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1、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
2、）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,能源结构的不合理造成了
3、不可挽回的环境损失,能源消费煤炭能源占有率,13,2-2 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,14,2-3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
4、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
5、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。,16,3-1 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,19,3-2 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,2
6、2,风力发电图,23,3-3 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,30,2 千瓦美国加洲太阳发电,31,太阳能、潮汐和核电站图,32,3-4 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
7、,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
8、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
9、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,农业生物质能源的地理分布,1,林业生物质能源的地理分布,2,3,禽畜粪类生物质能源的地理分布,3,3,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
10、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,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1025MW。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
11、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33 000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。20
12、08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，
13、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
14、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3 342万台，节能炕2 050万铺，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
15、成型技术,1.总论,生物质能（biomass energy）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
16、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，在发展中国家占40以上。,1.4 生物能的优点,提供廉价能源(某些条件下)和低硫燃料；理论上不产生GHG，低含量的N，S化合物，可以大量减少有毒气体排放，被称为“绿色石油”；被称之为CO2中性的燃料。将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如城市垃圾的集中处理)；与其它非传统性能源相
17、比较，技术上的难题较少。,1.5 生物能的缺点,植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物；单位土地面的有机物能量偏低；缺乏适合栽种植物的土地；有机物的水分偏多(50%95%)。,联合国粮农组织认为，生物质能有可能成为未来可持续能源系统的主要能源，扩大其利用是减排CO2的最重要的途径，应大规模植树造林和种植能源作物，并使生物质能从“穷人的燃料”变成高品位的现代能源。,2 生物质能的分类,林业资源农业资源 生活污水和工业有机废水 城市固体废物 畜禽粪便,3 生物质能的特点,可再生性低污染性广泛分布性生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每
18、年生产10001250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。,4 生物质能的利用技术,生物质能的利用技术大体上分为直接燃烧技术、物化转化技术、生化转化技术和植物油技术四大类，各类技术又包含了不同的子技术。,4.1 直接燃烧技术,直接燃烧大致可分四种情况：（1）炉灶燃烧；（2）锅炉燃烧；（3）垃圾焚烧；（4）固型燃料燃烧。直接燃烧烟尘大，热效率低，能源浪费大。,生物质直接燃烧利用所面临的问题主要有体积密度和能量密度低。由此造成运输、储存费用都相对较高，一般认为生物质
19、的利用半径仅为80120 km，这大大限制了生物质能的有效利用。提高生物质的体积、能量密度是生物质直接利用的重要研究方向。目前采用的主要技术有打包、制作生物质高压成型块以及制作生物质焦碳。,4.2 物化转换技术,物化转换技术包括三方面：（1）干馏技术；（2）气化制生物质燃气；（3）热解制生物质油。,生物质气化技术,是指将生物质在高温下部分氧化转化为气体燃料的热化学过程。该过程是直接向生物质通气化剂(空气、氧气或水蒸汽)，生物质在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体。生物质与煤相比，挥发分含量高，灰分含量少，固定碳含量虽少但活性却比煤的高许多。因此，生物质通过气化之后加以利用，比煤气化后再利用的效果
20、要好。,4.3 生化转换技术,生物化学转换技术主要是以厌氧消化制取沼气和特种酶技术催化制氢为主。,沼气化技术,循环经济,有机污染物,沼气技术,肥料,沼气,户用沼气,1958年，毛主席提出“要好好推广沼气”，引起全国范围内沼气建设热潮，由于技术不成熟和采取群众运动的方式，此项活动昙花一现。为缓解农村日益突出的生活用能矛盾，70年代初又开始兴办沼气，仍然没能推广。,5.1 国内利用生物质能的现状,2006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
21、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。,5.2 国外利用生物质能的现状和技术展望,生物质能是丹麦主要的可再生能源，2000年丹麦生物质能约占全国可再生能源的85%，作为世界风力机主要的供应者，其风能只占10%。法国将生物质能甲酯化后和柴油并用以替代石油德国除了大力发展风电外还十分重视利用人工沼气，对垃圾填埋场沼气加以充分利用。古巴盛产甘蔗，大量的甘蔗渣可用于燃烧发电。巴西利用甘蔗制糖残渣转化制造乙醇。美国注重玉米制取乙醇的技术应用。,6 生物质能利用的原则,生物质能应是农村的主要能源。不应把集中开采的煤分散到农村作低效、高污染的应用，而把原来高度分散的生物质能“费大力气”集中起来，作较低效率的应用。,人与自然和谐相处，这是可再生能源、尤其是生物质能利用的最高原则！,Thanks for your attention!,
