新能源与分布式发电技术

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生物质能
§7.1.3 生物质能及其特点
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）可循环再生 （2）可存储和运输 （3）资源分散 （4）大多来自废物
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§7.1.4 我国的生物质资源
左右。 中国拥有丰富的生物质资源，理论总量有50 亿吨左右 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。 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 2000万吨左右的稻壳。 一些大型米厂每年可收集2000万吨左右的稻壳 外，一些大型米厂每年可收集2000万吨左右的稻壳。(分布情 详见教材) 况，详见教材) （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、 资源大多分布在我国的主要林区， 林木生物质资源大多分布在我国的主要林区，其中西藏、四 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。
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§7.1.2.2 其它形式的生物质
（1）动物粪便 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。 动物粪便是从植物体转化而来的，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）城市垃圾 城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾， 城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾， 部分建筑业垃圾 工业有机废弃物都含有大量有机物 建筑业垃圾和 都含有大量有机物。 部分建筑业垃圾和工业有机废弃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）有机废水 工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。 工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。
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§7.1.4 我国的生物质资源
生物质能的主要分布区在西南、东北、河南、山东等地。 生物质能的主要分布区在西南、东北、河南、山东等地。 西南 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， 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。 能源蕴藏量较低的地区往往有开发生物质能的巨大潜力。
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§7.1.2.1 农林作物形成的生物质
（1）农林作业和加工的废弃物 例如：农作物的秸秆，残渣和谷壳； 例如：农作物的秸秆，残渣和谷壳； 秸秆 林木的残枝 树叶、锯末、果核、果壳等 残枝、 林木的残枝、树叶、锯末、果核、果壳等。 （2）专门培植的农林作物 例如： 例如： 白杨等薪炭林树种，桉树等能源作物 苜蓿等草本植物 薪炭林树种 能源作物， 草本植物。 白杨等薪炭林树种，桉树等能源作物，苜蓿等草本植物。 造酒精的甜高粱，产糖的甘蔗，及向日葵等油料作物。 造酒精的甜高粱，产糖的甘蔗，及向日葵等油料作物。 甜高粱 甘蔗 油料作物 也提供大量生物质。 此外，海洋和湖泊也提供大量生物质 此外，海洋和湖泊也提供大量生物质。
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§7.2 生物质能利用概述
§7.2.1 生物质能利用的历史
自原始农业社会，秸秆和薪柴就一直是主要的燃料， 自原始农业社会，秸秆和薪柴就一直是主要的燃料，这就是 就一直是主要的燃料 传统生物质能，有时统称薪炭 统称薪炭。 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 在世界能源消耗中所占比例仍高达73.8%。 1860年，薪炭在世界能源消耗中所占比例仍高达 % 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，薪炭能源的比例逐渐下降。 1973年能源危机的爆发及矿物能源的严重污染，使可再生能 1973年能源危机的爆发及矿物能源的严重污染， 的爆发及矿物能源的严重污染 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， 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， 21世纪中叶采用新技术生产的各种生物质替代 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很大比重 很大比重。 燃料将占全球总能耗的很大比重。
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§7.1 生物质和生物质能
§7.1.1 生物质的概念
生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、 生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物和 有机物中除化石燃料外所有来源于动 微生物的物质， 微生物的物质， 包括动物、植物、 包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所 有有机物。 有有机物。 小知识： 小知识：光合作用
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§7.3.1 固体生物质燃料
（2）固体成型燃料 以木质素为黏合剂，将松散的秸秆、 以木质素为黏合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃 挤压成特定形状的固体燃料， 压缩成型。 物挤压成特定形状的固体燃料，即压缩成型。 压缩成型可以解决天然生物质分布散 密度低、松散蓬松造 分布散、 压缩成型可以解决天然生物质分布散、密度低、松散蓬松造 成的储运困难 使用不便等问题 储运困难、 等问题。 成的储运困难、使用不便等问题。 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2/3以上。 2/3以上 半纤维素和木质素，占植物成分的2/3以上。 一般将原料粉碎到一定细度后，在一定压力、 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，挤压成棒状 球状、颗粒状的固体燃料 棒状、 的固体燃料。 件下，挤压成棒状、球状、颗粒状的固体燃料。
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制作人：朱永强, 丁泽俊, 制作人：朱永强, 丁泽俊, 许 郁
华北电力大学
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§7 生物质能及其利用
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？ 石油树是什么树？海藻和燃料有什么关系？ 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。
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§7.2.2 生物质能利用的形式
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§7.3 生物质燃料 生物质燃料
§7.3.1 固体生物质燃料
（1）生物质直接燃烧 直接燃烧是最古老 最广泛的生物质利用方式 最古老、 的生物质利用方式。 直接燃烧是最古老、最广泛的生物质利用方式。 得到的热量，可直接利用，也可进行后续转换（如发电）。 得到的热量， 直接利用，也可进行后续转换（如发电）。 热量 后续转换 不过，直接燃烧的转换效率往往很低。 不过，直接燃烧的转换效率往往很低。 转换效率往往很低 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挥发分多 释放的能量过半； 挥发分多， －碳氢化合物受热分解挥发分多，释放的能量过半； 含氧量多，易点燃，而不需太多氧气供应； －含氧量多，易点燃，而不需太多氧气供应； 密度小，容易充分烧尽 灰渣中残留的碳量小 烧尽， 残留的碳量小； －密度小，容易充分烧尽，灰渣中残留的碳量小； 含碳量少，能量密度低，燃烧时间短； －含碳量少，能量密度低，燃烧时间短； 松散，体积大，不便运输。 －松散，体积大，不便运输。
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§7.1.3 生物质能及其特点
生物质能， 蕴藏在生物质中的能量， 生物质能，指蕴藏在生物质中的能量， 是直接或间接地通过光合作用， 太阳能转化为化学能后固定 是直接或间接地通过光合作用，把太阳能转化为化学能后固定 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1400～1800亿吨， 每年生成的生物质总量达1400～1800亿吨，所蕴含的生物质能 1400 亿吨 相当于目前世界耗能总量的10倍左右 世界耗能总量的10倍左右。 相当于目前世界耗能总量的10倍左右。 生物质长期以来为人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， 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60%以上。 60%以上 非洲有些国家高达60%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“第四能源”。 被称为 第四能源” 第四能源
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§7.1.2 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： 一有机废弃物的回收利用， 有机废弃物的回收利用， 专门培植作为生物质来源的农林作物。 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。 此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。
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§7.2.2 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、 生物质能利用，主要是将生物质转变为可直接利用的热能、 转变为可直接利用的热能 电能和可存储的燃料。 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。 组成与化石燃料大体相同， 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。 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， 有不同的属性和特点， 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。 趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。
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§7.3.1 固体生物质燃料
（2）固体成型燃料
其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。 其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。 相当于中等烟煤
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§7.3.2 气体生物质燃料
气体燃料的优点包括： 气体燃料的优点包括： 既可直接燃烧 又能用来驱动发动机和涡轮机； 直接燃烧， 用来驱动发动机和涡轮机 ① 既可直接燃烧，又能用来驱动发动机和涡轮机； 能量转化效率比生物质直接燃烧高 转化效率比生物质直接燃烧 ② 能量转化效率比生物质直接燃烧高； 便于运输；等等。 ③ 便于运输；等等。 （1）木煤气 可燃的生物质在高温条件下经过干燥 干馏热解、 干燥、 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 生物质燃气， 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” “木煤气” 。 主要成分有CO、H2、CH4、CmHn等可燃气体和CO2、O2、 等可燃气体和CO2 主要成分有CO、H2、CH4、CmHn等可燃气体和CO2、O2、N2 等不可燃气体及少量水蒸气。另外， 等不可燃气体及少量水蒸气。另外，还有由多种碳氧化合物 组成的大量煤焦油。 组成的大量煤焦油。
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§7.1.4 我国的生物质资源
（3）禽畜粪便 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， 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 畜禽粪便就有4亿吨左右 亿吨左右。 畜禽粪便就有 亿吨左右。 主要分布在河南、山东、四川、 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。 （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 排放量高达20多亿吨( 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％。 市垃圾产量不少于1.5亿吨，有机物的含量约为 ％ 产量不少于1.5亿吨