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1、l生物能简介l生物质能在能源系统中的地位l开发生物质能对中国的特殊意义生物能简介l生物质是讨论能源时常用的一个术语， 是指由光合作用而产生的各种有机体。 光合作用即利用空气中的二氧化碳和土 壤中的水，将吸收的太阳能转换为碳水 化合物和氧气的过程，光合作用是生命 活动中的关键过程，植物光合作用的简 单过程如下：l生物能是太阳能以化学能形式贮存在生 物中的一种能量形式，一种以生物质为 载体的能量，它直接或间接地来源于植 物的光合作用，在各种可再生能源中， 生物质是独特的，它是贮存的太阳能， 更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。l生物质所含能量的多少与下列诸因素有 密切的
2、关系：品种、生长周期、繁殖与 种值方法、收获方法、抗病抗灾性能、 日照的时间与强度、环境的温度与湿度 、雨量、土壤条件等，在太阳能直接转 换的各种过程中，光合作用是效率最低 的，光合作用的转化率约为0.5-5。l据估计温带地区植物光合作用的转化率按 全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5- 2.5，整个生物圈的平均转化率可达3-5 。生物质能潜力很大，世界上约有 250000种生物，在提供理想的环境与条件 下，光合作用的最高效率可达815%，一 般情况下平均效率为0.5%左右。l据估计地球上每年植物光合作用固定的碳 达2x1011t，含能量达3x1021J，因此每年通 过光合作用贮存在植物的枝
3、、茎、叶中的 太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍 。生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大， 仅地球上的植物，每年生产量就像当于目 前人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界 现有人口食物能量的160倍。l在世界能耗中，生物质能约占14，在 不发达地区占60以上。全世界约25亿 人的生活能源的90以上是生物质能。 生物质能的优点是燃烧容易，污染少， 灰分较低；缺点是热值及热效率低，体 积大而不易运输。直接燃烧生物质的热 效率仅为10一30。 世界各国正逐步采用如下方法利 用生物质能 l1热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气 体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工 的方法不同，分为高温干馏、热解、生
4、物质液 化等方法； 2生物化学转换法，主要指生物质在微生物 的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品； 3利用油料植物所产生的生物油； 4把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型 燃料)，以便集中利用和提高热效率。 l虽然不同国家单位面积生物质的产量差 异很大，但地球上每个国家都有某种形 式的生物质，生物质能是热能的来源， 为人类提供了基本燃料。l我国拥有丰富的生物质能资源，我国理论生物质能资源 50亿吨左右。现阶段可供利用开发的资源主要为生物质 废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机 废弃物和城市固体有机垃圾等。然而，由于农业、林业 、工业及生活方面的生物质资源状况非常复杂，缺乏相 关
5、的统计资料和数据，以及各类生物质能资源间以各种 复杂的方式相互影响，因此，生物质的消耗量是最难确 定或估计的。l近年来，我国在生物质能利用领域取得了重大进展，特 别是沼气技术，每年所生产能源己达115万吨油当量， 占农村能源的0.24；由节柴炕灶每年所节约的能量己 达52.5万吨油当量。 l生物能具备下列优点:* 提供低硫燃料；* 提供廉价能源(於某些条件下)；* 将有机物转化成燃料可减少环境公害(例 如，垃圾燃料)；* 与其他非传统性能源相比较，技术上的 难题较少。l生物能具备下列缺点:*小规模利用；*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
6、土地；*有机物的水分偏多(50%95%)。l生物能大致可以分为两类传统的和 现代的。现代生物能是指那些可以大规 模用于代替常规能源亦即矿物类固体、 液体和气体燃料的各种生物能。巴西、 瑞典、美国的生物能计划便是这类生物 能的例子。l现代生物质包括： 木质废弃物（工业性的）； 甘蔗渣（工业性的）； 城市废物； 生物燃料（包括沼气和能源型作物） 。l传统生物能主要限于发展中国家、广义来 说它包括所有小规模使用的生物能，但它 们也并不总是置于市场之外。第三世界农 村烧饭用的薪柴便是其中的典型例子。传 统生物质包括： 家庭使用的薪柴和木炭； 稻草，也包括稻壳； 其他的植物性废弃物； 动物的粪便。l世界
7、上生物质资源数量庞大，形式繁多 ，其中包括薪柴，农林作物，尤其是为 了生产能源而种植的能源作物，农业和 林业残剩物，食品加工和林产品加工的 下脚料，城市固体废弃物，生活污水和 水生植物等等（中国生物质资源主要是 农业废弃物及农林产品加工业废弃物、 薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个 方面），下面举一些例子说明：l薪柴:至今仍为許多发展中国家的重要能 源，仍需依赖柴薪来满足大部分能量需 求.不过由于日益增加薪柴的需求，将导 致林地日减，需适当规划与植林方可解 決这一问题。l农作物残渣:农作物残渣遺留於耕地上也 有水土保持与土壤肥力固化的功能，因 此，农作物残渣不可毫无限制地供作能 源转换。l牲畜
8、粪便:牲畜的粪便，经干燥可直接燃 烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理， 会产生甲烷和可供肥料使用之淤渣。若 用小型厌氧消化糟，仅需三至四头牲畜 之的粪便即能满足发展中国家中小家庭 每天能量的需要。l制糖作物: 对具有广大未利用土地的国家而言 ，如将制糖作物转化成乙醇将可成为一种极富 潛力的生物能。制糖作物最大的优点，在於可 直接发酵变成乙醇。 l水生植物: 如一些水生藻类，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。利用水生植物化成燃料也为 增加能源供应方法之一。l光合成微生物：如硫细菌、非硫细菌等 等。 l城市垃圾: 将城市垃圾直接燃烧可产生 热能,或是经过热解体
9、处理而制成燃料使 用。 l城市污水: 一般城市污水约含有0.02 0.03%固体与99%以上的水分。下水道污 泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。l生物质不同的用途使生物质有不同的价值，因此 如要统一确定生物质的经济性是十分困难，大规 模商业化应用生物质会对其他市场，如食品市场 和造纸市场产生重大影响。l在评价生物质的经济性时，必须考虑生产生物质 的成本和能源投资，所需的水和肥料以及开发利 用生物质对土地利用和人口分布形式的总体影响 等。l生物质常常最适于分散应用，如在人口密度低的 地区使用。典型的生物质能开发利用设备均比较 小。l生物质是到2020年唯一能极大地影响运输行业（ 不包括电车）燃料利
10、用状况的可再生能源，然而 ，若大规模开发利用生物质资源，必须注意保护 生物多样性，保护自然风景区和环境敏感区，同 时还要注意控制废水和废气。l生物能的开发和利用具有巨大的潜力。 下面的技术手段目前看来是最有前途： 直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能。 利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展 潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木 、糖与淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧 化的合作物、草本作物、水生植物。 生产木炭和炭。 生物质（热解）气化后用于电力生产，如集 成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机（ BIG/STIG）联合发电装置。 对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物 等进行厌氧消化，以生产
11、沼气和避免用错误 的方法处置这些物质，以免引起环境危害。l根据生物质能的作用和我国的现状，目 前重点发展的项目如下：l（1）近期优先发展项目l生物质气化供气 l生物质气化发电 l大型沼气工程 l生物质直接燃烧供热 l（2）中长期化发展项目l生物质高度气化发电项目（BIG/CC） l生物质制氢等优质燃气 l生物质热解液化制油 生物质能在能源系统中的地位l生物质是世界第四大能源，作为能源， 在人类历史上曾起过巨大的作用，在现 实生产生活中，特别是在农村地区，仍 然占有重要的地位。l目前亚洲、非洲的大多数发展中国家， 生物质能的消费量占全国能源消费总量 的40以上。l1996年中国薪柴、秸秆的消耗量
12、已达2.2亿吨标 准煤，约占全国能源消费量的14，占农村地区 能源消耗量的34，占农村生活用能的59。l其中约 有1.2亿吨标准煤的秸秆和0.8亿吨标准煤 的薪柴供农付居民及部分小城镇居民烧柴之用， 另外的0.2亿吨标准煤的生物质能则主要用于农 副 产品加工和用作小砖窑、石灰窑、陶瓷厂、 溶胶厂的燃料。l到2020年，我国小水电总发电装机容量将达到7500万 千瓦，年替代8000万吨标准煤；风力发电装机容量可 以达到4000万千瓦，年替代 3000万吨标准煤；l生物质发电装机容量达到3000万千瓦，年替代2800万 吨标准煤；生物油开发可达到年产2000万吨标准煤； 太阳能热水器总集热面积达到
13、2.7亿平方米，年替代 10000多万吨标准煤。l专家表示，如能实现上述发展目标，我国到2020年可 再生能源开发利用总量将达到3亿吨标准煤，约占届时 一次能源消费总量的10%。 l作为一种可再生的清洁能源，近年来生物质 能源的发展越来越受到国家的重视。l但总体上看，我国生物质能源发展的速度还 比较慢、发展规模也比较小，主要原因是有 观点认为生物质能源比传统化石能源成本高 、不经济。从建设社会主义新农村的高度来 看，发展生物质能源具有重大意义。 l由此可见，生物质能源仍是中国农村能源消费 中的主要组成部分。l生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源， 具有资源丰富、合碳量低的特点；加之在其生 长
14、过程中吸收大气中的CO。而成为元素的汇 。因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于 减轻温室效应和生态良性循环，而且可替代部 分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源与环 境问题的重要途径之一。l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 。l目前，国外的生物质能技术和装置多已 达到商业化应用程度，实现了规模化产 业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为 例，生物质转化为高品位能源利用已具 有相当可观
15、的规模，分别占该国一次能 源消耗量的4、16和10。l在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦 ，单机容量达10 25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处 理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气， 用于发电，同时生产肥料。l巴西是乙醇燃料开发应用 最有特色的国家，实施了世 界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国 汽车燃料消费量的50以上。l美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了1 兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。l中国政府也十分重视生物质能源的开发 和利用。自70年代以来，先后实施了一 大批生物质能利用研究项目和示范工程 ，涌现了一大批优秀的科研成
16、果和应用 范例，并在推广应用中取得了可观的社 会效益和经济效益。l到1996年底，推广省柴节煤炉灶1.7亿户 ，每年减少了数干万吨标准煤的消耗； 全国已建农村户用沼气池6O0多万个，年 产沼气16亿立方米；兴建大中型沼气工 程近600处（含工业有机废弃物沼气工程 ），使8.4万户居民用上了优质气体燃料 ；建成薪炭林540万公顷，年产薪柴约 4000万吨。l进入80年代，政府又将生物质能利用技 术的研究与应用列为重点科技攻关项目 ，开展了生物质能利用新技术的研究和 开发，使生物质能技术有了进一步提高 ，其中尤以大中型畜禽场沼气工程技术 、秸秆气化 集中供气技术和垃圾填埋发 电技术等的进展引人注目。l但是，这些技术的进步同世界先进水平相比仍 有较大的差距，特别是在技术设备的产业化和 商业化生产方面的差距更为明显。目前国外这 些技术基本上都实现了工业化生产，有的如大 中型沼气工程和垃圾填埋发电技术等已达到商 业化水平；而中国一般都处于商业化的前期， 有的还停留在示范
