新能源课件第三章生物质能全解

沼
气
沼气利用

人类发现、利用沼气，已有悠久的历史。 1776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 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 沼泽地，故俗称“沼气”。
沼气利用

1781年，法国科学家穆拉发明人工沼气 发生器。200多年过去了，如今全世界约 有农村家用沼气池530万个，中国就占了 92％。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 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 气工程有了迅速发展。
沼 气

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 容易，用途广泛，综合效益显著的能源 技术。沼气的主要成分是甲烷，约占所 产生的各种气体的60%一80%。
沼 气

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 方米纯甲烷的发热最为34000焦耳，每立 方米沼气的发热量约为20800－23600焦 耳。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生 相当于0.7千克无烟煤提供的热量。
沼气能源的利用

专家预测，到2050年，以生物质能为重 要组成部分的可再生能源，将以相同或 低于矿物燃料的价格，提供全球 3/5的 电力和2/5的直接燃料。
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Truck unloading wood chips that will fuel the Tracy Biomass Plant, Tracy, California.
物化转换技术
物化转换技术包括三方面： •一是干馏技术； •二是气化制生物质燃气； •三是热解制生物质油。

物化转换技术

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 转化为热值较高的固定碳或气，碳和燃 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 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。

绿玉树

续随子。
麻风果

续随子。
麻风果

续随子。
续随子

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续随子

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能源农场

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 成可利用的能源。要对土地进行合理规划，尽 可能利用山地、非耕荒地和水域，选择适合当 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， 要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋 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 高能源转化率。
定的碳达2x1011t，含能量达3x1021J， 因此每年通过光合作用贮存在植物 的枝、茎、叶中的太阳能，相当于 全世界每年耗能量的10倍。
生物质能简介

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 地位。生物质能一直是人类赖以生存的 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 源，在世界能源消耗中，生物质能占总 能耗的14％，但在发展中国家占40％以 上。
直接燃烧技术

固型燃料燃烧是把生物质固化成型后再 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统的定型产品， 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 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 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。

多产沼气的条件
充足的养分：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。 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。 充足的水分：一般要求发酵原料的含水量占总 质量的80％左右，过稀或过浓都对产气不利。 适合的酸碱环境：一般发酵池的酸碱度控制在 pH为7～8.5。
生化转换技术

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， 它的主要优点可以使生物质变为清洁燃 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 高。
生化转换技术

植物油技术： 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 用或化工原料之外，也可以作为能源利 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， 而且品种的筛选和培育也较困难。

生物能的开发和利用
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 释放出来，解决燃料问题。 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发展，植物残渣又可 以制造酒精以代替石油。 建立“能量林场”，“能量农场”，“海洋能 量农场”。 建立以植物为能源的发电厂。变 “能源植物”为“能源作物”，如“石油树”： 绿玉树，续随子，麻风果。

生物质能 的利用技术
生物质能的利用技术

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 和植物油技术四大类，各类技术又包含 了不同的子技术。
直接燃烧技术

直接燃烧大致可分四种情况：
• • • • 炉灶燃烧； 锅炉燃烧； 垃圾焚烧； 固型燃料燃烧。
直接燃烧技术

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， 它的投资最省，但效率最低，燃烧效率 在15-20%左右。
Types of Biomass
பைடு நூலகம்物质能的来源
柴薪，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。 牲畜粪便，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 和肥料。 制糖作物，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。 水生植物，同柴薪一样，水生植物也可转化成 燃料。

农村家用沼气池生产的沼气主要用来做 生活燃料。修建一个容积为6立方米的沼 气池，每天投入相当于4头猪的粪便发酵， 它所产的沼气能解决4口人家庭点灯、做 饭的燃料问题。
沼气能源的利用

沼气还可以用于农业生产中，如温室保 温、烘烤农产品、沼气防蛀、储备粮食、 水果保鲜等。沼气也可发电做农机动力， 大、中型沼气工程生产的沼气可用来发 电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城 市居民使用。例如，河南南阳市从20世 纪70年代开始至今，有3万户城市居民使 用沼气。
生产甲烷的基本过程
第一阶段的水解把不溶解的有机化合物 和聚合物，通过酶法转化为可溶解的有 机物。 第二阶段再将上一步转化成的产物如碳 水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵 为有机酸。 第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。

多产沼气的条件
密闭：沼气发酵是多种嫌气性细菌活动 的结果，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 空气，不漏气，不漏水。 适宜的温度：一般沼气池在20 ℃～40 ℃ 时产气量最高。

生物质能的来源
城市垃圾，主要成分包括：纸屑（占40％）、 纺织废料（占20%）和废弃食物（占20%）等。 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。 城市污水，一般城市污水约含有0.02％～0.03 ％的固体与99%以上的水分，下水道污泥有望 成为厌氧消化槽的主要原料。
生物能的优点
提供低硫燃料； 提供廉价能源(某些条件下)； 将有机物转化成燃料可减少环境公害(例 如，垃圾燃料)； 与其他非传统性能源相比较，技术上的 难题较少。

生物能的缺点
植物仅能将极少量的太阳能转化成有机 物； 单位土地面的有机物能量偏低； 缺乏适合栽种植物的土地； 有机物的水分偏多(50%～95%) 。
物化转换技术

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 可以把生物质制成油品燃料，作为石油 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 太高。
Power generation from landfill gas
生化转换技术

生物转换技术主要是以厌氧消化和特种 酶技术为主。

我国生物质能资源

我国生物质能资源相当丰富，仅各类农 业废弃物（如秸秆等）的资源量每年即 有3.08亿吨标煤，薪柴资源量为1.3亿吨 标煤，加上粪便、城市垃圾等，资源总 量估计可达6.5亿吨标煤以上，约相当于 1995年全国能 源消费总量的一半。
沼气能源的利用

在占中国人口80％的农村，人们生活主 要以秸秆和薪柴为燃料。1998年全国农 村居民总能耗为365Mtce,其中56.7％ （365Mtce）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 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 以帮助农村人口摆脱贫困，增加收益。
物化转换技术

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 是低热值气，也可以是中热值气。它的 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 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 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。
生物能的开发和利用
直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电 能； 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 作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙 醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、 水生植物； 生产木炭和炭；

生物能的开发和利用
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 气轮机（BIG/STIG）联合发电装置； 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 免用错误的方法处置这些物质，以免引 起环境危害。
生物质能
生物质能简介

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 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， 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 常规的固态、液态和气态燃料。
生物质能简介
据估计地球上每年植物光合作用固
直接燃烧技术

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 是效率高，并且可实现工业化生产。主 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 能采用本技术。
直接燃烧技术

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 它要求技术更高，投资更大，从能量利 用的角度，它也必须规模较大才比较合 理。
沼气能源的利用

从1991年到1998年，中国农村能源总能 耗从568 Mtce增加到了672 Mtce,增长幅 度为18.3％，平均年增长率为2.4％。农 村对优质能源的需求日益增长。但是单 靠传统能源技术不能满足这种需求。因 此，研究和应用沼气技术对优质能源对 生产有着重大的意义。
沼气能源的利用
生化转换技术

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 型的厌氧处理污水的工程。它主要优点 是提供的能源形式为沼气（CH4），非常 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 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。