第十章生物质能源

LOGO第十一章生物质能源生物质资源生物质是地球上存在最广泛的物质，包括所有动物、植物和微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物质。这些物质所蕴藏的能量相当惊人，相当于目前世界总耗能的10倍，而目前作为能源用途的生物质仅占总产量的1%左右，潜力十分巨大。生物质能：以生物质为载体的能量，即把太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式。目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。生物质能源的概述作为新世纪的可替代能源之一，生物质能占到全世界总能耗的15%，数量相当巨大，是21世纪能源供应中最具潜力的能源。因它来自自然界，无污染，同时又是可再生能源而引起各国的重视。根据ELInsights于2010年9月发布的报告，从2010年到2015年，全球生物制造市场预计将从5729亿美元增加至6937亿美元，相当于在此期间的复合年增长率(CAGR)为3.9%。在今后几年，生物质在生物发电、生物燃料和生物产品部门应用领域将大幅增长，生物质发电的市场价值将从2010年450亿美元增加到2020年530亿美元。生物质能源利用现状世界生物质能协会主席HeinzKopetz博士表示,由于各国气候、土地利用情况不同，生物质能源生产及利用水平差别也很大。为了促进可再生能源的发展，许多国家制定了相应的发展战略和规划，明确了可再生能源发展目标。如美国、瑞典、丹麦、印度、巴西、欧洲等国已走在世界前列。国外生物质能源利用概况欧盟：2010年生物质能源达到总能源消耗的7％。美国：2010年生物质能源达到总能源消耗的4%，2020年达到5％（现在已经达到3％）。澳大利亚：2010年生物质能源达到总能源消耗的5％。巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3，近50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油参和比达到20％。凭借生物能源这张王牌，巴西政府表示有信心实现到2020年减排36%的目标。丹麦正准备在全国前5大城市，逐步减少并淘汰燃煤发电站，要求发电站进行技术改造，使用生物燃料替代煤和燃油，作为城市生产和生活的主要能源来源。印度于2004年开始了石油和农业领域的“无声革命”，制订了2011年全国运输燃料中必须添加10%乙醇的法令。我国生物质能源的开发利用现状我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤，是目前中国总能耗的4倍左右。在可收集的条件下，中国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、工业有机废渣与废水等。目前生物质能源仅占0.5－1%。中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。2010年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米。生物质能利用主要方式生物质热化学转化（油、气）（高温分解、气化）生物化学转化（沼气、酒精）直接燃烧能源转换过程生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。生物质能利用—直接燃烧热效率低于20%lossloss生物质能利用—直接燃烧炕：热效率20-30%生物质能利用—直接燃烧－发电秸秆直接燃烧发电垃圾直接燃烧发电生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电热效率可达90%;生物质能净转化效率～40％生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电每两吨秸秆的热值相当于一吨煤，平均含硫量只有3．8‰，远远低于煤1％的平均含硫量。丹麦:已建立了130多家秸秆生物发电厂。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24％以上。1：1.4能源草秸秆生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电2005年，我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在枣庄十里泉发电厂竣工投产:引进了丹麦BWE公司的技术设备，对1台14万千瓦机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造。十里泉电厂生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电生活垃圾焚烧后，质量只有焚烧前的10%，体积最多只有1/4。西方发达国家大都建有垃圾发电厂，美国在20世纪80年代兴建了90座垃圾焚烧厂，90年代又建了近400座发电厂，垃圾焚烧率达40％；日本垃圾电站有131座。生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电浦东御桥工业区：国内第一座日处理千吨以上的大型现代化生活垃圾发电厂，每天可处理120－150万城市居民产生的生活垃圾（约1000吨）。我国目前规模最大的垃圾焚烧厂——上海江桥生活垃圾焚烧厂，每天处理垃圾2000吨。截至2010年，我国已经建成有100多个日处理量在200吨以上的焚烧装置。目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将超过3000座。生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电垃圾发电平均上网电价为０．５４元／千瓦时，发电成本为０．５元／千瓦时。火力发电成本仅为０．２元／千瓦时，水力发电的运营成本仅为０．０３／千瓦时－０．０５元／千瓦时。相比之下，垃圾发电成本是相当高的，没有任何竞争优势。生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电热化学转化气化液化转脂反应生物质能利用-热化学转化-气化生物质气化是在高温条件下，利用部分氧化法，使有机物转化成可燃气体的过程，产物为CO、H2、CH4等可燃性气体。生物质气化供热供气发电用作锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对气体要求不很严格，直接在锅炉内燃烧气化气。效率低。在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。这种利用方式要求气化压力在10－30个大气压，有灰尘、杂质等污染的问题。在内燃机内燃烧带动发电机发电。这种方式应用广泛，而且效率较高。但该种方式对气体要求严格，气化气必须净化及冷却。生物质能利用-热化学转化-气化发电气化发电的三种方式生物质能利用-热化学转化—液化1.热解液化（不需催化剂，650～800℃,原料需干燥）生物油（70％）和气体快速热解生物油（80～85％）和焦炭慢速热解高加热速率（102-104K/s）产物停留时间（0.2-3s）干馏：木炭生物质能利用-热化学转化—液化生物质能利用-热化学转化—液化2.加压液化（需催化剂,300～350℃，原料不需干燥）12-20MPa停留时间：30min加水油（含水）生物质能利用-热化学转化—生物柴油生物质能利用-热化学转化—生物柴油1、仅需要对柴油机进行微小的改造甚至不需要改造。2、可以采用现有的柴油运输、销售网络。3、从全生命周期来看不产生CO2排放。生物柴油替代柴油的优势生物质能利用-热化学转化—生物柴油我国：地沟油是目前主要原料，麻风树、黄连木等油料作物有望大面积种植。麻风树黄连木发酵厌氧消化生物质能利用－生物化学转化生物质能利用－生物化学转化－发酵发酵催化酶糖发酵生物质醇生物质能利用－生物化学转化－发酵1、糖类：甘蔗、甜菜等糖类生物质转化成乙醇相对容易，但原料成本高（60%价格）。2、淀粉类：淀粉类生物质（玉米、高粱、木薯）需要先水解成糖类。3、木质纤维类：木材、草等预处理更复杂，需要经过几种酸的水解才能变成糖。原料找到一种有效的方法，成功地让柳枝稷、白杨树等植物的木质纤维素（即固态生物质能）转化为“绿色汽油”。这是首次实现植物纤维素到汽油组分的直接转变。生物质能利用－生物化学转化－发酵生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化生物质细菌绝氧分解沼气（60％甲烷，30～40％CO2）大棚沼气发电机生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化原料1、人、畜排泄物生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化沼液、沼渣沼气照明做饭沼气灯提高棚温增施气肥猪蔬菜沼气池粪便残叶生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化2、垃圾原料垃圾填埋场经过特殊设计，可增加沼气产量，并且在填埋垃圾之前预先铺设收集气体的管道。生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化上海南汇老港垃圾填埋场（国内最大的垃圾填埋场）的沼气收集和预处理系统一期工程已建成，开始实验性发电。亿吨(干重），相当于目前每年总能耗的10倍。总量大通过碳、氢、氧循环利用太阳能的过程，理论上不产生温室气体，低含量的N，S化合物，可以大量减少SOx等有毒气体排放，被称为“绿色石油”。每利用一万吨椐杆代替燃煤，可以减少CO2排放１.4t，SO240t，烟尘100t。低污染我国可利用的生