新能源与分布式发电技术

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1、新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术制作人：制作人：朱永强朱永强, , 丁泽俊丁泽俊, , 许许 郁郁华北电力大学华北电力大学新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7 7 生物质能及其利用生物质能及其利用关注的问题关注的问题生物质是怎么形成的，怎样获得？生物质是怎么形成的，怎样获得？生物质资源有何特点？生物质资源有何特点？我国的生物质资源情况如何？我国的生物质资源情况如何？沼气是如何形成的？沼气是如何形成的？垃圾能否被利用？垃圾能否被利用？生物质燃料的类型和特点？生物质燃料的类型和特点？生物质发电有哪些方式？生物质发电有哪些方式？石油树是什么树？海藻和燃料有什么关系？石油

2、树是什么树？海藻和燃料有什么关系？教学目标教学目标了解生物质的概念和资源情况，理解其特点和重要性；了解生物质的概念和资源情况，理解其特点和重要性；掌握生物质燃料的类型并了解其生成方式；掌握生物质燃料的类型并了解其生成方式； 掌握生物质能发电的原理和主要方式。掌握生物质能发电的原理和主要方式。2a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.1 生物质和生物质能生物质和生物质能生物质生物质，是指是指有机物有机物中除化石燃料外所有中除化石燃料外所有来源于动、植物和来源于动、植物和微生物的物质微生物的物质，包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所包括动物、植物、微生物以及由这些

3、生命体排泄和代谢的所有有机物。有有机物。7.1.1 生物质的概念生物质的概念小知识：小知识：光合作用光合作用3a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.1.2 生物质的来源生物质的来源获取生物质的途径大体上有两种情况：获取生物质的途径大体上有两种情况：一一有机废弃物的回收利用有机废弃物的回收利用，一一专门培植作为生物质来源的农林作物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。此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。4a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.1.2.1 农林作物形成的生物质农林作物形成的生物质（1 1）农

4、林作业和加工的废弃物）农林作业和加工的废弃物例如：农作物的例如：农作物的秸秆秸秆，残渣和谷壳残渣和谷壳；林木的林木的残枝、树叶、锯末、果核残枝、树叶、锯末、果核、果壳果壳等。等。（2 2）专门培植的农林作物）专门培植的农林作物例如：例如：白杨等白杨等薪炭林薪炭林树种，桉树等树种，桉树等能源作物能源作物，苜蓿等，苜蓿等草本植物草本植物。 造酒精的造酒精的甜高粱，甜高粱，产糖的产糖的甘蔗，及向日葵等甘蔗，及向日葵等油料作物油料作物。此外，此外，海洋和湖泊海洋和湖泊也提供大量生物质。也提供大量生物质。5a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.1.2.2 其它形式的生物质其它形式的生

5、物质（1 1）动物粪便）动物粪便动物粪便是从动物粪便是从植物体转化而来植物体转化而来的，富含有机物，数量也很大。的，富含有机物，数量也很大。发酵释放大量温室气体；若处理不善，还会对水体造成污染。发酵释放大量温室气体；若处理不善，还会对水体造成污染。（2 2）城市垃圾）城市垃圾城市垃圾成分比较复杂，城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾居民生活垃圾，办公、服务业垃圾，部分部分建筑业垃圾建筑业垃圾和和工业有机废弃物工业有机废弃物都含有大量有机物。都含有大量有机物。猜一猜：平均每个家庭每年会产生多少垃圾？猜一猜：平均每个家庭每年会产生多少垃圾？（3 3）有机废水）有机废水工业有机废水和

6、生活污水工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。，往往也含有丰富的有机物。6a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.1.3 生物质能及其特点生物质能及其特点生物质能生物质能，指，指蕴藏在生物质中的能量蕴藏在生物质中的能量，是直接或间接地通过光合作用，把是直接或间接地通过光合作用，把太阳能转化为化学能太阳能转化为化学能后固定后固定和贮藏在生物体内。和贮藏在生物体内。每年生成的生物质总量达每年生成的生物质总量达1400140018001800亿吨亿吨，所蕴含的生物质能，所蕴含的生物质能相当于目前相当于目前世界耗能总量的世界耗能总量的1010倍左右倍左右。生物质长期以来为人

7、类提供了最基本的燃料。生物质长期以来为人类提供了最基本的燃料。在不发达地区，生物质能在能源结构中的比例较高，例如在在不发达地区，生物质能在能源结构中的比例较高，例如在非洲有些国家高达非洲有些国家高达60%60%以上。以上。在当今世界能源消费结构中，仅次于煤炭、石油和天然气，在当今世界能源消费结构中，仅次于煤炭、石油和天然气，被称为被称为“第四能源第四能源”。7a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能作为一种能源资源，生物质能具有如下特点：作为一种能源资源，生物质能具有如下特点：（1 1）可循环再生）可循环再生（2 2）可存储和运输）可存储和运输（3 3）资源分散）资源分散（4 4

8、）大多来自废物）大多来自废物7.1.3 生物质能及其特点生物质能及其特点8a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.1.4 我国的生物质资源我国的生物质资源中国拥有丰富的生物质资源，理论总量有中国拥有丰富的生物质资源，理论总量有50 50 亿吨亿吨左右。左右。（1 1）秸秆等农业生物质）秸秆等农业生物质每年农作物秸秆产量达每年农作物秸秆产量达7 7亿吨亿吨，可作为能源的约有，可作为能源的约有3 3亿吨亿吨。此外，。此外，一些大型米厂每年可收集一些大型米厂每年可收集20002000万吨万吨左右的稻壳。左右的稻壳。( (分布情况，分布情况，详见教材详见教材) )（2 2）林木生物质

9、）林木生物质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。川、云南三省区的蕴藏量越占全国总量的一半。9a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能（3 3）禽畜粪便）禽畜粪便主要来源是主要来源是大牲畜和大型畜禽养殖场大牲畜和大型畜禽养殖场，集约化养殖所产生的，集约化养殖所产生的畜禽粪便就有畜禽粪便就有4亿吨左右。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。发达的地区。7.1.4 我国的生物质资源我国的生物

10、质资源（4 4）城市垃圾和废水）城市垃圾和废水工业有机废水工业有机废水排放量高达排放量高达2020多亿吨多亿吨( (不含乡镇工业不含乡镇工业) )。每年。每年城城市垃圾市垃圾产量不少于产量不少于1.51.5亿吨亿吨，有机物的含量约为，有机物的含量约为37.5。10a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能生物质能的主要分布区在生物质能的主要分布区在西南西南、东北东北、河南河南、山东山东等地。等地。分布情况，详见教材。分布情况，详见教材。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

11、潜力。能源蕴藏量较低的地区往往有开发生物质能的巨大潜力。7.1.4 我国的生物质资源我国的生物质资源11a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.2 生物质能利用概述生物质能利用概述7.2.1 生物质能利用的历史生物质能利用的历史自原始农业社会，自原始农业社会，秸秆秸秆和和薪柴薪柴就一直是主要的燃料，这就是就一直是主要的燃料，这就是传统生物质能传统生物质能，有时，有时统称薪炭统称薪炭。18601860年年，薪炭薪炭在世界能源消耗中所占比例仍高达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。随着化石燃料的大量开发利用，薪炭能源的

12、比例逐渐下降。19731973年年能源危机能源危机的爆发及矿物能源的的爆发及矿物能源的严重污染严重污染，使可再生能，使可再生能源，得到了国际上的广泛重视和发展。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。人类发现并普及应用。专家估计，到专家估计，到2121世纪中叶采用新技术生产的各种生物质替代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燃料将占全球总能耗的很大比重很大比重。12a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.2.2 生物质能利用的形式生物质能

13、利用的形式生物质能利用，主要是将生物质生物质能利用，主要是将生物质转变为转变为可直接利用的可直接利用的热能热能、电能电能和和可存储的燃料可存储的燃料。生物质的生物质的组成与化石燃料大体相同组成与化石燃料大体相同，利用方式也类似。常规，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。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，各但生物质的种类繁多，各有不同的属性和特点有不同的属性和特点，应用方式也，应用方式也趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。13a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.2.2 生物

14、质能利用的形式生物质能利用的形式14a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.3 生物质生物质燃料燃料7.3.1 固体生物质燃料固体生物质燃料（1 1）生物质直接燃烧）生物质直接燃烧直接燃烧是直接燃烧是最古老、最广泛最古老、最广泛的生物质利用方式。的生物质利用方式。得到的得到的热量热量，可，可直接利用直接利用，也可进行，也可进行后续转换后续转换（如发电）。（如发电）。不过，直接燃烧的不过，直接燃烧的转换效率转换效率往往往往很低很低。与煤炭相比，生物质燃料的特点为：与煤炭相比，生物质燃料的特点为：碳氢化合物受热分解碳氢化合物受热分解挥发分多挥发分多，释放的能量过半；，释放的能量过

15、半；含氧量多，含氧量多，易点燃易点燃，而不需太多氧气供应；，而不需太多氧气供应；密度小，容易充分密度小，容易充分烧尽烧尽，灰渣中，灰渣中残留的碳量小残留的碳量小；含碳量少，含碳量少，能量密度低能量密度低，燃烧时间短；，燃烧时间短；松散松散，体积大，体积大，不便运输不便运输。15a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能（2 2）固体成型燃料）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物挤压成特定形状的固体燃料挤压成特定形状的固体燃料，即，即压缩成型压缩成型。压缩成型可以解决天然生物质压缩成型可以解决天然生物

16、质分布散分布散、密度低密度低、松散蓬松松散蓬松造造成的成的储运困难储运困难、使用不便使用不便等问题。等问题。原料主要是锯末、木屑、稻壳、秸秆等，其中含有纤维素、原料主要是锯末、木屑、稻壳、秸秆等，其中含有纤维素、半纤维素和木质素，占植物成分的半纤维素和木质素，占植物成分的2/32/3以上。以上。7.3.1 固体生物质燃料固体生物质燃料一般将原料粉碎到一定细度后，在一定压力、温度和湿度条一般将原料粉碎到一定细度后，在一定压力、温度和湿度条件下，挤压成件下，挤压成棒状棒状、球状球状、颗粒状颗粒状的固体燃料。的固体燃料。16a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能其能源密度其能源密度相

17、当于中等烟煤相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。，热值显著提高，便于储运。7.3.1 固体生物质燃料固体生物质燃料（2 2）固体成型燃料）固体成型燃料17a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能气体燃料的优点包括：气体燃料的优点包括： 既可既可直接燃烧直接燃烧，又能，又能用来驱动用来驱动发动机和涡轮机；发动机和涡轮机； 能量能量转化效率转化效率比生物质直接燃烧比生物质直接燃烧高高； 便于运输便于运输；等等。；等等。（1 1）木煤气）木煤气可燃的生物质在高温条件下经过可燃的生物质在高温条件下经过干燥干燥、干馏热解干馏热解、氧化还原氧化还原等过程后，能产生可燃性混合气体，称为等过

18、程后，能产生可燃性混合气体，称为生物质燃气生物质燃气，俗称，俗称“木煤气木煤气” 。主要成分主要成分有有COCO、H2H2、CH4CH4、CmHnCmHn等可燃气体和等可燃气体和CO2CO2、O2O2、N2 N2 等等不可燃气体及少量水蒸气。另外，还有由多种碳氧化合物组不可燃气体及少量水蒸气。另外，还有由多种碳氧化合物组成的大量煤焦油。成的大量煤焦油。7.3.2 气体生物质燃料气体生物质燃料18a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能原料原料多为原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农副产物。多为原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农副产物。不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有

19、差异。不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有差异。7.3.2 气体生物质燃料气体生物质燃料（1）木煤气）木煤气目前常用的目前常用的生物质燃气发生器生物质燃气发生器，有，有热裂解装置热裂解装置和和气化炉气化炉。热裂解热裂解是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下，将是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使其分生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使其分解为分子量较低的解为分子量较低的CO2CO2、H2H2、CH4CH4等可燃气体。等可燃气体。气化炉气化炉原理：将原料送入炉内，加燃料后点燃，同时通过进原理：将原料送入炉内，加燃料

20、后点燃，同时通过进气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原反应形成煤气。气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原反应形成煤气。生物煤气中生物煤气中可燃气体所占比例较低可燃气体所占比例较低，热值较低热值较低。19a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能人畜粪便、农林废弃物、有机废水等，在人畜粪便、农林废弃物、有机废水等，在密封装置密封装置中利用中利用特定特定微生物微生物分解代谢，能产生分解代谢，能产生可燃的混合气体可燃的混合气体，称为，称为沼气沼气。主要成分主要成分是是甲烷甲烷(CH4)(CH4)，通常体积占通常体积占60%60%70%70%。甲烷的发热值很高，完全燃烧时仅生成甲烷的发热值很高

21、，完全燃烧时仅生成COCO2 2和和H H2 2O O，并释放热能，并释放热能，是一种清洁燃料。是一种清洁燃料。1m1m3 3 沼气沼气的含热量相当于的含热量相当于0 0.8kg8kg标准煤标准煤。7.3.2 气体生物质燃料气体生物质燃料（2）沼气）沼气20a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能利用微生物代谢作用来生产产品的工艺过程称为利用微生物代谢作用来生产产品的工艺过程称为发酵发酵。沼气发酵沼气发酵又称为又称为厌氧消化厌氧消化，有机物质在一定的水分、温度和，有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过多种微生物的分解代谢，最终形成甲烷和厌氧条件下，通过多种微生物的分解代谢，

22、最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体。二氧化碳等混合性气体。7.3.2 气体生物质燃料气体生物质燃料（2）沼气）沼气沼气池必须符合多种条件（沼气池必须符合多种条件（微生物生存、繁殖微生物生存、繁殖）：）：沼气池要密闭。沼气池要密闭。维持维持20204040。要有充足的养分。要有充足的养分。发酵原料要含适量水。发酵原料要含适量水。pHpH值一般控制在值一般控制在7 78.58.5。21a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.3.2 气体生物质燃料气体生物质燃料（2）沼气）沼气中国农村推广的沼气池多为中国农村推广的沼气池多为水压式沼气池水压式沼气池，详见教材详见教材。截至截至200

23、62006年底年底，全国农村约有，全国农村约有22002200多万户多万户农村家庭已经利用农村家庭已经利用上了沼气能源。上了沼气能源。尤其是在西部地区，发展更快。尤其是在西部地区，发展更快。沼气发酵技术对工厂废水、城市生活垃圾、农业废弃物等有沼气发酵技术对工厂废水、城市生活垃圾、农业废弃物等有非常好的处理效果，有积极的环保意义。非常好的处理效果，有积极的环保意义。22a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能主要包括主要包括燃料乙醇、植物油、生物柴油燃料乙醇、植物油、生物柴油等，都可以直接代替等，都可以直接代替柴油、汽油等由常规液体燃料。柴油、汽油等由常规液体燃料。生成途径有生成途

24、径有热裂解热裂解 ( (已介绍已介绍) )和和直接液化法直接液化法等。等。固态生物质经一系列化学加工过程，转化成液体燃料，称为固态生物质经一系列化学加工过程，转化成液体燃料，称为生物质的直接液化生物质的直接液化。直接液化得到的产品，物理稳定性和化学稳定性都更好。直接液化得到的产品，物理稳定性和化学稳定性都更好。7.3.3 液体生物质燃料液体生物质燃料23a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能乙醇俗称乙醇俗称酒精酒精，进一步脱水进一步脱水（含量高于（含量高于99.6%99.6%）再加适量的变）再加适量的变性剂即可制成性剂即可制成燃料乙醇燃料乙醇。主要原料：主要原料：淀粉质原料，淀

25、粉质原料，甘薯、土豆等；甘薯、土豆等；糖质原料糖质原料，如甜菜等；，如甜菜等；纤维素原料纤维素原料，例如农作物秸秆、林木加工残余等。，例如农作物秸秆、林木加工残余等。7.3.3 液体生物质燃料液体生物质燃料（1）燃料乙醇）燃料乙醇24a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能每千克每千克乙醇完全燃烧时能产生乙醇完全燃烧时能产生30MJ30MJ左右的热量，是一种优质左右的热量，是一种优质的液体燃料。的液体燃料。燃料乙醇的燃料乙醇的生产成本与汽油和柴油大致相当生产成本与汽油和柴油大致相当，产生的环境污，产生的环境污染却少得多。染却少得多。经过适当加工，还可再制成经过适当加工，还可再制成

26、乙醇汽油乙醇汽油等用途广泛的工业燃料。等用途广泛的工业燃料。7.3.3 液体生物质燃料液体生物质燃料（1）燃料乙醇）燃料乙醇世界之最：世界之最：最大的生物质燃料乙醇生产系统最大的生物质燃料乙醇生产系统（详见教材）（详见教材）利用植物原料生产乙醇产品利用植物原料生产乙醇产品最早最早的国家（的国家（俄俄）。）。乙醇燃料开发利用乙醇燃料开发利用最有特色最有特色的国家的国家（巴西巴西） 。美国美国汽车用油添加乙醇的也很高。汽车用油添加乙醇的也很高。25a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能利用含油植物的利用含油植物的果实、叶、茎果实、叶、茎，经经压榨、提取、萃取压榨、提取、萃取和和精炼

27、精炼等等处理得到的油料。处理得到的油料。发热量一般可达发热量一般可达3739MJ/kgkg，比柴油稍小。，比柴油稍小。单独使用或与柴油混合，单独使用或与柴油混合，植物油都可在柴油机里直接燃烧植物油都可在柴油机里直接燃烧。不。不过直接燃烧会在汽缸中留下未烧完的碳。过直接燃烧会在汽缸中留下未烧完的碳。7.3.3 液体生物质燃料液体生物质燃料（2）植物油）植物油26a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能来自生物质的来自生物质的原料油原料油经一系列经一系列加工处理加工处理制成的制成的液体燃料液体燃料。原料原料包括植物油脂、动物油酯、废弃食用油等。包括植物油脂、动物油酯、废弃食用油等。生

28、产主要以生产主要以化学法化学法为主，即原料油与甲醇或乙醇在酸、碱或为主，即原料油与甲醇或乙醇在酸、碱或生物酶等催化剂作用下进行酯交换反应。生物酶等催化剂作用下进行酯交换反应。性质与常规柴油相近性质与常规柴油相近，是汽油、柴油的优质代用燃料。也可，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。按一定比例与柴油混合使用。7.3.3 液体生物质燃料液体生物质燃料（3）生物柴油）生物柴油27a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.4 生物质生物质能发电简介能发电简介7.4.1 生物质发电的基本原理生物质发电的基本原理生物质发电生物质发电是利用生物质是利用生物质直接燃烧直接

29、燃烧或或转化为某种燃料后燃烧转化为某种燃料后燃烧所产生的热量发电。所产生的热量发电。生物质发电的流程生物质发电的流程，大致分两个阶段：，大致分两个阶段：一般先把各种可利用的生物原料收集起来，通过一定程序一般先把各种可利用的生物原料收集起来，通过一定程序的的加工处理加工处理，转变为可以高效燃烧的燃料；，转变为可以高效燃烧的燃料；再把燃料送入再把燃料送入锅炉中燃烧锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽，驱动汽轮，产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发出电能。发电机组发出电能。生物质能发电的发电环节与常规火力发电是一样的，所用的生物质能发电的发电环节与常规火力发电是一样的，所用的设备也没有本质区别。设备也没有本

30、质区别。28a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能生物质能发电的生物质能发电的特殊性特殊性在于在于燃料的准备燃料的准备。一般要对生物质进。一般要对生物质进行一定的行一定的预处理预处理，如烘干、压缩、成型等。，如烘干、压缩、成型等。不采用直接燃烧方式的不采用直接燃烧方式的，还需要通过特殊的工艺流程，实现，还需要通过特殊的工艺流程，实现生物质原料到气态或液态生物质原料到气态或液态燃料的转换燃料的转换。生物质发电涉及生物质发电涉及原料的收集、打包、运输、贮存、预处理、原料的收集、打包、运输、贮存、预处理、燃料制备、燃烧过程的控制、灰渣利用燃料制备、燃烧过程的控制、灰渣利用等诸多环节。

31、等诸多环节。7.4.1 生物质发电的基本原理生物质发电的基本原理生物质能发电的同时，常常还可实现资源的生物质能发电的同时，常常还可实现资源的综合利用综合利用。如。如余余热热、灰渣灰渣，等等。，等等。29a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能生物质能发电具有如下特点：生物质能发电具有如下特点：（1 1）适于分散建设、就地利用）适于分散建设、就地利用（2 2）技术基础较好、建设容易）技术基础较好、建设容易（3 3）碳排放比化石燃料少）碳排放比化石燃料少（4 4）变废为宝，更加环保）变废为宝，更加环保7.4.2 生物质发电的特点生物质发电的特点发展生物质能发电，也有一些问题发展生物质

32、能发电，也有一些问题需要注意需要注意：（1 1）转化设备必须安全可靠。）转化设备必须安全可靠。（2 2）能源作物需要占用大量土地）能源作物需要占用大量土地30a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能生物质发电生物质发电起源于起源于1970s1970s年代。年代。19881988年年，诞生世界上诞生世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂第一座秸秆生物燃烧发电厂。19921992年，年，英国第一家英国第一家利用动物利用动物粪便粪便的电厂建成。的电厂建成。7.4.3 生物质发电的发展状况生物质发电的发展状况20002000年，欧盟年，欧盟1515国国电力的电力的1.5%1.5%来自生物质能。来

33、自生物质能。生物质发电产业保持持续稳定的增长，主要集中在发达国家，生物质发电产业保持持续稳定的增长，主要集中在发达国家，但但印度、巴西印度、巴西和和东南亚东南亚等发展中国家也积极研发或者引进技等发展中国家也积极研发或者引进技术建设生物质直燃发电项目。术建设生物质直燃发电项目。31a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能20042004年年，世界生物质发电，世界生物质发电装机已达装机已达39003900万千瓦万千瓦，是风电、光，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。电、地热等可再生能源发电量的总和。7.4.3 生物质发电的发展状况生物质发电的发展状况欧盟及美国等众多国家已将其

34、列入重点发展及扶植项目。欧盟及美国等众多国家已将其列入重点发展及扶植项目。欧盟欧盟计划到计划到20102010年底，生物质能利用量比年底，生物质能利用量比20032003年翻一番。年翻一番。32a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能作为农业大国，我国对生物质能发电也极为重视。作为农业大国，我国对生物质能发电也极为重视。20032003年以来，国家先后核准了若干年以来，国家先后核准了若干秸秆发电示范项目秸秆发电示范项目。截至截至20072007年底，国家和各省发改委已核准生物质发电项目年底，国家和各省发改委已核准生物质发电项目87 87 个，总装机规模个，总装机规模220220万

35、千瓦，到万千瓦，到20082008年增加为年增加为万千瓦万千瓦。可再生能源中长期发展规划可再生能源中长期发展规划确定的发展目标，确定的发展目标，到到20202020年生物质发电装机年生物质发电装机万千瓦万千瓦。总的说来，生物质能发电行业有着广阔的发展前景。总的说来，生物质能发电行业有着广阔的发展前景。7.4.3 生物质发电的发展状况生物质发电的发展状况33a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能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，即直接利用处理过的生物质为燃料( (而不转换而不转换) ) ，燃烧所释放的热量在锅炉中生产高压过热蒸汽，通过汽，燃烧所释放的热量在

36、锅炉中生产高压过热蒸汽，通过汽轮机膨胀做功轮机膨胀做功。直接燃烧发电直接燃烧发电原理和发电过程与常规火电一样，所用的设备原理和发电过程与常规火电一样，所用的设备也没本质区别。也没本质区别。常见常见原料原料是秸秆、薪炭木材和其它农林废弃物。是秸秆、薪炭木材和其它农林废弃物。设备设备投资较高投资较高，效率较低，将来也很难有明显改善。，效率较低，将来也很难有明显改善。为提高热效率，可以考虑采取各种回热、再热措施和联合循为提高热效率，可以考虑采取各种回热、再热措施和联合循环方式。环方式。7.5 生物质生物质能发电技术能发电技术7.5.1 直接燃烧发电直接燃烧发电34a新能源与分布式发电新能源与分布式发

37、电生物质能生物质能美国美国在直接燃烧发电方面处于在直接燃烧发电方面处于世界领先世界领先地位。地位。巴西巴西有有独特的生物质燃烧技术独特的生物质燃烧技术，已有，已有近百年的历史近百年的历史。世界之最：世界之最：最早发展秸秆燃烧发电的国家；最早发展秸秆燃烧发电的国家；最大的秸秆发电厂。最大的秸秆发电厂。7.5.1 直接燃烧发电直接燃烧发电35a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能我国我国每年废弃的农作物秸秆约有每年废弃的农作物秸秆约有1 1亿吨。亿吨。如将这些秸秆用于发电，相当于一个如将这些秸秆用于发电，相当于一个“三峡三峡”的发电量。的发电量。截至截至20072007年底年底，建

38、成投产的生物质直燃发电项目超过，建成投产的生物质直燃发电项目超过1515个个，在建项目在建项目多个多个。7.5.1 直接燃烧发电直接燃烧发电中国之最：中国之最：第一个具有自主知识产权的秸秆发电项目；第一个具有自主知识产权的秸秆发电项目；最大的生物质直燃发电机组。最大的生物质直燃发电机组。36a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能沼气发电沼气发电就是就是以沼气为燃料以沼气为燃料实现的实现的热动力发电热动力发电。7.5.2 沼气发电沼气发电发动机排出的余热发动机排出的余热约占燃烧热量的约占燃烧热量的1/4，由废气热交换器回收，由废气热交换器回收用于消化池升温或采暖，用于消化池升温或

39、采暖，能量利用率能量利用率可达可达6060以上以上。沼气发电的沼气发电的规模规模，50kW50kW以下以下小型，小型，5050500kW500kW中型，中型，500kW500kW以上以上大型。大型。37a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能沼气发电沼气发电始于始于1970s年代初期年代初期。美国美国有许多成熟的技术和工程，处于有许多成熟的技术和工程，处于世界领先水平世界领先水平。欧洲欧洲单机容量可单机容量可2MW2MW，每方填埋沼气的发电量接近，每方填埋沼气的发电量接近2 2度。度。沼气发电在沼气发电在我国我国也受到重视。目前也受到重视。目前0.8kW5MW 0.8kW5MW

40、的沼气发电机的沼气发电机组均已投产。组均已投产。7.5.2 沼气发电沼气发电世界之最世界之最和和中国之最：中国之最：世界最大的垃圾沼气发电厂；世界最大的垃圾沼气发电厂；中国第一个垃圾沼气发电厂；中国第一个垃圾沼气发电厂；世界最大的禽畜沼气发电厂；世界最大的禽畜沼气发电厂；全球大型沼气发电示范工程。全球大型沼气发电示范工程。38a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能垃圾发电垃圾发电主要是主要是从有机物废物中获取热量从有机物废物中获取热量用于发电。用于发电。从垃圾中获取热量主要有两种方式：从垃圾中获取热量主要有两种方式：一是垃圾经分类处理后，直接在特制一是垃圾经分类处理后，直接在特

41、制焚烧炉内燃烧焚烧炉内燃烧；一是填埋垃圾在密闭环境中发酵产生沼气，再一是填埋垃圾在密闭环境中发酵产生沼气，再燃烧沼气燃烧沼气。垃圾沼气发电的效率非常低，但发电成本低廉，仍然很有开垃圾沼气发电的效率非常低，但发电成本低廉，仍然很有开发价值。发价值。小知识：小知识：垃圾的成分和发热量垃圾的成分和发热量7.5.3 垃圾发电垃圾发电39a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能垃圾焚烧垃圾焚烧，可使其，可使其体积和重量大幅度减小体积和重量大幅度减小（减多少（减多少? ?），并，并转转换为无害物质换为无害物质。垃圾焚烧发电垃圾焚烧发电，是处理垃圾，是处理垃圾最快捷最快捷和和最有效最有效的技术

42、方法，近的技术方法，近年来在国内外得到了广泛应用。年来在国内外得到了广泛应用。这种方式从原理上看似容易，实际生产流程并不简单。这种方式从原理上看似容易，实际生产流程并不简单。首先要对垃圾进行首先要对垃圾进行质量控制质量控制，这是，这是垃圾焚烧的关键垃圾焚烧的关键。一般都。一般都要经过较为严格的分选。要经过较为严格的分选。7.5.3 垃圾发电垃圾发电需要利用特殊的需要利用特殊的垃圾焚烧设备垃圾焚烧设备，也可以，也可以焚烧与发酵并用焚烧与发酵并用。40a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能从从1970s1970s起，一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进起，一些发达国家便着手运

43、用焚烧垃圾产生的热量进行发电。行发电。7.5.3 垃圾发电垃圾发电我国生活垃圾处理技术起步较晚，近年来也迅速发展。我国生活垃圾处理技术起步较晚，近年来也迅速发展。自自19851985年年以来，先后在深圳、珠海、杭州、上海、绍兴等多以来，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。个城市建成了垃圾焚烧发电厂。截至截至20072007年底年底，已建成，已建成5050座垃圾焚烧电厂，还有座垃圾焚烧电厂，还有2525座在建。座在建。世界之最世界之最和和中国之最：中国之最：世界最大的垃圾发电厂；世界最大的垃圾发电厂；中国第一个垃圾焚烧发电厂；中国第一个垃圾焚烧发电厂；中国第一个国产

44、化的垃圾焚烧发电厂。中国第一个国产化的垃圾焚烧发电厂。41a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能生物质燃气发电生物质燃气发电，就是将，就是将生物质生物质先转换为先转换为可燃气体可燃气体，再利用，再利用这些可燃这些可燃气体燃烧气体燃烧所释放的所释放的热量发电热量发电。关键设备是关键设备是气化炉（或热裂解装置），气化炉（或热裂解装置），生物质燃气产生后，生物质燃气产生后，发电过程和常规火电以及沼气发电就没有本质区别了。发电过程和常规火电以及沼气发电就没有本质区别了。7.5.4 生物质燃气发电生物质燃气发电42a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能7.6 典型的能源植

45、物典型的能源植物7.6.1 薪炭树种薪炭树种为了集中地获取大量生物质，还可为了集中地获取大量生物质，还可专门培植经济价值较高的专门培植经济价值较高的能源作物能源作物。比较优良的薪炭树种比较优良的薪炭树种，例如：，例如：原产中美洲的原产中美洲的新银合欢树新银合欢树；印、缅、泰，云南等地的印、缅、泰，云南等地的铁刀木铁刀木；美、澳常见的美、澳常见的桉树桉树；典型薪炭树种的介绍，典型薪炭树种的介绍，详见教材详见教材。43a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能某些绿色植物能通过光合作用在体内形成某些绿色植物能通过光合作用在体内形成类似石油成分类似石油成分的烷的烷烃类物质。从中可提取烃类

46、物质。从中可提取代替石油产品代替石油产品的燃料。的燃料。全球已发现有上千种可生产全球已发现有上千种可生产“绿色石油绿色石油”的植物。的植物。7.6.2 石油树石油树生于巴西的热带西林的生于巴西的热带西林的苦配巴苦配巴，称为，称为“柴油树柴油树” ” 。东南亚热带森林的东南亚热带森林的油楠树油楠树，还有我国引种的还有我国引种的麻疯树麻疯树等，等，都都能产生类似柴油的液体。能产生类似柴油的液体。此外，还有美国的此外，还有美国的金花鼠草金花鼠草、澳大利亚的、澳大利亚的桉叶藤桉叶藤和和牛角瓜牛角瓜等草本植物，也有类似的功能。等草本植物，也有类似的功能。典型石油植物的介绍，典型石油植物的介绍，详见教材详

47、见教材。趣闻：趣闻：石油草与诺贝尔奖石油草与诺贝尔奖44a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质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，含有丰富的的甲烷甲烷成分，可以用来制取成分，可以用来制取煤气煤气。7.6.3 巨藻巨藻近几年，近几年，又在又在淡水藻类淡水藻类中提取出了石油。中提取出了石油。45a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能不论是生物质转换的生物质燃料，还是直接提炼的生物质燃不论是生物质转换的生物质燃料，还是直接提炼的生物质燃料，都具有非常广阔的应用前景。料，都具有非常广阔的应用前景。基于生物质燃料的生物质发电，可能是未来的主要发展方向基于生物质燃料的生物质发电，可能是未来的主要发展方向之一。之一。展望展望46a新能源与分布式发电新能源与分布式发电生物质能生物质能朱永强，朱永强，华北电力大学华北电力大学电气与电子工程学院电气与电子工程学院本课程的配套教材：本课程的配套教材：新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术，朱永强，朱永强 主编，北京大主编，北京大学出版社，学出版社，21世纪创新型人才培养规划教材世纪创新型人才培养规划教材47a