、能源結構、城市建設、綠化面積以及季節(jié)變化影響。能源植物能源植物種類較多，例如制糖作物、油料植物等。目前國內外正在研究和已經研究利用的植物主要有三角戟、三葉橡膠樹、麻瘋樹、漢加樹、白乳木、油桐、小桐子、光皮樹、油楠、油橄欖等。水生植物一些水生藻類，主要包括海洋生的馬尾藻、巨藻、海帶等，淡水生的布袋草、浮萍、小球藻等，水生植物轉化成燃料，也是增加能源供應的方法之一。四我國生物質資源的分類本文檔共86頁；當前第37頁；編輯于星期二\3點33分農業(yè)生物質能源的地理分布1本文檔共86頁；當前第38頁；編輯于星期二\3點33分林業(yè)生物質能源的地理分布2本文檔共86頁；當前第39頁；編輯于星期二\3點33分3禽畜糞類生物質能源的地理分布33本文檔共86頁；當前第40頁；編輯于星期二\3點33分省市垃圾和廢水的地理分布4本文檔共86頁；當前第41頁；編輯于星期二\3點33分生物質能源總量在我國的地理分布本文檔共86頁；當前第42頁；編輯于星期二\3點33分我國主要生物質能源不同種類比例本文檔共86頁；當前第43頁；編輯于星期二\3點33分由以上結果我們分析得：隨著科學技術的進步，傳統(tǒng)上視為無用的垃圾棄物被開發(fā)為生物質新能源。就最近幾年數據統(tǒng)計可看出，我國的這種新能源比較豐富，尤其是省市垃圾和廢水，其次是農業(yè)生物質和禽畜糞類，最后是林木生物質。由此可以說明，現(xiàn)階段我們應該更加注重垃圾和廢水此類生物質能源的利用，大力研發(fā)相關新技術，充分利用該類生物質能源。本文檔共86頁；當前第44頁；編輯于星期二\3點33分五生物質能源利用主要技術物理轉化生物轉化熱量電力直接燃燒氣化熱化學法熱解直接液化生物質燃氣木炭或生物油液化油化學法間接液化直接液化甲醇、醚生物柴油水解發(fā)酵乙醇沼氣技術甲烷固體燃料生物質化學轉化固體燃料本文檔共86頁；當前第45頁；編輯于星期二\3點33分六國外生物質能開發(fā)利用概況美國生物質能利用占一次能源消耗4%生物質能發(fā)電總裝機容量已超過1萬MW，單機容量達10~25MW。乙醇產量已成為僅次于巴西的燃料乙醇大國美國，康涅狄格州，霍奇基斯生物質發(fā)電廠一家生物質發(fā)電廠，燃燒可持續(xù)采集的木片，為霍奇基斯學院及其600多名住戶和85棟大樓提供供暖，供暖面積共達120萬平方英尺（約11.15萬平方米）。就地取材的木片是國際氣候變化小組指定使用的一種碳中性燃料，為可持續(xù)管理的森林的副產品；它們每年都能取代大約15萬加侖的進口石油燃料，從總體上實現(xiàn)減排，最顯著的要數二氧化硫，減排90%以上。本文檔共86頁；當前第46頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第47頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第48頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第49頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第50頁；編輯于星期二\3點33分巴西巴西生物質能源利用約占巴西總能源中的25%。生物質能源中薪材和甘蔗占50-60%.巴西是乙醇燃料開發(fā)應用最有特色的國家，同時實施了世界上最大的規(guī)模的乙醇開發(fā)計劃（原料為甘蔗和目數等）。巴西有100多家專門生產乙醇的工廠，還有230家工廠既生產乙醇又生產糖。其中年產46萬t乙醇的大型廠10家，年產4萬t乙醇的小型廠182家，其余為中型廠。全國有33000個加油站提供100％燃料乙醇，是世界上唯一在全國不供應純汽油的國家。2008年巴西銷售的汽車中90％以上是使用乙醇和汽油混合燃料的靈活燃料汽車80％以上的電力都是來自可持續(xù)技術，主要是水力發(fā)電（占77％）。來自生物質和水力發(fā)電廠的能源總量占巴西能源生產總量的45％[14]。本文檔共86頁；當前第51頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第52頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第53頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第54頁；編輯于星期二\3點33分歐洲歐洲是生物質能開發(fā)利用活躍地區(qū)，新技術多，應用范圍廣。主要利用形式有供暖、發(fā)電和生物柴油等3種，其中以供暖為主。1991年瑞典建成了世界第一座完全生物質氣化燃氣輪聯(lián)合發(fā)電機組，凈發(fā)電量6萬MW。總銷量達80%。最新研究技術為：利用基因技術改良油菜品種，同時采用技術是的菜籽中的脂肪酸碳鏈由18個縮短到8個左右，以獲得優(yōu)質的菜籽燃油。本文檔共86頁；當前第55頁；編輯于星期二\3點33分飛機菜籽燃油菜籽燃油加氣站本文檔共86頁；當前第56頁；編輯于星期二\3點33分印度印度是沼氣使用歷史悠久的國家，到2008年已建沼氣池450萬個印度年產薪材0.284億噸左右，工業(yè)廢棄物和農業(yè)副產品年產2.46億噸。近期生物質壓縮成型、氣化技術技術進展顯著。本文檔共86頁；當前第57頁；編輯于星期二\3點33分1、沼氣技術2、直接燃燒技術3、固體成型技術4、生物液體燃料七我國生物質能利用現(xiàn)狀本文檔共86頁；當前第58頁；編輯于星期二\3點33分早在20世紀20年代就已經開始了沼氣的生產與應用。截至2008年年底，中國已有3049萬農戶在使用沼氣，每年產沼氣113.9億m3；在全國建有16.4萬處生活污水凈化沼氣池，專門處理公廁、醫(yī)院等公共場所的生活污水，總池容達785萬m3。1、沼氣技術：本文檔共86頁；當前第59頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第60頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第61頁；編輯于星期二\3點33分自20世紀70年代末，政府為了改善農民的生活質量，在全國729個縣開展了省柴節(jié)煤爐灶炕的示范推廣。通過改進炊事爐灶，不僅提高了傳統(tǒng)爐灶的燃燒效率(大約在20％左右)，而且也減少了室內空氣污染，改善了農村生活環(huán)境。截至2008年年底，中國農村地區(qū)已累計推廣省柴節(jié)煤爐灶1.46億戶，高效低排放節(jié)能爐3342萬臺，節(jié)能炕2050萬鋪，極大緩解了農村能源短缺的緊張局面，改善了農村居民日常生活環(huán)境狀況。2、直接燃燒技術本文檔共86頁；當前第62頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第63頁；編輯于星期二\3點33分本文檔共86頁；當前第64頁；編輯于星期二\3點33分固體成型技術是利用生物質中的木質素充當黏合劑，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農林廢棄物擠壓成固體燃料，提高了其能源密度，相當于中等煙煤，可明顯改善燃燒特性，這是生物質預處理的一種方式。生物質固體成型燃料有顆粒、塊狀和棒狀等形式，主要用于民用炊事取暖、商用餐飲和洗浴、工業(yè)鍋爐和發(fā)電等3、固體成型技術本文檔共86頁；當前第65頁；編輯于星期二\3點33分1.總論生物質能（biomassenergy）概念：是指有機物中除化石燃料外的所有來源于動、植物能的物質。形成：是通過綠色植物的光合作用將太陽輻射的能量以一種生物質形式固定下來的能源。是人類最重要的間接利用太陽能方式。特征：是貯存的太陽能，是一種唯一可再生的碳源，可轉化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。同時是唯一的可儲存和運輸的可再生能源。本文檔共86頁；當前第66頁；編輯于星期二\3點33分1.2生物質能的來源柴薪，至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。但由于柴薪的需求導致林地日減，應適當規(guī)劃與廣泛植林。秸稈和牲畜糞便，經干燥可直接燃燒供應熱能。若經過厭氧處理，可產生甲烷和肥料。制糖作物，制糖作物可直接發(fā)酵，轉變?yōu)橐掖肌Ｓ土献魑?，可制作轉變?yōu)樯锊裼?。其它，如城市垃圾和糧食本文檔共86頁；當前第67頁；編輯于星期二\3點33分1.3生物質能的利用生物質是人類用火以來，最早直接應用的能源。儲量大，地球上每年生物質能總量約1400-1800億噸(干重），相當于目前每年總能耗的十倍。生物質是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個能源系統(tǒng)占有重要地位。在世界能源消耗中，生物質能占總能耗的14％，在發(fā)展中國家占40％以上。本文檔共86頁；當前第68頁；編輯于星期二\3點33分1.4生物能的優(yōu)點提供廉價能源(某些條件下)和低硫燃料；理論上不產生GHG，低含量的N，S化合物，可以大量減少有毒氣體排放，被稱為“綠色石油”；被稱之為CO2中性的燃料。將有機物轉化成燃料可減少環(huán)境公害(例如城市垃圾的集中處理)；與其它非傳統(tǒng)性能源相比較，技術上的難題較少。本文檔共86頁；當前第69頁；編輯于星期二\3點33分1.5生物能的缺點植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物；單位土地面的有機物能量偏低；缺乏適合栽種植物的土地；有機物的水分偏多(50%～95%)。

本文檔共86頁；當前第70頁；編輯于星期二\3點33分聯(lián)合國糧農組織認為，生物質能有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的主要能源，擴大其利用是減排CO2的最重要的途徑，應大規(guī)模植樹造林和種植能源作物，并使生物質能從“窮人的燃料”變成高品位的現(xiàn)代能源。本文檔共86頁；當前第71頁；編輯于星期二\3點33分2生物質能的分類林業(yè)資源農業(yè)資源

生活污水和工業(yè)有機廢水

城市固體廢物

畜禽糞便

本文檔共86頁；當前第72頁；編輯于星期二\3點33分3生物質能的特點可再生性低污染性廣泛分布性生物質燃料總量十分豐富生物質能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。根據生物學家估算,地球陸地每年生產1000～1250億噸生物質;海洋年生產500億噸生物質。生物質能源的年生產量遠遠超過全世界總能源需求量,相當于目前世界總能耗的10倍。我國可開發(fā)為能源的生物質資源到2010年可達3億噸。

本文檔共86頁；當前第73頁；編輯于星期二\3點33分4生物質能的利用技術生物質能的利用技術大體上分為直接燃燒技術、物化轉化技術、生化轉化技術和植物油技術四大類，各類技術又包含了不同的子技術。本文檔共86頁；當前第74頁；編輯于星期二\3點33分4.1直接燃燒技術直接燃燒大致可分四種情況：（1）爐灶燃燒；（2）鍋爐燃燒；（3）垃圾焚燒；（4）固型燃料燃燒。直接燃燒煙塵大，熱效率低，能源浪費大。本文檔共86頁；當前第75頁；編輯于星期二\3點33分生物質直接燃燒利用所面臨的問題主要有體積密度和能量密度低。由此造成運輸、儲存費用都相對較高，一般認為生物質的利用半徑僅為80～120km，這大大限制了生物質能的有效利用。提高生物質的體積、能量密度是生物質直接利用的重要研究方向。目前采用的主要技術有打包、制作生物質高壓成型塊以及制作生物質焦碳。本文檔共86頁；當前第76頁；編輯于星期二\3點33分4.2物化轉換技術物化轉換技術包括三方面：（1）干餾技術；（2）氣化制生物質燃氣；（3）熱解制生物質油。本文檔共86頁；當前第77頁；編輯于星期二\3點33分生物質氣化技術是指將生物質在高溫下部分氧化轉化為氣體燃料的熱化學過程。該過程是直接向生物質通氣化劑(空氣、氧氣或水蒸汽)，生物質在缺氧的條件下轉變?yōu)樾》肿涌扇細怏w。生物質與煤相比，揮發(fā)分含量高，灰分含量少，固定碳含量雖少但活性卻比煤的高許多。因此，生物質通過氣化之后加以利用，比煤氣化后再利用的效果要好。本文檔共86頁；當前第78頁；編輯于星期二\3點33分4.3生化轉換技術生物化學轉換技術主要是以厭氧消化制取沼氣和特種酶技術催化制氫為主。本文檔共86頁；當前第79頁；編輯于星期二\3點3