生物质能利用原理与技术---绪论

生物质能利用原理与技术刘灿西南林业大学目录•第一章总论•第二章生物质能资源与能源植物•第三章生物质直接燃烧技术•第四章厌氧过程与沼气技术•第五章生物质压缩成型燃料技术•第六章生物质气化技术•第七章生物质燃料乙醇技术•第八章生物质热裂解技术•第九章生物质制氢与间接液化技术•第十章植物油与生物柴油技术•第十一章城市有机垃圾能源1、能源：能够为人类提供某种形式能量（机械能、热能、电能、化学能等）的自然资源及其转化物。或者说是能量的来源称为能源。如太阳能、风能、化石燃料、水力等。2、能源的分类：（1）按能源的生成方式分：一次能源和二次能源（2）按能源在当代社会中的地位分：常规能源和新能源。（3）按能否再生分（对一次能源）：可再生和非再生能源。（4）按其来源分（对一次能源）：来自地球以外天体的能源：太阳能、风能、水能、生物质能来自地球内部的能源：地热能地球一其它天体的作用产生的能源：潮汐能第一章总论一能源能源分类3、能源的重要性：4、人类利用能源的历史演变•柴草时期•煤炭时期•石油时期•新能源时期二、中国能源现状、问题与对策2-1近年我国经济状况我国能源消费预测与实际上世纪我国能源消费趋势图我国资源人均占有率中国能源实际情况•一次性能源人均占有量低•能源消费随经济发展迅速增长•以煤为主的能源结构短期内难以改变•生态环境压力明显增大我国石油能源现状中国石油进口高度依赖中东高油价使中国面临严重输入通胀影响中国能源安全能源结构的不合理造成了不可挽回的环境损失能源消费煤炭能源占有率132-2中国能源存在的问题（1）人均能耗低（2）人均能源资源不足（3）能源效率低（4）以煤为主的能源结构亟待调整1）大量燃煤严重污染环境2）大量用煤导致能源效率低下3）交通运输压力巨大4）能源供应安全问题提到议事日程上来142-3中国能源发展对策能源中长期发展规划：结合“十一五”规划的编制我们已经拟定了能源中长期发展规划，这个发展规划可以概括为48个字，即：“节能优先，效率为本；煤为基础，多元发展；立足国内，开拓海外；统筹城乡，合理布局；依靠科技，创新体制；保护环境，保障安全”。在能源中长期规划中强调了要调整能源结构，加快发展核电、可再生能源和大力发展水电。中国全国人大常委会已通过了《可再生能源法》，为我国可再生能源发展提供法律保证。（1）坚持实行能源节约战略方针，（2）大力优化能源结构，（3）煤为基础，积极发展洁净煤技术，（4）大力开发利用新能源与可再生能源，（5）采取措施保证能源供应安全。15三、中国新能源与可再生能源发展前景（1）中国拥有丰富的新能源与可再生能源资源可供开发利用。（2）中国对新能源与可再生能源的需求量巨大，市场广阔。（3）中国新能源与可再生能源的发展适逢良好的市场机遇。（4）市场巨大推动力将促进中国新能源与可再生能源的发展。（5）已取得的成绩和国家对发展的高度重视。•综上所述，可以预言，在21世纪，中国的新能源与可再生能源将会有更大、更快的发展．为中国的现代化建设做出更大的贡献。163-1水电和海洋能•2010年装机容量达到2788万Kw，发电量达到1170亿kWh。法国朗斯潮汐电站外景能源与新能源利用---宋长华17法国朗斯潮汐电站示意图三峡水电站193-2风能•小型风力机市场化；加速中大型风力机设计、制造国产化进程；•发展风力发电控制和管理系统；•加强和完善风电场的规划选点和勘察设计工作，建设若干个大型风电场。•2000年和2010年全国风力发电装机容量分别达到30万—40万kW和100万—110万kw。20风力发电独立系统示意图21香港沙洲自动气象站风力发电机22风力发电图233-3太阳能•太阳能建筑、太阳热水器要形成规模化生产；降低太阳能电池成本，提高光电转换效率；•大力推广应用小功率光伏电源系统；建立分散型和集中型联网光伏示范电站。•到2010年，太阳能利用总量达到467万t标准煤。24太阳能发电图25光伏发电图26太阳能发电系统27青海太阳能发电图28住宅太阳能发电系统29太阳能发电家用系统302千瓦美国加洲太阳发电31太阳能、潮汐和核电站图323-4地热能•积极开发高温热储地区的地热资源，进一步扩大地热直接利用和发电规模，•2000年和2010年利用总量分别达到88万t标准煤和151万t标准煤。33地热发电系统34西藏年那曲地热电站3-5生物质能•生物质的广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。•生物质的狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。36生物质能发电原理图示37广洲拉圾电厂38沼气发电原理图示生物质资源按照来源可分为六大类森林能源森林能源是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，主要是薪材，也包括森林工业的一些残留物等。森林薪材来源于树木生长过程中修剪的枝桠、木材加工的边角余料以及专门提供薪材的薪炭林。农作物秸秆农作物秸秆是农业生产的副产品，也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业种植业的生产关系十分密切。禽畜粪便禽畜粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量直接燃烧外，禽畜粪便主要是作为沼气的发酵原料。中国主要的禽畜是鸡、猪和牛。生活垃圾城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商业和服务业垃圾、少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物，成分比较复杂，其构成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化影响。能源植物能源植物种类较多，例如制糖作物、油料植物等。目前国内外正在研究和已经研究利用的植物主要有三角戟、三叶橡胶树、麻疯树、汉加树、白乳木、油桐、小桐子、光皮树、油楠、油橄榄等。水生植物一些水生藻类，主要包括海洋生的马尾藻、巨藻、海带等，淡水生的布袋草、浮萍、小球藻等，水生植物转化成燃料，也是增加能源供应的方法之一。四我国生物质资源的分类不同地区农业生物质总量分布图010002000300040005000北京山西吉林江苏福建河南广东重庆云南甘肃新疆地区总量（万吨）农业生物质农业生物质能源的地理分布1不同地区林业生物质总量分布01000200030004000500060007000北京山西吉林江苏福建河南广东重庆云南甘肃新疆地区总量（万吨)林业生物质林业生物质能源的地理分布2不同地区禽畜粪类总量分布图0100020003000400050006000700080009000北京山西吉林江苏福建河南广东重庆云南甘肃新疆地区总量(万吨)禽畜粪类3禽畜粪类生物质能源的地理分布33不同省市垃圾和废水总量分布图051015202530北京山西吉林江苏福建河南广东重庆云南甘肃新疆地区总量（亿吨）省市垃圾和废水省市垃圾和废水的地理分布4生物质能源总量在我国的地理分布我国主要生物质能源不同种类比例由以上结果我们分析得：随着科学技术的进步，传统上视为无用的垃圾弃物被开发为生物质新能源。就最近几年数据统计可看出，我国的这种新能源比较丰富，尤其是省市垃圾和废水，其次是农业生物质和禽畜粪类，最后是林木生物质。由此可以说明，现阶段我们应该更加注重垃圾和废水此类生物质能源的利用，大力研发相关新技术，充分利用该类生物质能源。五生物质能源利用主要技术物理转化生物转化热量电力直接燃烧气化热化学法热解直接液化生物质燃气木炭或生物油液化油化学法间接液化直接液化甲醇、醚生物柴油水解发酵乙醇沼气技术甲烷固体燃料生物质化学转化固体燃料六国外生物质能开发利用概况美国•生物质能利用占一次能源消耗4%•生物质能发电总装机容量已超过1万MW，单机容量达10~25MW。•乙醇产量已成为仅次于巴西的燃料乙醇大国•美国，康涅狄格州，霍奇基斯生物质发电厂一家生物质发电厂，燃烧可持续采集的木片，为霍奇基斯学院及其600多名住户和85栋大楼提供供暖，供暖面积共达120万平方英尺（约11.15万平方米）。就地取材的木片是国际气候变化小组指定使用的一种碳中性燃料，为可持续管理的森林的副产品；它们每年都能取代大约15万加仑的进口石油燃料，从总体上实现减排，最显著的要数二氧化硫，减排90%以上。巴西巴西生物质能源利用约占巴西总能源中的25%。生物质能源中薪材和甘蔗占50-60%.巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，同时实施了世界上最大的规模的乙醇开发计划（原料为甘蔗和目数等）。巴西有100多家专门生产乙醇的工厂，还有230家工厂既生产乙醇又生产糖。其中年产46万t乙醇的大型厂10家，年产4万t乙醇的小型厂182家，其余为中型厂。全国有33000个加油站提供100％燃料乙醇，是世界上唯一在全国不供应纯汽油的国家。2008年巴西销售的汽车中90％以上是使用乙醇和汽油混合燃料的灵活燃料汽车80％以上的电力都是来自可持续技术，主要是水力发电（占77％）。来自生物质和水力发电厂的能源总量占巴西能源生产总量的45％[14]。欧洲•欧洲是生物质能开发利用活跃地区，新技术多，应用范围广。主要利用形式有供暖、发电和生物柴油等3种，其中以供暖为主。•1991年瑞典建成了世界第一座完全生物质气化燃气轮联合发电机组，净发电量6万MW。总销量达80%。•最新研究技术为：利用基因技术改良油菜品种，同时采用技术是的菜籽中的脂肪酸碳链由18个缩短到8个左右，以获得优质的菜籽燃油。飞机菜籽燃油菜籽燃油加气站印度•印度是沼气使用历史悠久的国家，到2008年已建沼气池450万个•印度年产薪材0.284亿吨左右，工业废弃物和农业副产品年产2.46亿吨。•近期生物质压缩成型、气化技术技术进展显著。1、沼气技术2、直接燃烧技术3、固体成型技术4、生物液体燃料七我国生物质能利用现状•早在20世纪20年代就已经开始了沼气的生产与应用。•截至2008年年底，中国已有3049万农户在使用沼气，每年产沼气113.9亿m3；•在全国建有16.4万处生活污水净化沼气池，专门处理公厕、医院等公共场所的生活污水，总池容达785万m3。1、沼气技术：•自20世纪70年代末，政府为了改善农民的生活质量，在全国729个县开展了省柴节煤炉灶炕的示范推广。•通过改进炊事炉灶，不仅提高了传统炉灶的燃烧效率(大约在20％左右)，而且也减少了室内空气污染，改善了农村生活环境。•截至2008年年底，中国农村地区已累计推广省柴节煤炉灶1.46亿户，高效低排放节能炉3342万台，节能炕2050万铺，极大缓解了农村能源短缺的紧张局面，改善了农村居民日常生活环境状况。2、直接燃烧技术•固体成型技术是利用生物质中的木质素充当黏合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物挤压成固体燃料，提高了其能源密度，相当于中等烟煤，可明显改善燃烧特性，这是生物质预处理的一种方式。•生物质固体成型燃料有颗粒、块状和棒状等形式，主要用于民用炊事取暖、商用餐饮和洗浴、工业锅炉和发电等3、固体成型技术1.总论•生物质能（biomassenergy）•概念：是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物能的物质。•形成：是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。是人类最重要的间接利用太阳能方式。•特征：是贮存的太阳能，是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。同时是唯一的可储存和运输的可再生能源。1.2生物质能的来源•柴薪，至今仍是许多发展中国家的重要能源。但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。•秸秆和牲畜粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。•制糖作物，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。•油料作物，可制作转变为生物柴油。•其它，如城市垃圾和粮食1.3生物质能的利用•生物质是人类用火以来，最早直接应用的能源。•储量大，地球上每年生物质能总量约1400-1800亿吨(干重），相当于目前每年总能耗的十倍。•生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统占有重要地位。•在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14