生物质能开发利用技术展望(课堂PPT)

1、1,生物質能開發利用技術展望,10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源 10.2生物質燃料將部分替代石化燃料 10.3生物質發電將在未來電力結構中佔有一定比例 10.4能源植物生產賦予農業新的內涵 10.5最新技術發展與展望,2,10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源,在2001年，世界初級能源總消費量為10.038Gtoe，其中石油占35.0%、煤炭占23.4%、天然氣占21.2%、生物質能占10.4%、核能占6.9%（見圖 10.1）。,3,圖10.12001年世界初級能源消費狀況,4,10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源,世界不同區域2001年可再生能源消費量見表

2、10.1。目前，在發達國家中生物質能消耗量占初級能源的3%；開發中國家大約35%的初級能源來自生物質能，主要為傳統的利用方式，80%的生物質能用於炊事。在拉丁美洲薪柴占農村家庭生活用能的20%，非洲占50%，印度占30%，不丹、柬埔寨、老撾和緬甸占80%以上。在開發中國家，對生物質能的使用基本上不考慮它對環境的影響。,5,表10.12001年世界不同區域可再生能源消費量,6,10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源,生物質能現代化利用技術商業化利用進程中面臨著諸多障礙和問題。這些障礙和問題涉及許多因素，主要來源於資源條件、技術產業化條件、技術經濟運行可行性、融資環境、市場潛力、政府政策、

3、公眾環保意識和消息傳播等方面（見圖10.2）。,7,圖10.2生物質能現代化利用技術商業化的主要障礙,8,10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源,目前，中國約有8.6億人口生活在農村地區，自1980年以來，中國經濟改革使農村經濟得到了迅速發展，農村地區能源消費的數量、品種和結構發生了巨大的變化，具體參見表10.2。,9,表,10.2,10,10.2生物質燃料將部分替代石化燃料,10.2.1能源供應展望 儘管地質學家和經濟學家還在激烈地爭論石油何時開始枯竭，但石化燃料最終將被完全耗盡卻是無可辯駁的事實。以下，將分別簡要分析各種能源資源和可利用狀況。 1. 煤炭 2. 石油 3. 天然氣

4、4. 核能,11,10.2生物質燃料將部分替代石化燃料,10.2.2生態環境的影響 首先需要解釋一下溫室效應。所謂溫室效應是指地球大氣層的一種物理特性，溫室氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整體的能量平衡。假若沒有大氣層，我們的地球將會是一個黑體，地球表面的平均溫度是非常低的，約為19，而不是現在的15。,12,10.2生物質燃料將部分替代石化燃料,太陽輻射在經過地球大氣層後，47%的能量被地球表面吸收而使地球變暖，34%的能量被雲彩和地表反射回去，19%的能量被大氣層吸收。地表變暖後將釋放出紅外輻射，部分紅外輻射將被溫室氣體吸收和再次釋放出來，是使地球表面和大氣低層變暖的原因。 10.2.3能源

5、安全問題,13,10.3生物質發電將在未來 電力結構中佔有一定比例,生物質發電技術主要分為燃燒發電和氣化發電兩種技術。生物質燃燒發電（包括城市固體廢物棄發電）技術類似燃煤技術，已經基本達到成熟階段，且風險最小，已經進入商業化應用階段。氣化發電技術能獲得較高效率，目前尚處於商業化的早期階段，也有將氣化裝置應用於混合燃燒中用於發電。生物質與煤混合燃燒發電技術十分簡單，具有很大的發展潛力，並且可以迅速減少二氧化碳的排放量 。,14,10.3生物質發電將在未來 電力結構中佔有一定比例,表 10.3為OECD國家19902001年生物質能發電總量。表 10.4列出了世界上生物質發電量前10位的國家。,表

6、10.3,15,表10.41999年生物質發電量,16,表10.52010年可再生能源裝機容量的預測/GW,17,10.3生物質發電將在未來 電力結構中佔有一定比例,生物質能發電的成本取決於發電技術、燃料成本和燃料品質。典型的生物質能電廠的裝機容量小於20MW。與石化能源電廠相比，生物質能電廠單位安裝容量的資本成本和單位發電量的營業成本均較高，表10.6為生物質電廠的資本成本。,18,表10.6生物質電廠的資本成本/（美元/kW）,19,10.4能源植物生產賦予農業新的內涵,能源植物包括薪炭林、草本能源作物、油料作物、製取碳氫化合物的植物和水生植物等幾類。,20,10.4能源植物生產賦予農業新

7、的內涵,10.4.1草本能源作物 能夠用來製取燃料乙醇的草本能源作物包括高粱屬作物、甘蔗、耶路撒冷菜薊（artichoke）、薯類和玉米等。 1.高粱屬作物 2.甘蔗 3.木薯 4.耶路撒冷菜薊,21,10.4能源植物生產賦予農業新的內涵,10.4.2油料作物 油料作物分佈廣泛，種類多達千種，主要包括大戟科、蔓摩科、夾竹桃科、桑科、菊科、桃金娘科和豆科等植物。 植物油幾乎不含硫，不會產生硫腐蝕。表10.7列出了一些植物油的燃料特性。,22,表10.7一些植物油的燃料特性,23,10.4能源植物生產賦予農業新的內涵,10.4.3製取碳氫化合物的植物 20世紀70年代，諾貝爾化學獎獲得者卡爾文決定

8、尋找可能生產出石油的植物，從土地裏“種”出石油來。以卡爾文博士為代表的研究小組的足跡遍及世界各地，從尋找產生類似於石油成分的樹種入手，集中研究了十字花科、菊科和大戟科等十幾個科的大部分植物，分析了這些植物的化學成分。,24,10.4能源植物生產賦予農業新的內涵,經過多年的尋找，他們終於在巴西的熱帶雨林裏發現了一種能產出“石油”的奇樹，名為科帕伊巴樹。它是常綠喬木，品種繁多，一般可高達2025m。每隔一年半或兩年開採一次，取油方法非常簡單，只要在樹幹上鑽一直徑約5cm的小孔，12h內就能流出金黃色或淡黃色的油狀樹液。一棵直徑在11.5m的科帕伊巴樹，每次可產樹液1520L。,25,10.4能源植

9、物生產賦予農業新的內涵,10.4.4藻類 在能源植物中提煉石油最讓人鼓舞的前景之一就是對藻類的研究。藻類是最古老的水生植物，大約二十五億年前到四億三千八百萬年前是藻類的繁榮時期。它是元古代海洋中的主要生物，大量藻類在淺海底一代又一代的生活，逐漸形成巨大的海藻礁，又稱疊層石。,26,10.5最新技術發展與展望,目前在生物質燃燒技術研究主要集中在高效燃燒、熱電聯產、過程控制、煙氣淨化、減少排放量與提高效率等技術領域；另外，對減少投資、降低運行費用等方面也進行了相關的研究。,27,10.5最新技術發展與展望,在熱電聯產領域，出現了熱、電、冷聯產，以熱電廠為熱源，採用溴化鋰吸收式製冷技術提供冷水進行空

10、調製冷，可以節省空調製冷的用電量；熱、電、氣聯產則是以循環流化床分離出來的800900C的灰分作為乾餾爐中的熱源，用乾餾爐中的新燃料析出揮發分生產乾餾氣。以下將簡單地介紹生物燃料電池和生物製氫技術。,28,10.5最新技術發展與展望,10.5.1生物燃料電池 生物燃料電池(biofuel cell)是利用酶或者微生物組織作為催化劑，將燃料的化學能轉化為電能。它的工作原理與傳統的燃料電池存在許多共通之處，如以葡萄糖作為底物的燃料電池為例，在陽極和陰極將發生如下反應 陽極反應：C6H12O66H2O6CO224e24H 陰極反應：6O224e24H12H2O,29,10.5最新技術發展與展望,10.5.2生物製氫技術 氫位於元素週期表之首，它的原子序數為1，在常溫常壓下為氣態，在超低溫高壓下又可成為液態。氫能是一種二次能源，通過一定方法利用其他能源來製取。,30,10.5最新技術發展與展望,目前製氫的方法很多，生物質製氫技術也有發展。 1.水電解法 目前應用較廣且比較成熟的方法之一，是將水電解為氫和氧，水為原料製氫工程是氫與氧燃燒生成水的逆過程。提供電能使水分解製取氫氣的效率一般在75%85%。其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，因此它的應用受到一定限制。,31,10.5最新技術發展與展望,2.熱化學法 目前工業製氫方法，主要是以天然氣、石油和煤為原料，在高溫下與水蒸氣發生