能源概述和生物质能源.doc

《能源概述和生物质能源.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《能源概述和生物质能源.doc（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、能源概述： 能源按其形态可分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料。按能源形式可分为化学能、水能、核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能和地热能等。从对环境的影响上分为清洁能源和非清洁能源，前者也可称为“绿色环保”能源”。按能源的是否可再生分为可再生能源和不可再生能源。按能源的开发利用形式可分为一次能源和二次能源。 随着中国经济的高速增长，以化石能源为主的能源消耗也急剧增加，对环境的压力也越来越大。2003年，中国二氧化碳排放量达到8.23亿吨，居世界第二位，二氧化硫排放量超过2000万吨，居世界第一位，酸雨区已经占到国土面积的30%以上。2005年前后，中国二氧化碳排放量已经超过美国跃居世界首

2、位。中国二氧化碳排放量的70%、二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的2/3均来自燃煤。随着与日俱增的来自于保护环境的压力，实行节能减排、提倡低碳生活势在必行。中国作为能耗大国，更承担着举足轻重的作用。2011年3月8日，中国公布今年工业节能减排的约束性指标：中国单位工业增加值能耗、二氧化碳排放量要比2010年分别降低4、4以上。生物质能源 在上述国际能源形势的大背景下，生物质能源正以迅猛之势飞速发展。生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的l%。通过生物

3、质能转换技术可以高效地利用生物质能源，代替化石能源，从而减少对矿物能源的依赖，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。生物质能源具有以下特点：可再生性、高热值性、低污染性、零排放性、高密度性等。生物质固化成型便是生物质能源的一种利用形式。 2020年我国生物质能将代替千万吨成品油中国农业部4月25日提出，我国将加强农村生物质能发展，通过种植高产能源作物，为生产燃料乙醇和生物柴油等液体燃料提供燃料，到2020年实现替代1000万吨成品油的目标。 25日在此间举行的亚洲开发银行技援项目“中国农村生物质能发展战略

4、研究框架研讨会”上，农业部科技教育司副司长石燕泉介绍，开发利用生物质 能是当前国内外广泛关注的重大课题，既涉及农业和农村经济发展，又关系到国家的能源安全。大力开发利用生物质能，既是我国开拓新的能源途径，缓解能源供需矛盾的战略措施，也是解决“三农”问题，保证社会经济持续发展的重要任务。 据专家介绍，生物质能作为可再生能源是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，它在整个能源系统中占有重要的地位。我国农村的生物质能主要包括农作物秸秆、人畜粪便、农产品加工副产品和能源作物等几大类。 石燕泉说，今后5到10年，我国农村生物质能发展的重点是沼气、固体成型燃料和能源作物，农业生物质能产业发展规划确定的主要

5、发展目标是：到2010年，全国农村户用沼气总数达到4000万户，新建大中型养殖场沼气工程4000处，生物质固体成型燃料年利用量达到100万吨，能源作物的种植面积达到2400万亩左右；到2015年，农村户用沼气池保有量达到6000万户，建成大中型养殖场沼气工程8000处，生物质固体成型燃料年利用量达到2000万吨，能源作物的种植面积达到3400万亩左右。生物质能源产业前景可观目前，生物能源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、美国的能源农场等，其中生物能源的开发利用占有相当大的份额1。国

6、外很多生物能源技术和装置已经达到商业化应用程度，同其他生物质能源技术相比较，生物质颗粒燃料技术更容易实现大规模生产和使用。使用生物能源颗粒的方便程度可与燃气、燃油等能源媲美。以美国、瑞典和奥地利等国为例，生物能源的应用规模，分别占该国一次性能源消耗量的4%、16%和10%；在美国，生物能源发电的总装机容量已超过1万MW，单机容量达1025MW；在欧美，针对一般居民家用的生物质颗粒燃料及配套的高效清洁燃烧取暖炉灶已非常普及。 我国也十分重视生物能源的开发和利用。20世纪80年代以来，我国一直将政府将生物质能源利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术的研究和开发，使生物质

7、能技术有了进一步提高。但我国生物质能的利用研究主要集中在大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和垃圾填埋发电技术等项目1，对于生物质能颗粒燃料产品的生产加工与直接燃烧利用的研究还刚刚起步。华生机械作为国内最早一批参与生物质颗粒成型设备研发和应用的企业，至今获得8 项国家专利；研发了成套的木屑颗粒、秸秆颗粒、竹屑颗粒、棉柴颗粒等等成型设备；共计安装、调试、交付大小38条木屑颗粒、秸秆颗粒生产线。华生生物质成型机械，是国内唯一使用最广，客户接受度最高的专业生物质成型燃料设备供应商。生物质能源基础及其发展华生愿做国内领先的生物质成型机械供应商生物质能源技术就是把生物质转化为能源并加以利用的技

8、术，按照生物质的特点及转化方式可分为固体燃料生产技术、液体燃料生产技术、气体燃料生产技术。固体生物燃料技术包括生物质成型技术、生物质直接燃烧技术和生物质与煤混烧技术，是广泛应用且非常成熟的技术，生物质常温成型技术代表着固体生物质燃料的发展趋势；生物液体燃料可以替代石油作为运输燃料，不仅能解决能源安全问题，还有利于减少温室气体排放，还可以作为基本有机化工原料，代表着生物能源的发展方向，液体生物燃料包括燃料乙醇、生物柴油、生物质经气化或液化过程再竟化学合成得到的生物燃油BtL（Biomass to Liquid Fuel）；气体生物燃料包括沼气、生物质气化、生物质制氢等技术，工业化生产沼气以及沼气

9、净化后作为运输燃料GtL（Gas to Liquid Fuel）是近期内发展气体生物燃料的现实可行技术。1、固体生物质燃料生物质成型燃料燃烧是把生物质固化成型后采用略加改进后的传统燃煤设备燃用，该技术将低品味的生物质转化为高品味的易储存、易运输、能量密度高的生物质颗粒（pellets）状或状（briquettes）燃料，热利用效率显著提高，能效可达45%（如瑞典的Kcraft热电工厂），超过一般煤的能效。欧洲在生物质成型燃料方面起步较早，900万人口的瑞典年颗粒燃料使用量为120万吨，瑞典20%集中供热是生物质颗粒燃料完成的；600万人口的丹麦年消费成型燃料70万吨。瑞典还开发了生物质与固体垃

10、圾共成型燃烧技术，解决了垃圾燃烧有害气体二恶英（dioxin）超标问题。直接燃烧作为能源转化形式是一项传统的技术，具有低成本、低风险等优越性，但效率相对较低，还会因燃烧不充分而污染环境。锅炉燃烧采用现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质；垃圾焚烧也采用锅炉燃烧技术，但由于垃圾的品味低及腐蚀性强等原因，对技术水平和投资的要求高于锅炉燃烧。通过技术改进，生物质直接燃烧的能效已显著提高，直接燃烧的能效已达30%（如丹麦的Energy 2秸杆发电厂，瑞典的Umea Energy垃圾热电厂）。美国生物质直接燃烧发电约占可再生能源发电量的70，2004年美国生物质发电装机容量为9799MW，发电370亿

11、Kwh。1)生物质固体燃料生产技术目前国内外普遍使用的生物质成型工艺流程如图1-1所示。压缩技术主要包括螺旋挤压式成型技术、活塞冲压成型技术和压辊式成型技术，其中前两种技术发展较快，技术比较成熟，应用较广。但一般的成型技术需要将生物质加热到80C以上才能使其成型，所以能耗较高，增加了生物制成型燃料的成本。现有的生物质成型技术必须在加热条件下进行，常温成型技术则打破了这一传统概念。目前，中国（清华大学）和意大利（比萨大学）两国分别开发出生物质常温（<40C）成型技术，使生物质成型燃料的成本显著降低，为生物质成型燃料的广泛应用奠定了基础。生物质材料的力传导性极差，但通过缩短力传导距离，给其一

12、个剪切力，可使被木质素包裹的纤维素分子团错位、变形、延展，在较小的压力下，可使其相邻相嵌、重新组合而成型。利用这一理论制造的机械设备，可以实现自然含水率生物质不用任何添加剂、粘结剂的常温压缩成型。常温成型技术为生物质低成本地高效利用打开了方便之门，不仅可以生产高效固体清洁燃料，而且提高了生物质的能量密度，方便运输，可以作为液体燃料和生物化工产品的生产原料。成型燃料还解决了直接燃烧能效低的问题，使颗粒燃料可以在千家万户作为炊事、取暖燃料，而以往的生物质直燃技术只适用于大型锅炉系统，小型直燃系统能效仅为10-15%，且因燃烧不完全造成环境污染。但是，在原料脱水预处理、提高单机生产能力方面尚需做大量

13、的工作。瑞典的Stockholm Energy公司1970年代末首先将3座100MW燃油锅炉改为使用生物质颗粒燃料；Kraft热电工厂在世界上首先开发热、电、颗粒燃料联产技术并投入商业化生产，能效高达86%。瑞典的生物质成型燃料已广泛应用于供热和工业锅炉，其中集中供热的20%是由颗粒燃料提供。瑞典的人均燃料占有量为130kg，居世界第一位。2)生物质直接燃烧技术生物质水分较高(有的高达60左右)，热值较低，燃烧过程还要考虑结渣和腐蚀问题。芬兰从1970年就开始开发流化床锅炉技术，现在这项技术已经成熟，并成为生物质燃烧供热发电工艺的基本技术。这种技术大规模条件下效率较高，单位投资也较合理。但它要

14、求生物质集中，数量巨大。如果考虑生物质大规模收集或运输，成本也较高，适于现代化大农场或大型加工厂的废物处理，对生物质较分散的发展中国家可能不适合。一般生物质直接燃烧发电的过程包括：生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能根据不同的技术路线，分为气轮机、蒸气机和斯特林发动机等。意大利开发了适合村镇使用的小型生物质发电（Village power plant）技术，燃烧秸杆或木屑生热，锅炉中的介质是油而不是通常的水，再通过油加热有机硅油产生蒸汽驱动透平机发电，该系统热能利用率比普通系统高5%以上，已在德国使用。3)生物质与煤

15、混烧技术现有电厂利用木材或农作物的残余物与煤的混合燃烧是比较现实的技术，除了能够提高农林废物利用率外，还可以降低燃煤电厂NOx的排放。从20世纪90年代起，丹麦、奥地利等欧洲国家开始对生物质能发电技术进行开发和研究。经过多年的努力，已研制出用于木屑、秸秆、谷壳等发电的锅炉。在美国，有300多家发电厂采用生物质能与煤炭混合燃烧技术，装机容量达6000。国内已有多家锅炉厂家生产生物质和煤混烧的链条炉和流化床炉，分别在东南亚国家和我国广东等省运行。2009八大清洁能源行业有关媒体透露：未来30年都将是热门领域，20年内全球每年至少需投资5150亿美元2月初瑞士达沃斯，在世界经济论坛2009年会上，C

16、NET绿色科技博客的资深撰稿人马丁拉穆尼卡(Martin LaMonica)发布了关于绿色能源基础设施的报告。 海上风力发电 陆上风力发电 太阳能光伏发电 太阳能光热发电 市政太阳能 垃圾发电 可再生物质能燃料 地热 在世界经济论坛2009年会上，CNET绿色科技博客的资深撰稿人马丁拉穆尼卡(Martin LaMonica)发布了关于绿色能源基础设施的报告。报告中具体列出了8种政府应该扶持的“大规模清洁能源行业”，包括海上风力发电、陆上风力发电、太阳能光伏发电、太阳能光热发电、市政太阳能、垃圾发电、生物燃料和地热。报告指出，全球清洁能源投资已经从2004年的300亿美元上升至2008年的155

17、0亿美元。其中发展中国家在这一领域的投资迅速增加，2007年发展中国家在这方面的投资金额为260亿美元，而2004年仅为18亿美元。 马丁拉穆尼卡预计，从现在起到2030年，全球每年至少需要投资5150亿美元用于发展绿色能源。他指出，替代能源科技不仅可以解决能源稀缺和气候变化这两大全球性问题，同时也能够产生丰厚的财务回报。而中国由于传统能源结构的突出矛盾和特殊的地理位置，使中外能源巨头纷纷重金投向清洁能源市场。生物质燃料推广存在的问题目前，生物能源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开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、

18、美国的能源农场等，其中生物能源的开发利用占有相当大的份额。国外很多生物能源技术和装置已经达到商业化应用程度，同其他生物质能源 技术相比较，生物质颗粒燃料技术更容易实现大规模生产和使用。使用生物能源颗粒的方便程度可与燃气、燃油等能源媲美。以美国、瑞典和奥地利等国为例，生物能源的应用规模，分别占该国一次性能源消耗量的、和；在美国，生物能源发电的总装机容量已超过万，单机容量达；在欧美，针对一般居民家用的生物质颗粒燃料及配套的高效清洁燃烧取暖炉灶已非常普及。 我国也十分重视生物能源的开发和利用。世纪年代以来，我国一直将政府将生物质能源利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术的

19、研究和开发，使生物质能技术有了进一步提高。但我国生物质能的利用研究主要集中在大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和垃圾填埋发电技术等项目，对于生物质能颗粒燃料产品的生产加工与直接燃烧利用的研究还刚刚起步。 国内部分高校和科研机构开展了生物质颗粒成型技术的研究，取得了一定成绩。但是，生物质能源颗粒产品在我国推广应用还很少，为了使我国生物质能源颗粒尽快产业化和商业化，我们对其推广应用中存在的问题进行了分析，并探讨了解决的对策与方法。 推广应用中存在的问题与分析 传统制粒技术，制粒成本高 目前，我国采用的制粒方法均为传统生产方法，木质颗粒的制粒原理见图，它与现有的饲料制粒方式相同，即原料从

20、环模内部加入，经由压辊碾压挤出环模而成粒状。其工艺流程见图，包括原料烘干、压制、冷却、包装等。 该工艺流程需要消耗大量能量，首先在颗粒压制成型过程中，压强达到 ，原料在高压下发生变形、升温，温度可达，电动机 的驱动需要消耗大量的电能；第二，原料的湿度要求在左右，湿度太高 和太低都不能很好成粒，为了达到这个湿度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第 三，压制出来的热颗粒（颗粒温度可达）要冷却才能进行包装。后项工艺消耗的能量在制粒全过程中占，加之成型过程中对机器的磨损比较大，所以传统颗粒成型机的产品制造成本较高。 对生物质能颗粒认识不够深 大多数人对生物质能颗粒具有高能、环保、使用方便的特性认识不够

21、，甚至许多用能单位根本就不知道有生物质能颗粒产品，更谈不上认识和应用。 服务配套措施跟不上 生物质能颗粒产品生产出来后，运输、贮藏、供应等服务措施跟不上，用户使用 不方便。 解决的对策与方法 引进制粒新技术、降低制粒成本 （）是意大利研制开发的新型木质颗粒制粒 生产系统，原理见图。它对原料的湿度适应性强，湿度为时就可以 成粒，所以大部分原料不需要干燥即可直接用于制粒；成粒以后的升温只有 ，压制出来的颗粒温度一般只有，无须冷却即可直接进 行包装，通常可以去掉干燥和冷却道工序，如图所示。这种制粒方法能耗很低（ 比传统的工艺方法减少的能量消耗），而且机器磨损也大大减小，总 成本降低很多。对于不同的原

22、料，系统在整个生产制粒过程的单位能量消耗为 、生产成本为美元，而传统工艺的单位能耗 为，可见，生产效率显著提高。 据调查，我国农村自制土灶的热效率最高为，即使经过改造，节 柴灶的热效率也仅为。经测算，制粒过程仅消耗其本身 所含能量的左右，生物质能颗粒燃烧器（包括炉、灶等）的热效率为 ，因此按保守的估计，使用专用燃烧器燃用生物质颗粒产品可提高热效率 左右。 木质颗粒在美国市场的小包装零售价格为美元，大包装价格约为 美元；在瑞典的交货价格为美元；散装的木质颗粒在阿姆斯 特丹的离岸价为美元。如果我国引进技术生产木质颗粒，产品 的生产成本比国外要低很多。经测算，批量生产成本为元左右，零售价格 为元人民

23、币（美元），这样的价格在国际市场上的竞争力是毋庸 置疑的，在国内可与煤炭价格相抗衡。因此，在我国引进制粒技术是经济的、可行的。 加强生物质能源利用的宣传力度 发展生物质能源具有良好的生态效益和社会效益。法国政府认为，发展生物质能 源，不仅可以保护环境，缓和气候变化，还能促进农业的可持续发展；使用生物质能源替代石油、煤炭等传统能源，每年可减少原油进口量，万，相当于省下了亿到亿欧元，减排，万。 美国的实践表明，生物质能源发电的劳动密集程度比传统发电方式高。将于年实施的法国生物质能源发展规划，可为法国全境创造和提供万个就业岗位。我国劳动力成本低，发展生物质能源比发达国家更具竞争力，将为成千上万的人创

24、造就业机会。有数据表明，我国每亿元人民币产值的生物质能源工业可提供多万个就业岗位。我国现有森林年均净耗量，万，其中薪材占，为万，如果将这些薪材制成木质颗粒用来发电（发电效率按计），每年可发电，亿，每年可创产值亿元，增加万个工作岗位。 国家制定相应的配套政策 国家应通过制定能源税、环境保护税等政策来促进生物质能源的发展，使环保意识及可持续发展意识深入人心。 结论 综上所述，降低整个制粒生产过程的成本，是 生物质颗粒燃料推广应用的关键，而引进制粒生产技术可以有效解决这一关键问题。木质颗粒生产成本降低以后，颗粒成品的当量价格与煤相当，可望从根本上取代燃煤。这样，在不久的将来，国产的生物质能源颗粒产品

25、就有望进入我们的日常生活了。山东省科学院能源所自主研发的生物质颗粒常压热水锅炉技术取得新突破中国新能源网 | 2010-6-23 11:37:00 | 新能源论坛 | 我要供稿特别推荐：2010中国新能源与可再生能源年鉴 近日，山东省科学院能源所自主研发的生物质颗粒常压热水锅炉装置完成了技术革新。通过对炉膛设计、炉排布料和布风等方面的成功优化，经现场测试，锅炉热效率高达85%以上，燃烧效率达到95%，烟气中可燃物低于0.1%，突破了原有燃烧时使用规则颗粒料的局限，燃烧原料的外形尺寸更为宽泛，普通的玉米芯、小麦秸、颗粒料、生物质压块等原料都可作为燃料直接进行燃烧，甚至可以用燃煤来替代生物质原料而不影响锅炉供暖供热的效果。生物质颗粒常压热水锅炉装置以生物质为原料，有效解决广大农村剩余秸秆合理利用问题，可增加农民收入，加快生物资源的利用。该套装置具有热效率高、自动化程度高、安全保障完善及无污染的特点，主要适用于乡镇企事业单位、居民小区、农村中小学等区域供暖和供热。2009年，该项技术在山东省中小学“两热一暖一改”工程（简称“211工程” ）试点中得到了广泛应用，锅炉运行良好，得到用户一致好评。在此基础上，能源所科研人员又进行了改进和提升，完成了技术升级，与与同类产品相比，生物质颗粒常压热水锅炉实用价值和经济价值显著，市场前景广阔。（文：刘强）来源：中国新能源网