生物质能及其应用

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1、生物质能及其应用,SX1102059李敏,1.生物质能概述,2.生物质能的特点,3.生物质能的分类,5.生物质能开发利用前景,4.生物质能的利用现状,1.概述,生物质能：所有来源于植物、动物和微生物的除矿物燃料外的可再生的物质。也就是有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。,生物质能根本上来源于植物的光合作用的太阳能。,生物质能概述,生物质能源储量 地球表面积5.1亿km2,陆地面积1.49亿km2, 海洋面积3.61亿km2 。 陆地植物每年可以固定的太阳能1.971021

2、焦，海洋植物每年可以固定9.21020焦，相当于1730亿吨有机物质碳燃烧的能量。其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。,获取生物质的途径大体上有两种情况： 一有机废弃物的回收利用。 一专门培植作为生物质来源的农林作物。此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。,生物质能概述,2.生物质能特点,1) 可再生性 生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用； 2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的

3、二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应。 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能； 4) 生物质燃料总量十分丰富,生物质能特点,2.1我国生物质能源特点,中国拥有丰富的生物质资源，理论总量有50 亿吨左右。1）秸秆等农业生物质每年农作物秸秆产量达7亿吨，可作为能源的约有3亿吨。此外，一些大型米厂每年可收集2000万吨左右的稻壳。,2）林木生物质林木生物质资源大多分布在我国的主要林区，其中西藏、四川、云南三省区的蕴藏量越占全国总量的一半。,生物质能特点,3）禽畜粪便主要来源是大牲畜和大型畜禽养殖场，集约化养殖所产生的畜禽粪便就

4、有4亿吨左右。 主要分布在河南、山东、四川、河北等养殖业和畜牧业较为发达的地区。,4）城市垃圾和废水工业有机废水排放量高达20多亿吨(不含乡镇工业)。每年城市垃圾产量不少于1.5亿吨，有机物的含量约为37.5。,我国生物质能的分布与常规能源有一定程度的互补，在一次能源蕴藏量较低的地区往往有开发生物质能的巨大潜力。,生物质能特点,生物质能特点,中国的生物质能资源结构,3.生物质能的分类,生物质能分类,依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。,1）林业资源 林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源。

5、,2）农业资源 农业生物质能资源是指农业作物；农业生产过程中的废弃物；农业加工业的废弃物等。,3）生活污水和工业有机废水 生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等。,4）城市固体废物城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。,5）畜禽粪便 畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排

6、出的粪便、尿及其与垫草的混合物。沼气就是由生物质能转换的一种可燃气体，通常可以供农家用来烧饭、照明。,生物质能分类,各种生物质能,Energy woods,Agricultural Residues,Biological fuel rods,Waste,4.生物质能的利用,生物质能利用,4.1人类能源利用史,生物质,煤炭,天然气、石油,生物质能的利用,生物质能利用,自原始农业社会，秸秆和薪柴就一直是主要的燃料，这就是传统生物质能，有时统称薪炭。 1860年，薪炭在世界能源消耗中所占比例仍高达73.8%。,随着化石燃料的大量开发利用，薪炭能源的比例逐渐下降。 1973年能源危机的爆发及矿物能源的

7、严重污染，使可再生能源，得到了国际上的广泛重视和发展。,更为广泛的生物质来源，更多的生物质能利用方式，逐渐被人类发现并普及应用。 专家估计，到21世纪中叶采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40 以上。,生物质能利用,4.2生物质能利用的形式,生物质能利用，主要是将生物质转变为可直接利用的热能、电能和可存储的燃料。 生物质的组成与化石燃料大体相同，利用方式也类似。常规能源的利用技术无需大改，即可应用于生物质能。 但生物质的种类繁多，各有不同的属性和特点，应用方式也趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。,生物质能利用,生物质能利用形式,生物质能利用,4.3生物质燃料,4.3.1

8、固体生物质燃料,1）生物质直接燃烧 2）固体成型燃料以木质素为黏合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物挤压成特定形状的固体燃料，即压缩成型。,4.3.2 气体生物质燃料,1）木煤气 可燃的生物质在高温条件下经过干燥、干馏热解、氧化还原等过程后，能产生可燃性混合气体，称为生物质燃气，俗称“木煤气” 。,2）沼气 人畜粪便、农林废弃物、有机废水等，在密封装置中利用特定微生物分解代谢，能产生可燃的混合气体，称为沼气。 主要成分是甲烷(CH4)，通常体积占60%70%。 甲烷的发热值很高，完全燃烧时仅生成CO2和H2O，并释放热能，是一种清洁燃料。 1m3 沼气的含热量相当于0.8kg标准煤。,生

9、物质能利用,4.3.3 液体生物质燃料,1）燃料乙醇 乙醇俗称酒精，进一步脱水（含量高于99.6%）再加适量的变性剂即可制成燃料乙醇。 每千克乙醇完全燃烧时能产生30MJ左右的热量，是一种优质的液体燃料。 燃料乙醇的生产成本与汽油和柴油大致相当，产生的环境污染却少得多。 经过适当加工，还可再制成乙醇汽油等用途广泛的工业燃料。,生物质能利用,2）植物油 利用含油植物的果实、叶、茎，经压榨、提取、萃取和精炼等处理得到的油料。 发热量一般可达3739MJ/kg，比柴油稍小。 单独使用或与柴油混合，植物油都可在柴油机里直接燃烧。不过直接燃烧会在汽缸中留下未烧完的碳。,3）生物柴油 来自生物质的原料油经

10、一系列加工处理制成的液体燃料。 性质与常规柴油相近，是汽油、柴油的优质代用燃料。也可按一定比例与柴油混合使用。,生物质能利用,4.4 生物质发电,生物质发电起源于1970s年代。 1988年，诞生世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。 1992年，英国第一家利用动物粪便的电厂建成。 2004年，世界生物质发电装机已达3900万千瓦，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。 2006年11月18日，我国第一个生物质能发电厂山东单县生物质能发电厂顺利完成72小时满负荷运行，正式投产。 规划到到2020年，我国生物质能发电装机达到3000万千瓦，生物液体燃料生产规模达到2000万吨，其中燃料乙醇年生产

11、能力达到1500万吨，生物柴油年生产能力达到500万吨，生物质年利用量占到一次能源消费量的4%。,生物质能利用,4.4.1 直接燃烧发电,直接燃烧发电，即直接利用处理过的生物质为燃料(而不转换) ，燃烧所释放的热量在锅炉中生产高压过热蒸汽，通过汽轮机膨胀做功。 美国在直接燃烧发电方面处于世界领先地位。 巴西有独特的生物质燃烧技术，已有近百年的历史。 我国每年废弃的农作物秸秆约有1亿吨。 如将这些秸秆用于发电，相当于一个“三峡”的发电量。 截至2007年底，建成投产的生物质直燃发电项目超过15个，在建项目多个。,生物质能利用,4.4.2沼气发电,沼气发电就是以沼气为燃料实现的热动力发电。 沼气发

12、电始于1970s年代初期。 美国有许多成熟的技术和工程，处于世界领先水平。 欧洲单机容量可2MW，每方填埋沼气的发电量接近2度。 沼气发电在我国也受到重视。目前0.8kW5MW 的沼气发电机组均已投产。 沼气发电的规模，50kW以下 小型， 50500kW 中型， 500kW以上 大型。,生物质能利用,4.4.3垃圾发电,垃圾发电主要是从有机物废物中获取热量用于发电。 从1970s起，一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。 我国生活垃圾处理技术起步较晚，近年来也迅速发展。 自1985年以来，先后在深圳、珠海、杭州、上海、绍兴等多个城市建成了垃圾焚烧发电厂。 截至2007年底，已建成

13、50座垃圾焚烧电厂，还有25座在建。,生物质燃气发电，就是将生物质先转换为可燃气体，再利用这些可燃气体燃烧所释放的热量发电。,4.4.4生物质燃气发电,生物质能利用,4.5生物质能的新利用，脂肪燃料快艇,皮特贝休恩建造的环保船,新西兰人皮特贝休恩计划于2013年3月1日驾驶一艘以人类的脂肪为燃料的环保船“地球竞赛”号展开环球旅行，始发地为西班牙的巴伦西亚。届时“地球竞赛”号将穿越太平洋、大西洋、印度洋、巴拿马运河以及苏伊士运河等，行程超过2.4万海里。,“地球竞赛”号长约23.8米，形似一只展翅欲飞的天鹅。船身有三层外壳保护，内有两个功能先进的发动机，最高时速可达每小时40节（约74公里），即

14、使航行在巨浪中，速度也不会减慢。 为了能募集到足够的脂肪生物燃料，贝修恩身先士卒，主动躺到了手术台上。然而整形医生尽管做了很大努力，从他体内抽出的脂肪也只够制造100毫升的生物燃料。他的两名助手抽出的10升脂肪能够制成7升生物燃料，可供“地球竞赛”号航行15公里。,人体内脂肪密度大约是0.79103kg/m3，10升的脂肪约为7.9kg，7.9kg的脂肪可供航行15公里，也就是1.9Km/kg。脂肪分解的热值大约为38kJ/g。成年男子的脂类含量约占体重的10%20%，女子稍高。人体的脂肪含量用体制指标指数BMI表示，BMI=体重(kg)/身高(m)的平方，超过25%就属于肥胖。,小知识,鳄鱼

15、脂肪有望取代汽油成为未来燃料,科学家已成功将 鳄鱼脂肪转化成环保的生物柴油燃料，这样鳄鱼脂肪有望取代汽油成为驾车人的燃料选择。爬行动物鳄鱼的肉和皮肤里的油非常适合转化成一种绿色柴油。研究者称，这比另一种燃料的主要原料大豆更加实际。大豆需要留出很大面积种植，这样会提高食品的价格，因为传统作物的种植面积越来越少。而鳄鱼脂肪中所含的油与大豆油有相似的持久性，这意味着鳄鱼脂肪达到了高质量绿色染料的严格工业生产标准。并且，鳄鱼脂肪更容易转化成生物柴油，所以比现有的其它动物脂肪都更经济。,越南从鲶鱼脂肪提炼生物燃料,越南主要的鲶鱼生产商越南安江进出口联合股份公司（Agifish）西贡燃油总公司( Saig

16、onPetro）从鲶鱼脂肪中提取生物燃料，确信该燃料是无毒、环境友好且比柴油的效率更高。,生物质能利用,麻风树是制造植物柴油的原料之一,某些绿色植物能通过光合作用在体内形成类似石油成分的烷烃类物质。从中可提取代替石油产品的燃料。 全球已发现有上千种可生产“绿色石油”的植物。 生于巴西的热带西林的苦配巴，称为“柴油树” 。 东南亚热带森林的油楠树，还有我国引种的麻疯树等，都能产生类似柴油的液体。 此外，还有美国的金花鼠草、澳大利亚的桉叶藤和牛角瓜等草本植物，也有类似的功能。 大陆架海域或湖泊沼泽中的巨藻，生长速度惊人，含有丰富的甲烷成分，可以用来制取煤气。 近几年，又在淡水藻类中提取出了石油。,

17、5生物质能的发展前景,国家战略性发展的新能源开发有几个重点，包括核能、风能、太阳能和生物质能源。核能作为清洁、高效的新能源，在近几十年间得到了快速的发展。但是，发生在 日本的一场核电风暴，给人们的头上泼了一盆冷水。核电安全问题迅速成为人们最为关注的热点，全世界都在进行着一场轰轰烈烈的关于核能去留问题的大讨论。连 传统的核电大国法国也开始讨论核电要不要发展的问题。 风能和太阳能也是我们比较熟悉的能源形式。风能的利用历史悠久，是一种分布广泛，清洁、丰富的能源。但是，风能的开发受地域限制比较大，而且有间歇性、转 换率低、技术不成熟等缺点。 太阳能可以说是一种取之不尽、分布广泛、清洁、长久的能源形式。“十二五”规划中提出，未来5年的太阳能装机总量将扩大10倍，增至1000万千瓦。,