新能源行业生物质能专业知识 8页

'新能源行业生物质能专业知识生物质能的概述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。目前，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，但目前的利用率不到3%。[编辑本段]生物质能的分类依据来源的不同，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。生活污水和工业有机废水：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。城市固体废物：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：沼气就是由生物质能转换的一种可燃气体，通常可以供农家用来烧饭、照明。 [编辑本段]生物质能的特点1)可再生性生物质属可再生资源,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；2)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；3)广泛分布性缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；4)生物质燃料总量十分丰富。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,相当于目前世界总能耗的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。应用：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。[编辑本段]生物质能的利用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。目前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。[编辑本段]生物质能的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。[编辑本段]生物质能利用现状2006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和流化床气化炉，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。[编辑本段]生物质能的研究目前，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、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重。目前，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；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，目前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。[编辑本段]生物质能对中国的意义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。[编辑本段]生物质能的新利用，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。[编辑本段]生物质能资源一、森林能源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。二、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，目前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。三、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。我国目前大中型牛、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。四、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。目前中国城镇垃圾热值在4.18兆焦/千克（1000千卡/千克）左右。生物质发电能源林效益简单分析近5年来，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。目前，瑞典南部及中部柳树能源林约有11000hm，其中2000hm是1994年种植的，1995年计划种植5000hm。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，在超高密度（150000-20000万株/hm）、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。受目前全球金融风暴影响，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）。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23.8kg/kwh计算，这些能源林每年每公顷可供发电27560kwh；若按照进口直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量 23.8kg/kwh计算，则每年每公顷可供发电36000kwh。电价按照0.5元/kwh计算，每年每公顷产值为13780-18000元。今年生物质能利用方式将调整在我国，对生物质能源的利用方式一直争论不休。生物质直燃发电曾被认为是不错的方向，国家发改委批准了100个左右的项目。但经过多年的实践，发电的效益迟迟无法显现，一直离不开政府补贴，发展前景一片黯淡。近年来，随着生物质气化代替天然气、固化成型代替煤炭利用方向的尝试，业内人士看到了希望。发现其市场化、产业化道路比直燃发电平坦得多，大家普遍有了柳暗花明又一村的感觉。虽然气化和成型燃料也会面临很多技术、政策方面的问题，但这只是正确路线上的小小坎坷。2010年全国能源工作会议及时对生物质能的利用方向做了明显调整„„在日前召开的2010年全国能源工作会议上，国家能源局局长张国宝做了《2010年能源工作总体要求和任务》的报告，在有关生物质能利用方面的表述为：规范生物质发电项目管理，运营好现有生物质发电站；发展农村生物质气化工程和生物质成型燃料项目；加强农村能源建设。从中可以看出，我国生物质能的发展方向开始发生变化：生物质能利用的重点将从发电转向气化和成型燃料。生物质发电亏损严重一直以来，生物质能利用方式是否应以直燃发电为主的争论从未间断过。截至目前，我国共批准了100个左右的生物质发电项目，建成30多个，总发电量40万千瓦/年。然而几年下来，生物质发电项目几乎全行业亏损，达到持平的寥寥无几。到底是什么原因造成这种后果？清华大学王维城教授的调研也许可以解开这个谜团。他对山东单县、河北金州和北京京能集团的考察结果表明：秸秆直燃发电热效率低、经济性差、能耗大。王维城对记者说：“热效率方面，1200克秸秆发1度电，而100万千瓦机组的煤发电只需280克—290克，全国平均1度电350克煤；经济性方面，生物质发电的投资1千瓦要1万元以上，火电厂1千瓦的建设费用是4000—5000元，另外这三个电厂发电成本都在每千瓦时0.8元以上，火电发电成本是0.34元；在能耗方面，生物质直燃发电是小电厂大能耗，山东单县收集燃料半径是130公里，并且，农民秸秆的价格从开始50块钱涨到现在的300块钱以上。我 个人认为秸秆的供热利用方式优于发电。”认清生物质特点是关键石油、煤炭、风能、太阳能、生物质能等，每种能源都有其独特的本质属性，如果能够寻找到最佳的使用途径，则会事半功倍。国家林业局造林司生物质能源处处长钱能志对记者说：“我国生物质能源的特点是，低密度、高分散，从物质循环和能量循环来讲，生物质能的应用一定要符合国情特点，分散资源分散用，直燃发电不是很好的方向。风力发电，刮来的风就是原料，太阳能发电，阳光就是原料，生物质发电比不过人家，不要办不符合科学发展观的事情。”气化试点初见成效既然生物质能发电方面不具优势，现阶段应如何利用它呢？河南省鹤壁市正道重机厂董事长于富强几年来一直实践生物质能的利用方向。他对记者说：“我们把秸秆用工业化手段变成天然气，用压缩的手段把二氧化碳剔除，然后和市场挂钩——直接给出租车注气，这个气站目前在鹤壁已经初具规模。最重要的是在运行中不需要政府的补贴。”钱能志在国家能源专家咨询委员会生物质能座谈会上举了个例子：“辽宁丹东市的生物质气化几乎是完全市场化地搞，政府就做两件事——融资担保、定价格。其他建造都是经营者自己的事，最后贷款2900万元，搞了14个厂。实践表明，用秸秆烧出来的气和煤比是竞争不过的，但是和煤气、天然气相比是有竞争力的。此外，秸秆气化也可解决小区域集中供气的问题。”成型燃料是替代方向秸秆、农林废弃物等生物质能源除了气化，还有哪些利用方式值得一试呢？河南农业大学原校长张百良借鉴了国外的成熟方法——成型燃料。张百良对记者说：“目前，美国每年生产成型燃料60万吨左右，日本现在是26万吨左右，欧洲国家大概就是300万吨。国外成型燃料的用处是高档家庭的采暖，比如颗粒燃料。另外是烧壁炉，还有就是为了向第三世界国家出卖，价格比较高，1吨卖150—170欧元。我认为，生 物质成型燃料应该是替代煤的好产品。”成型燃料在我国也已实践了几年，属于比较成熟的技术。清华大学核研院新能源技术研究所李十中认为，秸秆固化成型是成熟的技术，在国内已经开了头，这是要大力发展的。他对记者说：“长春有一家四星级酒店都是用颗粒燃料代替煤，这是很成功的，农业部规划院在大兴建了一个厂，温室大棚不烧煤了，烧颗粒燃料，效果也是很好的。”'