生物质能利用技术.pptx

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1、1 1 生物质能及其利用过程生物质能及其利用过程1.1 生物质能资源 1.2 生物质能利用方式1.3 生物质能利用技术2 2 未来重点发展方向未来重点发展方向2.1 生物质资源供应 2.2 生物质发电2.3 燃料乙醇 2.4 生物柴油2.5 固体生物质直接液化及间接液化3 3 我国近期的发展重点我国近期的发展重点3.1 国家可再生能源的发展目标 3.2 我国的技术基础 3.3 发展的主要瓶颈 3.4 研究发展的切入点 3.5 建立技术支撑体系 3.6 明确阶段目标第1页/共25页1.1 生物质能资源世界每年通过光合作用生成的生物质大约有1200亿t, 其中仅1%用作能源, 但它已为全世界提供了

2、14%的能源, 并成为世界上15 亿人口赖以生存的主要能源。在我国, 生物质在能源消耗中占有举足轻重的地位, 它仅次于煤而成为第二大能源, 在全部能源消耗中约占20%, 特别是在农村能源消费中, 生物质能约占生活用能的70%, 占整个用能的50%, 总量约有6 亿t 用作能源。第2页/共25页我国的生物质能资源主要来源于以下几个方面:(1) 农业废弃物, 如各类秸秆、稻壳、蔗渣等(2) 林业废弃物, 如废木材、枝桠材、树皮、木屑等 (3) 工业废弃物, 如造纸厂、家具厂、碾米厂等废料(4) 生活垃圾, 如城市生活垃圾等(5) 有机废水, 如人畜粪便、城市污水、工业有机废水等(6) 能源作物,

3、如甘蔗、木薯、油菜、甜高粱等(7) 能源植物, 如速生林、芒草等第3页/共25页我国理论生物质能资源量每年4.87亿t油当量, 其中有约3.7 亿t可用于发电和供热, 占总量的76%。目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物, 包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。图1 标出了我国生物质资源的结构。从图1可以看出, 我国生物质能源中一大半是农业废弃物；其次是禽畜排泄物； 再其次是林业废弃物等。 图1 我国生物质资源量第4页/共25页1.1.1 农业废弃物我国每年产生农业废弃物约7.15亿t, 折合能源约2.5亿t油当量。其中,农作物秸秆占70%。秸秆中有40%作为

4、饲料、肥料和工业原料,尚有60%可用于能源用途( 图2) 。第5页/共25页1.1.2 林业废弃物我国林区主要分布在东北、西南、西北和南部丘陵地区。据2000年完成的第5次国家森林资源调查(19941998 年) , 木材存量为124.9亿m3,比第4次调查时增长了4%。1998年,薪柴及木材废弃物估计约1.57亿t,折合0.67 亿t油当量。然而,由于过度采伐, 实际消费量要大得多。木材的消耗主要为三部分:第6页/共25页1.1.3 禽畜排泄物2000年,我国禽畜的组成为:1.515亿头大型动物,如马、牛、驴、骡和骆驼等,4.47 亿头猪,2.9 亿头羊,52.8 亿头家禽。由此产生的排泄物

5、总量干重达3.2 亿t,折合1.1 亿t 油当量( 见图3) 。第7页/共25页1.1.4 城市生活垃圾我国城市生活垃圾年产出量约1.5亿t, 约合1500万t油当量, 并以10%左右的增长率递增。垃圾成分和产量受很多因素的影响, 如城市人口、居民收入、燃料结构、饮食习惯、城市建设以及季节变化等。发达城市的垃圾有机成分高, 南方城市的垃圾有机成分普遍高于北方城市。北京、广州、上海、深圳等发达城市城市生活垃圾热值为4500 kJ /kg 以上, 其他多数地区为3400 kJ /kg 左右。第8页/共25页1.1.5 工业废弃物工业废弃物包括粮食加工厂、造纸厂、木材厂、酿酒厂、糖厂和食品厂等的工业

6、生产过程中产生的固体废弃物。每年估计达4800万t油当量。(1) 农作物谷壳。我国大米和小麦加工中大约可产生8100万t谷壳。可作为能源利用的约5500万t, 相当于1800万t油当量。(2) 造纸废弃物。我国造纸废弃物产生的生物质估计为320万t, 折合110 万t 油当量( 其中有103万t生物质由木材纸浆产生, 折合30万t油当量) 。(3) 木材废弃物。1999 年, 我国木材厂废弃物产量为0.37 亿m3, 折合600万t油当量。第9页/共25页我国的生物质资源主要分布在东部地区和华南地区。西部生物质资源量相对比较少。稻草稻草产量主要分布在长江流域及其以南的大部分地区,约占全国的77

7、%; 黄河中下游地区的河北、河南、山东三省麦秆麦秆产量约占全国的54%; 玉米秆玉米秆主要分布在北方春播玉米区的东北三省和内蒙古,占全国的35%, 以及黄淮海平原夏播玉米区的河北、河南和山东, 占全国的30%; 木材木材( 含薪材)分布在东中部地区。第10页/共25页1.2 生物质能利用方式生物质利用方式有5种: 1 1、热利用、热利用, , 主要是用于农村柴灶提供生活能源和生物质工业锅炉提供蒸汽 2 2、燃气利用、燃气利用, , 主要是利用生物质能源产生沼气、生物质气化集中供气, 主要是农村用, 进一步的发展方向是生物质制氢3 3、生物质发电、生物质发电, , 主要包括沼气发电、生物质气化发

8、电和直接燃烧发电4 4、液体燃料、液体燃料, , 主要包括燃料乙醇、生物柴油, 进一步的发展方向是通过热化学的方式气化生产合成气, 再用合成气合成柴油或含氧燃料(甲醇和DME等) 5 5、固体燃料、固体燃料, , 因为生物质能的能量密度比较低, 不便于运输。提高其密度具有现实意义。作生物质固体燃料、生物质固化、燃料炭也是一个发展的方向。第11页/共25页1.3.1 生物质燃气利用 生物质燃气利用的主要方式是沼气、燃气,图4 中的合成气也是燃气的一种。今后发展的方向是氢气。氢气可以通过生物转化和化学转化两种方式制成。第12页/共25页 (1) (1) 沼气技术。沼气技术。其基本原理是利用微生物厌

9、氧消化过程, 将污水和禽畜粪便中的有机质转化为CO2 和CH4 气体。其主要利用形式是农村沼气。另外, 我国也将进一步支持大规模的工业沼气的推广利用。沼气技术比较成熟, 综合效益较好,但是单位投资较高, 能源效益较差, 它主要的效益是环境效益和社会效益。 (2) (2) 气化供气。气化供气。将固体的生物质利用固定床、流化床气化装置气化成燃气, 通过管道输送到分散的最终用户。气化供气技术已基本成熟, 但投资较大, 经济效益较差, 推广困难。我国建立的数百个农用沼气站气化供气的装置中, 正常运转的并不多。 (3) (3) 生物质制氢。生物质制氢。这是一个高效和高附加值利用的方向。该技术主要是利用生

10、物或化学过程,将生物质转化为氢气; 主要形式是生物制氢、气化制氢。生物质制氢技术尚未成熟, 还处于探索性阶段, 其发展前景决定于氢能的发展情况。 第13页/共25页1.3.2 生物质发电 生物质发电主要有气化发电、混燃发电和直燃发电三种类型。这三种技术针对不同的情况, 具有各自的优势。例如, 我国生物质资源的总量是非常大的, 但是非常分散。如果把这些分散的资源大规模的集中起来运用, 运输成本可能非常高, 经济效益不会很好。中小型的生物质发电项目会比较有前途。中小型的发电项目主要是利用气化发电为主。气化发电比较小型化, 配置比较灵活, 投资也比较低。直燃发电就比较适合原料容易收集的地区或者集中的

11、大规模的生物质能利用, 它的经济的规模通常都在20 MW以上。第14页/共25页1.3.3 生物质液化生物质液化主要包括转化成燃料乙醇、生物柴油、合成燃料和生物质直接液化。(1) (1) 燃料乙醇。燃料乙醇。基本原理是利用生物质发酵生产燃料酒精。利用的主要形式有糖与淀粉发酵制酒精和纤维素发酵制酒精。燃料乙醇技术的主要特点是糖与淀粉发酵制酒精技术已成熟, 国内外已大量使用。但必须大规模才经济( 投资较大),由于原料供应有问题,生产成本较高,大概在1300元/t以上,目前需要国家的补贴。纤维素发酵制酒精技术未成熟,目前成本仍然很高。第15页/共25页1.3.3 生物质液化(2) (2) 生物柴油。

12、生物柴油。基本原理是利用菜籽油、黄豆油、棕榈油改性为汽车能用的生物柴油。主要有酸碱法和酶法两种工艺。这两种工艺都有应用的事例。其中酸碱法技术已成熟, 国外已大量使用, 但污染比较严重。酶法技术未成熟, 成本也较高。由于原料紧张、生物柴油生产成本较高,如果作为燃料使用需要国家的补贴。第16页/共25页1.3.3 生物质液化(3) (3) 生物质直接液化技术。生物质直接液化技术。我国有很多单位也作了不少的研究, 但目前还没有实现工业化。它的基本原理是利用快速加热、高温高压和催化、生物转化等方法把生物质直接转化为液体燃料。主要形式有热解液化、催化液化、加压加氢液化等。生物质液化的关键技术虽有所突破,

13、 但应用技术正在研究之中。由于系统技术未解决、产品质量不过关, 目前还不能进入应用。第17页/共25页1.3.3 生物质液化(4) (4) 合成燃料。合成燃料。基本原理是将生物质气化为燃气后, 通过高压催化, 合成二甲醚、甲醇、柴油、汽油等液体燃料。主要形式为合成碳氢燃料或含氧燃料。合成燃料的单项技术已基本成熟,但系统集成存在一定问题, 且由于投资较大、成本较高, 国内外还未真正投入使用, 需进一步验证示范。 第18页/共25页2 未来重点发展方向2.1 生物质资源供应 2.2 生物质发电2.3 燃料乙醇2.4 生物柴油2.5 固体生物质直接液化及间接液化第19页/共25页2.1 生物质资源供

14、应无论是哪种能源利用方式, 原料供应都是首先要关注的问题。原料供应在生物质能利用方面已经出现了比较大的问题。我国能源的供应主要是靠农业能源植物的种植, 才能保证大规模的生物质能的利用。其资源供应的发展目标是要开发多种多样的能源植物新品种, 利用非农业土地,提供稳定的生物质资源; 加强对野生油料植物、高产糖与淀粉植物、速生纤维素类能源植物、高转化效率藻类培育。生物质资源供应需要面对的关键问题包括: 资源分布特点; 生态影响研究;细胞学和繁殖生物学研究; 基因改造技术; 高效能源植物进行能源可用性评价等。第20页/共25页2.2 生物质发电 根据我国生物质资源的分布状况和特点, 发展中小型的高效的

15、发电技术是一个重要的发展方向。 生物质发电主要是要发展高效分布式生物质发电技术, 建立生物质分散发电应用模式。 其发展趋势是发展高效中小型发电技术; 高效洁净微型发电技术( 气化燃料电池、斯特林循环发电技术等) ; 大规模B/IGCC 系统。 生物质发电需要解决的关键问题有: 生物质洁净转化技术; 高效小型发电装置; 燃气净化及小型燃气轮机改造等。第21页/共25页2.3 燃料乙醇 我国已明确提出: 在燃料乙醇方面, 利用非粮食原料, 生产经济上具有竞争力的燃料乙醇,部分代替汽油。主要是利用甘蔗、木薯、甜高粱生产酒精。 北方适合种植甜高粱; 南方可能适合种植甘蔗、木薯。 其关键问题是: 非粮食

16、原料的稳定供应; 高效低成本的发酵菌种; 高效低无污染的生产工艺; 纤维素的酶解及其综合利用等。第22页/共25页2.4 生物柴油 生物柴油将来的发展方向主要是野生油料( 麻风树、黄连木、牛耳枫) 利用、固体碱连续法脂化反应、生物酶法脂化反应。 利用非食用油原料,生产具有竞争力的生物柴油,部分代替石油基柴油。 其关键问题是:野生油料种植及收集;高效固体碱催化剂及生物酶开发;生产过程污染防治及副产物的综合利用等。 我国目前已建成的生物柴油厂属万吨级规模, 目前来说, 我国能找到的唯一比较经济的就是餐饮废油,(就是地沟油)。由于需求越来越多,价钱也会涨, 有的已接近生物柴油的生产价格了,也有类似于燃料乙醇的状况,需要政策补贴。在国家的优惠政策出台之前,生物柴油的市场化有一定的难度。第23页/共25页2.5 固体生物质直接液化及间接液化开发工业化定向液化技术, 实现把固体生物质规模化转化为液体燃料的目标, 从根本上拓宽生物质体燃料的原料来源, 发展前景非常广阔。它的发展趋势是快速热解液化、选择性催化液化和含氧燃料合成、柴油及汽油合成。需要面对的关键问题是: 生物制定向催化及定向转化; 设备放大及系统优化和油品提质及加工利用。第24页/共25页感谢您的观看！第25页/共25页