生物質(zhì)能利用原理與技術-緒論課件

生物質(zhì)能利用原理與技術劉燦西南林業(yè)大學生物質(zhì)能利用原理與技術劉燦目錄第一章總論第二章

生物質(zhì)能資源與能源植物第三章生物質(zhì)直接燃燒技術第四章厭氧過程與沼氣技術第五章生物質(zhì)壓縮成型燃料技術第六章生物質(zhì)氣化技術第七章生物質(zhì)燃料乙醇技術第八章生物質(zhì)熱裂解技術第九章生物質(zhì)制氫與間接液化技術第十章植物油與生物柴油技術第十一章城市有機垃圾能源目錄第一章總論21、能源：能夠為人類提供某種形式能量（機械能、熱能、電能、化學能等）的自然資源及其轉化物。或者說是能量的來源稱為能源。如太陽能、風能、化石燃料、水力等。2、能源的分類：（1）按能源的生成方式分：一次能源和二次能源（2）按能源在當代社會中的地位分：常規(guī)能源和新能源。（3）按能否再生分（對一次能源）：可再生和非再生能源。（4）按其來源分（對一次能源）：來自地球以外天體的能源：太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能來自地球內(nèi)部的能源：地熱能地球一其它天體的作用產(chǎn)生的能源：潮汐能第一章總論一能源1、能源：能夠為人類提供某種形式能量（機械能、熱能、電能、化3能源分類能源分類43、能源的重要性：3、能源的重要性：54、人類利用能源的歷史演變柴草時期煤炭時期石油時期新能源時期4、人類利用能源的歷史演變柴草時期6二、中國能源現(xiàn)狀、問題與對策2-1近年我國經(jīng)濟狀況二、中國能源現(xiàn)狀、問題與對策2-1近年我國經(jīng)濟狀況7我國能源消費預測與實際上世紀我國能源消費趨勢圖我國能源消費預測與實際上世紀我國能源消費趨勢圖8我國資源人均占有率

中國能源實際情況一次性能源人均占有量低能源消費隨經(jīng)濟發(fā)展迅速增長以煤為主的能源結構短期內(nèi)難以改變生態(tài)環(huán)境壓力明顯增大我國資源人均占有率中國能源實際情況9生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件10我國石油能源現(xiàn)狀我國石油能源現(xiàn)狀11能源結構的不合理造成了不可挽回的環(huán)境損失能源消費煤炭能源占有率能源結構的不合理造成了不可挽回的環(huán)境損失能源消費煤炭能源占有122-2中國能源存在的問題（1）人均能耗低（2）人均能源資源不足（3）能源效率低（4）以煤為主的能源結構亟待調(diào)整1）大量燃煤嚴重污染環(huán)境2）大量用煤導致能源效率低下3）交通運輸壓力巨大4）能源供應安全問題提到議事日程上來132-2中國能源存在的問題（1）人均能耗低132-3中國能源發(fā)展對策能源中長期發(fā)展規(guī)劃：結合“十一五”規(guī)劃的編制我們已經(jīng)擬定了能源中長期發(fā)展規(guī)劃，這個發(fā)展規(guī)劃可以概括為48個字，即：“節(jié)能優(yōu)先，效率為本；煤為基礎，多元發(fā)展；立足國內(nèi)，開拓海外；統(tǒng)籌城鄉(xiāng)，合理布局；依靠科技，創(chuàng)新體制；保護環(huán)境，保障安全”。在能源中長期規(guī)劃中強調(diào)了要調(diào)整能源結構，加快發(fā)展核電、可再生能源和大力發(fā)展水電。中國全國人大常委會已通過了《可再生能源法》，為我國可再生能源發(fā)展提供法律保證。

（1）堅持實行能源節(jié)約戰(zhàn)略方針，（2）大力優(yōu)化能源結構，（3）煤為基礎，積極發(fā)展?jié)崈裘杭夹g，（4）大力開發(fā)利用新能源與可再生能源，（5）采取措施保證能源供應安全。142-3中國能源發(fā)展對策能源中長期發(fā)展規(guī)劃：結合“十一五”規(guī)劃三、中國新能源與可再生能源發(fā)展前景（1）中國擁有豐富的新能源與可再生能源資源可供開發(fā)利用。（2）中國對新能源與可再生能源的需求量巨大，市場廣闊。（3）中國新能源與可再生能源的發(fā)展適逢良好的市場機遇。（4）市場巨大推動力將促進中國新能源與可再生能源的發(fā)展。（5）已取得的成績和國家對發(fā)展的高度重視。綜上所述，可以預言，在21世紀，中國的新能源與可再生能源將會有更大、更快的發(fā)展．為中國的現(xiàn)代化建設做出更大的貢獻。15三、中國新能源與可再生能源發(fā)展前景（1）中國擁有豐富的新能源3-1水電和海洋能2010年裝機容量達到2788萬Kw，發(fā)電量達到1170億kWh。法國朗斯潮汐電站外景163-1水電和海洋能2010年裝機容量達到2788萬Kw，發(fā)法國朗斯潮汐電站示意圖17能源與新能源利用---宋長華法國朗斯潮汐電站示意圖17能源與新能源利用---宋長華三峽水電站三峽水電站183-2風能小型風力機市場化；加速中大型風力機設計、制造國產(chǎn)化進程；發(fā)展風力發(fā)電控制和管理系統(tǒng)；加強和完善風電場的規(guī)劃選點和勘察設計工作，建設若干個大型風電場。2000年和2010年全國風力發(fā)電裝機容量分別達到30萬—40萬kW和100萬—110萬kw。193-2風能小型風力機市場化；加速中大型風力機設計、制造國產(chǎn)風力發(fā)電獨立系統(tǒng)示意圖20風力發(fā)電獨立系統(tǒng)示意圖20香港沙洲自動氣象站風力發(fā)電機21香港沙洲自動氣象站風力發(fā)電機21風力發(fā)電圖22風力發(fā)電圖223-3太陽能太陽能建筑、太陽熱水器要形成規(guī)?；a(chǎn)；降低太陽能電池成本，提高光電轉換效率；大力推廣應用小功率光伏電源系統(tǒng)；建立分散型和集中型聯(lián)網(wǎng)光伏示范電站。到2010年，太陽能利用總量達到467萬t標準煤。233-3太陽能太陽能建筑、太陽熱水器要形成規(guī)模化生產(chǎn)；降低太太陽能發(fā)電圖24太陽能發(fā)電圖24光伏發(fā)電圖25光伏發(fā)電圖25太陽能發(fā)電系統(tǒng)26太陽能發(fā)電系統(tǒng)26青海太陽能發(fā)電圖27青海太陽能發(fā)電圖27住宅太陽能發(fā)電系統(tǒng)28住宅太陽能發(fā)電系統(tǒng)28太陽能發(fā)電家用系統(tǒng)29太陽能發(fā)電家用系統(tǒng)292千瓦美國加洲太陽發(fā)電302千瓦美國加洲太陽發(fā)電30太陽能、潮汐和核電站圖31太陽能、潮汐和核電站圖313-4地熱能積極開發(fā)高溫熱儲地區(qū)的地熱資源，進一步擴大地熱直接利用和發(fā)電規(guī)模，2000年和2010年利用總量分別達到88萬t標準煤和151萬t標準煤。323-4地熱能積極開發(fā)高溫熱儲地區(qū)的地熱資源，進一步擴大地熱地熱發(fā)電系統(tǒng)33地熱發(fā)電系統(tǒng)33西藏年那曲地熱電站34西藏年那曲地熱電站343-5生物質(zhì)能生物質(zhì)的廣義概念：生物質(zhì)包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產(chǎn)的廢棄物。有代表性的生物質(zhì)如農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。生物質(zhì)的狹義概念：生物質(zhì)主要是指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素（簡稱木質(zhì)素）、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質(zhì)。3-5生物質(zhì)能生物質(zhì)的廣義概念：生物質(zhì)包括所有的植物、微生35生物質(zhì)能發(fā)電原理圖示36生物質(zhì)能發(fā)電原理圖示36廣洲拉圾電廠37廣洲拉圾電廠37沼氣發(fā)電原理圖示38沼氣發(fā)電原理圖示38生物質(zhì)資源按照來源可分為六大類森林能源森林能源是森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，主要是薪材，也包括森林工業(yè)的一些殘留物等。森林薪材來源于樹木生長過程中修剪的枝椏、木材加工的邊角余料以及專門提供薪材的薪炭林。農(nóng)作物秸稈農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，也是我國農(nóng)村的傳統(tǒng)燃料。秸稈資源與農(nóng)業(yè)種植業(yè)的生產(chǎn)關系十分密切。禽畜糞便禽畜糞便也是一種重要的生物質(zhì)能源。除在牧區(qū)有少量直接燃燒外，禽畜糞便主要是作為沼氣的發(fā)酵原料。中國主要的禽畜是雞、豬和牛。生活垃圾城鎮(zhèn)生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商業(yè)和服務業(yè)垃圾、少量建筑垃圾等廢棄物所構成的混合物，成分比較復雜，其構成主要受居民生活水平、能源結構、城市建設、綠化面積以及季節(jié)變化影響。能源植物能源植物種類較多，例如制糖作物、油料植物等。目前國內(nèi)外正在研究和已經(jīng)研究利用的植物主要有三角戟、三葉橡膠樹、麻瘋樹、漢加樹、白乳木、油桐、小桐子、光皮樹、油楠、油橄欖等。水生植物一些水生藻類，主要包括海洋生的馬尾藻、巨藻、海帶等，淡水生的布袋草、浮萍、小球藻等，水生植物轉化成燃料，也是增加能源供應的方法之一。四我國生物質(zhì)資源的分類生物質(zhì)資源按照來源可分為六大類森林能源農(nóng)作物秸稈禽畜糞便生活39農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能源的地理分布1農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能源的地理分布140林業(yè)生物質(zhì)能源的地理分布2林業(yè)生物質(zhì)能源的地理分布2413禽畜糞類生物質(zhì)能源的地理分布333禽畜糞類生物質(zhì)能源的地理分布3342省市垃圾和廢水的地理分布4省市垃圾和廢水的地理分布443生物質(zhì)能源總量在我國的地理分布生物質(zhì)能源總量在我國的地理分布44我國主要生物質(zhì)能源不同種類比例我國主要生物質(zhì)能源不同種類比例45由以上結果我們分析得：隨著科學技術的進步，傳統(tǒng)上視為無用的垃圾棄物被開發(fā)為生物質(zhì)新能源。就最近幾年數(shù)據(jù)統(tǒng)計可看出，我國的這種新能源比較豐富，尤其是省市垃圾和廢水，其次是農(nóng)業(yè)生物質(zhì)和禽畜糞類，最后是林木生物質(zhì)。由此可以說明，現(xiàn)階段我們應該更加注重垃圾和廢水此類生物質(zhì)能源的利用，大力研發(fā)相關新技術，充分利用該類生物質(zhì)能源。由以上結果我們分析得：隨著科學技術的進步，傳統(tǒng)上視為無用的垃46五生物質(zhì)能源利用主要技術物理轉化生物轉化熱量電力直接燃燒氣化熱化學法熱解直接液化生物質(zhì)燃氣木炭或生物油液化油化學法間接液化直接液化甲醇、醚生物柴油水解發(fā)酵乙醇沼氣技術甲烷固體燃料生物質(zhì)化學轉化固體燃料五生物質(zhì)能源利用主要技術物理轉化生物轉化熱量電力直接燃47六國外生物質(zhì)能開發(fā)利用概況美國生物質(zhì)能利用占一次能源消耗4%生物質(zhì)能發(fā)電總裝機容量已超過1萬MW，單機容量達10~25MW。乙醇產(chǎn)量已成為僅次于巴西的燃料乙醇大國美國，康涅狄格州，霍奇基斯生物質(zhì)發(fā)電廠一家生物質(zhì)發(fā)電廠，燃燒可持續(xù)采集的木片，為霍奇基斯學院及其600多名住戶和85棟大樓提供供暖，供暖面積共達120萬平方英尺（約11.15萬平方米）。就地取材的木片是國際氣候變化小組指定使用的一種碳中性燃料，為可持續(xù)管理的森林的副產(chǎn)品；它們每年都能取代大約15萬加侖的進口石油燃料，從總體上實現(xiàn)減排，最顯著的要數(shù)二氧化硫，減排90%以上。六國外生物質(zhì)能開發(fā)利用概況美國一家生物質(zhì)發(fā)電廠，燃燒可持續(xù)48生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件49生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件50生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件51生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件52巴西巴西生物質(zhì)能源利用約占巴西總能源中的25%。生物質(zhì)能源中薪材和甘蔗占50-60%.巴西是乙醇燃料開發(fā)應用最有特色的國家，同時實施了世界上最大的規(guī)模的乙醇開發(fā)計劃（原料為甘蔗和目數(shù)等）。巴西有100多家專門生產(chǎn)乙醇的工廠，還有230家工廠既生產(chǎn)乙醇又生產(chǎn)糖。其中年產(chǎn)46萬t乙醇的大型廠10家，年產(chǎn)4萬t乙醇的小型廠182家，其余為中型廠。全國有33000個加油站提供100％燃料乙醇，是世界上唯一在全國不供應純汽油的國家。2008年巴西銷售的汽車中90％以上是使用乙醇和汽油混合燃料的靈活燃料汽車80％以上的電力都是來自可持續(xù)技術，主要是水力發(fā)電（占77％）。來自生物質(zhì)和水力發(fā)電廠的能源總量占巴西能源生產(chǎn)總量的45％[14]。巴西巴西生物質(zhì)能源利用約占巴西總能源中的25%。53生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件54生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件55生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件56歐洲歐洲是生物質(zhì)能開發(fā)利用活躍地區(qū)，新技術多，應用范圍廣。主要利用形式有供暖、發(fā)電和生物柴油等3種，其中以供暖為主。1991年瑞典建成了世界第一座完全生物質(zhì)氣化燃氣輪聯(lián)合發(fā)電機組，凈發(fā)電量6萬MW?？備N量達80%。最新研究技術為：利用基因技術改良油菜品種，同時采用技術是的菜籽中的脂肪酸碳鏈由18個縮短到8個左右，以獲得優(yōu)質(zhì)的菜籽燃油。歐洲歐洲是生物質(zhì)能開發(fā)利用活躍地區(qū)，新技術多，57飛機菜籽燃油菜籽燃油加氣站飛機菜籽燃油菜籽燃油58印度印度是沼氣使用歷史悠久的國家，到2008年已建沼氣池450萬個印度年產(chǎn)薪材0.284億噸左右，工業(yè)廢棄物和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品年產(chǎn)2.46億噸。近期生物質(zhì)壓縮成型、氣化技術技術進展顯著。印度印度是沼氣使用歷史悠久的國家，到2008年已建沼氣池4591、沼氣技術2、直接燃燒技術3、固體成型技術4、生物液體燃料七我國生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀1、沼氣技術七我國生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀60早在20世紀20年代就已經(jīng)開始了沼氣的生產(chǎn)與應用。截至2008年年底，中國已有3049萬農(nóng)戶在使用沼氣，每年產(chǎn)沼氣113.9億m3；在全國建有16.4萬處生活污水凈化沼氣池，專門處理公廁、醫(yī)院等公共場所的生活污水，總池容達785萬m3。1、沼氣技術：早在20世紀20年代就已經(jīng)開始了沼氣的生產(chǎn)與應用。1、沼氣技61生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件62生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件63自20世紀70年代末，政府為了改善農(nóng)民的生活質(zhì)量，在全國729個縣開展了省柴節(jié)煤爐灶炕的示范推廣。通過改進炊事爐灶，不僅提高了傳統(tǒng)爐灶的燃燒效率(大約在20％左右)，而且也減少了室內(nèi)空氣污染，改善了農(nóng)村生活環(huán)境。截至2008年年底，中國農(nóng)村地區(qū)已累計推廣省柴節(jié)煤爐灶1.46億戶，高效低排放節(jié)能爐3342萬臺，節(jié)能炕2050萬鋪，極大緩解了農(nóng)村能源短缺的緊張局面，改善了農(nóng)村居民日常生活環(huán)境狀況。2、直接燃燒技術自20世紀70年代末，政府為了改善農(nóng)民的生活質(zhì)量，在全國7264生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件65生物質(zhì)能利用原理與技術---緒論ppt課件66固體成型技術是利用生物質(zhì)中的木質(zhì)素充當黏合劑，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農(nóng)林廢棄物擠壓成固體燃料，提高了其能源密度，相當于中等煙煤，可明顯改善燃燒特性，這是生物質(zhì)預處理的一種方式。生物質(zhì)固體成型燃料有顆粒、塊狀和棒狀等形式，主要用于民用炊事取暖、商用餐飲和洗浴、工業(yè)鍋爐和發(fā)電等3、固體成型技術固體成型技術是利用生物質(zhì)中的木質(zhì)素充當黏合劑，將松散的秸稈、671.總論生物質(zhì)能（biomassenergy）概念：是指有機物中除化石燃料外的所有來源于動、植物能的物質(zhì)。形成：是通過綠色植物的光合作用將太陽輻射的能量以一種生物質(zhì)形式固定下來的能源。是人類最重要的間接利用太陽能方式。特征：是貯存的太陽能，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。同時是唯一的可儲存和運輸?shù)目稍偕茉础?.總論生物質(zhì)能（biomassenergy）681.2生物質(zhì)能的來源柴薪，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)劃與廣泛植林。秸稈和牲畜糞便，經(jīng)干燥可直接燃燒供應熱能。若經(jīng)過厭氧處理，可產(chǎn)生甲烷和肥料。制糖作物，制糖作物可直接發(fā)酵，轉變?yōu)橐掖肌Ｓ土献魑?，可制作轉變?yōu)樯锊裼?。其它，如城市垃圾和糧食1.2生物質(zhì)能的來源柴薪，至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源691.3生物質(zhì)能的利用生物質(zhì)是人類用火以來，最早直接應用的能源。儲量大，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十倍。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)占有重要地位。在世界能源消耗中，生物質(zhì)能占總能耗的14％，在發(fā)展中國家占40％以上。1.3生物質(zhì)能的利用生物質(zhì)是人類用火以來，最早直接應用的能701.4生物能的優(yōu)點提供廉價能源(某些條件下)和低硫燃料；理論上不產(chǎn)生GHG，低含量的N，S化合物，可以大量減少有毒氣體排放，被稱為“綠色石油”；被稱之為CO2中性的燃料。將有機物轉化成燃料可減少環(huán)境公害(例如城市垃圾的集中處理)；與其它非傳統(tǒng)性能源相比較，技術上的難題較少。1.4生物能的優(yōu)點提供廉價能源(某些條件下)和低硫燃料；711.5生物能的缺點植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物；單位土地面的有機物能量偏低；缺乏適合栽種植物的土地；有機物的水分偏多(50%～95%)。

1.5生物能的缺點植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物；72聯(lián)合國糧農(nóng)組織認為，生物質(zhì)能有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的主要能源，擴大其利用是減排CO2的最重要的途徑，應大規(guī)模植樹造林和種植能源作物，并使生物質(zhì)能從“窮人的燃料”變成高品位的現(xiàn)代能源。聯(lián)合國糧農(nóng)組織認為，生物質(zhì)能有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的主732生物質(zhì)能的分類林業(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

畜禽糞便

2生物質(zhì)能的分類林業(yè)資源743生物質(zhì)能的特點可再生性低污染性廣泛分布性生物質(zhì)燃料總量十分豐富生物質(zhì)能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。根據(jù)生物學家估算,地球陸地每年生產(chǎn)1000～1250億噸生物質(zhì);海洋年生產(chǎn)500億噸生物質(zhì)。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠遠超過全世界總能源需求量,相當于目前世界總能耗的10倍。我國可開發(fā)為能源的生物質(zhì)資源到2010年可達3億噸。

3生物質(zhì)能的特點可再生性754生物質(zhì)能的利用技術生物質(zhì)能的利用技術大體上分為直接燃燒技術、物化轉化技術、生化轉化技術和植物油技術四大類，各類技術又包含了不同的子技術。4生物質(zhì)能的利用技術生物質(zhì)能的利用技術大體上分為直接燃燒764.1直接燃燒技術直接燃燒大致可分四種情況：（1）爐灶燃燒；（2）鍋爐燃燒；（3）垃圾焚燒；（4）固型燃料燃燒。直接燃燒煙塵大，熱效率低，能源浪費大。4.1直接燃燒技術直接燃燒大致可分四種情況：77生物質(zhì)直接燃燒利用所面臨的問題主要有體積密度和能量密度低。由此造成運輸、儲存費用都相對較高，一般認為生物質(zhì)的利用半徑僅為80～120km，這大大限制了生物質(zhì)能的有效利用。提高生物質(zhì)的體積、能量密度是生物質(zhì)直接利用的重要研究方向。目前采用的主要技術有打包、制作生物質(zhì)高壓成型塊以及制作生物質(zhì)焦碳。生物質(zhì)直接燃燒利用所面臨的問題主要有體積密度和能量密度低。784.2物化轉換技術物化轉換技術包括三方面：（1）干餾技術；（2）氣化制生物質(zhì)燃氣；（3）熱解制生物質(zhì)油。4.2物化轉換技術物化轉換技術包括三方面：79生物質(zhì)氣化技術是指將生物質(zhì)在高溫下部分氧化轉化為氣體燃料的熱化學過程。該過程是直接向生物質(zhì)通氣化劑(空氣、氧氣或水蒸汽)，生物質(zhì)在缺氧的條件下轉變?yōu)樾》肿涌扇細怏w。生物質(zhì)與煤相比，揮發(fā)分含量高，灰分含量少，固定碳含量雖少但活性卻比煤的高許多。因此，生物質(zhì)通過氣化之后加以利用，比煤氣化后再利用的效果要好。生物質(zhì)氣化技術是指將生物質(zhì)在高溫下部分氧化轉化為氣體燃料的熱804.3生化轉換技術生物化學轉換技術主要是以厭氧消化制取沼氣和特種酶技術催化制氫為主。4.3生化轉換技術81沼氣