生物質(zhì)能和風(fēng)能

1、Page . 1Page . 1 生物質(zhì)和生物質(zhì)能概念生物質(zhì)：生物質(zhì)：利用大氣、水、土地等光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，包括植物、動(dòng)物、微生物。生物質(zhì)廣義包括所有植物、微生物和以植物、微生物為食的動(dòng)物及其產(chǎn)生的廢棄物。生物質(zhì)能生物質(zhì)能：太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯藏在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能能量，是唯一一種可儲(chǔ)存可運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?。生物質(zhì)能利用技術(shù)和案例Page . 2Page . 2生物質(zhì)資源通常分為以下幾類: 1.農(nóng)作物類：主要組分為淀粉、油脂、糖等； 2.農(nóng)作物秸稈類：主要組分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等； 3.草本和木本作物類：主要組分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等； 4.藻類植物

2、：主要包括浮游藻類、漂浮藻類、底棲藻類等； 5.其他類：包括城市有機(jī)垃圾、農(nóng)產(chǎn)加工廢棄物、畜牧業(yè)廢棄物等。地球上干燥的植物資源量為1.8x10122x1012噸，每年植物資源再生產(chǎn)量為現(xiàn)存量的10%，也就是1800-2000億噸，相當(dāng)于世界全年能源消耗量的10倍，而作為能源的利用量不到其總量的1%。生物質(zhì)資源分類及儲(chǔ)量Page . 3Page . 3生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)燃燒熱化學(xué)法生化法化學(xué)法物理化學(xué)法熱量或電力氣化熱解生物質(zhì)燃料直接液化木炭或生物原油液化油乙醇沼氣甲醇、醚水解、發(fā)酵生物柴油沼氣技術(shù)成型燃料間接液化酯化壓縮成型生物質(zhì)資源Page . 4Page . 4生物質(zhì)燃燒技術(shù)是傳統(tǒng)的能源

3、轉(zhuǎn)化形式，是人類對(duì)能源的最早利用。生物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的能源可應(yīng)用于炊事、室內(nèi)取暖、工業(yè)過(guò)程、區(qū)域供熱、發(fā)電、熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn)等： 1.炊事方式是最原始的利用方式，效率較低，為15%-20%左右； 2.工業(yè)過(guò)程和區(qū)域供暖主要采用機(jī)械燃燒方式，適用于大規(guī)模生物質(zhì)利用，效率較高； 3.生物質(zhì)配合汽輪機(jī)、蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備，可用于發(fā)電及熱電聯(lián)產(chǎn)。生物質(zhì)燃燒技術(shù)Page . 5Page . 51.熱解：使大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿游镔|(zhì)，產(chǎn)物在常溫下游一定的穩(wěn)定性，方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸；2.氣化：以氧氣等作為氣化劑，在高溫下將生物質(zhì)中可燃燒部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓ㄖ饕獮闅錃?、甲烷、一氧化碳等），氣化將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的氣態(tài)燃

4、料；3.液化：把固體生物質(zhì)通過(guò)一系列轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化成液體燃料，主要包括柴油、汽油、液化石油等；根據(jù)不同技術(shù)路線，可分為直接液化和間接液化；直接液化：固體生物質(zhì)在高壓和一定溫度下與氫氣反應(yīng)，直接轉(zhuǎn)化成液體燃料；間接液化：將生物質(zhì)氣化得到的合成氣（CO和H2）催化合成為液體燃料（甲醇或二甲醚等）。熱化學(xué)法Page . 6Page . 6依靠微生物或酶的作用，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)出氫氣、乙醇、甲烷等液體或氣體燃料。主要針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和加工過(guò)程產(chǎn)生的生物質(zhì)，如農(nóng)作物秸稈、禽獸糞便、生活污水、工業(yè)有機(jī)廢水等。生化法Page . 7Page . 7酯化是指將植物油和甲醇或乙醇在催化劑和230-250溫度下進(jìn)

5、行酯化反應(yīng)，生成生物柴油，并獲得副產(chǎn)品甘油。生物柴油可單獨(dú)使用，也可與柴油以一定比例（2%30%）混合使用。除了為公共汽車、卡車等柴油車提供替代燃料外，又可為海洋運(yùn)輸業(yè)、采礦業(yè)、發(fā)電廠等具有移動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)行業(yè)提供燃料。酯化Page . 8Page . 8在一定溫度壓力下，利用木質(zhì)素充當(dāng)黏合劑將各類分布分布散、形體輕、儲(chǔ)存困難、使用不便散、形體輕、儲(chǔ)存困難、使用不便的生物質(zhì)材料（稻殼、秸稈、木屑等）經(jīng)壓縮成型和炭化工藝，加工成具有一定幾何形狀、密度較大的成型燃料，提高燃料的熱值，改善燃燒性能，使之成為商品能源。生物質(zhì)壓縮燃料具有密度高、強(qiáng)度大、熱值高（能源密度相當(dāng)于中質(zhì)煙煤）燃燒性能好、形狀和性質(zhì)

6、均一、便于運(yùn)輸操作等優(yōu)點(diǎn)。壓縮成型技術(shù)Page . 9Page . 9本項(xiàng)目為萬(wàn)達(dá)在歐洲開(kāi)發(fā)的一個(gè)地標(biāo)性項(xiàng)目。該建筑地下2層，地上25層，有酒店、購(gòu)物中心和住宅三個(gè)業(yè)態(tài)。當(dāng)?shù)氐目稍偕茉捶ㄒ?guī)規(guī)定加熱建筑生活熱水、游泳池水的能源必須有部分比例來(lái)自可再生能源，不同業(yè)態(tài)所占的比例在下表所示。為滿足當(dāng)?shù)乜稍偕茉捶ㄒ?guī)的要求，固體生物質(zhì)、熱電聯(lián)產(chǎn)、冷機(jī)冷凝熱和地源熱泵被考慮作為部分加熱生活熱水和游泳池水的能源來(lái)源。其中固體生物質(zhì)能源供熱技術(shù)已在歐洲市場(chǎng)相對(duì)成熟，應(yīng)用比較廣泛。生物質(zhì)能源利用案例可再生能源對(duì)最終能源貢獻(xiàn)比例可再生能源對(duì)最終能源貢獻(xiàn)比例酒店住宅商業(yè)生活熱水70%70%50%游泳池加熱60%P

7、age . 10Page . 10可再生能源的貢獻(xiàn)率，通常由CO2排放量和一級(jí)能源的使用量這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。在方案論證階段，共有5個(gè)可再生能源方案被提出，以下是該5種方案的介紹比與較(見(jiàn)下頁(yè))。為了更好地做橫向?qū)Ρ?，該處引入了太?yáng)能熱水和燃?xì)忮仩t的組合作為基準(zhǔn)方案，該基準(zhǔn)方案也是當(dāng)?shù)乜稍偕茉捶ㄒ?guī)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方案。部分方案為了滿足可再生能源的要求，可再生能源不僅需要涵蓋生活熱水和游泳池水，還需要加熱部分空調(diào)用熱水，下表詳細(xì)列出了每個(gè)方案在可再生能源法規(guī)的限制下，所需要實(shí)行的供熱方案以及相應(yīng)的CO2年排放量指標(biāo)?？稍偕茉床呗苑桨窹age . 11Page . 11Page . 12Page .

8、 12根據(jù)對(duì)該建筑進(jìn)行全年供暖熱負(fù)荷模擬，可得到全年供暖熱負(fù)荷在417MWh左右,全年供熱需求一直保持在一個(gè)相對(duì)較低的水平，這也就決定了熱電聯(lián)產(chǎn)和地源熱泵兩種可再生能源方案缺乏可行性，因?yàn)榻ㄖ芴峁┑墓┡療嶝?fù)荷遠(yuǎn)小于在滿足可再生能源法規(guī)情況下所需要的供暖熱負(fù)荷，如果實(shí)行該方案，則會(huì)造成不必要的能源浪費(fèi)。由以上對(duì)比分析可得知，固體生物質(zhì)方案是唯一比較合理的方案，其他4個(gè)方案因現(xiàn)有建筑熱負(fù)荷遠(yuǎn)小于為滿足可再生能源法規(guī)所需的建筑熱負(fù)荷而不合理。各方案分析比較分析Page . 13Page . 13020000040000060000080000010000001200000140000016000

9、00基準(zhǔn)方案方案1方案2方案3方案4方案5各方案10年總投資水平比較Page . 14Page . 14根據(jù)上述生物質(zhì)鍋爐應(yīng)用背景和可再生能源策略方案的介紹，可以了解到從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，該項(xiàng)目中采用固體生物質(zhì)能源來(lái)加熱生活熱水與泳池?zé)崴潜容^合適的方案。然而，在采用該能源的同時(shí)，也需要考慮隨之帶來(lái)的環(huán)境影響，例如燃燒后的爐灰是否有正確的處理途徑，燃燒后排放的氣體是否能夠危害人們的健康等一系列問(wèn)題。由于不同地區(qū)的地方法規(guī)迥異，當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)管部門(mén)對(duì)于生物質(zhì)能源的接受程度也不盡相同，因此在采用該技術(shù)前需要對(duì)相應(yīng)的情況做出詳細(xì)的調(diào)研。另外，本地的能源結(jié)構(gòu)對(duì)于生物質(zhì)能源的采用也有著重要影響，為了保證生

10、物質(zhì)原料能夠有長(zhǎng)期低成本的可持續(xù)性的供給，需要當(dāng)?shù)赜休^成熟的生物質(zhì)能源市場(chǎng)做為支持，由于生物質(zhì)能源的生產(chǎn)對(duì)于當(dāng)?shù)氐耐恋嘏c水資源的影響較大，并非所有地區(qū)都適合進(jìn)行大批量生物質(zhì)能源生產(chǎn)，因此生物質(zhì)能源的市場(chǎng)也呈現(xiàn)了區(qū)域性和可變性，這也需要在采用該技術(shù)前做出相應(yīng)的調(diào)研。案例總結(jié)Page . 15Page . 15 風(fēng)能概述太陽(yáng)光從上而下照射大氣層，使之升溫。又由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，地面附近各處受熱不均，大氣溫差發(fā)生變化，引起空氣流動(dòng)。空氣在水平方向上的流動(dòng)就形成了風(fēng)。由于風(fēng)有一定的質(zhì)量和速度，并且有一定溫度，因此它具有能量。太陽(yáng)輻射到地球的光能大約有2轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)能。盡管如此，風(fēng)能的數(shù)量依然很大。它相當(dāng)

11、于全球目前每年耗煤能量的1000倍以上。風(fēng)能利用技術(shù)及案例風(fēng)能利用技術(shù)及案例Page . 16Page . 16風(fēng)能是利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能、熱能、機(jī)械能等各種形式的能量，用于發(fā)電、提水、助航、致冷和致熱等。風(fēng)能利用形式Page . 17Page . 17風(fēng)力發(fā)電并非一個(gè)占地寬敞的工廠，也不需要高壓電塔、變電所來(lái)進(jìn)行輸配電。以一臺(tái)1000千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，塔筒高約60m，葉片直徑達(dá)5060m，底座地上面積為16m2，基座附有小型變電器，由地下電纜將低伏電直接連接上附近電網(wǎng)。現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)每臺(tái)設(shè)計(jì)壽命為二十年，每半年維護(hù)一次，其設(shè)計(jì)為遙控自動(dòng)，無(wú)人看守，可連接到工程師的手機(jī)，一有問(wèn)題可利用裝

12、有遙控系統(tǒng)的手提電腦馬上解決。風(fēng)能利用-風(fēng)力發(fā)電Page . 18Page . 18風(fēng)力提水自古至今一直得到較普遍的應(yīng)用。至20世紀(jì)下半時(shí)，為解決農(nóng)村、牧場(chǎng)的生活、灌溉和牲畜用水以及為了節(jié)約能源，風(fēng)力提水機(jī)有了很大的發(fā)展。現(xiàn)代風(fēng)力提水機(jī)根據(jù)用途可以分為兩類：一類是高揚(yáng)程小流量的風(fēng)力提水機(jī)，它與活塞泵相配， 提取深井地下水，主要用于草原、牧區(qū)，為人畜提供飲水；另一類是低揚(yáng)程大流量的風(fēng)力提水機(jī)，它與螺旋泵相配，提取河水。湖水或海水，主要用于農(nóng)田灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖或制鹽。風(fēng)能利用-風(fēng)力提水Page . 19Page . 19活塞式風(fēng)力提水機(jī)是利用風(fēng)能作動(dòng)力，經(jīng)過(guò)曲軸或變速箱，直接帶動(dòng)活塞等方式，將地下井

13、水或河塘水提出。主要用于風(fēng)況較好的地區(qū)的農(nóng)田，苗圃，綠地等水利灌溉，水產(chǎn)養(yǎng)殖，人畜飲水。特別適合北方地區(qū)冬季魚(yú)塘活水，可增加魚(yú)塘溫度和氧氣，提前解凍冰面，提高養(yǎng)殖生存率；夏季加強(qiáng)魚(yú)塘活水循環(huán)，提高養(yǎng)殖密度，縮短養(yǎng)殖周期。風(fēng)能利用-風(fēng)力提水Page . 20Page . 20隨著人民生活水平的提高，家庭用能中熱能的需要越來(lái)越大，特別是在高緯度的歐洲、北美取暖，煮水是耗能大戶。為解決家庭及低品位工業(yè)熱能的需要，風(fēng)力致熱有了較大的發(fā)展。 “風(fēng)力致熱”是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成熱能。目前有三種轉(zhuǎn)換方法： 一.是風(fēng)力機(jī)發(fā)電，再將電能通過(guò)電阻絲發(fā)熱，變成熱能。雖然電能轉(zhuǎn)換成熱能的效率是100，但風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的效率卻

14、很低，因此從能量利用的角度看，這種方法是不可取的。 二.是由風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成空氣壓縮能，再轉(zhuǎn)換成熱能，即由風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)一離心壓縮機(jī)，對(duì)空氣進(jìn)行絕熱壓縮而放出熱能。 三.是將風(fēng)力機(jī)直接轉(zhuǎn)換成熱能。顯然第三種方法致熱效率最高。 風(fēng)力機(jī)直接轉(zhuǎn)換熱能也有多種方法。最簡(jiǎn)單的是攪拌液體致熱，即風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使液體（水或油）變熱。風(fēng)能利用-風(fēng)力制熱Page . 21Page . 21風(fēng)力并非持續(xù)不斷，風(fēng)能的最大弱點(diǎn)是它的多變性，且有不穩(wěn)定與間歇性的缺點(diǎn)。故欲有效利用風(fēng)能，可采三種方式：1.間斷式使用：如抽水灌溉，水產(chǎn)養(yǎng)殖，居民、牲畜用水。使用動(dòng)力不必持續(xù)穩(wěn)定，偶有間斷亦無(wú)妨。2.儲(chǔ)存式使用：如利

15、用電池、飛輪、抽蓄等儲(chǔ)能方式，將動(dòng)力貯存，以供無(wú)風(fēng)時(shí)使用。3.并聯(lián)式使用：可將風(fēng)力機(jī)與水力、火力發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)配合，風(fēng)小或無(wú)風(fēng)時(shí)以水力或火力立即補(bǔ)充，使電力供應(yīng)穩(wěn)定持續(xù)。風(fēng)能利用方式Page . 22Page . 22 在建筑中利用風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電通常是對(duì)高層或者超高層建筑高層或者超高層建筑來(lái)說(shuō)的。通常，風(fēng)機(jī)在風(fēng)速2.7m/s的情況下能夠產(chǎn)生電能，在25m/s時(shí)達(dá)到額定功率，保證持續(xù)發(fā)電的風(fēng)速為40m/s。高層建筑離地面高，頂部的風(fēng)力資源相對(duì)于底部來(lái)說(shuō)十分充足，提供了一個(gè)利用風(fēng)力發(fā)電的很好條件。因此在高層或者超高層建筑中利用風(fēng)能不是不可能，但必須對(duì)當(dāng)?shù)氐钠骄觑L(fēng)速，風(fēng)向，風(fēng)力資源進(jìn)行充分了解。因

16、此高層建筑頂部修建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有一定的可行性。但在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，應(yīng)該把頂部風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的荷載發(fā)電機(jī)組的荷載給考慮進(jìn)去，否則會(huì)對(duì)高層建筑造成結(jié)構(gòu)上的損壞，甚至倒塌。 另一個(gè)利用風(fēng)能的方式就是自然通風(fēng)自然通風(fēng)，讓室內(nèi)的空氣流通，同時(shí)在夏天的時(shí)候，可以帶走室內(nèi)的熱量，有助于降溫。這種方式我們平時(shí)生活中經(jīng)常在使用，也就不會(huì)很機(jī)械地想到這也是一種風(fēng)能利用方式。因?yàn)?，自然通風(fēng)比利用電器設(shè)備通風(fēng)產(chǎn)生的效果好，同時(shí)，電器設(shè)備還會(huì)消耗電腦，間接產(chǎn)生污染。建筑中風(fēng)能的利用Page . 23Page . 23 1.建筑物高度和密度比較大的城市 ，由于其下墊面具有較大的粗糙度 ，可引起更強(qiáng)的機(jī)械湍流 ，其局部風(fēng)場(chǎng)

17、的變化也將明顯加強(qiáng)。 2.城市風(fēng)能具有風(fēng)速較小，紊流紊流大等特點(diǎn)。 3.由于建筑物的影響 ，城市也能制造局部的大風(fēng) 。高層建筑屋頂上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大的風(fēng)速區(qū)，即“屋頂小急流屋頂小急流”，建筑物的開(kāi)洞部位也會(huì)有明顯的穿堂風(fēng)。 4.城市街道中以及兩棟大樓之間的通道 ，由于“夾道效應(yīng)夾道效應(yīng)”，在無(wú)大風(fēng)時(shí)可制造局部大風(fēng)。建筑中風(fēng)能的特點(diǎn)Page . 24Page . 24利用風(fēng)壓進(jìn)行自然通風(fēng)的典范作品屬倫佐皮亞諾設(shè)計(jì)的特吉巴奧特吉巴奧TjibaouTjibaou文化中心文化中心。新卡里多尼亞是位于澳大利不東側(cè)的南大平洋熱帶島國(guó)氣候炎熱潮濕常年多風(fēng)，因此最大限度地利用自然通風(fēng)來(lái)降溫、降濕便成為了適應(yīng)

18、當(dāng)?shù)貧夂?注重生態(tài)環(huán)境的核心技術(shù)。文化中心是由9個(gè)被皮亞諾稱為“容器容器(cases)的棚屋狀單元組成棚屋一字排開(kāi)形成三個(gè)村落。每個(gè)棚屋大小不同，最高的達(dá)28m，外部材料均使用當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的木材。貝殼狀的棚屋背向夏季主導(dǎo)風(fēng)向在下貝殼狀的棚屋背向夏季主導(dǎo)風(fēng)向在下風(fēng)向處產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力風(fēng)向處產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力( (形成負(fù)壓區(qū)形成負(fù)壓區(qū)) )而在棚屋背面開(kāi)口處形成正壓從而使建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動(dòng)。而在棚屋背面開(kāi)口處形成正壓從而使建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動(dòng)。針對(duì)不同風(fēng)速和風(fēng)向，設(shè)計(jì)者通過(guò)調(diào)節(jié)百葉的開(kāi)合和不同方向的百葉配合來(lái)控制室內(nèi)氣流，從而實(shí)現(xiàn)完全被動(dòng)式的自然通風(fēng)，達(dá)到節(jié)約能源、減少污染的目的。風(fēng)能利用案例1-自然通風(fēng)

19、Page . 25Page . 25利用熱壓進(jìn)行通風(fēng)：自然通風(fēng)的另一種方式是利用建筑內(nèi)部的熱壓，即煙囪效應(yīng)，熱空氣（比重?。┥仙?，從建筑上部風(fēng)口排除，室外新鮮的冷空氣（比重大）從建筑底部被吸入。案例：德國(guó)法蘭克福的商業(yè)銀行大樓。該大樓具有“生態(tài)之塔”、”帶有空中花園能量攪拌器”的美稱。49層高的塔樓采用弧線圍成的三角形平面，三個(gè)核（由電梯間和衛(wèi)生間組成）構(gòu)成的三個(gè)巨型柱布置在三個(gè)角上，巨型柱之間架設(shè)空腹拱梁，形成三條無(wú)柱辦公空間，其間圍合出的三角形中庭，如同一個(gè)大煙囪。為了發(fā)揮其煙囪效應(yīng)，組織好辦公空間的自然通風(fēng)，經(jīng)過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)后，在三條辦公空間中分別設(shè)置了多個(gè)空中花園。這些空中花園分布在三個(gè)方向、不同標(biāo)高上，成為”煙囪“的進(jìn)、出風(fēng)口，有效的組織了辦公空間自然通風(fēng)。據(jù)測(cè)算，該樓的自然通風(fēng)量可達(dá)60%。三角形平面又能最大限度地接納陽(yáng)光，創(chuàng)造良好的視野，同時(shí)又可減少對(duì)北鄰建筑的遮擋。風(fēng)能利用案例2-自然通風(fēng)Page . 26Page . 26風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程是首先把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，一般包括風(fēng)