生物质能源概述
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❖ 世界生物质能协会主席Heinz Kopetz博士表 示,由于各国气候、土地利用情况不同，生物质能 源生产及利用水平差别也很大。为了促进可再生 能源的发展，许多国家制定了相应的发展战略和 规划，明确了可再生能源发展目标。如美国、瑞 典、丹麦、印度、巴西、欧洲等国已走在世界前 列。
Contents
1
生物质能源的概述
2 生物质能源林的类型与发展
3
生物质能展望
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生物质能源的概述
生物质能源利用现状
❖ 作为新世纪的可替代能源之一，生物质能占到全世界总能 耗的15%，数量相当巨大，是21世纪能源供应中最具潜 力的能源。因它来自自然界，无污染，同时又是可再生能 源而引起各国的重视。根据EL Insights于2010年9月 发布的报告，从2010年到2015年，全球生物制造市场 预计将从5 729亿美元增加至6 937亿美元，相当于在 此期间的复合年增长率(CAGR)为3.9%。在今后几年， 生物质在生物发电、生物燃料和生物产品部门应用领域将 大幅增长，生物质发电的市场价值将从2010年450亿美 元增加到2020年530亿美元。
❖ 印度于2004年开始了石油和农业领域的“无声 革 命”，制订了2011年全国运输燃料中必须添 加10%乙醇的法令。
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我国生物质能源的开发利用现状
❖ 我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国 理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤，是目前 中国总能耗的4倍左右。在可收集的条件下，中 国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质， 包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、 工业有机废渣与废水等。目前生物质能源仅占 0.5－1%。
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生物质能利用-热化学转化—液化
慢速热解 快速热解
1.热解液化（不需催化剂，650～800℃,原料需干燥）
高加热速率（102104K/s）产物停留 时间（0.2-3s）
生物油（70％）和气体
生物油（80～85％）和焦炭
干馏：木炭
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生物质能利用-热化学转化—液化
生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化
原料
2、垃圾
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。
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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。
❖ 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。
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生物质能利用主要方式
能源转换过程
直接燃烧
生物质
热化学转化（油、气） （高温分解、气化）
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。
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生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
❖ 目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将 超过3000座。
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生物质资源特点
总量大
地球上每年生物质能总量 约1400-1800亿吨(干 重），相当于目前每年总 能耗的10倍。
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低污染
❖ 通过碳、氢、氧循环利用太阳能的过程，理论上不产生 温室气体，低含量的N，S化合物，可以大量减少SOx等有 毒气体排放，被称为“绿色石油”。
乙醇汽车
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生物质能利用－生物化学转化－发酵
原料
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。
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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
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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。
生物化学转化 （沼气、酒精）
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。
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生物质能利用—直接燃烧
loss
热效率低于20%
loss
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生物质能利用—直接燃烧
炕：热效率20-30%
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生物质能利用—直接燃烧－发电
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国外生物质能源利用概况
❖欧盟：2010年生物质能源达到总能源消耗的7％ 。 ❖ 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％）。 ❖ 澳大利亚：2010年生物质能源达到总能源消耗的
5％。 ❖ 巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3，近
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生物质能源的主要类别
❖ 依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物 质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有 机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
❖林业资源 林业生物质资源是指森林生长和林业 生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森 林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、 树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、 锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品 的废弃物，如果壳和果核等。
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第十一章 生物质能源
生物质资源
❖ 生物质是地球上存在最广泛的物质，包括所有动 物、植物和微生物，以及由这些生命体排泄和代 谢的所有有机物质。这些物质所蕴藏的能量相当 惊人，相当于目前世界总耗能的10倍，而目前作 为能源用途的生物质仅占总产量的1%左右，潜 力十分巨大。
❖生物质能：以生物质为载体的能量，即把太阳能 以化学能形式贮存在生物质中的能量形式。
50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油参和比 达到20％。凭借生物能源这张王牌，巴西政府表示 有信心实现到2020年减排36%的目标。
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❖ 丹麦正准备在全国前5大城市，逐步减少并淘汰 燃煤发电站，要求发电站进行技术改造，使用生 物燃料替代煤和燃油，作为城市生产和生活的主 要能源来源。
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❖ 农业资源 ❖ 农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；
农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留 在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、 稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物， 如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指 各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作 物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物 等几类。
热化学转化
气化 液化 转脂反应
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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。
供热
供气
生物质气化
发电
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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－生物化学转化－发酵
最新进展
美国马萨诸塞大学的化 学工程师George Huber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。
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生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化
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。
每利用一万吨椐杆代替燃煤，可以减少CO2排 放１.4t，SO2 40t，烟尘100t。
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分布广
❖ 我国可利用的生物质资源量：
▪ 1.农作物秸秆年产量约7亿吨 ▪ 2.林业及木材加工废弃物年产量约9亿吨 ▪ 3.畜禽养殖和工业有机废水年产沼气资源量约800亿立
方米 ▪ 4.城市生活垃圾年产生量约1.2亿吨
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。
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生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
截至2010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。
大棚
细菌绝氧分解
生物质
沼气
（60％甲烷， 30～40％CO2）
沼气发电机
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生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化
原料
1、人、畜排泄物
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生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化
猪
粪便
沼液、沼渣
提高棚温 增施气肥
沼气池
残叶
蔬菜
沼气灯 沼气 照明做饭
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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。
黄连木
麻风树
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生物质能利用－生物化学转化
发酵 厌氧消化
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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
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❖ 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。
❖ 2010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。
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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）
加水
12-20 MPa
停留时间：30min
油（含水）
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生物质能利用-热化学转化—生物柴油
Company Logo
生物质能利用-热化学转化—生物柴油
生物柴油替代柴油的优势 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。
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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。
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秸秆直接燃烧发电 垃圾直接燃烧发电
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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％
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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％ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ平均含硫量。
1：1.4
秸秆
能源草
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。
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❖ 污水废水
❖ 生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水 组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房 排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制 糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废 水等，其中都富含有机物。
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❖ 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。
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❖ 世界生物质能协会主席Heinz Kopetz博士表 示,由于各国气候、土地利用情况不同，生物质能 源生产及利用水平差别也很大。为了促进可再生 能源的发展，许多国家制定了相应的发展战略和 规划，明确了可再生能源发展目标。如美国、瑞 典、丹麦、印度、巴西、欧洲等国已走在世界前 列。
Contents
1
生物质能源的概述
2 生物质能源林的类型与发展
3
生物质能展望
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生物质能源的概述
生物质能源利用现状
❖ 作为新世纪的可替代能源之一，生物质能占到全世界总能 耗的15%，数量相当巨大，是21世纪能源供应中最具潜 力的能源。因它来自自然界，无污染，同时又是可再生能 源而引起各国的重视。根据EL Insights于2010年9月 发布的报告，从2010年到2015年，全球生物制造市场 预计将从5 729亿美元增加至6 937亿美元，相当于在 此期间的复合年增长率(CAGR)为3.9%。在今后几年， 生物质在生物发电、生物燃料和生物产品部门应用领域将 大幅增长，生物质发电的市场价值将从2010年450亿美 元增加到2020年530亿美元。
❖ 印度于2004年开始了石油和农业领域的“无声 革 命”，制订了2011年全国运输燃料中必须添 加10%乙醇的法令。
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我国生物质能源的开发利用现状
❖ 我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国 理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤，是目前 中国总能耗的4倍左右。在可收集的条件下，中 国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质， 包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、 工业有机废渣与废水等。目前生物质能源仅占 0.5－1%。
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生物质能利用-热化学转化—液化
慢速热解 快速热解
1.热解液化（不需催化剂，650～800℃,原料需干燥）
高加热速率（102104K/s）产物停留 时间（0.2-3s）
生物油（70％）和气体
生物油（80～85％）和焦炭
干馏：木炭
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生物质能利用-热化学转化—液化
生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化
原料
2、垃圾
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。
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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。
❖ 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。
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生物质能利用主要方式
能源转换过程
直接燃烧
生物质
热化学转化（油、气） （高温分解、气化）
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。
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生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
❖ 目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将 超过3000座。
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生物质资源特点
总量大
地球上每年生物质能总量 约1400-1800亿吨(干 重），相当于目前每年总 能耗的10倍。
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低污染
❖ 通过碳、氢、氧循环利用太阳能的过程，理论上不产生 温室气体，低含量的N，S化合物，可以大量减少SOx等有 毒气体排放，被称为“绿色石油”。
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生物质能利用－生物化学转化－发酵
原料
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。
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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
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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。
生物化学转化 （沼气、酒精）
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。
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生物质能利用—直接燃烧
loss
热效率低于20%
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生物质能利用—直接燃烧
炕：热效率20-30%
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生物质能利用—直接燃烧－发电
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国外生物质能源利用概况
❖欧盟：2010年生物质能源达到总能源消耗的7％ 。 ❖ 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％）。 ❖ 澳大利亚：2010年生物质能源达到总能源消耗的
5％。 ❖ 巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3，近
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生物质能源的主要类别
❖ 依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物 质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有 机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
❖林业资源 林业生物质资源是指森林生长和林业 生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森 林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、 树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、 锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品 的废弃物，如果壳和果核等。
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第十一章 生物质能源
生物质资源
❖ 生物质是地球上存在最广泛的物质，包括所有动 物、植物和微生物，以及由这些生命体排泄和代 谢的所有有机物质。这些物质所蕴藏的能量相当 惊人，相当于目前世界总耗能的10倍，而目前作 为能源用途的生物质仅占总产量的1%左右，潜 力十分巨大。
❖生物质能：以生物质为载体的能量，即把太阳能 以化学能形式贮存在生物质中的能量形式。
50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油参和比 达到20％。凭借生物能源这张王牌，巴西政府表示 有信心实现到2020年减排36%的目标。
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❖ 丹麦正准备在全国前5大城市，逐步减少并淘汰 燃煤发电站，要求发电站进行技术改造，使用生 物燃料替代煤和燃油，作为城市生产和生活的主 要能源来源。
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❖ 农业资源 ❖ 农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；
农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留 在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、 稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物， 如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指 各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作 物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物 等几类。
热化学转化
气化 液化 转脂反应
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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。
供热
供气
生物质气化
发电
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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－生物化学转化－发酵
最新进展
美国马萨诸塞大学的化 学工程师George Huber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。
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生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化
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。
每利用一万吨椐杆代替燃煤，可以减少CO2排 放１.4t，SO2 40t，烟尘100t。
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分布广
❖ 我国可利用的生物质资源量：
▪ 1.农作物秸秆年产量约7亿吨 ▪ 2.林业及木材加工废弃物年产量约9亿吨 ▪ 3.畜禽养殖和工业有机废水年产沼气资源量约800亿立
方米 ▪ 4.城市生活垃圾年产生量约1.2亿吨
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。
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生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
截至2010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。
大棚
细菌绝氧分解
生物质
沼气
（60％甲烷， 30～40％CO2）
沼气发电机
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生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化
原料
1、人、畜排泄物
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生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化
猪
粪便
沼液、沼渣
提高棚温 增施气肥
沼气池
残叶
蔬菜
沼气灯 沼气 照明做饭
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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。
黄连木
麻风树
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生物质能利用－生物化学转化
发酵 厌氧消化
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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
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❖ 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。
❖ 2010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。
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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）
加水
12-20 MPa
停留时间：30min
油（含水）
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生物质能利用-热化学转化—生物柴油
生物柴油替代柴油的优势 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。
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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。
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秸秆直接燃烧发电 垃圾直接燃烧发电
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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％
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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％ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ平均含硫量。
1：1.4
秸秆
能源草
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。
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❖ 污水废水
❖ 生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水 组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房 排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制 糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废 水等，其中都富含有机物。
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❖ 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。
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