生物质能源论文.doc

发展生物质能源对现代工业发展的意义及技术现状李宁宁（ 冶能院动力092班 学号200910505242）摘 要：随着全球能源的紧缺和化石燃料使用带来的环境污染的加剧，生物质能源作为可替代化石能源的可再生能源之一其使用范围越来越广泛。生物质能源作为一种清洁的能源，为现代工业对能源短缺问题的解决开辟了一条新的道路的同时也面临着技术等一系列问题。本文简单阐述了我国现代工业能源需求和各国对生物质能源的认识，并简单介绍了当今生物质能源技术开发现状以及发达、发展中国家技术发展情况，指出了发展生物质能源存在的问题，提出了相关解决对策。关键字：生物质能源 现代工业发展需求 技术开发现状 问题及对策1. 引言生物质能是太阳能以化学能形式储藏在生物中的一种能量，它直接或问接地来源于植物的光合作用。在各种新能源中，生物质能是唯一可再生的碳源，并能转化为固态、液态、气态燃料。生物质能遍布世界各地，每年聚集的生物质能相当于人类消耗的化石能源的20倍，或者说，相当于世界现有人口食物能量的160倍。生物质能源是对相关植物提取和加工后生产出的一种可替代化石能源的燃料性物质。生物质能源因其清洁、可再生性而倍受世界各国的普遍重视，利用生物质原材料生产乙醇、甲醇、柴油等液体燃料，已成为全球新能源发展的重要途径之一。1 在目前世界的能源消耗中，生物质能耗占世界总能耗的14% ，仅次于石油、煤炭和天然气，位居第4位。而在发展中国家，生物质能耗占有较大比重达到50%以上。2生物质能具有许多优点：生物质能资源分布十分广泛远比石油丰富，且可不断再生；从生物质能资源中提取或转化得到的能源载体更具有市场竞争力；开发生物质能源资源，可以促进经济发展，提高就业机会，具有经济与社会双重效益；在贫瘠或被侵蚀的土地上种植能源作物或植被，可以改良土壤、改善生态环境、提高土地的利用程度；城市内燃机车辆使用从生物质资源提取或生产出的甲醇、液态氢，有利于环境保护。生物质能的开发和应用越来越受重视，其资源丰富、应用广泛且可持续利用，可转化为常规的固态、液态和气态的燃料或其他化学品。2. 现代工业对能源的需求2.1 我国现代工业对能源需求的大胃口现代工业是最大的能源用户，也是增长最快的用户。它1985年占总消费量的68.04%，到2007年增到71.81%，在总消费量中的份额增加了3.78个百分点。与之对比，位居第二的生活消费，1985年占15.90%，到2007年下降到10.94%，减少了4.95个百分点。 进入本世纪后，以黑色金属冶炼及压延加工业为首的化学原料及化学制品制造业、非金属矿物制品业、石油加工/炼焦及核燃料加工业、煤炭开采和洗选业、有色金属冶炼及压延加工业、纺织业这8个行业能耗快速增长，是我国能耗扩张的主要动因。自1957年到2008年，钢铁工业的产出扩张了两个数量级。进入本世纪后，钢铁工业明显加速。从历史数据的惯性看，扩张速度将很难低于上世纪8090年代。工业加速发展，在现有的技术装备条件下节能潜力将尽，除非出现技术上的重大突破，并大规模更新行业设备，能源效率很难有进一步提高。这就是当今中国对能源巨大胃口的根源。3 2.2 哥本哈根协议，节能减排势在必行能源问题成为世界各国共同面临的难题，石化能源不仅不可再生，储量有限，且燃烧后释放出大量的二氧化碳、氮、硫的氧化物及其他一些有害气体严重污染了环境，导致温室效应、全球气候变暖、生物物种多样性降低、荒漠化等诸多生态问题。矿物燃料的日趋枯竭和生态环境的日渐恶化，使研究、开发可再生作物能源成为各国的必然选择。未来学家指出，在2010-2020年，全球的能源使用模式可能快速转变，再生能源定会取代石化燃料。从长远看生物质能源将替代石油、煤炭和天然气等传统性能源，在整个能源系统中占据重要地位。2009年哥本哈根协议在工业化国家的温室气体减排额、发展中国家应如何控制温室气体的排放、如何资助发展中国家减少温室气体排放、适应气候变化带来的影响等方面达成无约束力的协议。世界各国纷纷在2009 年哥本哈根世界气候大会上作出减排承诺，生物质能源也是各国兑现减排承诺的最佳途径。43 开发生物质能源对现代工业的重大意义京都议定书签订后，世界各国越来越关注矿物燃料使用所造成的温室气体排放及由其引致的环境问题。与此同时，近年来国际石油价格持续上涨，并对多国的能源安全造成了威胁，开发利用清洁的且容易获得的新型能源成为世界各国亟待解决的问题。在这样的背景下，生物质能源引起了世界范围内的广泛重视，并在美国、巴西、欧盟等很多国家和地区投入使用。发展生物质能源对于缓解各国由石油危机造成的能源压力意义重大。现代工业面临着极其严峻的能源挑战和生态环境问题，尤其是对资源短缺的发展中国家，解决能源问题是获得生存权的必备条件。因此，各国纷纷探索新能源来解决未来石油、煤炭、天然气枯竭的情境，然而生物质能源是解决地球能源危机、实现能源可持续发展和改善生态环境的唯一出路。开发生物质能源虽然无法一下子解决现代工业能源短缺的问题，但是却对工业长远发展有着极其深远的意义，应该受到现代工业的高度重视和大力扶植。4 生物质能源技术开发现状4.1 生物质能源研究开发技术概况5生物质能的研究开发，主要有物理转换、化学转换、生物转换3大类。涉及到气化、液化、热解固化和直接燃烧等技术。4.1.1. 气化生物质能气化是指固体物质在高温条件下，与气化剂（空气、氧气和水蒸气）反得到小分子可燃气体的过程。所用气化剂不同，得到的气体燃料种类也不同，如空气煤气、小煤气、混合煤气以及蒸汽氧气煤气等。目前使用最广泛的是空气作为气化剂。产生的气体主要作为燃料,用于锅炉、民用炉灶、发电等场合，也可作为合成甲醇的化工原料。4.1.2. 液化 液化是指通过化学方式将生物质转换成液体产品的过程。液化技术主要有间接液化和直接液化2类。间接液化就是把生物质气化成气体后，再进一步合成反应成为液体产品；或者采用水解法，把生物质中的纤维素、半纤维素转化为多糖，然后再用生物技术发酵成为酒精。直接液化是把生物质放在高压设备中，添加适宜的催化剂，在一定的工艺条件下反应，制成液化油，作为汽车用燃料，或进一步分离加工成化工产品。这类技术是生物质能的研究热点。4.1.3. 热解 生物质在隔绝或少量供给氧气的条件下，加热分解的过程通常称之谓热解，这种热解过程所得产品主要有气体、液体、固体3类产品。其比例根据不同的工艺条件而发生变化。最近国外研究开发了快速热解技术，即瞬时裂解，制取液体燃料油。液化油得率以干物质计，可达70%以上。是一种很有开发前景的生物质应用技术。4.1.4. 固化 将生物质粉碎至一定的粒度，不添加粘接剂，在高压条件下，挤压成一定形状。其粘接力主要是靠挤压过程产生的热量，使得生物质中木质素产生塑化粘接。成型物再进一步炭化制成木炭。现已开发成功的成型技术按成型物形状划分主要有3大类：棒状成型、颗粒状成型和圆柱块状成型技术。解决了生物质能形状各异、堆积密度小且较松散、运输和贮存使用不方便的问题，提高了生物质的使用热效率。4.1.5. 直接燃烧 直接燃烧是生物质最早被使用的传统方式。研究开发工作主要是着重于提高直接燃烧的热效率。如研究开发直接用生物质的锅炉等用能设备。 4.2. 发达国家生物质能源利用现状6在能源需求日益高涨，矿产资源面临枯竭的背景下，世界各国都对生物质能源越来越重视，纷纷制定和实施了相应的开发研究计划。如日本的“阳光工程”、印度的“绿色能源工程”、巴西的“酒精能源计划”等。目前世界生物液体燃料生产主要集中在美国、巴西、欧盟等农产品富余的国家。4.2.1. 巴西在生物能源开发领域，巴西始终处于全球“领头羊”的位置，巴西的生物能源占其国家能源消费结构很大的比重。巴西是世界上少数几个具备发展能源农业条件的国家之一，具有为生物能源提供原料保障的潜在优势。自20世纪70年代中期起，巴西就开始利用甘蔗生产燃料乙醇。经过30年的努力，巴西已建成完整的燃料乙醇产业链。巴西是目前世界上唯一不供应纯汽油的国家，该国乙醇产量的97都用于燃料。2005年巴西燃料乙醇消费量替代了当年汽油消费量的45，燃料乙醇成为了巴西的支柱产业，有利于巴西保证能源安全、促进经济发展和增加就业。巴西曾于20世纪80年代开始实行“生物柴油计划”，但终因成本太高而终止。2003年7月2日，巴西政府重新启动了生物柴油计划，对生物柴油研究开发方面的投资也在逐步增加。巴西主要以蓖麻油为原料生产生物柴油，现在正在推广试验中。另外，巴西政府还通过国际合作清洁发展机制(CDM)支持生物质发电。4.2.2. 美国美国生物质能的利用包括乙醇、生物柴油、生物电能以及工业过程利用，大规模种植的能源作物主要是大豆、玉米和向日葵。生物质能源是美国国内最大的可再生能源。20世纪30年代，美国就开展了燃料乙醇的研究及应用工作。2006年美国超过巴西成为世界上生物燃料的领先生产国。美国是世界上最早研究生物柴油的国家之一。目前美国生物柴油主要以大豆为生产原料，同时也在积极探索其它途径如“工程微藻法”等生产生物柴油。到2030年，美国工业部门生物质能的消费量将以每年2的比例增加；而电力消费的生物质能将每10年翻一番。4.2.3. 欧洲欧洲对开发生物能源高度重视，新技术不断出现，且在较多国家得以应用。根据欧盟刚刚制订的欧盟生物质能行动计划，到2010年生物质能的消费量将较2003年增加一倍多。欧洲多个国家都在开发应用甲醇、乙醇和生物柴油的液体燃料。预计到2010年欧盟的乙醇汽油用量可望增至215257万吨。2005年欧盟生物柴油产量猛增至3184万吨，预计到20lo年将达到800一1 000万吨。欧盟计划生物柴油在柴油中的添加比例由2005年的2提高到20l0年的575，需求量由2005年的490万吨增加到2010年的1 400万吨，5年增长近2倍，燃料乙醇也将由2005年的100万吨提高到2012年的2 000万吨左右。4.2.4. 中国为缓解能源压力，我国有关生物能源和生物材料产业研究已有多年历史。我国的生物质能主要来源于农业废弃物及农林加工废弃物、薪柴、城市生活垃圾等。我国生物质能潜在资源量非常巨大，利用现代生物质技术，开发生物质能源意义重大，前景十分广阔。积极发展生物质能源，加快实施石油替代战略，改变我国传统的能源生产和消费模式，不仅有利于缓解能源危机和保障能源安全，其特殊意义还在于有助于解决“三农问题”，还可以有效缓解环境压力，实现能源战略、农业增收和环境保护的“多赢”。目前我国生产的生物燃料主要是燃料乙醇，原料大部分是玉米和木薯等，考虑到粮食安全问题，我国正在大力发展纤维素原料制乙醇。为了解决生物柴油原料来源，我国也在大力开发非粮用地，栽种麻疯树、黄连木、文冠果等油料植物，并进行相关科学研究。我国生物柴油的研发还处于起步阶段，但发展前景广阔。近期国家发改委就我国生物燃料产业发展作出统筹安排：计划“十一五”实现技术产业化，“十二五”实现产业规模化，2015年以后大发展。根据国家中长期发展规划目标，到2020年，可开发生物质能量至少达到15亿吨标准煤，其中30来自传统生物质，70由能源农林业提供，生物液态燃料的生产规模将达到2 000万吨，其中燃料乙醇1 500万吨，生物柴油500万吨。届时我国生物质能源消费量将占到整个石油消费量的20以上，生物燃料产业也将更具国际竞争力。5. 存在的问题及解决措施7我国开展生物质能资源的研究工作较早，尤其生物质的厌氧处理技术比较成熟，但从生物质资源开发利用的整体来上看，还存在以下问题，并就这些问题提出一些对策和建议。5.1. 存在的问题511. 成本太高 由于发达国家对新能源关键技术、核心技术的严密控制。我国在新能源研发上步履维艰。近年来，我国在生物质发电技术的研究上虽然取得了重要进展，但生物质发电产业仍因投资过大和运行成本过高受到严重制约，产业化进展缓慢。如目前成熟的国产化生物质发电设备几乎没有，但进口设备投资达12万元/kW以上，同时由于生物质资源分散，电站规模小，常规技术效率较低，加之生物质收集运输成本较高，导致原料价格较高，一般生物质发电成本高达0607元/(kWh)，所以生物质发电成本远高于常规电力成本，即便有国家025元/(kWh)的补贴，发展仍比较困难。而且生物质生产热解油和气化合成液体燃料技术尚未成熟，投资和生产成本高，如粮食燃料乙醇生产成本高于4 000元t，国家补贴l 300l 500 元t，也难以长期发展，不符合国家的政策。512. 体制和政策的阻碍 在生物质能发展的众多影响因素中，体制、机制的约束比技术问题和经济成本更难以解决，中国迄今为止尚未建立统一的管理机构，缺乏统一规划和协调行动，政出多门，矛盾重重，对生物质能技术的发展极为不利。而且政府的支持、激励政策明显不足，缺乏足够的经济鼓励政策和激励机制，政策的协调性、连续性和稳定性差，没有形成一定规模的、稳定的市场需求，这也影响了投资者的积极性。513 资源问题 所有生物质都可以作为生物质能源产业的原料，但必须具有可获得性与经济性。生物质资源包括可以用能源用途的各类有机废弃物、生物质农林资源以及利用边际性土地种植的各类生物质资源。生物质开发利用的首要条件是拥有稳定可靠的生物质资源，资源评估是发展町再生能源的一项重要的基本工作。目前我国生物质能资源评价明显不足，尤其是对于可利用土地和相应资源的评价，还没有系统全面的研究，在估算的基础上，不同部门的研究结论差距较大，这是造成生物质资源开发利用难以决策的一个重要原因。现在最紧迫的任务之一就是立即开展生物质资源的调查摸底，进行可作为能源开发利用的生物质资源的区域规划工作，在我国保证粮食供应是基本国策，对农林资源植物的摸底调研，必须坚持不与口粮、食油争耕地的原则，对可利用的土地做定性、定量分析，并落实到能源作物种植品种、品质和产量估算中。514. 环境问题 生物质能利用的碳循环零排放对解决温室气体排放问题有重要贡献，这是开发利用生物质能的优势。但是，在生物质能现代化利用过程中，生物质原料生产过程对生态环境都有一定的影响同时各种先进技术的发展完善程度不同，有的还处于研究试验阶段，因此，在生物质能转化为高品位能源过程中，不同的技术可能又对环境产生不同程度的二次污染。如果不能有效解决，将影响技术的应用推广和降低市场竞争力，这也是目前发展生物质能源技术必须解决的问题。5.1.5 粮食安全发展生物质能源对于缓解各国由石油危机造成的能源压力意义重大。但是，甘蔗、玉米、油菜籽和大豆是我国重要的粮食产品、饲料以及食品加工业的原料，现在又成为生产生物质能源的原料，就会出现生物质能源的发展“与人争粮”，“与粮争地”的情况，从而威胁到各国的粮食安全。现阶段，世界主要粮食产品的价格持续高位运行，粮价在短短两年时间变动很大，这些状况的出现都与世界生物质能源的发展有很大的关系。从这个角度看，发展生物质能源对世界粮食安全造成的负面影响又引起人们普遍的担忧。可以预见，我国粮食需求量在未来的一段时间内仍会继续增加；然而城市化导致耕地面积不断减少，粮食的供给量在未来很难有大幅度的提高，未来我国的粮食安全问题将更为突出。在这样的背景下，生物质能源的发展无疑会使我国日益严重的粮食安全问题雪上加霜。8516. 其他制约因素 生物质能技术的开发是资金密集型项目，筹集资金是普遍存在的一大难题，还有就是缺乏从事生物质能研发，新能源业务的专业技术和管理人才及吸收人才防止专业技术人才流失的措施，缺乏健全的知识产权保护制度等等。52. 对策与建议521. 突破核心技术 先进生物质能技术是国家的核心竞争力，我国的生物质能现代技术研究和应用起步较晚，大量的关键技术尚未得到解决，政府必须组织核心技术科技攻关，设立专项资金，重视对生物质能利用技术的系统研发，有针对性地对一批重点领域开展重点研究。为了加快发展我国生物质能应用技术，还有必要积极开展对外人员、技术和信息的交流与合作，引进国外先进技术工艺和主要设备，必须坚持自主开发与引进消化吸收相结合的技术路线，在引进时需要根据我国原料的特点、设备管理水平和消化吸收能力全面考虑，有目的、有选择地引进，同时大力加强我国自身科研投入和力量，坚持消化和创新相结合的发展模式，力争在一些关键性技术上取得突破，充分掌握相关的核心技术努力实现技术和设备的国产化，提高国际竞争水平。522 . 完善相关政策体制可再生能源的推广及应用，需要政策的支持。2006年1月1日可再生能源法的实施，为生物质能源的发展提供了可靠的法律保障，但与其相应的配套措施尚未出台口。所以，我国在政策执行时，应更强调生物质能的环保性、可持续性，应制定操作性较强的生物质能源发展政策，如给予生物质能加工企业在税收、原料方面的优惠政策，并应设立统筹协调办公室。强化各职能部门之间的通力协作，提高法律法规执行的力度，缩短政策实施周期。实现高效率加速发展，同时建立国家级的质量监测系统，抓好产品生产的标准化、系列化和通用化工作等。523. 重视资源开发 提高对发展农林生物质能源的认识，特别是能源植物的培育和产业发展应引起各级领导和社会各界的重视，研究、培育、开发速生高产的能源植物品种，利用山地、荒地、沙漠、湖泊和近海地区发展能源农场、林场或养殖场，建立生物质能资源发展基地，建立培育、经营、加工和市场的产业链，为生物质能产业发展提供资源补给。近期应对生物质能资源生产所需要的土地资源开发详查工作，调查生物质资源的蕴藏总量和分布情况，强化对边际土地和未开发土地培育能源作物资源的普查工作，建立我国生物质能的资源图谱，部署物种选择、培育和种植的试验以及生物多样性和生态环境影响的评价工作。中远期需要加强生物质能