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  • 生物质能

    生物能是以生物为载体通过光合作用将太阳能以化学能形式贮存的一种能量,它直接或间接地来源于植物的光合作用,其蕴藏量极大,仅地球上的植物,每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍。在各种可再生能源中,生物质是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质能的各个生产阶段都是可以人为干预的,而风能太阳能只能靠天吃饭,发电必须配合调峰,而生物质能源则不需要,甚至可以为其他能源提供调峰;生物质原料需要收集,这样能够增加农民收入,刺激当地消费,可以有效促进农村经济的发展。

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    中文名: 生物质能 英文名: biomass energy
    类别: 能量的一种 含义: 太阳能以化学能贮存在生物质中

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    生物质特点/生物质能 编辑

    生物能生物能
    生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。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。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。特点:可再生、低污染、分布广泛。

    ①可再生性。生物质能源是从太阳能转化而来,通过植物的光合作用将太阳能转化为化学能,储存在生物质内部的能量,与风能、太阳能等同属可再生能源,并可以以物质的形式储存起来,可实现能源的永续利用。

    ②清洁、低碳。生物质能源中的有害物质含量很低,属于清洁能源。同时,生物质能源的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质,生物质能源的使用过程又生成二氧化碳和水,形成二氧化碳的循环排放过程,能够有效减少人类二氧化碳的净排放量,降低温室效应。

    ③替代优势。利用现代技术可以将生物质能源转化成可替代化石燃料的生物质成型燃料、生物质可燃气、生物质液体燃料等。在热转化方面,生物质能源可以直接燃烧或经过转换,形成便于储存和运输的固体、气体和液体燃料,可运用于大部分使用石油、煤炭及天然气的工业锅炉和窑炉中。国际自然基金会2011年2 月发布的《能源报告》认为,到2050 年,将有60%的工业燃料和工业供热都采用生物质能源。

    ④原料丰富。生物质能源资源丰富,分布广泛。根据世界自然基金会的预计,全球生物质能源潜在可利用量达350EJ/年(约合82.12 亿吨标准油,相当于2009年全球能源消耗量的73%)。根据我国《可再生能源中长期发展规划》统计,我国生物质资源可转换为能源的潜力约5 亿吨标准煤,随着造林面积的扩大和经济社会的发展,我国生物质资源转换为能源的潜力可达10 亿吨标准煤。在传统能源日渐枯竭的背景下,生物质能源是理想的替代能源,被誉为继煤炭、石油、天然气之外的“第四大”能源。

    生物质/生物质能 编辑

    脂肪燃料快艇脂肪燃料快艇
    生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能(biomassenergy),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能的一种表现形式。很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中,它是由太阳能转化而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能,通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球上的生物质能资源较为丰富,而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨,其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍,利用率不到3%。

    分类/生物质能 编辑

    依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

    林业资源

    林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物,如果壳和果核等。

    农业资源

    农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等);农业加工业的废弃物,如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

    污水废水

    生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成,如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等,其中都富含有机物。

    固体废物

    城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂,受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。

    畜禽粪便

    畜禽粪便是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式,包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。

    沼气

    沼气是由生物质能转换的一种可燃气体。沼气是一种混合物,主要成分是甲烷(CH4)。沼气是有机物质在厌氧条件下,经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的,所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内,在厌氧(没有氧气)条件下发酵,类繁多的沼气发酵微生物分解转化,从而产生沼气。沼气是一种混合气体,可以燃烧。通常可以供农家用来烧饭、照明。

    特点/生物质能 编辑

    可再生性

    生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用;

    低污染性

    生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少;生物质作为燃料时,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应;

    广泛分布性

    缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能;

    总量十分丰富

    生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000~1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。

    广泛应用性

    生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等形式存在,应用在国民经济的各个领域。

    利用/生物质能 编辑

    生物能生物能
    生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。

    人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。

    利用途径

    生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶,推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施,被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下,使生物质汽化、炭化、热解和催化液化,以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇

    利用现状

    气化燃烧锅炉气化燃烧锅炉
    2006年(丙戌年)底全国已经建设农村户用沼气池1870万口,生活污水净化沼气池14万处,畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处,年产沼气约90亿立方米,为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。

    中国已经开发出多种固定床,流化床气化炉,循环流化床气化炉和气流床气化炉等,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处,年生产生物质燃气2,000万立方米。

    发展生物质能源重在解决“五难”

    面对全球性的减少化石能源消耗,控制温室气体排放的形势,利用生物质能资源生产可替代化石能源的可再生能源产品,已成为我国应对全球气候变暖和控制温室气体排放问题的重要途径之一,国家出台了具体的补贴措施,并且规划到2015年,生物质能发电将达1300万千瓦的目标。然而受原料收集难、政策补贴不到位等难题,生物质能源产业的发展规模和水平远远低于风能、太阳能的利用。如何发挥生物质能企业的生产积极性,尽快解决这些难题,为此,记者采访了中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松,国家发展和改革委员会能源研究所研究员秦世平教授,以及可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏。

    一难:认识不够

    生物质能木质压缩颗粒生物质能木质压缩颗粒
    生物质能源正处在一个很尴尬的境地。国家发展和改革委员会能源研究所秦世平研究员开门见山地告诉本刊记者:“要说重要,在可再生能源中生物质能源是最重要的,但相比而言,它的产业化程度,发展规模都是最差的。这其中有一些客观原因,也有一些属于认识问题。”

    生物质能源的重要性体现在以下四点,秦世平介绍:第一,我国是地少人多的国家,农林剩余物、城市垃圾等废弃物是生物质资源的主要来源,以往农民处理秸秆大多是一把火点着,城市垃圾多是填埋,但废弃物的处理是个刚性需求,随着国家对CO2的排放限制的提高,生物质的能源化利用成为更为先进和有效的方法;第二,我国化石能源短缺,其中液体燃料是最缺少的,而液体燃料只有利用生物质可以转化;第三,生物质能的各个生产阶段都是可以人为干预的,而风能、太阳能只能靠天吃饭,发电必须配合调峰,而生物质能源则不需要,甚至可以为其他能源提供调峰;第四,生物质原料需要收集,这样能够增加农民收入,刺激当地消费,可以有效促进农村经济的发展。一个2500万~3000万千瓦的电厂,在原料收集阶段农民获得的实惠约有五六千万元。“三农”问题解决好了,对于整个社会发展将起到非常重要的作用。

    除了客观上发展规模受限以外,秦世平认为:对生物质能的认识各不相同,对其投资的额度,与地方的GDP增长是不相符的,资源的分散性导致生物质能源在一地的投资,最多也就2亿多;这在某些政府官员那来看,生物质能源有点像“鸡肋”,有呢吃不饱,丢了又有点可惜,并且地方政府还要帮助协调农民利益、禁烧等“麻烦事”。由此导致生物质能源整体项目规模较小,技术投入不足,尽管它是利国利农的好事,却处于发展欠佳的尴尬地位。

    可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏也在电话里向记者表示,相比于煤炭、石油、天然气这些传统能源,生物质能源在技术上的投入显然要低得多。对于生物质能源发展,首先要从上层统一思想,提高对生物质能源重要性的认识,并要在技术上加大投入。

    二难:补贴门槛过高

    对生物质能源的支持,国家采取了多种补贴手段。但补贴门槛过高,手续繁琐、先垫付后补贴也困扰着不少企业。财政部财建735号文件规定,企业注册资本金要在1000万元以上,年消耗秸秆量要在1万吨以上,才有条件获得140元/吨的补助。对此,中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松认为:1000万元的注册资金,是国家考虑防范企业经营风险时的必要手段,这对大企业无所谓,但对一些中小公司则很难达到。而1万吨秸秆的年消耗量,需要相当规模的贮存场地,由此带来的火灾隐患,成本增加问题也是企业不得不考虑的事情。事实上,如果扩大鼓励面的话,三五千吨也是适用的。受制于这些现实难题,财政部的万吨补贴政策遭遇落地难。

    而参与国家补贴政策制定的秦世平对此解释说,国家制订政策的初衷并不鼓励生物质能源企业因陋就简,遍地开花,而是鼓励企业专门从事生物质能源,培养骨干型企业,这就需要一定的物质基础。一万吨的厂子,固定资产就大概需要400万元,加上流动资金,1000万元并不算多。而万吨规模在能源化利用上,刚称得上有点规模,只要是同一个业主,生产点可以分散,如果规模太小,补贴监管成本也太高。对于补贴方式上,秦世平承认存在一定缺陷,整个机制缺乏能源主管部门、技术部门的参与。制度怎样更有利于监管,公平公开还有待于进一步完善。而该行业的快速发展,补贴政策功不可没,但不能因为出现一些问题,因噎废食,取消这个补贴政策,那将会对刚刚起步的生物质能源化利用产业造成重大的打击。因为国家补贴不仅仅是提供资金,还表明国家对该行业的支持态度,对企业和投资具有强力的引导作用。

    除此之外,固定电价也是补贴的重要一块。生物质发电是0.75元/度,垃圾和沼气发电是0.65元/度。增值税实行即征即退,所得税按销售收入的90%来计算。袁振宏则指出政府鼓励生产,生产完了没有销路,这个产业还是发展不起来。所以生产者和用户两头都要鼓励,为企业开拓市场。产业发展了国家才有政策,反过来不给政策,企业也难有市场。

    三难:布局不好要吃亏

    到底企业要建多大产能的好?秦世平经常碰到有企业负责人向他请教。

    “没有最好,只有最适合的,适合的就是最好的。比如苏南地区每人只有几分地,那就没法收,这些地方就没法建大厂,但东北垦区就比较适合建大型电厂,有条件上规模,成本才越低,效益才越高。一定要因地制宜。密集地区可以建气化发电,做成型燃料,不一定去建发电厂。”

    肖明松也建议企业要多方考虑,合理布局,否则很容易陷入发展困局。建生物质能电厂首先要考虑可持续发展,原料分散,就需要分散性利用,要考虑水资源、电力、人文环境是不是可以支撑这个项目。

    四难:成本价格难控

    受耕作制度的限制,我国农村土地高度分散,从资源的收集储存运输带来很大不利因素,在后续的环节上会放大很多倍。“有些人认为收集半径的扩大就是多一个油钱,实际上运输工具、人力成本都不一样。”秦世平解释说,“装机容量3万千瓦的生物质电厂,一年大概需要25万-30万吨秸秆,按我国户均10亩耕地计算,需要大约20万农户来完成,那么收购时你要带秤,光开票都需要20万张。还要一个个装车,不能实现高效的机械化。”

    肖明松也非常理解企业的苦楚。“生物质能源要依赖农业,资源掌握在老百姓手里,农民的市场意识很好,完全随行就市。如果收集半径过大,需要农民花费大量时间收集、运输,那农民就会要求按外出打工时计算人力成本,如此一来,企业为原料支出的成本就会大大提高。如果企业坚持不抬价,就可能造成企业吃不饱,缩量生产,影响经济效益。每度电原料成本如果超出一定范围,无论怎么发电都是赔钱。加上人工费用近年来的快速增加,成本成了扼住企业脖子的一道枷锁。”

    “所以准备入行的企业首先要考虑的是原料资源的可获得性,如果不成熟千万不要贸然进入。”肖明松认为地方政府可以进行协调,比如利用示范效应,鼓励农民种植秸秆作物,做好企业加农户的结合,平衡好企业和农户之间的利益。

    五难:技术投入小

    生物质能生物质能
    我国的生物质能源技术与国外有一定的差距,但目前的技术加上国家的补贴可以维持产业化经营。技术进步永无止境,国外的技术、设备成本太高并不一定适合我们,轿车科技水平高,但要是去农田就不如拖拉机。”秦世平笑着向记者打了个比方。科研部门每年都在做前端的研究,力度并不大。从实验室到田间再到工业企业的规模化生产,技术的创新需要一个较长的时间。企业可以一边生产一边进行探索。

    “目前存在的问题是,有些研究成果与生产有些脱节,并没有转化为生产力,推向社会。”肖明松说,一方面技术部门因缺少资金,无法进行规模化生产,另一方面为了尽可能多地收回技术成本,企业有意拉长新技术向市场投放的周期。“但是,我们现在面临的是国际化的市场,如果抱着老的技术不放,一旦有新技术投放市场,企业始终面临着效率低下,最终难以维持。”

    “生物质能源的技术投入还很小,从宏观方面来说,现有能源还没有用尽。垄断企业控制着部分能源的终端,也限制了中小企业的技术投入。中石油若投入生物质能源,生产乙醇汽油很容易,因为燃料乙醇按标准要求添加到汽油里形成乙醇汽油,整个产业链他们可以控制,别人加不进去。当大能源还能够持续的时候,就不会在生物质能源上下太大的力气。”此外,国际石油、煤炭,天然气价格有一个联动关系,当他们的价格逼近生物质能源的产品价格时,企业就会有更多的利润,当化石能源资源枯竭到一定程度的时候,生物质能源的优势就体现出来了。

    利用技术

    1. 直接燃烧

    生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术,欧洲各国开发的活塞式挤压制的圆柱块状成型技术,以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。

    2. 生物质气化

    生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热,同时通入空气、氧气或水蒸气,来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上,热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途,这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大,不仅能改变他们的生活质量,而且也能够避免燃烧过程中产生的环境污染,提高用能效率,节约能源。

    3. 液体生物燃料

    由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。虽然利用生物质制成液体燃料起步较早,但发展比较缓慢,由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响,20世纪70年代以来,许多国家日益重视生物燃料的发展,并取得了显着的成效。

    4.沼气

    沼气是各种有机物质在隔绝空气(还原)并且在适宜的温度、湿度条件下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气,是一种理想的气体燃料,它无色无味,与适量空气混合后即可燃烧。

    1、沼气的传统利用和综合利用技术

    我国是世界上开发沼气较多的国家,最初主要是农村的户用沼气池,以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题,后来的大中型沼气工程始于1936年,此后,大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立扩宽了沼气的生产和使用范围。

    自20世纪80年代以来,建立起的沼气发酵综合利用技术,以沼气为纽带,将物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式,已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术,沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工,沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产,沼渣用于肥料的生产,我国北方推广的塑料大棚、沼气池、气禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式,中部地区以沼气为纽带的生态果园模式,南方建立的“猪-果”模式,以及其他地区因地制宜建立的“养殖-沼气”、“猪-沼-鱼”和“草-牛-沼”等模式,都是以农业为龙头,以沼气为纽带,对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合,是改善农村环境卫生的有效措施,也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径,已成为农村经济新的增长点。

    2、沼气发电技术

    沼气燃烧发电时随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点,是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电在发达国家已收到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网电量在西欧一些国家占能源总量的10%左右。

    3、沼气燃料电池技术

    燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时,它可以连续发电。依据电解质的不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜(PEMFC)、磷酸(PAFC)、溶融碳酸盐(MCFC)及固态氧化物(SOFC)等。

    燃料电池能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低,既可以集中供电,也适合分散供电,是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式之一,它在洁净煤炭燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面,有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。

    4、生物制氢

    氢气是一种清洁、高效的能源,有着广泛的工业用途,潜力巨大,来生物制氢究逐渐成为人们关注的热点,但将其他物质转化为氢并不容易。生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。

    5、生物质发电技术

    生物质发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术,主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。作为一种可再生能源,生物质能发电在国际上越来越受到重视,在我国也越来越受到政府的关注和民间的拥护。

    生物质发电将废弃的农林剩余物收集、加工整理,形成商品,及防止秸秆在田间焚烧造成的环境污染,又改变了农村的村容村貌,是我国建设生态文明、实现可持续发展的能源战略选择之一。如果我国生物质能利用量达到5亿吨标准煤,就可解决目前我国能源消费量的20%以上,每年可减少排放二氧化碳中的碳量近3.5亿吨,二氧化硫、氮氧化物、烟尘减排量近2500万吨,将产生巨大的环境效益。尤为重要的是,我国的生物质能资源主要集中在农村,大力开发并利用农村丰富的生物质能资源,可促进农村生产发展,显着改善农村的村貌和居民生活条件,将对建设社会主义新农村产生积极而深远的影响。

    6、原电池

    通过化学反应时电子的转移制成原电池,产物和直接燃烧相同但是能量能充分利用。

    新利用

    生物质能生物质能
    脂肪燃料快艇(说明:本词条顶部图片即为脂肪燃料快艇)

    新西兰业余航海家和环境保护家皮特·贝修恩宣布,他将驾驶以脂肪为动力的快艇“地球竞赛”号,进行一次环球航行。据悉,贝休恩将于2008年3月1日从西班牙的瓦伦西亚出发,开始全长约4.5万公里的环球航行。贝休恩表示,他打算挑战英国船只“有线和无线冒险”号于1998年创造的75天环球航行的世界纪录。

    脂肪当燃料“地球竞赛”号被称为世界上最快的生态船,造价240万美元,融合多项高科技。“地球竞赛”号长约23.8米,形似一只展翅欲飞的天鹅。船身有三层外壳保护,内有两个功能先进的发动机,最高时速可达每小时40节(约74公里),即使航行在巨浪中,速度也不会减慢。

    虽然动物脂肪种类丰富,但贝修恩计划只利用人类脂肪转化成的生物燃料作为“地球竞赛号”的动力来源,百分之百采用生物燃料完成一次环游世界的环保之旅。

    为了能募集到足够的脂肪生物燃料,贝修恩身先士卒,主动躺到了手术台上。然而整形医生尽管做了很大努力,从他体内抽出的脂肪也只够制造100毫升的生物燃料。他的两名助手抽出的10升脂肪能够制成7升生物燃料,可供“地球竞赛”号航行15公里。

    而皮特进行“绿色”环游世界之旅,以打破英国“有线和无线冒险者”号于1998年创造的75天环游世界的纪录,总共需要7万升的生物燃料,也就是说,皮特需要胖子志愿者们捐赠出大约7万公斤的脂肪。

    研究/生物质能 编辑

    生物质能的应用生物质能的应用
    生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和10%。在美国,生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦,单机容量达10~25兆瓦;资回收沼气,用于发电,同时生产肥料。乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程,年产酒精2500吨。

    意义/生物质能 编辑

    中国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

    开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。

    1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。

    生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程,满足农民富裕后对优质能源的迫切需求,同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于中国地广人多,常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求,而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约,限制二氧化碳等温室气体排放,这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此,立足于农村现有的生物质资源,研究新型转换技术,开发新型装备既是农村发展的迫切需要,又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。

    资源/生物质能 编辑

    森林能源

    生物质能发电原理图示生物质能发电原理图示
    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。森林能源在我国农村能源中占有重要地位,1980年前后全国农村消费森林能源约1亿吨标煤,占农村能源总消费量的30%以上,而在丘陵、山区、林区,农村生活用能的50%以上靠森林能源。

    薪材来源于树木生长过程中修剪的枝杈,木材加工的边角余料,以及专门提供薪材的薪炭林。1979年全国合理提供薪材量8885万吨,实际消耗量18100万吨,薪材过樵1倍以上;1995年合理可提供森林能源14322.9万吨,其中薪炭林可供薪材2000万吨以上,全国农村消耗21339万吨,供需缺口约7000万吨。

    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。秸秆资源与农业主要是种植业生产关系十分密切。根据1995年的统计数据计算,我国农作物秸秆年产出量为6.04亿吨,其中造肥还田及其收集损失约占15%,剩余5.134亿吨。可获得的农作物秸秆5.134亿吨除了作为饲料、工业原料之外,其余大部分还可作为农户炊事、取暖燃料,全国农村作为能源的秸秆消费量约2.862亿吨,但大多处于低效利用方式即直接在柴灶上燃烧,其转换效率仅为10%一20%左右。随着农村经济的发展,农民收入的增加,地区差异正在逐步扩大,农村生活用能中商品能源的比例正以较快的速度增加。事实上,农民收入的增加与商品能源获得的难易程度都能成为他们转向使用商品能源的契机与动力。在较为接近商品能源产区的农村地区或富裕的农村地区,商品能源(如煤、液化石油气等)已成为其主要的炊事用能。以传统方式利用的秸秆首先成为被替代的对象,致使被弃于地头田间直接燃烧的秸秆量逐年增大,许多地区废弃秸秆量已占总秸秆量的60%以上,既危害环境,又浪费资源。因此,加快秸秆的优质化转换利用势在必行。

    禽畜粪便

    禽畜粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量的直接燃烧外,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,根据这些禽畜品种、体重、粪便排泄量等因素,可以估算出粪便资源量。根据计算,目前我国禽畜粪便资源总量约8.5亿吨,折合7840多万吨标煤,其中牛粪5.78亿吨,4890万吨标煤,猪粪2.59亿吨,2230万吨标煤,鸡粪0.14亿吨,717万吨标煤。

    在粪便资源中,大中型养殖场的粪便是更便于集中开发、规模化利用的。我国大中型牛、猪、鸡场约6000多家,每天排出粪尿及冲洗污水80多万吨,全国每年粪便污水资源量1.6亿吨,折合1157.5万吨标煤。

    生活垃圾

    随着城市规模的扩大和城市化进程的加速,中国城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。1991和1995年,全国工业固体废物产生量分别为5.88亿吨和6.45亿吨,同期城镇生活垃圾量以每年10%左右的速度递增。1995年中国城市总数达640座,垃圾清运量10750万吨。

    城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和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、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响。中国大城市的垃圾构成已呈现向现代化城市过渡的趋势,有以下特点:一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高;二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分;三是易降解有机物含量高。中国城镇垃圾热值在4.18兆焦/克(1000千卡/千克)左右。

    效益分析/生物质能 编辑

    生物质发电能源林效益简单分析

    生物质成型燃料BMF的成分构成生物质成型燃料BMF的成分构成
    瑞典柳树无性系能源林的种植面积不断增大,主要与瑞典农民贸易协会及其他各种机构把柳树作为一种农作物来推广有关。同时政府的补助金制度也为柳树能源林的大面积推广提供了必要条件。瑞典南部及中部柳树能源林约有11 000hm,其中2 000hm是1994年种植的,1995年计划种植5 000hm。这些能源林每年每公顷平均的生物量生产为10~12t,相当于25~30m木材或4~5m燃油,约合25-30桶原油。如将所产的生物量用来发电,按照我国国产直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.37kg/kwh计算,这些能源林每年每公顷可供发电7300-8760kwh;若按照进口直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.05kg/kwh计算,则每年每公顷可供发电9500-11430kwh。如果以竹柳作为分析对象,超短期轮伐(轮伐期1~2年)的情况下,其每年每公顷平均的生物量生产可达37.8t以上,相当于94.5m木材或15.12m燃油,约合94桶原油。受全球金融风暴影响,国际原油价格暴跌,按照当前跌后价格平均43美元/桶计算,每年每公顷产值4042美元,折合人民币约27500元(汇率6.8)。这些能源林每年每公顷可供发电27560kwh;则每年每公顷可供发电36000kwh。

    家底/生物质能 编辑

    我国拥有丰富的生物质能资源,据测算,我国理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤,是中国总能耗的4倍左右。在可收集的条件下,我国可利用的生物质能资源主要是传统生物质,包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、工业有机废渣与废水等。

    农业产出物的51%转化为秸秆,年产约6亿吨,约3亿吨可作为燃料使用,折合1.5亿吨标准煤;林业废弃物年可获得量约9亿吨,约3亿吨可能源化利用,折合2亿吨标准煤。甜高粱、小桐子、黄连木、油桐等能源作物可种植面积达2000多万公顷,可满足年产量约5000万吨生物液体燃料的原料需求。畜禽养殖和工业有机废水理论上可年产沼气约800亿立方米。

    能源多样化发展

    生物燃料既有助于促进能源多样化,帮助我们摆脱对传统化石能源的严重依赖,还能减少温室气体排放,缓解对环境的压力。所以,它被视为替代燃料之一,对于加强能源安全有着积极的意义。

    生物质能产业加快发展

    国家能源局局长刘铁男在河南考察时表示,将组织重点企业和重点资源省份加大创新力度,推进先进生物质能产业加快发展。

    刘铁男指出,将尽快编制出台《先进生物质能源化工示范项目专项规划》,明确生物质能化产业的发展目标、主要任务和准入条件。依托重点资源地区和有实力的骨干企业,围绕纤维素乙醇产业化示范和醇、电、气、化多联产等生物能化重点创新领域,选择落实好示范项目。国家能源局将会同有关部门结合生物能化发展重点与方向,配套出台相关支持政策。

    生物质能网/生物质能 编辑

    致力于生物质能行业市场应用分析,报道行业政策法规、生物质能动态,介绍新产品,新技术,深度解析企业发展策略、企业经营模式、企业领导人风采,引领行业发展。深入当下生物质能第一线,贴近生物质能现场、倡导先进技术、传播低碳理念、服务生物质能行业。

    问题分析/生物质能 编辑

    高能源价格刺激和能源安全的考虑使生物质能真正为各国政府高度重视。各国对发展生物质能源的主要考虑有不同的侧重,但两个主要原因相同,即能源替代和环境保护。

    根据2007 世界可再生能源报告,全球生物乙醇产量从2005年的330 亿公升增长到2006 年的390 亿公升;其中,美国的产量为183 亿公升,增幅达22%,超过巴西。巴西的燃料乙醇消费量从2005 年的150 亿公升增长到2006 年的175 亿公升,燃料乙醇供应了非柴油机动车燃料的41%,巴西机动车中有70%左右采用“混合燃料”。欧盟的燃料乙醇产量增长迅速,2006 年增长了77.8%,但绝对数相对于巴西和美国仍然较少。

    在我国现实的社会经济环境中,还存在一些消极因素制约着生物质能的发展和应用:

    (1) 市场环境和保障机制不够完善。我国生物燃料乙醇发展缺乏明确的发展目标,没有形成连续稳定的市场需求,还处在“以产定销、计划供应”阶段。国内生物燃料乙醇从生产到销售的各个环节都受到了政府部门的严格控制,是政策性的封闭运行,尚未形成真正意义的市场化。

    (2)资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善。我国于2001 午颁布了变性生物燃料乙醇(GB 183502—2001)和车用乙醇汽油(GB183512—2001)两项强制性国家标准,在技术内容上等效采用了美国试验与材料协会标准(ASTM),在现有标准的基础上及时制订不同生物质原料来源的生物燃料乙醇相关基础标准和工艺控制等标准就显得极为迫切。

    (3)资源分散,收集手段落后,产业化进程缓慢,制约着生物质能源高新技术的规模化和商业化利用。集中发电和供热是国际上通行的高效清洁地利用生物质能源的主要技术方式。但是,这些技术需要具有一定的规模,才能产生经济效益。

    (4)利用装备技术含量低,研发经费投入过少,一些关键技术研发进展不大。例如厌氧消化产气率低,设备与管理自动化程度较差;气化利用中焦油问题未能解决,影响长期应用;沼气发电与气化发电效率较低,二次污染问题没有彻底解决。

    (5)缺乏专门扶持生物质能源发展,鼓励生产和消费生物质能源的政策。在当前缺乏一定的经济补助手段的条件下,难以实现生物质热电联产规模化,竞争能力弱。

    (6)生物质能源与农业、林业在资源使用上不协调。能源作物已经开始成为不少国家生物质能源的主体。但是,我国土地资源短缺,存在能源作物和农业、林业争夺土地的矛盾。

    (7)一些制约生物质能发电的问题逐渐显现出来。电价补贴标准低,使生物质发电项目一旦投入运营就面临亏损境地。《可再生能源法》明确指出,要制定激励可再生能源发展的税收及贷款优惠政策,然而关于生物质发电的相关退税政策至今尚未落实。

    质能研究/生物质能 编辑

    生物质能能量利用图生物质能能量利用图

    与开发已经成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等,其中生物质能源的开发利用占有相当的比例。国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度,实现了规模化产业经营,以美国、瑞典和奥地利三国为例.生物质转化为高品位能源利用已经具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗旦的4%,t6%和10%。在美国,生物质能发电的总装机容量已经超过10吉兆瓦,单机容量达到10一25兆瓦;美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元,采用湿法处理垃圾,回收沼气.用于发电,同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,乙醇燃料已经占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立丁1兆瓦的稻壳发电示范工程,年产酒精2500吨。2013年,全球生物质能发电量为413,778.1百万千瓦时,全球生物质能发电市场年收益为286.818亿美元。

    生物资源/生物质能 编辑

    有机物的来源牲畜粪便:牲畜的粪便,经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理(anaerobic treatment),会产生甲烷和可供肥料使用之淤渣(slurry)。若用小型厌氧消化糟(anaerobic digestor),仅需三至四头牲畜之的粪便即能满足发展中国家中小家庭每天能量的需要。农作物残渣:农作物残渣遗留于耕地上也有水土保持与土壤肥力固化的功能,因此,农作物残渣不可毫无限制地供作能源转换。柴薪:至今仍为许多发展中国家的重要能源,仍需依赖柴薪来满足大部分能量需求。不过由于日益增加薪柴的需求,将导致林地日减,需适当规划与植林方可解决这一问题。制糖作物:对具有广大未利用土地的国家而言,如将制糖作物转化成乙醇将可成为一种极富潜力的生物能。制糖作物最大的优点,在于可直接发酵(fermentation)变成乙醇。城市垃圾:一般城市垃圾主要成分纸屑(占40%)、纺织费料(占20%)和废弃食物(占20%)。将城市垃圾直接燃烧可产生热能,或是经过热解体(Pyrolysis)处理而制成燃料使用。城市污水:一般城市污水约含有0.02~0.03%固体与99%以上的水分。下水道污泥(sewage sludge)有望成为厌氧消化槽的主要原料。水生植物:利用水生植物化成燃料也为增加能源供应方法之一。种植能源作物增加生物能,具有发展潜力的能源作物,包括:快速成长作物树木糖与淀粉作物(供制造乙醇)含有碳氧化的合作物草本作物水生植物农林废料供应的能量是十分可观的。据Putnam氏的看法,将近全世界总消费量的20%,或约为木材贡献的四倍。在美国这些费料的热含量约为木材消费量的3.5 倍。但此等费料的收集、运输、及转变为可作商品的燃料要比现在石油产品的价格要高几倍呢。

    生物转化/生物质能 编辑

    一、生化转化过程:

    1、厌氧消化 厌氧消化为一生化转化过程,依靠不需氧微生物将固体有机物转化成甲烷、二氧化碳、氢及其他产物,整个转化过程可分成三个步骤。首先将不可溶复合有机物转化成可溶化合物;然后可溶化合物再转化成短链(Short chain)酸与乙醇;最后,二步骤的产物再经各种厌氧菌(不需氧生物)转化成气体,一般最后的产物含有50~80%的甲烷,最典型产物为含65%的甲烷与35%的二氧化碳。其主要优点为可利用水分含量达90%的有机物,可小规模利用,淤渣能充当农作物的肥料。至于主要缺点为大量废水需适当处理,气体产品储藏费用高。

    2、乙醇发酵 糖类作物发酵可制成乙醇。一般所谓的乙醇整批制程(batchprocess),先将发酵物(糖类作物)稀释至糖分约为20%(重量),且酸化至Ph4~5,再加入酵母菌(约5%,),再将液体施以分留和精炼。一般2.5加伦糖或5.85公斤糖(约2184Kcal)可制造1加伦的乙醇(3.79升,21257Kcal),因此在整个发酵过程中几无能量损失。若使用淀粉作物(例如,玉米、大麦)做发酵物,必须先将淀粉转化成可发酵糖分,然后再进行发酵。可供发酵制造乙醇的作物,包括甘蔗、番薯,甜菜等。,由作物发酵生产乙醇的费用约为每公升0.34美元,其高生产成本是由于制程为整批式而非连续的,最终产物(乙醇)含有酵母需再精炼处理。这种产量不足以克服高度工业化的需求。现在美国的消费量将近30亿桶,以能含量计约为四十亿桶的酒精(酒精的热能约为汽油的70%)。在美国木材地区此等数字作比较,总计约为70万平方里(=1.8百万平方公里),其三分之一-即约16亿亩-是有的卖的,且实际可用的约为35亿亩,我们认为,像美国这样的国家的燃料需求还不能由发酵酒精来克服。

    热学转化/生物质能 编辑

    热解

    生物质能沼气发电厂生物质能沼气发电厂
    1、热解:热解也称为干馏(destructive distillation),指在缺氧条件下的加热作用。将有机物热解会产生气体、液体与固产物,大多数热解气体(pyrogas)的主要成分为H2、CO2、CO、CH4与少量碳氢化合物(例如,乙烷);热解液体一般含有乙醇、醋酸、水或焦油(tars)等;至于热解固体残余物含有炭(例如,木炭)于灰分等。热解过程包括下列处理程序:原料粗碎,烘干粗碎原料,去除杂质,原料细碎,热解,冷产物,储存与分配产物。热解加热过程中,固态有机物一般于300℃以上开始进行热解,某些催化剂热解作用一般指在大气压和200℃~600℃温度之间进行,在此状况下典型的产物包括:木炭30~35% 有机液体18~20% 气体20% (产品重量相对与干燥源料的重量) 如果将薪材加热至1100℃ ,热解作用依然存在。在此状况下,大部分液体与固体分馏物将进一步分解,故有较多气体产物产生.。气化:有机物的气化是热化学反应将固体燃料转化成可燃气体。完全燃烧必须发生在有充分氧气的状况下,而有机物氧化作用则必须在氧气不足的状况下进行。氧化过程的主要反应为:C+ 02 CO放热 C+H2O CO+H2吸热 CO+ H2OCO2+H2放热 C+2 H2 CH4放热 最简单的氧化作用方式为空气氧化(air gasification),有机物在有限量空气之下进行不完全燃烧反应。空气氧化炉构造简单、价格便宜并且可靠性高,主要缺点在于所产生气体被空气中氮气所稀释,因此气体产物的热值低,经济效益不高..

    液体燃料制造

    直接液化使用CO或H2作为还原剂,于高温高压下将有机物直接氧化,且均产生油状液体产物,其可再分馏而充当燃料使用。间接液化 将有机物间接液化的主要方法,采用合成气体制成原料。而最先发展的间接液化法是处理煤气液化。

    A.合成气体制成乙醇: 此过程在石化工业上应用极广,多用作乙醇制造。可行方法很多,其中最易的方法是将H2与CO在高温(约300℃)与高压(约100Atm)下结合,并使用催化剂。反应方程式为:催化剂CO+2 H2 ──CH3OH (合成气体)(乙醇)此法自薪材提炼乙醇,产率约为360公斤/吨薪材,能量转换效率约在30~40%之间。显然乙醇热含量(19.8GJ/吨)低于石油燃料(43.7GL/吨汽油),但其仍可用于发动汽、柴油机。

    B.Mobil法: 若利用Mobil法可将乙醇转化成高辛烷值汽油,因此可免修改引擎。此方法在试验室内己获证实,转换效率可达90%。新西兰正筹建一座日产量12500吨合成石油工厂,可将天然气转化为乙醇。

    C Fisher-Tropseh法: Fisher-Tropsch法利用催化剂将合成气体制成碳氢燃料。此法发明于1920年,而二次大战时盛行于德国,以制造合成燃料,今日南非利用此法以转换煤炭,但产物复杂,正研究寻求适当催化剂以使产物化单纯化。此法若改采用有机物做原料,则产物的硫含量较低。

    有机物间接液化法

    在研究中另一有机物间接液化法,是将热解气体制成合成石油,其未来发展潜力被看好。此技术称为“China lake process“,其采用先进的“快速热解“步骤,它比标准热解法可产制含较多币属烃(olefins)的气体产品。此气体产品再经压力聚合成高分子量碳氢化合物,经精炼后即可成为有用燃料。据估计总转换率有22%。

    相关文献

    扩展阅读
    1《中国生物质能产业运行态势及投资前景展望分析报告》

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