生物質(zhì)能源概述

生物質(zhì)能源概述生物質(zhì)資源生物質(zhì)是地球上存在最廣泛的物質(zhì)，包括所有動物、植物和微生物，以及由這些生命體排泄和代謝的所有有機物質(zhì)。這些物質(zhì)所蘊藏的能量相當驚人，相當于目前世界總耗能的10倍，而目前作為能源用途的生物質(zhì)僅占總產(chǎn)量的1%左右，潛力十分巨大。生物質(zhì)能：以生物質(zhì)為載體的能量，即把太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式。目前，生物質(zhì)能技術的研究與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學家的關注。許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當?shù)谋戎?。Contents生物質(zhì)能源的概述1生物質(zhì)能源林的類型與發(fā)展2生物質(zhì)能展望3

生物質(zhì)能源的概述

作為新世紀的可替代能源之一，生物質(zhì)能占到全世界總能耗的15%，數(shù)量相當巨大，是21世紀能源供應中最具潛力的能源。因它來自自然界，無污染，同時又是可再生能源而引起各國的重視。根據(jù)ELInsights于2010年9月發(fā)布的報告，從2010年到2015年，全球生物制造市場預計將從5729億美元增加至6937億美元，相當于在此期間的復合年增長率(CAGR)為3.9%。在今后幾年，生物質(zhì)在生物發(fā)電、生物燃料和生物產(chǎn)品部門應用領域?qū)⒋蠓鲩L，生物質(zhì)發(fā)電的市場價值將從2010年450億美元增加到2020年530億美元。

生物質(zhì)能源利用現(xiàn)狀

世界生物質(zhì)能協(xié)會主席HeinzKopetz博士表示,由于各國氣候、土地利用情況不同，生物質(zhì)能源生產(chǎn)及利用水平差別也很大。為了促進可再生能源的發(fā)展，許多國家制定了相應的發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃，明確了可再生能源發(fā)展目標。如美國、瑞典、丹麥、印度、巴西、歐洲等國已走在世界前列。國外生物質(zhì)能源利用概況歐盟：2010年生物質(zhì)能源達到總能源消耗的7％。美國：2010年生物質(zhì)能源達到總能源消耗的4%，2020年達到5％（現(xiàn)在已經(jīng)達到3％）。澳大利亞：2010年生物質(zhì)能源達到總能源消耗的5％。巴西：生物質(zhì)能源已達到總能源消耗的1/3，近50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油參和比達到20％。憑借生物能源這張王牌，巴西政府表示有信心實現(xiàn)到2020年減排36%的目標。丹麥正準備在全國前5大城市，逐步減少并淘汰燃煤發(fā)電站，要求發(fā)電站進行技術改造，使用生物燃料替代煤和燃油，作為城市生產(chǎn)和生活的主要能源來源。印度于2004年開始了石油和農(nóng)業(yè)領域的“無聲革命”，制訂了2011年全國運輸燃料中必須添加10%乙醇的法令。我國生物質(zhì)能源的開發(fā)利用現(xiàn)狀

我國擁有豐富的生物質(zhì)能資源，據(jù)測算，我國理論生物質(zhì)能資源為50億噸左右標準煤，是目前中國總能耗的4倍左右。在可收集的條件下，中國目前可利用的生物質(zhì)能資源主要是傳統(tǒng)生物質(zhì)，包括農(nóng)作物秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾、工業(yè)有機廢渣與廢水等。目前生物質(zhì)能源僅占0.5－1%。中國80％人口生活在農(nóng)村，秸稈和薪柴等生物質(zhì)能是農(nóng)村的主要生活燃料。2010年底全國已經(jīng)建設農(nóng)村戶用沼氣池1870萬口，生活污水凈化沼氣池14萬處，畜禽養(yǎng)殖場和工業(yè)廢水沼氣工程2,000多處，年產(chǎn)沼氣約90億立方米，為近8000萬農(nóng)村人口提供了優(yōu)質(zhì)生活燃料。中國已經(jīng)開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃氣。2006年用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800多臺，村鎮(zhèn)級秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)近600處，年生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣2,000萬立方米。生物質(zhì)能利用主要方式生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化（油、氣）（高溫分解、氣化）生物化學轉(zhuǎn)化（沼氣、酒精）直接燃燒能源轉(zhuǎn)換過程生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當長的時間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式。生物質(zhì)能利用—直接燃燒熱效率低于20%lossloss生物質(zhì)能利用—直接燃燒炕：熱效率20-30%生物質(zhì)能利用—直接燃燒－發(fā)電秸稈直接燃燒發(fā)電垃圾直接燃燒發(fā)電生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電熱效率可達90%;生物質(zhì)能凈轉(zhuǎn)化效率～40％生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電每兩噸秸稈的熱值相當于一噸煤，平均含硫量只有3．8‰，遠遠低于煤1％的平均含硫量。丹麥:已建立了130多家秸稈生物發(fā)電廠。秸稈發(fā)電等可再生能源占到全國能源消費量的24％以上。

1：1.4能源草秸稈生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電

2005年，我國首個秸稈與煤粉混燒發(fā)電項目在棗莊十里泉發(fā)電廠竣工投產(chǎn):引進了丹麥BWE公司的技術設備，對1臺14萬千瓦機組的鍋爐燃燒器進行了秸稈混燒技術改造。十里泉電廠生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電生活垃圾焚燒后，質(zhì)量只有焚燒前的10%，體積最多只有1/4。西方發(fā)達國家大都建有垃圾發(fā)電廠，美國在20世紀80年代興建了90座垃圾焚燒廠，90年代又建了近400座發(fā)電廠，垃圾焚燒率達40％；日本垃圾電站有131座。生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電浦東御橋工業(yè)區(qū)：國內(nèi)第一座日處理千噸以上的大型現(xiàn)代化生活垃圾發(fā)電廠，每天可處理120－150萬城市居民產(chǎn)生的生活垃圾（約1000噸）。我國目前規(guī)模最大的垃圾焚燒廠——上海江橋生活垃圾焚燒廠，每天處理垃圾2000噸。截至2010年，我國已經(jīng)建成有100多個日處理量在200噸以上的焚燒裝置。目前全球有垃圾電站近1000座，預計未來三年內(nèi)，將超過3000座。生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電垃圾發(fā)電平均上網(wǎng)電價為０．５４元／千瓦時，發(fā)電成本為０．５元／千瓦時。火力發(fā)電成本僅為０．２元／千瓦時，水力發(fā)電的運營成本僅為０．０３／千瓦時－０．０５元／千瓦時。相比之下，垃圾發(fā)電成本是相當高的，沒有任何競爭優(yōu)勢。

生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電熱化學轉(zhuǎn)化氣化液化轉(zhuǎn)脂反應生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化-氣化生物質(zhì)氣化是在高溫條件下，利用部分氧化法，使有機物轉(zhuǎn)化成可燃氣體的過程，產(chǎn)物為CO、H2、CH4等可燃性氣體。生物質(zhì)氣化供熱供氣發(fā)電用作鍋爐的燃料燃燒生產(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機發(fā)電。這種方式對氣體要求不很嚴格，直接在鍋爐內(nèi)燃燒氣化氣。效率低。在燃氣輪機內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機發(fā)電。這種利用方式要求氣化壓力在10－30個大氣壓，有灰塵、雜質(zhì)等污染的問題。在內(nèi)燃機內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機發(fā)電。這種方式應用廣泛，而且效率較高。但該種方式對氣體要求嚴格，氣化氣必須凈化及冷卻。生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化-氣化發(fā)電氣化發(fā)電的三種方式生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—液化熱解液化（不需催化劑，650～800℃,原料需干燥）生物油（70％）和氣體快速熱解生物油（80～85％）和焦炭慢速熱解高加熱速率（102-104K/s）產(chǎn)物停留時間（0.2-3s）

干餾：木炭生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—液化生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—液化2.加壓液化（需催化劑,300～350℃，原料不需干燥）12-20MPa停留時間：30min加水油（含水）生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油1、僅需要對柴油機進行微小的改造甚至不需要改造。2、可以采用現(xiàn)有的柴油運輸、銷售網(wǎng)絡。3、從全生命周期來看不產(chǎn)生CO2排放。生物柴油替代柴油的優(yōu)勢生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油我國：地溝油是目前主要原料，麻風樹、黃連木等油料作物有望大面積種植。麻風樹黃連木發(fā)酵厭氧消化生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－發(fā)酵發(fā)酵催化酶糖發(fā)酵生物質(zhì)醇乙醇汽車生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－發(fā)酵1、糖類：甘蔗、甜菜等糖類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成乙醇相對容易，但原料成本高（60%價格）。2、淀粉類：淀粉類生物質(zhì)（玉米、高粱、木薯）需要先水解成糖類。3、木質(zhì)纖維類：木材、草等預處理更復雜，需要經(jīng)過幾種酸的水解才能變成糖。原料最新進展美國馬薩諸塞大學的化學工程師GeorgeHuber找到一種有效的方法，成功地讓柳枝稷、白楊樹等植物的木質(zhì)纖維素（即固態(tài)生物質(zhì)能）轉(zhuǎn)化為“綠色汽油”。這是首次實現(xiàn)植物纖維素到汽油組分的直接轉(zhuǎn)變。生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－發(fā)酵生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化生物質(zhì)細菌絕氧分解沼氣（60％甲烷，30～40％CO2）大棚沼氣發(fā)電機生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化原料1、人、畜排泄物生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化沼液、沼渣沼氣照明做飯沼氣燈提高棚溫增施氣肥豬蔬菜沼氣池糞便殘葉生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化2、垃圾原料垃圾填埋場經(jīng)過特殊設計，可增加沼氣產(chǎn)量，并且在填埋垃圾之前預先鋪設收集氣體的管道。生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化上海南匯老港垃圾填埋場（國內(nèi)最大的垃圾填埋場）的沼氣收集和預處理系統(tǒng)一期工程已建成，開始實驗性發(fā)電。生物質(zhì)資源特點地球上每年生物質(zhì)能總量約1400-1800億噸(干重），相當于目前每年總能耗的10倍。總量大通過碳、氫、氧循環(huán)利用太陽能的過程，理論上不產(chǎn)生溫室氣體，低含量的N，S化合物，可以大量減少SOx等有毒氣體排放，被稱為“綠色石油”。

每利用一萬噸椐桿代替燃煤，可以減少CO2排放１.4t，SO240t，煙塵100t。低污染我國可利用的生物質(zhì)資源量：1.農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約7億噸2.林業(yè)及木材加工廢棄物年產(chǎn)量約9億噸3.畜禽養(yǎng)殖和工業(yè)有機廢水年產(chǎn)沼氣資源量約800億立方米4.城市生活垃圾年產(chǎn)生量約1.2億噸

分布廣生物質(zhì)能源的主要類別

依據(jù)來源的不同，可以將適合于能源利用的生物質(zhì)分為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。林業(yè)資源林業(yè)生物質(zhì)資源是指森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等；木材采運和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物，如果殼和果核等。農(nóng)業(yè)資源農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源是指農(nóng)業(yè)作物(包括能源作物)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄物，如農(nóng)作物收獲時殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈（玉米秸、高粱秸、麥秸、稻草、豆秸和棉稈等）；農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中剩余的稻殼等。能源植物泛指各種用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氫化合物植物和水生植物等幾類。污水廢水生活污水主要由城鎮(zhèn)居民生活、商業(yè)和服務業(yè)的各種排水組成，如冷卻水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、廚房排水、糞便污水等。工業(yè)有機廢水主要是酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的廢水等，其中都富含有機物。固體廢物城市固體廢物主要是由城鎮(zhèn)居民生活垃圾，商業(yè)、服務業(yè)垃圾和少量建筑業(yè)垃圾等固體廢物構成。其組成成分比較復雜，受當?shù)鼐用竦钠骄钏?、能源消費結(jié)構、城鎮(zhèn)建設、自然條件、傳統(tǒng)習慣以及季節(jié)變化等因素影響。畜禽糞便畜禽糞便是畜禽排泄物的總稱，它是其他形態(tài)生物質(zhì)（主要是糧食、農(nóng)作物秸稈和牧草等）的轉(zhuǎn)化形式，包括畜禽排出的糞便、尿及其與墊草的混合物。二生物質(zhì)能源林的類型及發(fā)展根據(jù)用途將能源林分為燃料能源林、生物發(fā)電能源林和薪炭能源林3類。燃料能源林燃料能源林是指由樹體或某一器官富含油分或類似石油乳汁的樹種組成的森林。燃油樹種所含油分或乳汁主要分布在莖、葉、花、果、籽等部位，將其產(chǎn)物提取和加工可直接或間接作為汽油、柴油或石油的替代品。如我國海南省的能源樹種油楠，心材部分能形成棕黃色的油狀液體可直接燃燒；麻瘋樹的種子含油率高達40%。生物質(zhì)能源林的類型生物發(fā)電能源林木本植物是生物能源的主體，是最古老的能源物質(zhì)。國際社會普遍關注并大力發(fā)展能源林，目的是通過利用選育出的速生、高產(chǎn)、高熱值或高產(chǎn)油量的能源樹種種質(zhì)資源，以定向優(yōu)化集約栽培技術獲取高產(chǎn)能源收獲物，通過加工利用替代化石能源，解決目前世界性的能源危機問題。其中以生物發(fā)電為主要用途的能源林主要是指采取高密度、超短輪伐期的集約經(jīng)營技術，種植和培育高熱值、速生、萌蘗能力強、抗病蟲害強的喬木、灌木人工林，主要利用其木材發(fā)電。目前普遍被用做燃料能源林的樹種以楊樹、桉樹、柳樹等為主。1976年瑞典率先啟動了瑞典能源林業(yè)工程。薪炭能源林薪炭能源林是指以生產(chǎn)薪材為主的能源林，可直接燃燒用于生活，也可燒成木炭來使用。目前世界上較好的薪炭樹種有柳、加拿大楊、美國梧桐、刺槐、冷杉、火炬樹、大葉相思等。我國用于薪炭林的樹種主要有銀合歡、刺槐、沙棗、旱柳等，有的地方種植薪炭林3-5年即可見效，平均每公頃可產(chǎn)干柴15t左右。我國薪炭林規(guī)劃我國薪炭林建設需要走森林能源工程建設之路。森林能源工程標志著人們對森林作為燃料這一功能的認識已發(fā)展到新的階段。利用范圍已從木質(zhì)部分利用轉(zhuǎn)向全向全樹利用、全林利用；利用方式上已從直接燃燒轉(zhuǎn)向直接燃燒與轉(zhuǎn)換成其他形式相結(jié)合；經(jīng)營指導思想上已從單一取薪炭材轉(zhuǎn)向以生產(chǎn)薪材為主，薪材與用材、肥料、飼料、防護等結(jié)合的多功能、多目標、多效益相統(tǒng)一；經(jīng)營目標上已由追求單一產(chǎn)量轉(zhuǎn)向可持續(xù)發(fā)展的單位時間內(nèi)、單位面積上最大限度地提供能源和多種經(jīng)濟效益及社會價值的森林植物綜合體；經(jīng)營方式上由粗放經(jīng)營轉(zhuǎn)向高投入、高技術、高產(chǎn)量、高熱值、高效益的集約經(jīng)營；樹種組成已由單一樹種的純林轉(zhuǎn)向多樹種、喬灌草相結(jié)合的混交復層林。更為重要的是，森林能源工程與發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、群眾脫貧致富有機結(jié)合在一起，與生態(tài)環(huán)境的保護和改善密切相關。總體構想與基本原則戰(zhàn)略目標與任務戰(zhàn)略實施步驟建設重點生物質(zhì)能展望－中國目前生物質(zhì)能源僅占0.5－1%。中國《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出了到2020年中國可再生能源開發(fā)利用總量在能源供應結(jié)構中的比重達15%的目標，相當于6億噸標準煤（1/6)。2020年生物質(zhì)燃料替代1000萬噸石油。中國農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電20022002010年2020年垃圾填埋場沼氣發(fā)電20100大中型沼氣工程發(fā)電80300生物質(zhì)發(fā)電總計3002600（萬千瓦）生物質(zhì)能展望－中國生物質(zhì)固體成型燃料

2010年:示范點建設，全國年消費100萬噸

2020年:年消費量達到5000萬噸農(nóng)村戶用沼氣

2010年：110億立方米/年

2020年：180億立方米/年生物質(zhì)能展望－中國生物質(zhì)液體燃料

2020年：替代1000萬噸成品油燃料乙醇：

以甜高粱莖桿、甘蔗和木薯等為原料

2020年，