《清潔能源概論》生物質(zhì)能

生物質(zhì)資源生物質(zhì)是指由光合作用而產(chǎn)生的有機(jī)體。光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在生物質(zhì)中。1生物質(zhì)資源生物質(zhì)資源包括〔1〕農(nóng)作物：產(chǎn)生淀粉的玉米，甘薯。產(chǎn)生糖類的甘蔗，甜菜，果實〔2〕林作物：白楊〔3〕水生藻類：海帶〔4〕光合成微生物類：硫細(xì)菌，非硫細(xì)菌〔5〕其他類：農(nóng)產(chǎn)品廢棄物〔稻秸，谷殼〕，城市垃圾，林業(yè)廢棄物，畜業(yè)廢棄物〔排泄物〕2Contents生物質(zhì)能的定義與范疇1生物質(zhì)資源特點和狀況2生物質(zhì)能利用3生物質(zhì)能展望43生物質(zhì)能的定義與范疇4生物質(zhì)能的定義與范疇生物質(zhì)能源能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(zhì)形式固定下來的能源。5生物質(zhì)能的定義與范疇光合作用：綠色植物通過葉綠體，利用可見光中的光能，把二氧化碳和水合成為儲存能量的糖類〔通常指葡萄糖〕，并且釋放出氧氣的過程。光合作用的反響式：6CO2+6H2O光能葉綠體C6H12O6+6O2糖〔單糖)淀粉〔多糖〕纖維素〔糖聚合物〕6生物質(zhì)能的定義與范疇CO2人類需要的能生物質(zhì)的產(chǎn)生和利用循環(huán)H2O太陽能C6H12O6燃燒、分解、氣化。。。7碳循環(huán)

生物質(zhì)能的定義與范疇人類最重要的間接利用太陽能的方式氧循環(huán)

生物質(zhì)利用：太陽能驅(qū)動的碳、氫、氧循環(huán)氫循環(huán)

8生物質(zhì)能的定義與范疇生物質(zhì)包括：糖類〔甘蔗、甜菜〕；淀粉類〔土豆、玉米〕；纖維類〔木材、農(nóng)作物秸桿、雜草〕等。9生物質(zhì)能的定義與范疇生物質(zhì)的化學(xué)組成C49%H6.5%ON

40%2.0%Ash2.5%10生物質(zhì)資源特點和狀況11生物質(zhì)資源特點和狀況地球上每年生物質(zhì)能總量約1400-1800億噸(干重〕，相當(dāng)于目前每年總能耗的10倍。總量大12生物質(zhì)資源特點和狀況通過碳、氫、氧循環(huán)利用太陽能的過程，理論上不產(chǎn)生溫室氣體，低含量的N，S化合物，可以大量減少SOx等有毒氣體排放，被稱為“綠色石油”。

每利用一萬噸椐桿代替燃煤，可以減少CO2排放１.4t，SO240t，煙塵100t。低污染13我國可利用的生物質(zhì)資源量：1.農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約7億噸2.林業(yè)及木材加工廢棄物年產(chǎn)量約9億噸3.畜禽養(yǎng)殖和工業(yè)有機(jī)廢水年產(chǎn)沼氣資源量約800億立方米4.城市生活垃圾年產(chǎn)生量約1.2億噸

生物質(zhì)資源特點和狀況分布廣14生物質(zhì)能利用15生物質(zhì)能利用生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化〔油、氣〕〔高溫分解、氣化〕生物化學(xué)轉(zhuǎn)化〔沼氣、酒精〕直接燃燒能源轉(zhuǎn)換過程16直接燃燒17生物質(zhì)能利用—直接燃燒熱效率低于20%lossloss18生物質(zhì)能利用—直接燃燒炕：熱效率20-30%19生物質(zhì)能利用—直接燃燒－發(fā)電秸稈直接燃燒發(fā)電垃圾直接燃燒發(fā)電20生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電熱效率可達(dá)90%;生物質(zhì)能凈轉(zhuǎn)化效率～40％21生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電每兩噸秸稈的熱值相當(dāng)于一噸煤，平均含硫量只有3．8‰，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤1％的平均含硫量。

丹麥:已建立了130多家秸稈生物發(fā)電廠。秸稈發(fā)電等可再生能源占到全國能源消費量的24％以上。

1：1.4能源草秸稈22河北晉州：兩臺秸稈直燃鍋爐〔華光股份生產(chǎn)，2臺75t/h〕。江蘇如東：25MW生物質(zhì)發(fā)電工程。江蘇宿遷和句容：每個工程的裝機(jī)容量為2.4萬千瓦(完全采用我國自主研發(fā)設(shè)計和制造的秸稈直燃鍋爐技術(shù)〕。生物質(zhì)與煤混合燃燒效果最正確生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電截至2006年，我國已經(jīng)有100多個縣市已經(jīng)開始投建或簽訂秸稈發(fā)電工程23生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電2005年，我國首個秸稈與煤粉混燒發(fā)電工程在棗莊十里泉發(fā)電廠竣工投產(chǎn):引進(jìn)了丹麥BWE公司的技術(shù)設(shè)備，對1臺14萬千瓦機(jī)組的鍋爐燃燒器進(jìn)行了秸稈混燒技術(shù)改造。十里泉電廠24生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電生活垃圾燃燒后，質(zhì)量只有燃燒前的10%，體積最多只有1/4。西方興旺國家大都建有垃圾發(fā)電廠，美國在20世紀(jì)80年代興建了90座垃圾燃燒廠，90年代又建了近400座發(fā)電廠，垃圾燃燒率達(dá)40％；日本垃圾電站有131座。25生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電垃圾電站26生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電浦東御橋工業(yè)區(qū)：國內(nèi)第一座日處理千噸以上的大型現(xiàn)代化生活垃圾發(fā)電廠，每天可處理120－150萬城市居民產(chǎn)生的生活垃圾〔約1000噸〕。我國目前規(guī)模最大的垃圾燃燒廠——上海江橋生活垃圾燃燒廠，每天處理垃圾2000噸。截至2006年，我國已經(jīng)建成有100多個日處理量在200噸以上的燃燒裝置。27目前全球有垃圾電站近1000座，預(yù)計未來三年內(nèi)，將超過3000座。生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電28垃圾發(fā)電平均上網(wǎng)電價為０．５４元／千瓦時，發(fā)電本錢為０．５元／千瓦時。火力發(fā)電本錢僅為０．２元／千瓦時，水力發(fā)電的運營本錢僅為０．０３／千瓦時－０．０５元／千瓦時。相比之下，垃圾發(fā)電本錢是相當(dāng)高的，沒有任何競爭優(yōu)勢。

生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電29熱化學(xué)轉(zhuǎn)化30生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化氣化液化轉(zhuǎn)脂反響31生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化-氣化生物質(zhì)氣化是在高溫條件下，利用局部氧化法，使有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w的過程，產(chǎn)物為CO、H2、CH4等可燃性氣體。生物質(zhì)氣化供熱供氣發(fā)電32用作鍋爐的燃料燃燒生產(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機(jī)發(fā)電。這種方式對氣體要求不很嚴(yán)格，直接在鍋爐內(nèi)燃燒氣化氣。效率低。在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種利用方式要求氣化壓力在10－30個大氣壓，有灰塵、雜質(zhì)等污染的問題。在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種方式應(yīng)用廣泛，而且效率較高。但該種方式對氣體要求嚴(yán)格，氣化氣必須凈化及冷卻。生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化-氣化發(fā)電氣化發(fā)電的三種方式33生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化-氣化發(fā)電我國當(dāng)前情況下，如果生物質(zhì)收集范圍大于50km，氣化發(fā)電價格就會大于電網(wǎng)價格〔約0·55元/度〕，而失掉經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢；小于50km，燃料缺乏。氣化技術(shù)障礙燃?xì)獬闺姍C(jī)要求焦油含量：3；H2<15%而汽化后焦油含量：2-50g/m334農(nóng)村生物質(zhì)生態(tài)循環(huán)型利用系統(tǒng)生物質(zhì)能研究中心關(guān)鍵35生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—液化熱解液化〔不需催化劑，650～800℃,原料需枯燥〕生物油〔70％〕和氣體快速熱解生物油〔80～85％〕和焦炭慢速熱解高加熱速率〔102-104K/s〕產(chǎn)物停留時間〔0.2-3s〕干餾：木炭36生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—液化旋轉(zhuǎn)錐反響器oil37生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—液化38生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—液化2.加壓液化〔需催化劑,300～350℃，原料不需枯燥〕12-20MPa停留時間：30min加水油〔含水〕39生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—液化尚處于研究階段40生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—生物柴油用熱化學(xué)法生產(chǎn):動物和植物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇，在酸或者堿性催化劑和高溫(230～250℃)下進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反響，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯，再經(jīng)洗滌枯燥即得生物柴油。BiodieselVegetableOil脂肪酸乙醇甘油41生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—生物柴油42生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—生物柴油1、僅需要對柴油機(jī)進(jìn)行微小的改造甚至不需要改造。2、可以采用現(xiàn)有的柴油運輸、銷售網(wǎng)絡(luò)。3、從全生命周期來看不產(chǎn)生CO2排放。生物柴油替代柴油的優(yōu)勢43生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—生物柴油普通柴油價格（2006年11月數(shù)據(jù)）3500元／噸生物柴油價格（植物油3000元／噸）3750－4285元／噸生物柴油價格（植物油5000元／噸）6250－7140元／噸植物油本錢高，占總本錢的70％至80％現(xiàn)在：5000元/噸〔植物油〕7000元/噸〔柴油〕44生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—生物柴油歐洲：生物柴油使用最多，份額已占到成品油市場的5%；原料主要為菜籽油。

原料來源美國：大豆油；已開始通過基因工程方法研究高油含量的植物。日本：工業(yè)廢油和廢煎炸油。

棉籽油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等45生物質(zhì)能利用-熱化學(xué)轉(zhuǎn)化—生物柴油我國：地溝油是目前主要原料，麻風(fēng)樹、黃連木等油料作物有望大面積種植。地溝油。。。麻風(fēng)樹黃連木46生物化學(xué)轉(zhuǎn)化47發(fā)酵厭氧消化生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化48生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－發(fā)酵發(fā)酵催化酶糖發(fā)酵生物質(zhì)醇49乙醇汽車50生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－發(fā)酵1、糖類：甘蔗、甜菜等糖類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成乙醇相對容易，但原料本錢高〔60%價格〕。2、淀粉類：淀粉類生物質(zhì)〔玉米、高粱、木薯〕需要先水解成糖類。3、木質(zhì)纖維類：木材、草等預(yù)處理更復(fù)雜，需要經(jīng)過幾種酸的水解才能變成糖。原料51生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－發(fā)酵陳化糧作為燃料乙醇生產(chǎn)原料木薯、紅薯、甘蔗、甜高粱等非口糧〔小麥、稻谷〕農(nóng)作物纖維質(zhì)：桔桿、農(nóng)林廢棄物、工業(yè)纖維廢渣

原料開展趨勢52最新進(jìn)展美國馬薩諸塞大學(xué)的化學(xué)工程師GeorgeHuber找到一種有效的方法，成功地讓柳枝稷、白楊樹等植物的木質(zhì)纖維素〔即固態(tài)生物質(zhì)能〕轉(zhuǎn)化為“綠色汽油”。這是首次實現(xiàn)植物纖維素到汽油組分的直接轉(zhuǎn)變。生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－發(fā)酵53生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－厭氧消化生物質(zhì)細(xì)菌絕氧分解沼氣〔60％甲烷，30～40％CO2〕大棚沼氣發(fā)電機(jī)54生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－厭氧消化55生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－厭氧消化原料1、人、畜排泄物56生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－厭氧消化沼液、沼渣沼氣照明做飯沼氣燈提高棚溫增施氣肥豬蔬菜沼氣池糞便殘葉57BiogasdigesterComponent：Lavatory、Pighouse、biogasdigester、greenhouseFunction：IntegrationofPlant、animal、biogas、solarenergy

greenhousePiglavatorybiogasco2o2biogas、fermentedsludgeSmalltypebiogasdigester58生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－厭氧消化2、垃圾原料垃圾填埋場經(jīng)過特殊設(shè)計，可增加沼氣產(chǎn)量，并且在填埋垃圾之前預(yù)先鋪設(shè)收集氣體的管道。59生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－厭氧消化60生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－厭氧消化上海南匯老港垃圾填埋場〔國內(nèi)最大的垃圾填埋場〕的沼氣收集和預(yù)處理系統(tǒng)一期工程已建成，開始實驗性發(fā)電。61生物質(zhì)能利用－生物化學(xué)轉(zhuǎn)化－厭氧消化62東灘生態(tài)農(nóng)業(yè)可再生能源與氫能應(yīng)用示范人畜糞便秸稈沼氣發(fā)電中溫?zé)煔夤岬蜏責(zé)煔庥酂崂枚逊蚀笈镎託庹景l(fā)電機(jī)科教基地秸稈氣化灰肥料氣化發(fā)電未來村莊能源系統(tǒng)展示館氫能觀光車分布式供能加氫站風(fēng)光互補(bǔ)耦合制氫肥料土壤改進(jìn)殺蟲劑沼液63生物質(zhì)能展望64生物質(zhì)能展望1、歐盟：2010年生物質(zhì)能源到達(dá)總能源消耗的7％〔現(xiàn)在已經(jīng)到達(dá)2％〕。2、美國：2010年生物質(zhì)能源到達(dá)總能源消耗的4％，2020年到達(dá)5％〔現(xiàn)在已經(jīng)到達(dá)3％〕。3、澳大利亞：2010年生物質(zhì)能源到達(dá)總能源消耗的5％。4、巴西：生物質(zhì)能源已到達(dá)總能源消耗的1/3，近50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油參和比到達(dá)20％。65生物質(zhì)能展望66生物質(zhì)能展望－中國目前生物質(zhì)能源僅占0.5－1%。中國《可再生能源中長期開展規(guī)劃》提出了到2020年中國可再生能源開發(fā)利用總量在能源供給結(jié)構(gòu)中的比重達(dá)15%的目標(biāo)，相當(dāng)于6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤〔1/6)。2020年生物質(zhì)燃料替代1000萬噸石油。中國67農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電20022002010年2020年垃圾填埋場沼氣發(fā)電20100大中型沼氣工程發(fā)電80300生物質(zhì)發(fā)電總計3002600〔萬千瓦〕生物質(zhì)能展望－中國68生物質(zhì)固體成型燃料2010年:示范點建設(shè)，全國年消費100萬噸2020年:年消費量到達(dá)5000萬噸農(nóng)村戶用沼氣2010年：110億立方米/年2020年：180億立方米/年生物質(zhì)能展望－中國69生物質(zhì)液體燃料

2020年：替代1000萬噸成品油燃料乙醇：

以甜高粱莖桿、甘蔗和木薯等為原料

2020年，年產(chǎn)1000萬噸生物柴油以麻瘋樹、油桐、黃連木、油菜籽等為原料餐飲等行業(yè)廢油回收

2020年，年產(chǎn)100萬噸生物質(zhì)能展望－中國70生