生物质能利用原理与技术 - 第一章 绪论

生物质资源按 照来源可分为 六大类
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农业生物质能源的地理分布
不同地区农业生物质总量分布图
新疆 甘肃 云南 重庆 广东
地区
河南 福建 江苏 吉林 山西 北京 0 1000 2000 3000 总量（万吨） 农业生物质 4000 5000
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林业生物质能来自百度文库的地理分布
不同地区林业生物质总量分布 新疆 甘肃 云南 重庆 广东
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三、中国新能源与可再生能源发展前景
（1）中国拥有丰富的新能源与可再生能源资源可供开发利用 。 （2）中国对新能源与可再生能源的需求量巨大，市场广阔。 （3）中国新能源与可再生能源的发展适逢良好的市场机遇。 （4）市场巨大推动力将促进中国新能源与可再生能源的发展 。 （5）已取得的成绩和国家对发展的高度重视。
生物质能利用原 理与技术
刘灿 西南林业大学
目录
• • • • • • • • • • • 第一章 总论 第二章 生物质能资源与能源植物 第三章 生物质直接燃烧技术 第四章 厌氧过程与沼气技术 第五章 生物质压缩成型燃料技术 第六章 生物质气化技术 第七章 生物质燃料乙醇技术 第八章 生物质热裂解技术 第九章 生物质制氢与间接液化技术 第十章 植物油与生物柴油技术 第十一章 城市有机垃圾能源
1、沼气技术： • 早在20世纪20年代就已经开始了沼气的生产与应用。 • 截至2008年年底，中国已有3049万农户在使用沼气，每 年产沼气113.9亿m3； • 在全国建有16.4万处生活污水净化沼气池，专门处理公厕 、医院等公共场所的生活污水，总池容达785万m3。
2、直接燃烧技术
• 自20世纪70年代末，政府为了改善农民的生活质量，在全 国729个县开展了省柴节煤炉灶炕的示范推广。 • 通过改进炊事炉灶，不仅提高了传统炉灶的燃烧效率(大约 在20％左右)，而且也减少了室内空气污染，改善了农村生 活环境。
五 生物质能源利用主要技术
固体燃料 固体燃料
物理转化 直接燃烧 生 物 质 气化 化学转化 热化学法
热量电力 生物质燃气 木炭或生物油
热解
直接液化
液化油
甲醇、醚 生物柴油 乙醇 甲烷
化学法 水解发酵
间接液化 直接液化
生物转化
沼气技术
六 国外生物质能开发利用概况 美国
• 生物质能利用占一次能源消耗4% • 生物质能发电总装机容量已超过1万MW，单机容量达 10~25MW。 • 乙醇产量已成为仅次于巴西的燃料乙醇大国 • 美国，康涅狄格州 ，霍奇基斯生物质发电厂
生物质能发电原理图示
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广洲拉圾电厂
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沼气发电原理图示
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四 我国生物质资源的分类
农作物秸秆 农作物秸秆是农业生产 的副产品，也是我国农村 的传统燃料。秸秆资源与 农业种植业的生产关系十 分密切。
森林能源 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，也包括森林工业 的一些残留物等。森林薪材来 源于树木生长过程中修剪的枝 桠、木材加工的边角余料以及 专门提供薪材的薪炭林。 生活垃圾
• 截至2008年年底，中国农村地区已累计推广省柴节煤炉灶 1.46亿户，高效低排放节能炉3 342万台，节能炕2 050万铺 ，极大缓解了农村能源短缺的紧张局面，改善了农村居民日 常生活环境状况。
3、固体成型技术 • 固体成型技术是利用生物质中的木质素充当黏合剂，将松 散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物挤压成固体燃料，提 高了其能源密度，相当于中等烟煤，可明显改善燃烧特性 ，这是生物质预处理的一种方式。 • 生物质固体成型燃料有颗粒、块状和棒状等形式，主要用 于民用炊事取暖、商用餐饮和洗浴、工业锅炉和发电等
一家生物质发电厂，燃烧可持续采集的 木片，为霍奇基斯学院及其600多名住户 和85栋大楼提供供暖，供暖面积 共达120 万平方英尺（约11.15万平方米）。就地 取材的木片是国际气候变化小组指定使 用的一种碳中性燃料，为可持续管理的 森林的副产品；它们每年都能 取代大约 15万加仑的进口石油燃料，从总体上实 现减排，最显著的要数二氧化硫，减排 90%以上。
飞机菜籽燃油
菜籽燃油加气站
印度
• 印度是沼气使用历史悠久的国家，到2008 年已建沼气池 450 万个 • 印度年产薪材0.284亿吨左右，工业废弃物和农业副产品 年产2.46亿吨。 • 近期生物质压缩成型、气化技术技术进展显著。
七 我国生物质能利用现状
1、沼气技术 2、直接燃烧技术 3、固体成型技术 4、生物液体燃料
• 综上所述，可以预言，在21世纪，中国的新能源与 可再生能源将会有更大、更快的发展．为中国的现 代化建设做出更大的贡献。
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3-1 水电和海洋能
• 2010年装机容量达到2788万Kw，发电量达到1170亿kWh 。
法国朗斯潮汐电站外景
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法国朗斯潮汐电站示意图
能源与新能源利用---宋长华
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巴西
巴西生物质能源利用约占巴西总能源中的25%。 生物质能源中薪材和甘蔗占50-60%. 巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，同时实施了世 界上最大的规模的乙醇开发计划（原料为甘蔗和目数等） 。 巴西有100多家专门生产乙醇的工厂，还有230家工厂既 生产乙醇又生产糖。其中年产46万t乙醇的大型厂10家， 年产4万t乙醇的小型厂182家，其余 为中型厂。 全国有33 000个加油站提供100％燃料乙醇，是世界上唯 一在全国不供应纯汽油的国家。2008年巴西销售的汽车中 90％以上是使用乙醇和汽油混合燃料的灵活燃料汽车 80％以上的电力都是来自可持续技术，主要是水力发电（ 占77％）。来自生物质和水力发电厂的能源总量占巴西能 源生产总量的45％ [14]。
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地热发电系统
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西藏年那曲地热电站
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3-5 生物质能 • 生物质的广义概念：生物质包括所有的植物、微 生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产 的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物 废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。
• 生物质的狭义概念：生物质主要是指农林业生产 过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤 维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农 林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃 物等物质。
我国石油能源现状
中国石油 进口高度 依赖中东
高油价使 中国面临 严重输入 通胀
影响 中国 能源 安全
能源结构的不合理造成了不可挽回的环境损失
能源消费煤炭能源占有率
2-2 中国能源存在的问题
（1）人均能耗低 （2）人均能源资源不足 （3）能源效率低 （4）以煤为主的能源结构亟待调整 1）大量燃煤严重污染环境 2）大量用煤导致能源效率低下 3）交通运输压力巨大 4）能源供应安全问题提到议事日程上来
第一章 总论
一 能源 1、能源：能够为人类提供某种形式能量（机械能、热能、电能、
化学能等）的自然资源及其转化物。或者说是能量的来源称为 能源。如太阳能、风能、化石燃料、水力等。
2、能源的分类：
（1）按能源的生成方式分：一次能源和二次能源 （2）按能源在当代社会中的地位分：常规能源和新能源。 （3）按能否再生分（对一次能源）：可再生和非再生能源。 （4）按其来源分（对一次能源） ： 来自地球以外天体的能源：太阳能、风能、水能、生物质能 来自地球内部的能源：地热能 地球一其它天体的作用产生的能源：潮汐能
欧洲
• 欧洲是生物质能开发利用活跃地区，新技术多，应用范围 广。主要利用形式有供暖、发电和生物柴油等3种，其中 以供暖为主。 • 1991年瑞典建成了世界第一座完全生物质气化燃气轮联合 发电机组，净发电量6万MW。总销量达80%。 • 最新研究技术为：利用基因技术改良油菜品种，同时采用 技术是的菜籽中的脂肪酸碳链由18个缩短到8个左右，以 获得优质的菜籽燃油。
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太阳能发电图
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光伏发电图
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太阳能 发电系 统
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青海太阳能发电图
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住宅太阳能发电系统
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太阳能发电家用系统
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2 千瓦美国加洲太阳发电
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太阳能、潮汐和核电站图
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3-4 地热能
• 积极开发高温热储地区的地热资源，进一步扩大地热直接 利用和发电规模， • 2000年和2010年利用总量分别达到88万t标准煤和151万t标 准煤。
地区
河南 福建 江苏 吉林 山西 北京 0 1000 2000 3000 4000 总量（万吨) 林业生物质 5000 6000 7000
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禽畜粪类生物质能源的地理分布
不同地区禽畜粪类总量分布图
新疆 甘肃 云南 重庆 广东
地区
河南 福建 江苏 吉林 山西 北京 0 1000 2000 3000 4000 5000 总量(万吨) 禽畜粪类 6000 7000 8000 9000
城镇生活垃圾主要是由居民 生活垃圾、商业和服务业垃圾、 少量建筑垃圾等废弃物所构成 的混合物，成分比较复杂，其 构成主要受居民生活水平、能 水生植物 源结构、城市建设、绿化面积 一些水生藻类，主要包 以及季节变化影响。 括海洋生的马尾藻、巨藻、 海带等，淡水生的布袋草、 浮萍、小球藻等，水生植 物转化成燃料，也是增加 能源供应的方法之一。
风力发电独立系统示意图
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香港沙洲自动气象站风力发电机
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风力发电图
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3-3 太阳能
• 太阳能建筑、太阳热水器要形成规模化生产；降低太阳能 电池成本，提高光电转换效率； • 大力推广应用小功率光伏电源系统；建立分散型和集中型 联网光伏示范电站。 • 到2010年，太阳能利用总量达到467万t标准煤。
成本高
4、生物液体燃料 • 生物液体燃料是以生物质为原料生产的液体燃料，如生物 柴油、乙醇以及二甲醚等，可以用来替代或补充传统的化 石能源。 • 受粮食产量的制约，政府已明确提出近期不再扩大以粮食 为原料的燃料乙醇生产。 • 生物柴油的研发已有成果，并利用菜子油、棉籽油、乌桕 油、木油、茶油和地沟油等原料，小规模生产生物柴油。
禽畜粪便 禽畜粪便也是一种重要 的生物质能源。除在牧区有 少量直接燃烧外，禽畜粪便 主要是作为沼气的发酵原料。 中国主要的禽畜是鸡、猪和 牛。 能源植物 能源植物种类较多，例 如制糖作物、油料植物等。 目前国内外正在研究和已 经研究利用的植物主要有 三角戟、三叶橡胶树、麻 疯树、汉加树、白乳木、 油桐、小桐子、光皮树、 油楠、油橄榄等。
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省市垃圾和废水的地理分布
不同省市垃圾和废水总量分布图
新疆 甘肃 云南 重庆 广东 河南 福建 江苏 吉林 山西 北京 0 5 10 15 总量（亿吨） 20 25 30
地区
省市垃圾和废水
生物质能源总量在我国的地理分布
我国主要生物质能源不同种类比例
由以上结果我们分析得：随着科学技术的进步，传统 上视为无用的垃圾弃物被开发为生物质新能源。 就最近几年数据统计可看出，我国的这种新能源比较 丰富，尤其是省市垃圾和废水，其次是农业生物质和 禽畜粪类，最后是林木生物质。由此可以说明，现阶 段我们应该更加注重垃圾和废水此类生物质能源的利 用，大力研发相关新技术，充分利用该类生物质能源 。
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2-3中国能源发展对策
能源中长期发展规划：结合“十一五”规划的编制我们已经拟 定了能源中长期发展规划，这个发展规划可以概括为48个 字，即：“节能优先，效率为本；煤为基础，多元发展； 立足国内，开拓海外；统筹城乡，合理布局；依靠科技， 创新体制；保护环境，保障安全”。在能源中长期规划中 强调了要调整能源结构，加快发展核电、可再生能源和大 力发展水电。中国全国人大常委会已通过了《可再生能源 法》，为我国可再生能源发展提供法律保证。 （1）坚持实行能源节约战略方针，（2）大力优化能源结构， （3）煤为基础，积极发展洁净煤技术，（4）大力开发利 用新能源与可再生能源，（5）采取措施保证能源供应安全 。
三峡水电站
3-2 风能
• 小型风力机市场化；加速中大型风力机设计、制造国产化进程 ； • 发展风力发电控制和管理系统； • 加强和完善风电场的规划选点和勘察设计工作，建设若干个大 型风电场。 • 2000年和2010年全国风力发电装机容量分别达到30万—40万 kW和100万—110万kw。
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能源分类
3、能源的重要性：
4、人类利用能源的历史演变
• 柴草时期
• 煤炭时期
• 石油时期
• 新能源时期
二、中国能源现状、问题与对策
2-1近年我国经济状况
上世纪我国能源消费趋势图
我国能源消费预测与实际
我国资源人均占有率
中国能源实际情况
• • • • 一次性能源人均占有量低 能源消费随经济发展迅速增长 以煤为主的能源结构短期内难以改变 生态环境压力明显增大