新能源課件第三章生物質(zhì)能

1、n生物能是太陽能以化學能形式貯存在生生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)能是獨特的，它是貯存的太陽能，生物質(zhì)能是獨特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉化成更是一種唯一可再生的碳源，可轉化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。 n據(jù)估計地球上每年植物光合作用固據(jù)估計地球上每年植物光合作用固定的碳達定的碳達2x102x101111t t，含能量達，含能量達

2、3x103x102121J J，因此每年通過光合作用貯存在因此每年通過光合作用貯存在植物植物的枝、莖、葉中的太陽能，相當于的枝、莖、葉中的太陽能，相當于全世界每年耗能量的全世界每年耗能量的1010倍。倍。 n生物質(zhì)是僅次于煤炭、石油、天然氣的生物質(zhì)是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個能源系統(tǒng)占有重要第四大能源，在整個能源系統(tǒng)占有重要地位。生物質(zhì)能一直是地位。生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的人類賴以生存的重要能源之一，就其能源當量而言，是重要能源之一，就其能源當量而言，是僅次于煤、油、天然氣而列第四位的能僅次于煤、油、天然氣而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生物質(zhì)能占總源，在世界能源消耗

3、中，生物質(zhì)能占總能耗的能耗的14，但在發(fā)展中國家占，但在發(fā)展中國家占40以以上。上。，至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。但由于柴薪的需求導致林地日減，應適當規(guī)劃但由于柴薪的需求導致林地日減，應適當規(guī)劃與廣泛植林。與廣泛植林。，牲畜的糞便，經(jīng)干燥可直接燃燒供，牲畜的糞便，經(jīng)干燥可直接燃燒供應熱能。若將糞便經(jīng)過厭氧處理，可產(chǎn)生甲烷應熱能。若將糞便經(jīng)過厭氧處理，可產(chǎn)生甲烷和肥料。和肥料。，制糖作物可直接發(fā)酵，轉變?yōu)橐掖?。，制糖作物可直接發(fā)酵，轉變?yōu)橐掖?。，同柴薪一樣，水生植物也可轉化成，同柴薪一樣，水生植物也可轉化成燃料。燃料。，主要成分包括：紙屑（占，主要成分包括

4、：紙屑（占4040）、）、紡織廢料（占紡織廢料（占20%20%）和廢棄食物（占）和廢棄食物（占20%20%）等。）等。將城市垃圾直接燃燒可產(chǎn)生熱能，或是經(jīng)過熱將城市垃圾直接燃燒可產(chǎn)生熱能，或是經(jīng)過熱分解處理制成燃料使用。分解處理制成燃料使用。，一般城市污水約含有，一般城市污水約含有0.020.020.030.03的固體與的固體與99%99%以上的水分，下水道污泥有望以上的水分，下水道污泥有望成為厭氧消化槽的主要原料。成為厭氧消化槽的主要原料。n建立以沼氣為中心的農(nóng)村新的能量，物質(zhì)循環(huán)建立以沼氣為中心的農(nóng)村新的能量，物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，使秸桿中的生物能以沼氣的形式緩慢地系統(tǒng)，使秸桿中的生物能以沼氣的形

5、式緩慢地釋放出來，解決燃料問題。釋放出來，解決燃料問題。n種植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱種植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工業(yè)的等，既有利于食品工業(yè)的發(fā)展，植物殘渣又可發(fā)展，植物殘渣又可以制造酒精以代替石油。以制造酒精以代替石油。n建立建立“能量林場能量林場”，“能量農(nóng)場能量農(nóng)場”，“海洋能海洋能量農(nóng)場量農(nóng)場”。 建立以植物為能源的發(fā)電廠。變建立以植物為能源的發(fā)電廠。變“能源植物能源植物”為為“能源作物能源作物”，如，如“石油樹石油樹”：綠玉樹，續(xù)隨子，麻風果。綠玉樹，續(xù)隨子，麻風果。n續(xù)隨子。續(xù)隨子。綠玉樹綠玉樹n續(xù)隨子。續(xù)隨子。麻風果麻風果n續(xù)隨子。續(xù)隨子。

6、麻風果麻風果n。續(xù)隨子續(xù)隨子n。續(xù)隨子續(xù)隨子n即建立以獲取能源為目的的生物質(zhì)生產(chǎn)基地，即建立以獲取能源為目的的生物質(zhì)生產(chǎn)基地，以能源農(nóng)場的形式大規(guī)模培育生物質(zhì)，并加工以能源農(nóng)場的形式大規(guī)模培育生物質(zhì)，并加工成可利用的能源。要對土成可利用的能源。要對土地進行合理規(guī)劃，盡地進行合理規(guī)劃，盡可能利用山地、非耕荒地和水域，選擇適合當可能利用山地、非耕荒地和水域，選擇適合當?shù)厣L條件的生物質(zhì)品種進行培育、繁殖，以地生長條件的生物質(zhì)品種進行培育、繁殖，以獲得足夠數(shù)量的高產(chǎn)能植物。在海洋、水域，獲得足夠數(shù)量的高產(chǎn)能植物。在海洋、水域，要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋要充分利用海藻和水生物提取能源，建

7、立海洋能源農(nóng)場或江河能源農(nóng)場。同時，將基因工程能源農(nóng)場或江河能源農(nóng)場。同時，將基因工程等現(xiàn)代生物技術廣泛應用于能源農(nóng)場中，以提等現(xiàn)代生物技術廣泛應用于能源農(nóng)場中，以提高能源轉化率。高能源轉化率。n直接燃燒生物質(zhì)來產(chǎn)生熱能、蒸汽或電直接燃燒生物質(zhì)來產(chǎn)生熱能、蒸汽或電能；能；n利用能源作物生產(chǎn)液體燃料。目前具有利用能源作物生產(chǎn)液體燃料。目前具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉醋魑铮ǎ嚎焖俪砷L發(fā)展?jié)摿Φ哪茉醋魑?，包括：快速成長作物樹木、糖與淀粉作作物樹木、糖與淀粉作物（供制造乙物（供制造乙醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、水生植物；水生植物；n生產(chǎn)木炭和炭；生產(chǎn)木炭和炭； n

8、生物質(zhì)（熱解）氣化后用于電力生產(chǎn)，生物質(zhì)（熱解）氣化后用于電力生產(chǎn)，如集成式生物質(zhì)氣化器和噴氣式蒸汽燃如集成式生物質(zhì)氣化器和噴氣式蒸汽燃氣輪機（氣輪機（BIG/STIGBIG/STIG）聯(lián)合發(fā)電裝置；）聯(lián)合發(fā)電裝置；n對農(nóng)業(yè)廢棄物、糞便、污水或城市固體對農(nóng)業(yè)廢棄物、糞便、污水或城市固體廢物等進行厭氧消化，以生產(chǎn)沼氣和避廢物等進行厭氧消化，以生產(chǎn)沼氣和避免用錯誤的方法處置這免用錯誤的方法處置這些物質(zhì)，以免引些物質(zhì)，以免引起環(huán)境危害。起環(huán)境危害。n生物質(zhì)能的利用技術大體上分為直接燃生物質(zhì)能的利用技術大體上分為直接燃燒技術、物化轉化技術、生化轉化技術燒技術、物化轉化技術、生化轉化技術和植物油技術四大

9、類，和植物油技術四大類，各類技術又包含各類技術又包含了不同的子技術。了不同的子技術。n直接燃燒大致可分四種情況：直接燃燒大致可分四種情況： 爐灶燃燒；爐灶燃燒； 鍋爐燃燒；鍋爐燃燒； 垃圾焚燒；垃圾焚燒； 固型燃料燃燒。固型燃料燃燒。 n爐灶燃燒是最原始的利用方法，但一般爐灶燃燒是最原始的利用方法，但一般適用于農(nóng)村或山區(qū)分散獨立的家庭用爐，適用于農(nóng)村或山區(qū)分散獨立的家庭用爐，它的投資最省，但效它的投資最省，但效率最低，燃燒效率率最低，燃燒效率在在15-20%15-20%左右。左右。 n鍋爐燃燒采用了現(xiàn)代化的鍋爐技術，適鍋爐燃燒采用了現(xiàn)代化的鍋爐技術，適用于大規(guī)模利用生物質(zhì)，它的主要優(yōu)點用于大規(guī)

10、模利用生物質(zhì)，它的主要優(yōu)點是效率高，并且可實現(xiàn)是效率高，并且可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。主工業(yè)化生產(chǎn)。主要缺點是投資高，而且不適于分散的小要缺點是投資高，而且不適于分散的小規(guī)模利用，生物質(zhì)必須相對比較集中才規(guī)模利用，生物質(zhì)必須相對比較集中才能采用本技術。能采用本技術。n垃圾焚燒也是采用鍋爐技術處理垃圾，垃圾焚燒也是采用鍋爐技術處理垃圾，但由于垃圾的品位低，腐蝕性強，所以但由于垃圾的品位低，腐蝕性強，所以它要求技術更高，投資它要求技術更高，投資更大，從能量利更大，從能量利用的角度，它也必須規(guī)模較大才比較合用的角度，它也必須規(guī)模較大才比較合理。理。n固型燃料燃燒是把生物質(zhì)固化成型后再固型燃料燃燒是把生物質(zhì)固

11、化成型后再采用傳統(tǒng)的燃煤設備燃用，主要優(yōu)點是采用傳統(tǒng)的燃煤設備燃用，主要優(yōu)點是所采用的熱力設備是傳所采用的熱力設備是傳統(tǒng)的定型產(chǎn)品，統(tǒng)的定型產(chǎn)品，不必經(jīng)過特殊的設計或處理，主要缺點不必經(jīng)過特殊的設計或處理，主要缺點是運行成本高，所以它比較適合企業(yè)對是運行成本高，所以它比較適合企業(yè)對原有設備進行技術改造時，在不重復投原有設備進行技術改造時，在不重復投資前提下，以生物質(zhì)代替煤，以達到節(jié)資前提下，以生物質(zhì)代替煤，以達到節(jié)能的目的，或應用于對污染要求特別嚴能的目的，或應用于對污染要求特別嚴格的場所，如飯店燒烤等。格的場所，如飯店燒烤等。Truck unloading wood chips that w

12、ill fuel the Tracy Biomass Plant, Tracy, California.n物化轉換技術包括三方面：物化轉換技術包括三方面： 一是干餾技術；一是干餾技術；二是氣化制生物質(zhì)燃氣；二是氣化制生物質(zhì)燃氣；三是熱解制生物質(zhì)油。三是熱解制生物質(zhì)油。n干餾技術主要目的是同時生產(chǎn)生物質(zhì)碳干餾技術主要目的是同時生產(chǎn)生物質(zhì)碳和燃氣，它可以把能量密度低的生物質(zhì)和燃氣，它可以把能量密度低的生物質(zhì)轉化為熱值較高的固定轉化為熱值較高的固定碳或氣，碳和燃碳或氣，碳和燃氣可分別用于不同用途。優(yōu)點是設備簡氣可分別用于不同用途。優(yōu)點是設備簡單，可以生產(chǎn)碳和多種化工產(chǎn)品，缺點單，可以生產(chǎn)碳和多種化工

13、產(chǎn)品，缺點是利用率較低，而且適用性較小，一般是利用率較低，而且適用性較小，一般只適用于木質(zhì)生物質(zhì)的特殊利用。只適用于木質(zhì)生物質(zhì)的特殊利用。n生物質(zhì)熱解氣化是把生物質(zhì)轉化為可燃生物質(zhì)熱解氣化是把生物質(zhì)轉化為可燃氣的技術，根據(jù)技術路線的不同，可以氣的技術，根據(jù)技術路線的不同，可以是低熱值氣，也可以是是低熱值氣，也可以是中熱值氣。它的中熱值氣。它的主要優(yōu)點是生物質(zhì)轉化為可燃氣后，利主要優(yōu)點是生物質(zhì)轉化為可燃氣后，利用效率較高，而且用途廣泛，如可以用用效率較高，而且用途廣泛，如可以用作生活煤氣，也可以用于燒鍋爐或直接作生活煤氣，也可以用于燒鍋爐或直接發(fā)電。主要缺點是系統(tǒng)復雜，而且由于發(fā)電。主要缺點是系

14、統(tǒng)復雜，而且由于生成的燃氣不便于儲存和運輸，必須有生成的燃氣不便于儲存和運輸，必須有專門的用戶或配套的利用設施。專門的用戶或配套的利用設施。n熱解制油是通過熱化學方法把生物質(zhì)轉熱解制油是通過熱化學方法把生物質(zhì)轉化為液體燃料的技術，它的主要優(yōu)點是化為液體燃料的技術，它的主要優(yōu)點是可以把生物質(zhì)制成油品可以把生物質(zhì)制成油品燃料，作為石油燃料，作為石油產(chǎn)品替代品，用途和附價值大大提高，產(chǎn)品替代品，用途和附價值大大提高，主要缺點是技術復雜，目前的成本仍然主要缺點是技術復雜，目前的成本仍然太高。太高。Power generation from landfill gas n生物轉換技術主要是以厭氧消化和特種

15、生物轉換技術主要是以厭氧消化和特種酶技術為主。酶技術為主。 n厭氧消化主要是把水中的生物質(zhì)分解為厭氧消化主要是把水中的生物質(zhì)分解為沼氣，它包括小型的農(nóng)村沼氣技術和大沼氣，它包括小型的農(nóng)村沼氣技術和大型的厭氧處理污水的工型的厭氧處理污水的工程。它主要優(yōu)點程。它主要優(yōu)點是提供的能源形式為沼氣（是提供的能源形式為沼氣（CHCH4 4），非常），非常潔凈，具有顯著的環(huán)保效益，主要缺點潔凈，具有顯著的環(huán)保效益，主要缺點是能源產(chǎn)出低，投資大，所以比較適宜是能源產(chǎn)出低，投資大，所以比較適宜于以環(huán)保為目標的污水處理工程或以有于以環(huán)保為目標的污水處理工程或以有機易腐物為主的垃圾的堆肥過程。機易腐物為主的垃圾的堆

16、肥過程。n利用生物技術（包括酶技術）把生物質(zhì)利用生物技術（包括酶技術）把生物質(zhì)轉化為乙醇的主要目的是制取液體燃料，轉化為乙醇的主要目的是制取液體燃料，它的主要優(yōu)點可以使它的主要優(yōu)點可以使生物質(zhì)變?yōu)榍鍧嵢忌镔|(zhì)變?yōu)榍鍧嵢剂希貙捰猛?，提高效率，主要缺點是料，拓寬用途，提高效率，主要缺點是轉換速度太慢，投資較大，成本相對較轉換速度太慢，投資較大，成本相對較高。高。n植物油技術：植物油技術： 植物油技術也是生物質(zhì)能植物油技術也是生物質(zhì)能利用技術的一種，植物油除了可以作食利用技術的一種，植物油除了可以作食用或化工原料之外，也用或化工原料之外，也可以作為能源利可以作為能源利用。它的主要優(yōu)點是提煉和生產(chǎn)技

17、術簡用。它的主要優(yōu)點是提煉和生產(chǎn)技術簡單，主要缺點是油產(chǎn)率較低，速度很慢，單，主要缺點是油產(chǎn)率較低，速度很慢，而且品種的篩選和培育也較困難。而且品種的篩選和培育也較困難。 n提供低硫燃料；提供低硫燃料；n提供廉價能源提供廉價能源( (某些條件下某些條件下) )；n將有機物轉化成燃料可減少環(huán)境公害將有機物轉化成燃料可減少環(huán)境公害( (例例如，垃圾燃料如，垃圾燃料) )；n與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術上的與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術上的難題較難題較少。少。n植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物；物；n單位土地面的有機物能量偏低；單位土地面的有機物能量偏低； n

18、缺乏適合栽種植物的土地；缺乏適合栽種植物的土地；n有機物的水分偏多有機物的水分偏多(50%(50%95%) 95%) 。n人類發(fā)現(xiàn)、利用沼氣，已有悠久的歷史。人類發(fā)現(xiàn)、利用沼氣，已有悠久的歷史。17761776年，意大利科學家沃爾塔發(fā)現(xiàn)沼澤年，意大利科學家沃爾塔發(fā)現(xiàn)沼澤地里腐爛的生物質(zhì)發(fā)酵，從水底冒出一地里腐爛的生物質(zhì)發(fā)酵，從水底冒出一連串的氣泡，分析其主要成分為甲烷和連串的氣泡，分析其主要成分為甲烷和二氧化碳等氣體。由于這種氣體產(chǎn)生于二氧化碳等氣體。由于這種氣體產(chǎn)生于沼澤地，故俗稱沼澤地，故俗稱“沼氣沼氣”。n1781年，法國科學家穆拉發(fā)明人工沼氣年，法國科學家穆拉發(fā)明人工沼氣發(fā)生器。發(fā)生器

19、。200多年過去了，如今全世界約多年過去了，如今全世界約有農(nóng)村家用沼氣池有農(nóng)村家用沼氣池530萬個，中國就占了萬個，中國就占了92。農(nóng)村沼氣池的主要填料是豬糞、。農(nóng)村沼氣池的主要填料是豬糞、秸稈、污泥和水等。隨著農(nóng)村沼氣使用秸稈、污泥和水等。隨著農(nóng)村沼氣使用的日益推廣和大型厭氧工程技術的進步，的日益推廣和大型厭氧工程技術的進步，90年代以來，世界范圍內(nèi)的一些大型沼年代以來，世界范圍內(nèi)的一些大型沼氣工程有了迅速發(fā)展。氣工程有了迅速發(fā)展。n沼氣是有機廢棄物（糞便、樹葉、秸稈沼氣是有機廢棄物（糞便、樹葉、秸稈等）經(jīng)過厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物，是一項制備等）經(jīng)過厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物，是一項制備容易，用途廣泛，綜合容易

20、，用途廣泛，綜合效益顯著的能源效益顯著的能源技術。沼氣的主要成分是甲烷，約占所技術。沼氣的主要成分是甲烷，約占所產(chǎn)生的各種氣體的產(chǎn)生的各種氣體的60%一一80%。n甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即對燃燒。每立味，與適量空氣混合后即對燃燒。每立方米純甲烷的發(fā)熱最為方米純甲烷的發(fā)熱最為34000焦耳，每立焦耳，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為方米沼氣的發(fā)熱量約為2080023600焦焦耳。即耳。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當于相當于0.7千克無煙煤提供的熱量。千克無煙煤提供的熱量。n第一階段的水解把不溶解的有機化合

21、物第一階段的水解把不溶解的有機化合物和聚合和聚合物，通過酶法轉化為可溶解的有物，通過酶法轉化為可溶解的有機物。機物。n第二階段再將上一步轉化成的產(chǎn)物如碳第二階段再將上一步轉化成的產(chǎn)物如碳水化合水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪類、醇等發(fā)酵物、蛋白質(zhì)、脂肪類、醇等發(fā)酵為有機酸。為有機酸。n第三階段由有機酸發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。第三階段由有機酸發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。n密閉：沼氣發(fā)酵是多種嫌氣性細菌活動密閉：沼氣發(fā)酵是多種嫌氣性細菌活動的結果，的結果，所以要造成細菌活動的缺氧條所以要造成細菌活動的缺氧條件。在建造沼氣池時一定要密閉，隔絕件。在建造沼氣池時一定要密閉，隔絕空氣，不漏氣，不漏水?？諝?，不漏氣，不漏水。n適宜的溫度：

22、適宜的溫度：一般沼氣池在一般沼氣池在20 40 時產(chǎn)氣量最高。時產(chǎn)氣量最高。 n充足的養(yǎng)分：充足的養(yǎng)分：細菌正常生成，需要從發(fā)酵原料細菌正常生成，需要從發(fā)酵原料中吸取充足的養(yǎng)分，主要是碳、氮和無機鹽。中吸取充足的養(yǎng)分，主要是碳、氮和無機鹽。沼氣發(fā)酵原料中，人畜糞尿主要是氮素來源，沼氣發(fā)酵原料中，人畜糞尿主要是氮素來源，作物秸稈等纖維素物質(zhì)主要是碳素來源。作物秸稈等纖維素物質(zhì)主要是碳素來源。n充足的水分：充足的水分：一般要求發(fā)酵原料的含水量占總一般要求發(fā)酵原料的含水量占總質(zhì)量的質(zhì)量的8080左右，過稀或過濃都對產(chǎn)氣不利。左右，過稀或過濃都對產(chǎn)氣不利。n適合的酸堿環(huán)境：適合的酸堿環(huán)境：一般發(fā)酵池的

23、酸堿度控制在一般發(fā)酵池的酸堿度控制在pHpH為為7 78.58.5。 n我國生物質(zhì)能資源相當豐富，僅各類農(nóng)我國生物質(zhì)能資源相當豐富，僅各類農(nóng)業(yè)廢棄物（如秸稈等）的資源業(yè)廢棄物（如秸稈等）的資源量每年即量每年即有有3.083.08億噸標煤，薪柴資源量為億噸標煤，薪柴資源量為1.31.3億噸億噸標煤，加上糞便、城市垃圾等，資源總標煤，加上糞便、城市垃圾等，資源總量估計可達量估計可達6.56.5億噸標煤以上，約相當于億噸標煤以上，約相當于19951995年全國能年全國能 源消費總量的一半。源消費總量的一半。n在占中國人口在占中國人口8080的農(nóng)村，人們生活主的農(nóng)村，人們生活主要以秸稈和薪柴為燃料。要以秸稈和薪柴為燃料。19981998年全國農(nóng)年全國農(nóng)村居民總能耗為村居民總能耗為365Mtce,365Mtce,其中其中56.756.7（365Mtce365Mtce）來自于稻草、秸稈和薪柴。）來自于稻草、秸稈和薪柴。發(fā)展中國農(nóng)村沼氣利用技術可以滿足居發(fā)展中國農(nóng)村沼氣利用技術可以滿足居民生活和工業(yè)生產(chǎn)的能源需要。因此，民生活和工業(yè)生產(chǎn)的能源需要。因此，作為一項優(yōu)先發(fā)展的技術，沼氣利用可作為一項優(yōu)先發(fā)展的技術，沼氣利用可以幫助農(nóng)村人口擺脫貧困，增加收益。以幫助農(nóng)村人口擺脫貧困，增加收益。n從從19911991年到年