新能源课件第三章生物质能

1、n生物能是太阳能以化学能形式贮存在生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，物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质能是独特的，它是贮存的太阳能，生物质能是独特的，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。常规的固态、液态和气态燃料。 n据估计地球上每年植物光合作用固据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达定的碳达2x102x101111t t，含能量达，含能量达

2、3x103x102121J J，因此每年通过光合作用贮存在因此每年通过光合作用贮存在植物植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的全世界每年耗能量的1010倍。倍。 n生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的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第四大能源，在整个能源系统占有重要地位。生物质能一直是地位。生物质能一直是人类赖以生存的人类赖以生存的重要能源之一，就其能源当量而言，是重要能源之一，就其能源当量而言，是仅次于煤、油、天然气而列第四位的能仅次于煤、油、天然气而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生物质能占总源，在世界能源消耗

3、中，生物质能占总能耗的能耗的14，但在发展中国家占，但在发展中国家占40以以上。上。，至今仍是许多发展中国家的重要能源。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，应适当规划但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。与广泛植林。，牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供，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，可产生甲烷应热能。若将粪便经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。和肥料。，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。，同柴薪一样，水生植物也可转化成，同柴薪一样，水生植物也可转化成燃料。燃料。，主要成分包括：纸屑（占，主要成分包括

4、：纸屑（占4040）、）、纺织废料（占纺织废料（占20%20%）和废弃食物（占）和废弃食物（占20%20%）等。）等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处理制成燃料使用。分解处理制成燃料使用。，一般城市污水约含有，一般城市污水约含有0.020.020.030.03的固体与的固体与99%99%以上的水分，下水道污泥有望以上的水分，下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。成为厌氧消化槽的主要原料。n建立以沼气为中心的农村新的能量，物质循环建立以沼气为中心的农村新的能量，物质循环系统，使秸杆中的生物能以沼气的形式缓慢地系统，使秸杆中的生物能以沼气的形

5、式缓慢地释放出来，解决燃料问题。释放出来，解决燃料问题。n种植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱种植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工业的等，既有利于食品工业的发展，植物残渣又可发展，植物残渣又可以制造酒精以代替石油。以制造酒精以代替石油。n建立建立“能量林场能量林场”，“能量农场能量农场”，“海洋能海洋能量农场量农场”。 建立以植物为能源的发电厂。变建立以植物为能源的发电厂。变“能源植物能源植物”为为“能源作物能源作物”，如，如“石油树石油树”：绿玉树，续随子，麻风果。绿玉树，续随子，麻风果。n续随子。续随子。绿玉树绿玉树n续随子。续随子。麻风果麻风果n续随子。续随子。

6、麻风果麻风果n。续随子续随子n。续随子续随子n即建立以获取能源为目的的生物质生产基地，即建立以获取能源为目的的生物质生产基地，以能源农场的形式大规模培育生物质，并加工以能源农场的形式大规模培育生物质，并加工成可利用的能源。要对土成可利用的能源。要对土地进行合理规划，尽地进行合理规划，尽可能利用山地、非耕荒地和水域，选择适合当可能利用山地、非耕荒地和水域，选择适合当地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖，以地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖，以获得足够数量的高产能植物。在海洋、水域，获得足够数量的高产能植物。在海洋、水域，要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋要充分利用海藻和水生物提取能源，建

7、立海洋能源农场或江河能源农场。同时，将基因工程能源农场或江河能源农场。同时，将基因工程等现代生物技术广泛应用于能源农场中，以提等现代生物技术广泛应用于能源农场中，以提高能源转化率。高能源转化率。n直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能；能；n利用能源作物生产液体燃料。目前具有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：快速成长发展潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙物（供制造乙醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、水生植物；水生植物；n生产木炭和炭；生产木炭和炭； n

8、生物质（热解）气化后用于电力生产，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如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机（气轮机（BIG/STIGBIG/STIG）联合发电装置；）联合发电装置；n对农业废弃物、粪便、污水或城市固体对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避免用错误的方法处置这免用错误的方法处置这些物质，以免引些物质，以免引起环境危害。起环境危害。n生物质能的利用技术大体上分为直接燃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、生化转化技术烧技术、物化转化技术、生化转化技术和植物油技术四大

9、类，和植物油技术四大类，各类技术又包含各类技术又包含了不同的子技术。了不同的子技术。n直接燃烧大致可分四种情况：直接燃烧大致可分四种情况： 炉灶燃烧；炉灶燃烧； 锅炉燃烧；锅炉燃烧； 垃圾焚烧；垃圾焚烧； 固型燃料燃烧。固型燃料燃烧。 n炉灶燃烧是最原始的利用方法，但一般炉灶燃烧是最原始的利用方法，但一般适用于农村或山区分散独立的家庭用炉，适用于农村或山区分散独立的家庭用炉，它的投资最省，但效它的投资最省，但效率最低，燃烧效率率最低，燃烧效率在在15-20%15-20%左右。左右。 n锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质，它的主要优点用于大规

10、模利用生物质，它的主要优点是效率高，并且可实现是效率高，并且可实现工业化生产。主工业化生产。主要缺点是投资高，而且不适于分散的小要缺点是投资高，而且不适于分散的小规模利用，生物质必须相对比较集中才规模利用，生物质必须相对比较集中才能采用本技术。能采用本技术。n垃圾焚烧也是采用锅炉技术处理垃圾，垃圾焚烧也是采用锅炉技术处理垃圾，但由于垃圾的品位低，腐蚀性强，所以但由于垃圾的品位低，腐蚀性强，所以它要求技术更高，投资它要求技术更高，投资更大，从能量利更大，从能量利用的角度，它也必须规模较大才比较合用的角度，它也必须规模较大才比较合理。理。n固型燃料燃烧是把生物质固化成型后再固型燃料燃烧是把生物质固

11、化成型后再采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是所采用的热力设备是传所采用的热力设备是传统的定型产品，统的定型产品，不必经过特殊的设计或处理，主要缺点不必经过特殊的设计或处理，主要缺点是运行成本高，所以它比较适合企业对是运行成本高，所以它比较适合企业对原有设备进行技术改造时，在不重复投原有设备进行技术改造时，在不重复投资前提下，以生物质代替煤，以达到节资前提下，以生物质代替煤，以达到节能的目的，或应用于对污染要求特别严能的目的，或应用于对污染要求特别严格的场所，如饭店烧烤等。格的场所，如饭店烧烤等。Truck unloading wood chips that w

12、ill fuel the Tracy Biomass Plant, Tracy, California.n物化转换技术包括三方面：物化转换技术包括三方面： 一是干馏技术；一是干馏技术；二是气化制生物质燃气；二是气化制生物质燃气；三是热解制生物质油。三是热解制生物质油。n干馏技术主要目的是同时生产生物质碳干馏技术主要目的是同时生产生物质碳和燃气，它可以把能量密度低的生物质和燃气，它可以把能量密度低的生物质转化为热值较高的固定转化为热值较高的固定碳或气，碳和燃碳或气，碳和燃气可分别用于不同用途。优点是设备简气可分别用于不同用途。优点是设备简单，可以生产碳和多种化工产品，缺点单，可以生产碳和多种化工

13、产品，缺点是利用率较低，而且适用性较小，一般是利用率较低，而且适用性较小，一般只适用于木质生物质的特殊利用。只适用于木质生物质的特殊利用。n生物质热解气化是把生物质转化为可燃生物质热解气化是把生物质转化为可燃气的技术，根据技术路线的不同，可以气的技术，根据技术路线的不同，可以是低热值气，也可以是是低热值气，也可以是中热值气。它的中热值气。它的主要优点是生物质转化为可燃气后，利主要优点是生物质转化为可燃气后，利用效率较高，而且用途广泛，如可以用用效率较高，而且用途广泛，如可以用作生活煤气，也可以用于烧锅炉或直接作生活煤气，也可以用于烧锅炉或直接发电。主要缺点是系统复杂，而且由于发电。主要缺点是系

14、统复杂，而且由于生成的燃气不便于储存和运输，必须有生成的燃气不便于储存和运输，必须有专门的用户或配套的利用设施。专门的用户或配套的利用设施。n热解制油是通过热化学方法把生物质转热解制油是通过热化学方法把生物质转化为液体燃料的技术，它的主要优点是化为液体燃料的技术，它的主要优点是可以把生物质制成油品可以把生物质制成油品燃料，作为石油燃料，作为石油产品替代品，用途和附价值大大提高，产品替代品，用途和附价值大大提高，主要缺点是技术复杂，目前的成本仍然主要缺点是技术复杂，目前的成本仍然太高。太高。Power generation from landfill gas n生物转换技术主要是以厌氧消化和特种

15、生物转换技术主要是以厌氧消化和特种酶技术为主。酶技术为主。 n厌氧消化主要是把水中的生物质分解为厌氧消化主要是把水中的生物质分解为沼气，它包括小型的农村沼气技术和大沼气，它包括小型的农村沼气技术和大型的厌氧处理污水的工型的厌氧处理污水的工程。它主要优点程。它主要优点是提供的能源形式为沼气（是提供的能源形式为沼气（CHCH4 4），非常），非常洁净，具有显著的环保效益，主要缺点洁净，具有显著的环保效益，主要缺点是能源产出低，投资大，所以比较适宜是能源产出低，投资大，所以比较适宜于以环保为目标的污水处理工程或以有于以环保为目标的污水处理工程或以有机易腐物为主的垃圾的堆肥过程。机易腐物为主的垃圾的堆

16、肥过程。n利用生物技术（包括酶技术）把生物质利用生物技术（包括酶技术）把生物质转化为乙醇的主要目的是制取液体燃料，转化为乙醇的主要目的是制取液体燃料，它的主要优点可以使它的主要优点可以使生物质变为清洁燃生物质变为清洁燃料，拓宽用途，提高效率，主要缺点是料，拓宽用途，提高效率，主要缺点是转换速度太慢，投资较大，成本相对较转换速度太慢，投资较大，成本相对较高。高。n植物油技术：植物油技术： 植物油技术也是生物质能植物油技术也是生物质能利用技术的一种，植物油除了可以作食利用技术的一种，植物油除了可以作食用或化工原料之外，也用或化工原料之外，也可以作为能源利可以作为能源利用。它的主要优点是提炼和生产技

17、术简用。它的主要优点是提炼和生产技术简单，主要缺点是油产率较低，速度很慢，单，主要缺点是油产率较低，速度很慢，而且品种的筛选和培育也较困难。而且品种的筛选和培育也较困难。 n提供低硫燃料；提供低硫燃料；n提供廉价能源提供廉价能源( (某些条件下某些条件下) )；n将有机物转化成燃料可减少环境公害将有机物转化成燃料可减少环境公害( (例例如，垃圾燃料如，垃圾燃料) )；n与其他非传统性能源相比较，技术上的与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较难题较少。少。n植物仅能将极少量的太阳能转化成有机植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物；物；n单位土地面的有机物能量偏低；单位土地面的有机物能量偏低； n

18、缺乏适合栽种植物的土地；缺乏适合栽种植物的土地；n有机物的水分偏多有机物的水分偏多(50%(50%95%) 95%) 。n人类发现、利用沼气，已有悠久的历史。人类发现、利用沼气，已有悠久的历史。17761776年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽地里腐烂的生物质发酵，从水底冒出一地里腐烂的生物质发酵，从水底冒出一连串的气泡，分析其主要成分为甲烷和连串的气泡，分析其主要成分为甲烷和二氧化碳等气体。由于这种气体产生于二氧化碳等气体。由于这种气体产生于沼泽地，故俗称沼泽地，故俗称“沼气沼气”。n1781年，法国科学家穆拉发明人工沼气年，法国科学家穆拉发明人工沼气发生器。发生器

19、。200多年过去了，如今全世界约多年过去了，如今全世界约有农村家用沼气池有农村家用沼气池530万个，中国就占了万个，中国就占了92。农村沼气池的主要填料是猪粪、。农村沼气池的主要填料是猪粪、秸秆、污泥和水等。随着农村沼气使用秸秆、污泥和水等。随着农村沼气使用的日益推广和大型厌氧工程技术的进步，的日益推广和大型厌氧工程技术的进步，90年代以来，世界范围内的一些大型沼年代以来，世界范围内的一些大型沼气工程有了迅速发展。气工程有了迅速发展。n沼气是有机废弃物（粪便、树叶、秸秆沼气是有机废弃物（粪便、树叶、秸秆等）经过厌氧发酵的产物，是一项制备等）经过厌氧发酵的产物，是一项制备容易，用途广泛，综合容易

20、，用途广泛，综合效益显著的能源效益显著的能源技术。沼气的主要成分是甲烷，约占所技术。沼气的主要成分是甲烷，约占所产生的各种气体的产生的各种气体的60%一一80%。n甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即对燃烧。每立味，与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯甲烷的发热最为方米纯甲烷的发热最为34000焦耳，每立焦耳，每立方米沼气的发热量约为方米沼气的发热量约为2080023600焦焦耳。即耳。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于相当于0.7千克无烟煤提供的热量。千克无烟煤提供的热量。n第一阶段的水解把不溶解的有机化合

21、物第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和聚合和聚合物，通过酶法转化为可溶解的有物，通过酶法转化为可溶解的有机物。机物。n第二阶段再将上一步转化成的产物如碳第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水化合水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有机酸。为有机酸。n第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。n密闭：沼气发酵是多种嫌气性细菌活动密闭：沼气发酵是多种嫌气性细菌活动的结果，的结果，所以要造成细菌活动的缺氧条所以要造成细菌活动的缺氧条件。在建造沼气池时一定要密闭，隔绝件。在建造沼气池时一定要密闭，隔绝空气，不漏气，不漏水。空气，不漏气，不漏水。n适宜的温度：

22、适宜的温度：一般沼气池在一般沼气池在20 40 时产气量最高。时产气量最高。 n充足的养分：充足的养分：细菌正常生成，需要从发酵原料细菌正常生成，需要从发酵原料中吸取充足的养分，主要是碳、氮和无机盐。中吸取充足的养分，主要是碳、氮和无机盐。沼气发酵原料中，人畜粪尿主要是氮素来源，沼气发酵原料中，人畜粪尿主要是氮素来源，作物秸秆等纤维素物质主要是碳素来源。作物秸秆等纤维素物质主要是碳素来源。n充足的水分：充足的水分：一般要求发酵原料的含水量占总一般要求发酵原料的含水量占总质量的质量的8080左右，过稀或过浓都对产气不利。左右，过稀或过浓都对产气不利。n适合的酸碱环境：适合的酸碱环境：一般发酵池的

23、酸碱度控制在一般发酵池的酸碱度控制在pHpH为为7 78.58.5。 n我国生物质能资源相当丰富，仅各类农我国生物质能资源相当丰富，仅各类农业废弃物（如秸秆等）的资源业废弃物（如秸秆等）的资源量每年即量每年即有有3.083.08亿吨标煤，薪柴资源量为亿吨标煤，薪柴资源量为1.31.3亿吨亿吨标煤，加上粪便、城市垃圾等，资源总标煤，加上粪便、城市垃圾等，资源总量估计可达量估计可达6.56.5亿吨标煤以上，约相当于亿吨标煤以上，约相当于19951995年全国能年全国能 源消费总量的一半。源消费总量的一半。n在占中国人口在占中国人口8080的农村，人们生活主的农村，人们生活主要以秸秆和薪柴为燃料。要以秸秆和薪柴为燃料。19981998年全国农年全国农村居民总能耗为村居民总能耗为365Mtce,365Mtce,其中其中56.756.7（365Mtce365Mtce）来自于稻草、秸秆和薪柴。）来自于稻草、秸秆和薪柴。发展中国农村沼气利用技术可以满足居发展中国农村沼气利用技术可以满足居民生活和工业生产的能源需要。因此，民生活和工业生产的能源需要。因此，作为一项优先发展的技术，沼气利用可作为一项优先发展的技术，沼气利用可以帮助农村人口摆脱贫困，增加收益。以帮助农村人口摆脱贫困，增加收益。n从从19911991年到年