我国生物质能技术发展现状与展望.pdf

1 我国生物质能技术发展现状与展望 袁振宏 中国科学院广州能源研究所，研究员 2010年3月18日 2 一、生物质能 大 气 水 大 地 阳 光 植物 动物及其排泄物 垃圾 有机废水 3 自然界碳循环与生物质能利用 4 生物质数量 目前全球每年水、陆生物质产量约为全球总能耗 量的610倍左右。 据统计，生物质资源潜力可达100亿t，仅森林、 草原和耕地这三项的产量就达50亿t干生物质，相 当干20亿t标准煤。 我国可以开发利用的生物质能源有：各种农业废 弃物(秸秆和谷壳等)、薪柴、林业废弃物(树叶和 有机垃圾)和人畜粪便等。 统计表明，我国秸秆、薪柴、粪便和垃圾四项资 源分别为3.08、1.3、0.77和1.43l亿t标准煤，总 计约6.58l亿t标准煤。 5 我国农业生物质资源 88.9 45.1 85.6 15.4 17.8 22.2 4.9 42.1 水稻 小麦 玉米 大豆 薯类 油料 棉花 其它 6 二、开发生物质能的意义 开发和利用生物质能源，对整个国民经济的可持 续发展和社会进步都具有重大的现实意义和战略 意义。 涉及石油安全、农村能源、二氧化碳减排、低碳 经济、环境保护、生态恢复等重大国家战略需求。 7 1、农村能源 生物质能源-农村主要能源之一。 以直接燃烧为主，热效率低下（低于10 ）； 采用生物质能转化技术可使热效率提高到 3540， 农村生活需煤炭5亿吨。 8 2、国家能源安全 替代煤炭，石油和天然气等燃料 液体燃料，生物质-液体燃料， 50秸秆- 2 亿吨液体燃料。 电力：50作为电站燃料，4,000亿度, 目 前耗电的30%。 20%边际土地能源植物，3亿吨液体燃料 9 3、环境问题 生物质能属于清洁能源 生物质中有害物质含量中质烟煤1/10左右 自然界碳循环，低碳排放 新技术可保证二氧化碳近零排放 低碳经济 10 4、改善生态 利用农业、工业和城镇有机废弃物，保护 环境，综合利用 植树造林和种植能源作物 减轻水土流失，土壤退化 保护生物多样性 生态恢复治理沙漠、改造盐碱地 11 5、促进农村经济 发展生物质燃料，特别是发展能源植物， 建立以能源农业和能源林业为基础的生物 质能源产业，将有力地 促进农业生产，调 整产业结构，形成新的经济增长点， 增加 农村就业机会和农村居民收入，振兴农村 经济。 12 四、国内外生物质能产业化现状 生物质发电 生物质液体燃料 沼气 生物质固体燃料 13 1、生物质发电 直接燃烧发电 气化 高温、高压蒸汽 汽轮机 电机 电 气化发电 生物质 空气 燃烧 生物质 空气 气体燃料 净化 锅炉 内燃机 燃气轮机 电 14 生物质发电经济技术参数 1.直接燃烧 电站容量50MW，发电效率是230，投资 成本是1965美元kw ，总运行费用5.50美 元kWh, 2.气化发电 BIGCC电站容量75MW、投资成本2102美元 kW，总运行费用3.98美元kwh。 数据来源： 1997年美国能源部的电力研究协会(EPRI) 15 2、生物质液体燃料 燃料乙醇 生物柴油 裂解油 合成油（汽油、柴油、二甲醚、甲醇）等 16 国外燃料乙醇发展现状 巴西早在1931年就开始将乙醇混入汽油中作发动机燃料试用。 1974年进口石油占石油消耗总量的78%，而到1989年，仅有47% 的石油为进口石油。 1991年，巴西使用的980万辆汽车中，有近400万辆的汽车为纯用 乙醇汽车，还有相当数量的汽车燃用乙醇与汽油混合燃料。 如今在巴西，1吨甘蔗可以生产乙醇65L（乙醇含量为95%），1公 顷土地的甘蔗可生产相当于28吨石油的乙醇。大部分新产汽车以纯 乙醇为燃料。 自1975年起，美国也开始了规模庞大的乙醇开发计划，主要用玉 米、木薯制取乙醇，与汽油混合作汽车燃料。1980年乙醇的年产量 仅1.43亿L，而到20世纪90年代中期，乙醇产量已达60亿L/a左右， 占全国液体燃料总消费量的15%以上，近期，美国汽车用汽油总量 的70%左右都添加乙醇。 17 我国燃料乙醇发展现状 1996年，国家科技部支持在内蒙呼和浩特市建立了“高能作物甜 高梁开发与综合利用产业化示范工程，主要目标是：建立甜高梁 种子繁育基地与生产基地；建立甜高梁茎秆制取乙醇生产线；利 用乙醇废渣制取饲料并供应饲养场；茎杆废渣供造纸厂造纸。该 示范工程已于1999年12月通过验收，为推广甜高梁综合利用技术 创造了有利条件。 根据国务院领导有关指示精神，国家计委会同国家经贸委、中石 化、中石油等部门于2001年开始启动的车用乙醇汽油项目，并依据 国民经济和社会发展第十个五年计划纲要，组织编制了车用 乙醇汽油“十五”发展专项规划。 生产燃料乙醇的项目列入国家“十五”示范工程重大项目，包括： 20万南阳天冠集团公司吨燃料乙醇改造项目， 10万吨黑龙江华润金玉实业有限公司， 肇东燃料乙醇改造项目和60万吨吉林燃料乙醇新建项目。 18 生物柴油国外发展现状 国 家原 料生物柴油比例现 状 美国大豆B10-B20推广使用中 联邦德国油菜籽、豆油、动物脂肪B5-B20，B100广泛使用中 巴西蓖麻油行车试验中 奥地利油菜籽、废油脂B100广泛使用中 澳大利亚动物脂肪B100研究推广中 法国各种植物油B5-B30研究推广中 意大利各种植物油B20-B100广泛使用中 瑞典各种植物油B2-B100广泛使用中 比利时各种植物油B5-B20广泛使用中 阿根廷大豆B20推广使用中 保加利亚向日葵、大豆B100推广使用中 马来西亚棕榈油-研究推广中 韩国米糠、回收食物油和豆油B5-B20推广使用中 加拿大桐油、动物脂肪B2-B100推广使用中 19 欧洲各国2003年生物柴油的产量 国家年产量（万吨/年） 德国110.9 法国44 意大利35 捷克6 丹麦6 奥地利4.5 瑞典3 英国3 总计221.4 20 生物柴油国内发展现状 海南正和生物能源公司 福建卓越新能源发展公司 四川古杉油脂化工公司 均已建成了万吨级的生物柴油生产厂，生产 原料主要为地沟油和下脚料，生产技术为传 统的液体酸、碱催化剂法。 21 五、我国生物质能技术发展 （早期） 户用沼气池 大中型厌氧沼气工程 城市厌氧化粪池 薪炭林 节柴炕灶 植物油燃料 22 19911995 生物质压缩成型与炭化技术，螺杆寿命达1000小时； 生物质气化技术,下吸式固定床木材烘干和户用燃气 甜高梁燃料乙醇生产技术， “甜杂二号” ； 纤维素废弃物制取燃料乙醇, 酸水解与直接乙醇发酵； 大中型高效沼气示范工程,禽畜粪便、酒精废液； 野生油料植物与植物油能源利用，光皮树油； 生物质快速裂解液化技术，旋转锥快速裂解装置。 23 （19952000） MW级生物质气化发电技术示范工程，循环流化床气化 内燃机发电系统，推广20余台； 小型系列生物质气化发电技术与装备；40、80和160千 瓦系列； 甜高梁燃料乙醇技术，推广种植约2万亩，固定化酵母 乙醇发酵； 纤维素废弃物制取燃料乙醇中试，纤维素酸水解工艺， 100公斤原料/天； 高效厌氧发酵（IC）技术，内循环厌氧沼气发酵技术， 产气率达到10m3/m3.d； 野生油料植物资源调查与植物油能源利用，151种、 677属、1544种木本油料植物种。 24 （20012005） 生物质气化发电技术，内燃机蒸气机联合发电， 6MW发电示范工程； 甜高梁燃料乙醇技术，高产甜高梁品种，甜高梁燃料 乙醇中试系统，种植甜高梁10万余亩。 纤维素废弃物制取燃料乙醇中试，600吨纤维素废弃物 生产燃料乙醇的中试系统； MW级沼气发电示范工程，沼气内燃发电燃料，酒厂沼 气工程； 油脂藻类原料及酶法生物柴油生产技术，高效脂肪酶， 200吨中试系统 生物柴油生产示范工程，万吨级生物柴油生产示范工 程（1万和两万吨各一个)。 油料能源植物培育发展基地,麻疯树、光皮树黄连木等 育种基地。 25 生物质气化发电 1MW稻壳气化发电系统 中科院广州能源研究所 4MW生物质气化发电系统 中科院广州能源研究所 26 生物质裂解液化技术 400吨生物质裂解液化系统 山东理工大学 旋转锥生物质裂解液化系统 东北林业大学 27 泰山25拖拉机油路改装（左）和改装完成后情况（右） 28 酶法生物柴油技术中试 生物柴油分离系统 北京化工大学 生物柴油转化系统 29 MW级沼气工程与沼气发电 杭州环境与能源工程研究所 30 纤维素原料燃料乙醇生产中试系统 年产能力600吨燃料乙醇的中试系统，华东理工大学 31 能源油料植物种质基地（一） 湖南基地，15种植物，长沙天地新能源技术研究所 32 能源油料植物种质基地（二） 麻疯树，金沙江，四川大学 黄连木，陕西，中国林科院 33 能源作物甜高梁乙醇生产技术 甜高粱种植，山东甜高粱种植，山东 中国农业工程规划设计研究院中国农业工程规划设计研究院 34 能源作物甜高梁乙醇生产技术 甜高梁茎秆制取原酒车间， 黑龙江 固定化酵母多级快速发酵装置，山东 中国农业工程规划设计研究院 35 广州能源所 年产200吨生物柴油中试线 36 生物柴油长途运行实验 37 中国主要燃料植物油分布中国主要燃料植物油分布 黄连木文冠果麻疯树光皮树红松乌桕牛耳枫 38 六、问题与障碍 原料 设备制造 科研体制 经济性问题 扶持政策 39 七、关键技术与重点方向 燃料乙醇通用生产技术燃料乙醇通用生产技术 纤维素水解与发酵技术纤维素水解与发酵技术 生物质裂解液化技术生物质裂解液化技术 生物质燃烧