生物质能源应用前景分析

生物质能源应用前景分析SeminarIBEU内容生物质能源定义与范畴；中国能源需求预测；生物质能源特点；生物质能源经济评价；生物质能源与现有能源结构比较；BEUBEU定义与范畴•生物质能源能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。•包括：木材、农作物（秸杆、稻草、麦杆、豆杆、棉花杆、谷壳等）、杂草、藻类、有机废弃物等。•海洋生物质不在讨论之内。BEUBEU能源问题与中国能源需求预测•能源versus经济可持续发展•能源危机的理解•能源危机可能应对的措施•能源开发利用的经济性评价指标－EROI指数EROI:能源回报投资比。EROI随着原油品质下降，环境立法日趋严格，下降比较快，1930sEROI:100:1;2000年:17:1.中国能源短缺：2001年，进口石油6000万吨，2020年，将达到石油总耗量的1/2，进口石油不能保证能源安全。BEUBEU生物质能源特点•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；•理论上不产生GHG，低含量的N，S化合物，可以大量减少NOx，SOx等有毒气体排放，被称为“绿色石油”；•兼容性最好，同时是唯一的可储存和运输的可再生能源。BEUCO2以及SOx、NOx减少排放•每利用一万吨椐杆代替燃煤，可以减少CO2排放１.4万t，SO240t，烟尘100t．BiomassConversions0102030405060708090100简单燃用生物质锅炉汽化燃烧锅炉生物质IGCCProcessesDesignEff&CO2reductionrate效率(%)CO2RRate(%)BEU生物质转化工艺项目经济评价模型•采用成本-效果法计算•公式：•C---单位成本；•CF---初始投资；•CRF---资金回收因子；•COM---年运行和维护费；•CRM---年原料费用；•NQ---年产品量。QRMOMRFFNCCCCC•采用经济净现值（ENPV）估算：•式中：•Bt---t年以影子价格计算的项目收益；•Ct---t年以影子价格计算的项目支出；•re---经济贴现率；•T---项目的经济寿命。)1/()(0TtettrCBENPVBEU生物质能源经济性分析•生物质能源利用的经济性直接同生物质转化利用的过程相关。•生物质转化利用的过程主要有：1生物质气化;2生物质氢气、合成气，甲醇，热电联产；3生物质乙醇；4生物质油.BEU生物质汽化供热个例分析200户规模集中供气系统初始投资和年运行费用费用类别估计值/万元所占比例%初始投资其中土地费土建费机组设备以及安装气柜管网及附件其他39.810.846.411.3127.621.651001.814.425.427.017.13.7年运行费用2.93平均用户投资0.233燃气价格（元/m3）0.211$/GJ5.00BEU生物质汽化发电-规模与发电机选择生物质DirectCombustion内燃机电能生物质IGCC燃气轮机电能生物质蒸汽轮机电能IGCCη=10-15％η=３０-３5％η=３５-４５％规模200KW200KW规模1MW1MW规模BEU生物质发电经济性分析研究发展状况：美国；总生物质发电量：6GW.美国，英国、芬兰：筹建6-60MWBIGCC示范工程。BEU国内学者对生物质发电的经济评估基本假定：生物质原料价格：110-120￥/T,1$/GJ。工人工资：6,000￥/人·年以煤IGCC发电：15000KW：0.197￥/KW·h。电价超过0.5￥/KW·h，值得投资。国内：60KW,160KW,200KW，中型：600KW，800KW,1000KW大型：没有生物质与柴油发电的比较00.10.20.30.40.50.60.70.80.905000100001500020000规模（KW)电价（￥/KW·h）生物质柴油BEU生物质发电主要技术障碍之一---燃气除焦技术电机要求焦油含量：0.02-0.05g/m3；H215%汽化后焦油含量：2-50g/m3；除焦技术：1燃气高温过滤；2水洗除焦；3静电除焦；4热裂解法,温度过高，产生NOx;5催化裂解法，最理想，技术不成熟。BEU生物质制氢经济分析H2Price02468101214SMRCGNCPOBGprocessesdesignhydrogenprice($/GJ)生物质制氢与其它化石资源制氢技术的经济性比较:SMR:6.26$/GJ；Coalgas:11.57$/GJ；NCPO:9.87$/GJ；Biomassgas:10.03$/GJDatasource:DOENRELReport.2002BEU生物质甲醇、氢气以及发电工艺过程BEU经济评价的结果•基本假设：•生物质原料价格：US$2/GJ，400MWth•结果：H2生产成本8-11US$/GJ，•Methanol:9-12US$/GJCurrentgasolinebasedEnergyprice:4-6US$/GJPrediction:resourcecostreduction，scalingup，processoptimization，targetachievable:5-7US$/GJ---competitive.BEU生物质乙醇工艺•传统成熟工艺---采用糖类，粮食类作物发酵法制备乙醇，60%价格---成本•传统经济项目的评价:成本为汽油的1.5-2倍左右，6-12$/GJ.原料:蔗糖，木薯，甜菜，甜高粱，玉米，小麦，稻谷等。BEU非粮食类生物质酶水解乙醇经济预测生物质酶水解制乙醇经济预测00.20.40.60.811.21.41.61.8Current2010年2030年timeEthanolPrice($/gallon)生物质油－技术R&D阶段生物质热裂解是生物质在完全缺氧和有限氧的条件下,热降解为液体生物油、可燃气体和固体生物质碳三个组分。现在主要集中在研究和示范阶段，商业运作的几乎没有。生物质热裂解液化生产工艺的研发情况主持研究机构国家技术规模（kg/h）现状CastleCapital加拿大烧蚀管2000停用Dynamotive加拿大流化床1500设计Interchem美国烧蚀涡流床13601994废弃RedArrow/Ensyn美国循环传输床1250运行ENEL/Ensyn意大利循环传输床625运行BTG/Kara荷兰旋转锥200运行BTG/AU荷兰/中国旋转锥50运行UniversityofHamburg德国流化床50运行UniversityofLaval加拿大真空移动床50运行VTT/Ensyn芬兰循环传输床20运行INETI葡萄牙流化床5运行BEU生物质能源与现有化石能源比较024681012能源价格($/GJ)生物质燃气生物质电能石油能源生物质乙醇生物质柴油工艺类型生物质能源与石油能源比较低可能价格可能价格高可能价格BEU结论：种植燃油-加速碳循环---解决能源危机的可能之路BEU附录：能量换算1EJ=1015J，1quad=1quadrillionBtu=1.055EJ1GJ=109J，1mmBtu~1GJ1Btu=1.055J1tce=29.3MJ