第六节-生物质能

生物质资源植物的光合作用图解生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能（biomassenergy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。生物质能的定义与范畴生物质包括：糖类（甘蔗、甜菜）；淀粉类（土豆、玉米）；纤维类（木材、农作物秸杆、杂草）等。生物质能的定义与范畴CO2人类需要的能生物质的产生和利用循环H2O太阳能C6H12O6燃烧、分解、气化。。。生物质能直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，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%。生物质能的种类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畜禽粪便生物质能的特点

可再生性低污染性广泛分布性生物质燃料总量十分丰富应用：沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等。薪材薪材来源于树木生长过程中修剪的枝杈，木材加工的边角余料，以及专门提供薪材的薪炭林。1979年全国合理提供薪材量8885万吨，实际消耗量18100万吨，薪材过樵1倍以上；1995年合理可提供森林能源14322.9万吨，其中薪炭林可供薪材2000万吨以上，全国农村消耗21339万吨，供需缺口约7000万吨。薪材薪材的产源：森林

森林能源是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，主要是薪材。薪材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，应适当规划与广泛植林。生物质能的利用据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440～1800亿吨(干重)，其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3～8倍。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。

生物质能利用：脂肪燃料快艇生物质能的利用生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。生物质能利用现状2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。

中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米

生物质能的研究目前，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的开发研究计划，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。

生物质能对中国的意义中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料，1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7％。1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤，增加了18.3％，年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7％，增长率是总量增长率的6倍多。生物质能利用生物质能利用生物质热化学转化（油、气）（高温分解、气化）生物化学转化（沼气、酒精）直接燃烧能源转换过程直接燃烧生物质能利用—直接燃烧热效率低于20%lossloss生物质能利用—直接燃烧炕：热效率20-30%生物质能利用—直接燃烧－发电秸秆直接燃烧发电垃圾直接燃烧发电生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电热效率可达90%;生物质能净转化效率～40％生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电每两吨秸秆的热值相当于一吨煤，平均含硫量只有3．8‰，远远低于煤1％的平均含硫量。

丹麦:已建立了130多家秸秆生物发电厂。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24％以上。

1：1.4能源草秸秆河北晋州：两台秸秆直燃锅炉（华光股份生产，2台75t/h）。

江苏如东：25MW生物质发电项目。江苏宿迁和句容：每个项目的装机容量为2.4万千瓦(完全采用我国自主研发设计和制造的秸秆直燃锅炉技术）。

生物质与煤混合燃烧效果最佳生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电截至2006年，我国已经有100多个县市已经开始投建或签订秸秆发电项目生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电

2005年，我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在枣庄十里泉发电厂竣工投产:引进了丹麦BWE公司的技术设备，对1台14万千瓦机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造。十里泉电厂生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电生活垃圾焚烧后，质量只有焚烧前的10%，体积最多只有1/4。西方发达国家大都建有垃圾发电厂，美国在20世纪80年代兴建了90座垃圾焚烧厂，90年代又建了近400座发电厂，垃圾焚烧率达40％；日本垃圾电站有131座。生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电垃圾电站生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电浦东御桥工业区：国内第一座日处理千吨以上的大型现代化生活垃圾发电厂，每天可处理120－150万城市居民产生的生活垃圾（约1000吨）。我国目前规模最大的垃圾焚烧厂——上海江桥生活垃圾焚烧厂，每天处理垃圾2000吨。截至2006年，我国已经建成有100多个日处理量在200吨以上的焚烧装置。目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将超过3000座。生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电垃圾发电平均上网电价为０．５４元／千瓦时，发电成本为０．５元／千瓦时。火力发电成本仅为０．２元／千瓦时，水力发电的运营成本仅为０．０３／千瓦时－０．０５元／千瓦时。相比之下，垃圾发电成本是相当高的，没有任何竞争优势。

生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电热化学转化生物质能利用-热化学转化气化液化转脂反应生物质能利用-热化学转化-气化生物质气化是在高温条件下，利用部分氧化法，使有机物转化成可燃气体的过程，产物为CO、H2、CH4等可燃性气体。生物质气化供热供气发电用作锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对气体要求不很严格，直接在锅炉内燃烧气化气。效率低。在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。这种利用方式要求气化压力在10－30个大气压，有灰尘、杂质等污染的问题。在内燃机内燃烧带动发电机发电。这种方式应用广泛，而且效率较高。但该种方式对气体要求严格，气化气必须净化及冷却。生物质能利用-热化学转化-气化发电气化发电的三种方式生物质能利用-热化学转化-气化发电我国当前情况下，如果生物质收集范围大于50km，气化发电价格就会大于电网价格（约0·55元/度），而失掉经济性方面的优势；小于50km，燃料不足。

气化技术障碍燃气除焦电机要求焦油含量：0.02-0.05g/m3；H2<15%而汽化后焦油含量：2-50g/m3农村生物质生态循环型利用系统交大生物质能研究中心关键生物质能利用-热化学转化—液化热解液化（不需催化剂，650～800℃,原料需干燥）生物油（70％）和气体快速热解生物油（80～85％）和焦炭慢速热解高加热速率（102-104K/s）产物停留时间（0.2-3s）

干馏：木炭生物质能利用-热化学转化—液化旋转锥反应器oil生物质能利用-热化学转化—液化生物质能利用-热化学转化—液化2.加压液化（需催化剂,300～350℃，原料不需干燥）12-20MPa停留时间：30min加水油（含水）生物质能利用-热化学转化—液化尚处于研究阶段生物质能利用-热化学转化—生物柴油用热化学法生产:动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，在酸或者碱性催化剂和高温(230～250℃)下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。BiodieselVegetableOil脂肪酸乙醇甘油生物质能利用-热化学转化—生物柴油生物质能利用-热化学转化—生物柴油1、仅需要对柴油机进行微小的改造甚至不需要改造。2、可以采用现有的柴油运输、销售网络。3、从全生命周期来看不产生CO2排放。生物柴油替代柴油的优势生物质能利用-热化学转化—生物柴油普通柴油价格（2006年11月数据）3500元／吨生物柴油价格（植物油3000元／吨）3750－4285元／吨生物柴油价格（植物油5000元／吨）6250－7140元／吨植物油成本高，占总成本的70％至80％现在：5000元/吨（植物油）

7000元/吨（柴油）生物质能利用-热化学转化—生物柴油欧洲：生物柴油使用最多，份额已占到成品油市场的5%；原料主要为菜籽油。

原料来源美国：大豆油；已开始通过基因工程方法研究高油含量的植物。日本：工业废油和废煎炸油。

棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等生物质能利用-热化学转化—生物柴油我国：地沟油是目前主要原料，麻风树、黄连木等油料作物有望大面积种植。地沟油。。。麻风树黄连木生物化学转化发酵厌氧消化生物质能利用－生物化学转化生物质能利用－生物化学转化－发酵发酵催化酶糖发酵生物质醇乙醇汽车生物质能利用－生物化学转化－发酵1、糖类：甘蔗、甜菜等糖类生物质转化成乙醇相对容易，但原料成本高（60%价格）。2、淀粉类：淀粉类生物质（玉米、高粱、木薯）需要先水解成糖类。3、木质纤维类：木材、草等预处理更复杂，需要经过几种酸的水解才能变成糖。原料生物质能利用－生物化学转化－发酵陈化粮作为燃料乙醇生产原料木薯、红薯、甘蔗、甜高粱等非口粮（小麦、稻谷）农作物纤维质：桔杆、农林废弃物、工业纤维废渣

原料发展趋势最新进展美国马萨诸塞大学的化学工程师GeorgeHuber找到一种有效的方法，成功地让柳枝稷、白杨树等植物的木质纤维素（即固态生物质能）转化为“绿色汽油”。

这是首次实现植物纤维素到汽油组分的直接转变。

生物质能利用－生物化学转化－发酵生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化生物质细菌绝氧分解沼气（60％甲烷，30～40％CO2）大棚沼气发电机生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化原料1、人、畜排泄物生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化沼液、沼渣沼气照明做饭沼气灯提高棚温增施气肥猪蔬菜沼气池粪便残叶生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化2、垃圾原料垃圾填埋场经过特殊设计，可增加沼气产量，并且在填埋垃圾之前预先铺设收集气体的管道。生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化上海南汇老港垃圾填埋场（国内最大的垃圾填埋场）的沼气收集和预处理系统一期工程已建成，开始实验性发电。生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化东滩生态农业可再生能源与氢能应用示范人畜粪便秸秆沼气发电中温烟气供热低温烟气余热利用堆肥大棚沼气站发电机科教基地秸秆气化灰肥料气化发电未来村庄能源系统展示馆氢能观光车分布式供能加氢站风光互补耦合制氢肥料土壤改良杀虫剂沼液生物质能展望生物质能展望1、欧盟：2010年生物质能源达到总能源消耗的7％（现在已经达到2％）

。2、美国：2010年生物质能源达到总能源消耗的4％，2020年达到5％（现在已经达到3％）。3、澳大利亚：2010年生物质能源达到总能源消耗的5％。4、巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3，近50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油参和比达到20％。生物质能展望－中国目前生物质能源仅占0.5－1%。中国《可再生能源中长期发展规划》提出了到2020年中国可再生能源开发利用总量在能源供应结构中的比重达15%的目标，相当于6亿吨标准煤（1/6)。2020年生物质燃料替代1000万吨石油。中国农林生物质发电20022002010年2020年垃圾填埋场沼气发电20100大中型沼气工程发电80300生物质发电总计3002600（万千瓦）生物质能展望－中国生物质固体成型燃料

2010年:示范点建设，全国年消费100万吨

2020年:年消费量达到5000万吨农村户用沼气

2010年：110亿立方米/年

2020年：180亿立方米/年生物质能展望－中国生物质液体燃料

2020年：替代1000万吨成品油燃料乙醇：

以甜高粱茎杆、甘蔗和木薯等为原料

2020年，年产1000万吨生物柴油以麻疯树、油桐、黄连木、油菜籽等为原料餐饮