新能源太阳能等

1、1、太阳能、太阳能知识点：知识点：1、平板型集热器的工作原理；、平板型集热器的工作原理；2、真空管集热器的工作原理；、真空管集热器的工作原理；3、聚光太阳灶的工作原理；、聚光太阳灶的工作原理；4、被动式太阳房的工作原理；、被动式太阳房的工作原理；5、太阳能干燥原理；、太阳能干燥原理；6、太阳烟囱发电原理。、太阳烟囱发电原理。 太阳能既是太阳能既是一次能源一次能源，又是，又是可再生能源可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。输，对环境无任何污染。（1）太阳能的特点）太阳能的特点太阳的辐射能量太阳的辐射能量 太阳是一个巨大、久远、无尽的

2、能源。尽管太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为能量（约为3.75l026 w）的）的22亿分之一，但亿分之一，但已高达已高达1.731017 w，即，即太阳每秒钟辐射到太阳每秒钟辐射到地球上的能量就相当于地球上的能量就相当于500万吨煤万吨煤。太阳发射出总辐射能量太阳发射出总辐射能量 3.751023k4亿千瓦亿千瓦2222亿分之一到达亿分之一到达地球范围地球范围23被大气吸收，被大气吸收，40104亿亿kw30被反射回宇宙空间，被反射回宇宙空间， 52104亿亿kw47到达地球表

3、面，到达地球表面， 81104亿亿kw其中到达陆地表面其中到达陆地表面17 104亿亿kw17 104亿亿kw中，被植物吸收中，被植物吸收0.015%, 作为燃料和食物作为燃料和食物0.002% 但太阳能也有两个主要缺点：一是但太阳能也有两个主要缺点：一是能流能流密度低（昼夜平均密度低（昼夜平均0.16 kw/m2）；二是；二是其其强度受各种因素的影响不能维持常量强度受各种因素的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。用。 太阳能的热利用太阳能的热利用低温太阳能利用系统（低温太阳能利用系统（80以下）以下）中温太阳能利用系统（中温太阳能利用系统

4、（80350 ）高温太阳利用系统（高温太阳利用系统（350以上）以上） 太阳能的光利用太阳能的光利用（2）太阳能的利用方式）太阳能的利用方式太阳能的主要利用技术太阳能太阳能-热能交换技术热能交换技术太阳能热发电技太阳能热发电技术术太阳能制冷技术太阳能制冷技术太阳能热水系统太阳能热水系统太阳能太阳能-光电转换技术光电转换技术太阳能太阳能-化学能转化技术化学能转化技术a、典型的太阳能热利用装置与系统、典型的太阳能热利用装置与系统 1）平板型集热器）平板型集热器 2）真空管集热器）真空管集热器 3）太阳灶）太阳灶 4）太阳房）太阳房 5）太阳能干燥）太阳能干燥 6）太阳能发电）太阳能发电1）平板型太

5、阳能集热器：）平板型太阳能集热器：透明盖透明盖板板吸热板吸热板隔隔热热层层外壳外壳（1）吸热体）吸热体：主要是：主要是吸收太阳能并将其内的流体加热吸收太阳能并将其内的流体加热，包括吸热面板和与吸热面，包括吸热面板和与吸热面板结合良好的流体管道。为提高吸收效率，一般对吸热板进行特殊处理或涂有选择板结合良好的流体管道。为提高吸收效率，一般对吸热板进行特殊处理或涂有选择性涂层（选择性吸收太阳的短波辐射，但其自身长波辐射发射率低）；性涂层（选择性吸收太阳的短波辐射，但其自身长波辐射发射率低）；（2）透明盖板）透明盖板：布置在集热器的顶部，作用是：布置在集热器的顶部，作用是减少集热板与环境之间的对流和辐

6、减少集热板与环境之间的对流和辐射换热，保护集热板不受雨、雪、灰尘的侵袭射换热，保护集热板不受雨、雪、灰尘的侵袭。透明盖板对太阳光的透射率高，但。透明盖板对太阳光的透射率高，但自身的吸收率和反射率低；自身的吸收率和反射率低；（3）保温材料）保温材料：防止集热器向外散热；：防止集热器向外散热；（4）外壳）外壳：具有一定的机械强度、良好的水密封性能和耐腐蚀性能。：具有一定的机械强度、良好的水密封性能和耐腐蚀性能。平板型集热器：平板型集热器：吸热体表面基本吸热体表面基本上为平板形式的上为平板形式的非聚光型集热器。非聚光型集热器。a、平板型集热器结构、平板型集热器结构透明盖板透明盖板吸热板吸热板隔隔热热

7、层层外壳外壳工作原理工作原理：太阳光的辐射能产生可见光与近红外线，透过平板集：太阳光的辐射能产生可见光与近红外线，透过平板集热器玻璃盖板热器玻璃盖板2，进入平板集热器内部，遇到吸热板，进入平板集热器内部，遇到吸热板1的有色涂层，的有色涂层，光即转变成热，然后将热量传递给吸热板内的传热工质，使传热工光即转变成热，然后将热量传递给吸热板内的传热工质，使传热工质的温度升高，作为集热器的有效能力输出。同时，温度升高的吸质的温度升高，作为集热器的有效能力输出。同时，温度升高的吸收热也会向外散热（传导、对流和辐射）。收热也会向外散热（传导、对流和辐射）。2）真空管太阳集热器）真空管太阳集热器全玻璃真空管集

8、热器热管式真空管集热器受力和密封受力和密封全玻璃真空管集热器外瓶外瓶内瓶内瓶抽真空抽真空吸收涂层吸收涂层弹簧支架弹簧支架气体消散剂气体消散剂工质工质热管式真空管集热器热管式真空管集热器工作原理工作原理：集热管工作时，太阳辐射穿过玻璃管后投射在金属吸：集热管工作时，太阳辐射穿过玻璃管后投射在金属吸热板上。热板上。吸热板吸收太阳辐射能吸热板吸收太阳辐射能并将其转换为热能，再传导给紧并将其转换为热能，再传导给紧密结合在吸热板中间的密结合在吸热板中间的热管热管，使热管内的工质迅速汽化。工质蒸，使热管内的工质迅速汽化。工质蒸汽上升到热管冷凝段后，在较冷的内表面上凝结，释放出蒸发潜汽上升到热管冷凝段后，在

9、较冷的内表面上凝结，释放出蒸发潜热，将热量传递给集热器的传热工质。凝结后的液态工质依靠自热，将热量传递给集热器的传热工质。凝结后的液态工质依靠自身重力回流到蒸发段。身重力回流到蒸发段。阳光午餐阳光午餐温度温度100600功率功率5001500w箱式太阳灶箱式太阳灶 聚光太阳灶聚光太阳灶 综合性太阳灶综合性太阳灶3 3）太）太 阳阳 灶灶截光面积截光面积13 m2热效率热效率50左右左右聚光太阳灶聚光太阳灶旋转抛物面太阳灶旋转抛物面太阳灶球面太阳灶球面太阳灶抛物柱面太阳灶抛物柱面太阳灶圆锥面太阳灶圆锥面太阳灶菲涅耳太阳灶菲涅耳太阳灶太阳灶灶体的表面形状为旋转抛物面凹面，上太阳灶灶体的表面形状为旋

10、转抛物面凹面，上面粘贴面粘贴反光材料反光材料。旋转抛物面是由抛物线绕它。旋转抛物面是由抛物线绕它的对称轴旋转的对称轴旋转180度而形成的，传统的方法是度而形成的，传统的方法是用用水泥或混凝土制成凹型扳水泥或混凝土制成凹型扳，上面粘，上面粘玻璃反光玻璃反光。工作原理：工作原理：当当平行光线平行光线沿着主光轴（抛物线对沿着主光轴（抛物线对称轴）方向入射到它的表面时，称轴）方向入射到它的表面时，反射光线都通反射光线都通过它的焦点过它的焦点。由于太阳光基本上属于平行光线，。由于太阳光基本上属于平行光线，所以当太阳灶的所以当太阳灶的(旋转抛物面的旋转抛物面的)主光轴指向太主光轴指向太阳的时候，平行的太阳

11、光线入射到旋转抛物面阳的时候，平行的太阳光线入射到旋转抛物面表面，经过反光材料的反射，这些反射光线都表面，经过反光材料的反射，这些反射光线都从它的从它的焦点处焦点处通过，在这里形成通过，在这里形成太阳光线的高太阳光线的高密集区密集区。抛物面的焦点就在它的主光轴上。这。抛物面的焦点就在它的主光轴上。这样，我们把样，我们把炊具放到抛物面焦点附近时，就可炊具放到抛物面焦点附近时，就可以烧水做饭了以烧水做饭了。 铸铁太阳灶铸铁太阳灶轮式复合材料轻型太阳灶轮式复合材料轻型太阳灶太阳灶的使用与维护太阳灶的使用与维护 放置在开阔、避风的地方；放置在开阔、避风的地方； 使用时，调整灶面，使其轴对准阳光，并使焦

12、斑处于使用时，调整灶面，使其轴对准阳光，并使焦斑处于锅圈中心处；锅圈中心处； 不能让焦斑（不能让焦斑（4001000）落在人体或其他物体上；）落在人体或其他物体上； 保持太阳灶反射面的清洁；保持太阳灶反射面的清洁； 不用时，将灶面背向阳光，并且采用深色塑料或布罩不用时，将灶面背向阳光，并且采用深色塑料或布罩住；住； 炊具底部应炊具底部应涂黑涂黑，提高锅底吸热能力。但勿空烧；，提高锅底吸热能力。但勿空烧； 太阳灶的调整转动部件应定期加润滑油维护。太阳灶的调整转动部件应定期加润滑油维护。4）太阳房）太阳房trombe wall特朗伯墙特朗伯墙主动式太阳房主动式太阳房 又称主动太阳能采暖系统，又称主

13、动太阳能采暖系统，太阳集热器获取太太阳集热器获取太阳的热量阳的热量，通过，通过配热系统配热系统送至室内进行采暖，过剩送至室内进行采暖，过剩热量储存，热量储存，热量不足由备用辅助热源提供热量不足由备用辅助热源提供。包括太。包括太阳集热器、储热设备、辅助热源、以及管道、阀门、阳集热器、储热设备、辅助热源、以及管道、阀门、风机、水泵、控制系统等部件。风机、水泵、控制系统等部件。利用太阳能集热器和相应利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源代替的蓄热装置作为热源代替常规热水（或热风）采暖常规热水（或热风）采暖系统中的锅炉。系统中的锅炉。 依靠建筑方位的合理布置，通过窗、墙、屋依靠建筑方位的合理布置，通

14、过窗、墙、屋顶等，以顶等，以自然交换自然交换的形式，使建筑物尽可能在冬的形式，使建筑物尽可能在冬季季多吸收储存热量多吸收储存热量，以达到采暖目的。如集热、，以达到采暖目的。如集热、蓄热墙，水墙等。蓄热墙，水墙等。被动式太阳房被动式太阳房 直接受益式直接受益式集热蓄热墙式集热蓄热墙式水墙式水墙式附加阳光间式附加阳光间式屋顶集热蓄热式屋顶集热蓄热式自然循环式自然循环式直接受益式被动式太阳房直接受益式被动式太阳房 直接受益式直接受益式是被动式太阳房中最简单也是最常用的一是被动式太阳房中最简单也是最常用的一种。利用种。利用南窗南窗直接接受太阳能辐射。太阳辐射通过窗户直直接接受太阳能辐射。太阳辐射通过窗

15、户直接射到室内接射到室内地面、墙壁及其他物体地面、墙壁及其他物体上，使它们表面温度升上，使它们表面温度升高，通过高，通过自然对流换热自然对流换热，用部分能量，用部分能量加热室内空气加热室内空气，另一，另一部分能量则部分能量则贮存贮存在地面、墙壁等物体内部，使室内温度维在地面、墙壁等物体内部，使室内温度维持到一定水平。持到一定水平。5）太阳能干燥）太阳能干燥太阳能干燥原理太阳能干燥原理： 使被干燥物料，或者直接吸收太阳能并转化为热能，或通使被干燥物料，或者直接吸收太阳能并转化为热能，或通过太阳集热器加热的空气进行对流换热获得热能，继而通过过太阳集热器加热的空气进行对流换热获得热能，继而通过物料表

16、面与内部的传热、传质过程使水分逐渐汽化并扩散到物料表面与内部的传热、传质过程使水分逐渐汽化并扩散到空气中去空气中去。实际机理：实际机理： 水分的传质过程水分的传质过程。推动力：物料表面的水蒸汽分压。推动力：物料表面的水蒸汽分压干燥干燥介质中的水蒸汽分压。介质中的水蒸汽分压。太阳能干燥优点：太阳能干燥优点： 节约常规能源节约常规能源保护自然环境保护自然环境 提高生产效率提高生产效率 提高产品质量提高产品质量6）太阳能发电系统）太阳能发电系统a、热力发电；、热力发电；b、太阳烟囱发电；、太阳烟囱发电；c、太阳能光伏发电。、太阳能光伏发电。塔式电站（点聚焦，聚光倍数塔式电站（点聚焦，聚光倍数1000

17、3000）碟式电站（点聚焦，聚光倍数碟式电站（点聚焦，聚光倍数500 ）槽式槽式电站电站(线聚线聚焦，焦，聚光聚光倍数倍数低低)太太阳阳烟烟囱囱a、太阳能热发电技术太阳能热发电太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转为热能，再通过热力循环系统进行发电。分为：（1）太阳能热动力发电）太阳能热动力发电，利用反射镜或集热器将太阳光聚集起来，加热水或其它介质，产生蒸汽或热气流以推动涡轮发电机发电。（2）利用热电直接转换热电直接转换为电能的装置，将聚集的太阳光和热直接发电。例如温差发电、热离子发电和磁流体发电等。太阳能热力发电系统太阳能热力发电系统热发电系统工作原理热发电系统工作原理太阳能热力发电：通过水

18、或其他工质和装置将太阳能辐射能转换为电太阳能热力发电：通过水或其他工质和装置将太阳能辐射能转换为电能的发电方式。能的发电方式。压力和温度降低，压力和温度降低，体积膨胀，流速体积膨胀，流速增高，热能变为增高，热能变为动能，推动汽轮动能，推动汽轮机做功。机做功。塔式塔式电站电站太阳能烟囱热力式发电原理太阳能烟囱热力式发电原理b、太阳能烟囱、太阳能烟囱太阳能热发电的一种新模式。空气在一个很大的太阳能热发电的一种新模式。空气在一个很大的玻璃天棚（或集热棚）下被加玻璃天棚（或集热棚）下被加热热，热空气在天棚中央的烟囱中上升，集热棚中的冷空气进入系统，从而形成热空气在天棚中央的烟囱中上升，集热棚中的冷空气

19、进入系统，从而形成空气循环流动空气循环流动。由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内空气流达到烟囱底部。由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内空气流达到烟囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的空气涡轮机，带动发电机发电。的空气涡轮机，带动发电机发电。太阳烟囱的优点是太阳烟囱的优点是不需要太阳跟踪和聚焦系统不需要太阳跟踪和聚焦系统，集热器天棚结构简单，不需要，集热器天棚结构简单，不需要高科技制造技术，高科技制造技术，不需要冷却水不需要冷却水，一经建成，运行维护成本很低，且天棚温室，一经建成，运行维

20、护成本很低，且天棚温室可用于农业目的。可用于农业目的。缺点是缺点是占地面积巨大占地面积巨大，由于，由于加热空气温度低（温升小于加热空气温度低（温升小于35），发电的热效率），发电的热效率很低（很低（1.5 ）。这种发电装置简单可靠，显然，在人烟荒芜、太阳能资源充沛的沙漠地区、建这种发电装置简单可靠，显然，在人烟荒芜、太阳能资源充沛的沙漠地区、建造太阳能烟囱有其现实意义。在西班牙已建有一座容量为造太阳能烟囱有其现实意义。在西班牙已建有一座容量为50 kw的试验电站。的试验电站。显然这种发电方式非常适合于我国广大的西部地区。显然这种发电方式非常适合于我国广大的西部地区。澳大利亚“太阳塔”世界上目前

21、最高的建筑1000m的大型环保能源工程“太阳塔”（“巴比伦通天塔” ）计划投资7亿澳元（3.95亿美元）该电站的集热棚直径达7公里，安装32个6.25mw的透平涡轮发电机组，总发电能力为200mw，预计年发电量500gwh，供20万户居民的生活用电。http:/.au/正负极夹层结构正负极夹层结构c、太阳能光伏发电系统、太阳能光伏发电系统太阳能电池：一种利用太阳能电池：一种利用光生伏打效应光生伏打效应把光能转变为电能的器件；把光能转变为电能的器件；光生伏打效应光生伏打效应：是指物体由于：是指物体由于吸收光吸收光子子而而产生电动势产生电动势的现象。当物体受光的现象。当物体受光照时，物体内的照时，

22、物体内的电荷分布状态发生变电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应化而产生电动势和电流的一种效应。发现者：发现者：1839年，法国物理学家年，法国物理学家a. e. 贝克勒尔。贝克勒尔。当太阳光或其他光照射半导体的当太阳光或其他光照射半导体的pn结结时，就会产生光生伏打效应。光生伏时，就会产生光生伏打效应。光生伏打效应使得打效应使得pn结两边出现电压，叫做结两边出现电压，叫做光生电压。使光生电压。使pn结短路，就会产生电结短路，就会产生电流。流。 视频时间：太阳能光伏发电视频时间：太阳能光伏发电7）太阳能应用的困难光电应用光电应用:太阳能电池造价太高，6000元/m2，发电效率只有15

23、。能源密度低，最大值仅1000w/m2(太阳晴天垂直照射时），功率只有150w，提供电能200度/year，其成本为火电的10倍。光热应用光热应用：太阳光直接照射真空管热水器，夏天只能产生8090 的热水，冬天产生4050 的热水。根据联合国统计240 以下的用热占人类能源消耗总量的50，而且主要是集中在100 以上。太阳能热发电太阳能热发电：太阳能都是通过转动发射镜来跟踪太阳的，如果需要1000kw的太阳能，就需要1500m2的聚光镜来聚光。“超大面积中高温太阳能聚光跟踪技术”。 生物质：生物质：有机物中除化石燃料外的所有来源于动、有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物能再生的物质。植物能

24、再生的物质。 生物质能生物质能是指直接或间接地通过绿色植物的光合是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和储藏在生作用，把太阳能转化为化学能后固定和储藏在生物体内的能力。物体内的能力。 2、生物质能、生物质能 生物质由生物质由c、h、o、n、s等元素组成。其挥发份高，等元素组成。其挥发份高，炭活性高，硫、氮含量低（炭活性高，硫、氮含量低（s：0.11.5，n：0.53.0），灰分低（），灰分低（0.13.0）。）。 生物质生物质是仅次于是仅次于煤炭、石油、天然气煤炭、石油、天然气的的第四大能源第四大能源，在，在整个能源系统占有重要地位。生物质能一直是人类赖以整个能源系

25、统占有重要地位。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源之一，就其能源当量而言，是仅次于煤、生存的重要能源之一，就其能源当量而言，是仅次于煤、油、天然气而列第四位的能源，在世界能源消耗中，油、天然气而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生生物质能占总能耗的物质能占总能耗的14，但在发展中国家占但在发展中国家占40以上以上。 柴薪柴薪至今仍是许多发展中国家的重要能源。至今仍是许多发展中国家的重要能源。但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。规划与广泛植林。 牲畜粪便牲畜粪便，牲畜的粪便，经干燥可直接燃，牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌

26、氧处理，可烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。产生甲烷和肥料。 制糖作物制糖作物，制糖作物可直接发酵，转变为，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。乙醇。 水生植物水生植物，同柴薪一样，水生植物也可转，同柴薪一样，水生植物也可转化成燃料。化成燃料。，主要成分包括：纸屑（占主要成分包括：纸屑（占40%）、纺）、纺织废料（占织废料（占20%）和废弃食物（占）和废弃食物（占20%）等。将）等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处理制成燃料使用。处理制成燃料使用。，一般城市污水约含有一般城市污水约含有0.020.03的的固体与固体与99%以

27、上的水分，下水道污泥有望成为厌以上的水分，下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。氧消化槽的主要原料。15%2.3%24%58.7%（三）生物质能源的发展与现状（三）生物质能源的发展与现状 从人类利用火以来，最直接利用的能源；从人类利用火以来，最直接利用的能源； 第二次世界大战前后，欧洲的木质能源应用达到高峰；第二次世界大战前后，欧洲的木质能源应用达到高峰； 随着石油化工和煤化工的发展，生物质能源利用趋于低随着石油化工和煤化工的发展，生物质能源利用趋于低谷；谷； 20世纪世纪70年代中期，中东战争导致全球能源危机，生物年代中期，中东战争导致全球能源危机，生物质能源受到重视；质能源受到重视； 如

28、今，环境问题，生物质能源日益受到重视；如今，环境问题，生物质能源日益受到重视； “穷人的燃料穷人的燃料”高品位的现代能源。高品位的现代能源。国际上生物质能利用现状 美国美国:在利用生物质能发电方面处于世界领先地位。目前生物质发电生物质发电已装机9000 mw。doe生物质发电计划的目标是到2020年实现生物质发电的装机容量为45000 mw,年发电22503000亿度。2000 年美国生产50亿升玉米乙醇,乙醇消耗相当于汽油消耗量的1%。 美国能源部支持了一个投资巨大的纤维素乙醇纤维素乙醇中试及产业化攻关项目,旨在利用木材、稻草、玉米秸等纤维素废料生产燃料乙醇。采用提高糖得率和减低酶成本等方法

29、，预期生产成本可降低一半以上。 目前,美国生物柴油生物柴油年生产能力为100万吨以上。到2010年,美国要将生物柴油产量提高到1200万吨。国际上生物质能利用现状 欧盟欧盟: 目前欧洲生物质能约占总能源消费量的2%，预计15年后将达到15%。欧盟能源发展战略绿皮书制定的长期能源战略计划指出到2020年生物质燃料将代替20%的化石燃料。其中生物柴油的市场占有率达12% 。奥地利生物质能在总能耗中的比例增加到25；瑞典地区供热和热电联产消耗的燃料26%是生物质；德国choren公司2002年完成了年产1万吨合成柴油的试验示范工程,年产 10 万吨工业示范工程预计2005年投产运行；法国每年可生产生

30、物质燃料及附加品二醋 27.8万吨,乙醇8.6万吨,生物质气15万吨。国际上生物质能利用现状 巴西巴西：目前, 巴西是世界上最大的由甘庶杆制乙甘庶杆制乙醇醇的生产国和消费国，实施了大规模的甘蔗制乙醇计划，是世界上唯一不使用纯汽油做汽车燃料的国家。据巴西政府称,到2007年,生物质能,主要是甘庶渣,将增长56%左右。2002年燃料酒精年产量已达到820万吨。“酒精替代计划”已使温室气体的排放减少了20%。 亚洲亚洲： 日本的新阳光计划新阳光计划,要求到2010年可再生能源供应可再生能源供应量量和常规能源的节能量要占能源供应总量的10%，2030年分别达到34%34%。菲律宾、马来西亚、印度开发研

31、究生物质的气化、 成型固化、热解等技术,形成了工业化生产。巴西的经验自20世纪70年代中期以来，巴西一直在致力于用乙醇（从本地所产的甘蔗中提取）替代进口汽、油。目前，在巴西所出售的燃料中有40%是乙醇。国家国家产量产量(亿加仑亿加仑)原料原料巴西巴西40甘蔗甘蔗美国美国35玉米玉米中国中国10小麦、玉米小麦、玉米印度印度5甘蔗甘蔗法国法国2甜菜、小麦甜菜、小麦生物燃料可以为全球提供充裕的汽车燃料。全球所生产的乙醇足以替代汽油消费总量的大约2%。2004年一些国家乙醇生产情况1美加仑美加仑=3.78501135升；升；1英加仑英加仑=4.54545455升升 生物质能的利用技术大体上分为生物质能

32、的利用技术大体上分为直接燃直接燃烧技术烧技术、热化学转换技术热化学转换技术、生物转换技生物转换技术术、液化技术和固体废弃物转换技术等液化技术和固体废弃物转换技术等五五大类，各类技术又包含了不同的子技大类，各类技术又包含了不同的子技术。术。a、直接燃烧技术、直接燃烧技术 直接燃烧直接燃烧大致可分四种情况：大致可分四种情况：（1）炉灶燃烧；（烧柴；提高利用效）炉灶燃烧；（烧柴；提高利用效率，省柴）率，省柴）（2）锅炉燃烧；）锅炉燃烧；（3）垃圾焚烧；）垃圾焚烧；（4）固型燃料燃烧。）固型燃料燃烧。生物质直接燃烧技术生物质直接燃烧技术锅炉燃烧锅炉燃烧b、热化学转换技术、热化学转换技术 包括：包括：（

33、1）干馏技术；）干馏技术；（2）气化制生物质燃气；）气化制生物质燃气；（3）热解制生物质油。）热解制生物质油。a、生物质热裂解技术、生物质热裂解技术生物质热裂解反应过程生物质热裂解反应过程 干燥阶段干燥阶段，物料加热升温至，物料加热升温至150； 预热裂解阶段预热裂解阶段，加热升温至，加热升温至150300 ，不稳定成分分解成，不稳定成分分解成co2、co、醋酸等、醋酸等 固体分解阶段固体分解阶段，加热升温至，加热升温至300600 ，热裂解主要阶段，发，热裂解主要阶段，发生复杂物理、化学反应。液体产物有醋酸、木焦油、甲醇，气体生复杂物理、化学反应。液体产物有醋酸、木焦油、甲醇，气体产物有产物

34、有co2、co、ch4、h2等等 燃烧阶段燃烧阶段，再加热，排出残留在木炭中挥发物质。，再加热，排出残留在木炭中挥发物质。生物质热解生物质热解：生物质在：生物质在完全缺氧或有限氧供给完全缺氧或有限氧供给的条件下热降解为的条件下热降解为液液体生物油体生物油、可燃气体可燃气体和和固体生物质炭固体生物质炭三个组成部分的过程。三个组成部分的过程。生物质热裂解技术生物质热裂解技术生物质热裂解液化生物质热裂解液化： 在中温在中温（500600）、高加热速率高加热速率（104105/s）和）和极短气体停留时间极短气体停留时间（约（约2s）的条件下，）的条件下，将生物质直接热解，将生物质直接热解，产物经快速冷

35、却产物经快速冷却，可使中间，可使中间液液态分子在进一步断裂生产气体之前冷凝态分子在进一步断裂生产气体之前冷凝，得到高产，得到高产量的生物质液体油，量的生物质液体油，液体产率可高达液体产率可高达7080（质量分数）。质量分数）。生物质油：生物质油： 采用快速热裂解反应，使在采用快速热裂解反应，使在极短的时间极短的时间内发生强烈的热裂解反应内发生强烈的热裂解反应，产生热裂解产物，产生热裂解产物，再迅速淬冷再迅速淬冷，通常在，通常在0.5s内急冷至内急冷至350 以以下，可下，可最大限度增加了液态产物最大限度增加了液态产物（油），此（油），此液态产物即为液态产物即为“生物质油生物质油”，也称为，也称

36、为“生物生物油油”，“热裂解油热裂解油”。生物质热裂解技术生物质热裂解技术生物质裂解油燃料：生物质裂解油燃料：生物质热裂解液化产生的生物质热裂解液化产生的生物油经过进一步分离，不仅可作为锅炉和其他生物油经过进一步分离，不仅可作为锅炉和其他加热设备的燃料，再经过处理和提炼可作为内燃加热设备的燃料，再经过处理和提炼可作为内燃机燃料，还可以用来提取化工产品。机燃料，还可以用来提取化工产品。生物质热裂解技术生物质热裂解技术新型能源 更具环保因为生物柴油本身属于含氧燃料属于含氧燃料，能降低汽车的颗粒降低汽车的颗粒物、碳氢、一氧化碳、二氧化硫等污染物的排放物、碳氢、一氧化碳、二氧化硫等污染物的排放。生物柴

37、油的硫含量较低生物柴油的硫含量较低，差不多能减少30%左右的硫化物的排放。生物柴油不含会对环境造成污染的芳香族烷烃生物柴油不含会对环境造成污染的芳香族烷烃。使用生物柴油可以降低90%的空气毒性，还能极大的降低患癌率。专家认为，“如果按照每吨28003400元计算，生物柴油可以形成300多亿元的产业”。另外，开发利用生物柴油，还可以发展油料植物，促进我国农林产品向工业化产品转化，有利于调整农业结构，增加农民收入。目前世界生物柴油年产量已超过350万吨，预计2010年可达3000万吨以上。欧美以及亚洲一些国家和地区正大力发展利用油菜制造生物柴油产业，而我国是油菜生产大国，发展油菜制造生物柴油意义可

38、能更加重大。c、生化转换技术、生化转换技术 生物转换技术主要是以生物转换技术主要是以厌氧消化厌氧消化和和特种特种酶技术酶技术为主。为主。a、厌氧过程与沼气技术、厌氧过程与沼气技术n我国大力推广了厌氧消化技术在农村地区的使用。通过农业部国债项目的推行，截止2005年底，全国户用沼气达到1807万户，养殖场的沼气工程3556多处，年产沼气70亿立方米，折合标煤500万吨，在农业部发布的全国农村沼气工程建设规划上，计划到2010年底全国将有年底全国将有4000万农户万农户用上沼气用上沼气。国债沼气项目要求户用沼气“一池三改”，最大量的减少了传染源，切断了疫病传播途径，因此也是农村血吸虫防治的一项有效

39、手段。n近年来，随着农村畜禽养殖户减少和农村劳动力的减少，同时集中养殖户的增多，国家及时调整政策，从2007年开始，将对养殖小区集中供气沼气工程和联户沼气工程予以资金支持，以推进人畜粪便、农作物秸秆、生活垃圾和污水的综合治理和转化，此举措必将在短期内使我国沼气工程的技术得到快速的发展。沼气发酵过程1 1、水解发酵阶段、水解发酵阶段 粪 便 各种酶 单 糖 秸 杆 多 糖 有机质 氨基酸2 2、产酸阶段、产酸阶段 单 糖 产酸菌 乙 酸 多 糖 丙 酸 氨基酸 醇 类3 3、产甲烷阶段、产甲烷阶段 乙 酸 甲烷菌 甲烷 丙 酸 二氧化碳 醇 类 硫化氢大分子状态大分子状态的碳水化合物的碳水化合物

40、溶于水的溶于水的小分子化合物小分子化合物。多糖水解为单糖、双糖，蛋白质分解为汰和氨基酸，多糖水解为单糖、双糖，蛋白质分解为汰和氨基酸，脂肪分解为甘油和脂肪酸。脂肪分解为甘油和脂肪酸。单糖类、肽、氨单糖类、肽、氨基酸、甘油、脂基酸、甘油、脂肪酸肪酸简单的有简单的有机酸、醇、机酸、醇、co2、h2、he、h2s等。等。主要为以乙酸为主要为以乙酸为主的挥发性有机主的挥发性有机酸。酸。厌氧过程与沼气技术厌氧过程与沼气技术小型户用沼气池小型户用沼气池大中型沼气工程工艺大中型沼气工程工艺 燃料乙醇指体积浓度达到燃料乙醇指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。以上的无水乙醇。 燃料乙醇是一种可再生能源，可在

41、专用的乙醇发燃料乙醇是一种可再生能源，可在专用的乙醇发动机中使用，又可按一定的比例与汽油混合，在不动机中使用，又可按一定的比例与汽油混合，在不对原汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。使对原汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。使用含醇汽油可减少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，用含醇汽油可减少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使燃烧更充分使燃烧更充分，降低燃烧中的，降低燃烧中的co等污染物的排放。等污染物的排放。 b、生物质燃料乙醇技术、生物质燃料乙醇技术乙醇生产方法：乙醇生产方法：发酵法发酵法化学合成法化学合成法（乙烯与水蒸气直接反应）（乙烯与水蒸气直接反应）乙醇生产主要原料：乙醇生产主要原料：o

42、hhcohchchpoh5222243 高温、高压高温、高压淀粉质原料淀粉质原料糖质原料糖质原料纤维素原料纤维素原料其他原料，其他原料，如造纸厂纸浆废液、淀粉厂淀粉渣如造纸厂纸浆废液、淀粉厂淀粉渣生物质燃料乙醇技术生物质燃料乙醇技术乙醇发酵工艺类型乙醇发酵工艺类型生物质燃料乙醇技术生物质燃料乙醇技术1、燃料乙醇的研究与发展、燃料乙醇的研究与发展o1908年，福特公司，二战期间，欧洲年，福特公司，二战期间，欧洲400万辆汽万辆汽车车o减少对石油进口依赖及环保因素减少对石油进口依赖及环保因素o解决农产品丰收形成的农产品过剩问题解决农产品丰收形成的农产品过剩问题2、燃料乙醇生产经济性分析、燃料乙醇生

43、产经济性分析原料是燃料乙醇生产成本的主要部分原料是燃料乙醇生产成本的主要部分6080。燃料乙醇的特点燃料乙醇的特点1、可作为新的燃料替代品、可作为新的燃料替代品 可作为新的燃料替代品可作为新的燃料替代品,减少对石油的消耗。乙醇作为可再减少对石油的消耗。乙醇作为可再生能源生能源,可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用，可减少对不可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用，可减少对不可再生能源可再生能源-石油的依赖石油的依赖,保障本国能源的安全。保障本国能源的安全。 2、辛烷值高，抗爆性能好、辛烷值高，抗爆性能好 作为汽油添加剂作为汽油添加剂,可提高汽油的辛烷值。通常车用汽油的辛可提高汽油的辛烷值。通常车

44、用汽油的辛烷值一般要求为烷值一般要求为90或或93,乙醇的辛烷值可达到乙醇的辛烷值可达到111,所以向汽油中所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,且乙醇对烷烃类汽油组且乙醇对烷烃类汽油组分（烷基化油、轻石脑油）辛烷值调合效应好于烯烃类汽油组分（烷基化油、轻石脑油）辛烷值调合效应好于烯烃类汽油组分（催化裂化汽油）和芳烃类汽油组分（催化重整汽油）分（催化裂化汽油）和芳烃类汽油组分（催化重整汽油）,添加添加乙醇还可以较为乙醇还可以较为有效地提高汽油的抗爆性有效地提高汽油的抗爆性。 3、减少矿物燃料的应用以及对大气的污染、减少矿物燃料的应用以及对大气的污染乙

45、醇的氧含量高达乙醇的氧含量高达34.7%,乙醇可以按较甲基叔丁基醚（乙醇可以按较甲基叔丁基醚（mtbe）更少的添加量加入汽油中。汽油中添加更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇乙醇,氧含量达到氧含量达到2.7%；如添加如添加10%乙醇乙醇,氧含量可以达到氧含量可以达到3.5%，所以，所以加入乙醇可帮助汽油完加入乙醇可帮助汽油完全燃烧全燃烧,以减少对大气的污染以减少对大气的污染。 使用燃料乙醇取代使用燃料乙醇取代四乙基铅四乙基铅作为作为汽油添加剂汽油添加剂,可消除空气中可消除空气中铅的污染铅的污染；取代取代mtbe,可避免对可避免对地下水和空气的污染地下水和空气的污染。另外。另外,除了提

46、高汽油的辛除了提高汽油的辛烷值和含氧量，乙醇还能改善汽车尾气的质量烷值和含氧量，乙醇还能改善汽车尾气的质量,减轻污染。一般当汽油减轻污染。一般当汽油中的中的乙醇的添加量不超过乙醇的添加量不超过15%时时,对车辆的对车辆的行驶性没有明显影响行驶性没有明显影响,但尾但尾气中气中碳氢化合物、碳氢化合物、nox和和co的含量明显降低的含量明显降低。 美国汽车美国汽车/油料（油料（aqirp）的研究报告表明：使用含）的研究报告表明：使用含6乙醇的加州乙醇的加州新配方汽油新配方汽油,与常规汽油相比，与常规汽油相比，hc排放可降低排放可降低5,co排放减少排放减少21-28%，nox 排放减少排放减少7-1

47、6%,有毒气体排放降低有毒气体排放降低9-32%。4、可再生能源可再生能源若采用雅津甜高粱、小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生若采用雅津甜高粱、小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的其燃烧所排放的co2和作为原料的生物源生长所消和作为原料的生物源生长所消耗的耗的co2, 在数量上基本持平，这对减少大气污染及抑制温室效应意义在数量上基本持平，这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。重大。 关于燃料乙醇的认识误区关于燃料乙醇的认识误区误区：燃料乙醇是油，作为替代油品？误区：燃料乙醇是油，作为替代油品？定位：燃料乙醇是油品的优良品质改良剂，燃料

48、乙醇不是定位：燃料乙醇是油品的优良品质改良剂，燃料乙醇不是“油油”。 乙醇具有许多优良的物理和化学特性。燃料乙醇按一定比例加入汽油乙醇具有许多优良的物理和化学特性。燃料乙醇按一定比例加入汽油中，中，不是简单做为替代油品使用不是简单做为替代油品使用，这种认识和宣传是大错而特错的。，这种认识和宣传是大错而特错的。 燃料乙醇是优良的燃料乙醇是优良的油品质量改良剂油品质量改良剂，或者说是，或者说是增氧剂增氧剂。它还是汽油的高。它还是汽油的高辛烷值调合组分。它是和我国石油行业在九十年代后期为提高油品质量才辛烷值调合组分。它是和我国石油行业在九十年代后期为提高油品质量才开始发展的开始发展的mtbe起同样的

49、作用。乙醇的增氧效果比起同样的作用。乙醇的增氧效果比mtbe要好一倍。美国要好一倍。美国法定的汽油改良剂有三种：法定的汽油改良剂有三种：mtbe（甲基叔丁基醚）、乙醇和（甲基叔丁基醚）、乙醇和etbe（乙基（乙基叔丁基醚），叔丁基醚），2002年，美国能源部在给我国介绍燃料乙醇使用经验时，还庆年，美国能源部在给我国介绍燃料乙醇使用经验时，还庆幸我国幸我国mtbe刚刚起步，就选择了用燃料乙醇来替代的路子。美国走了刚刚起步，就选择了用燃料乙醇来替代的路子。美国走了20年年mtbe的弯路之后，现在又回过头来再走乙醇代替的弯路之后，现在又回过头来再走乙醇代替mtbe的路子。美国的经的路子。美国的经验教

50、训，可帮助我们更正确的认识燃料乙醇。验教训，可帮助我们更正确的认识燃料乙醇。乙醇汽油之所以可以改善尾乙醇汽油之所以可以改善尾气污染，改善动力，气污染，改善动力，根本的原理根本的原理就是就是乙醇里所含的内氧，部分地补充了汽乙醇里所含的内氧，部分地补充了汽油在油缸内燃烧外界供氧不足的问题，另外又较好地解决了汽油的高辛烷油在油缸内燃烧外界供氧不足的问题，另外又较好地解决了汽油的高辛烷值组分问题值组分问题，“两好合一好两好合一好”，使乙醇的物理化学特性得以充分的发挥。，使乙醇的物理化学特性得以充分的发挥。 因此，把乙醇单单做为因此，把乙醇单单做为“油油”的概念，会使我们进入误区，大大地折扣的概念，会使

51、我们进入误区，大大地折扣了燃料乙醇的功能和价值。了燃料乙醇的功能和价值。 d、各技术现状与瓶颈、各技术现状与瓶颈 沼气发酵技术沼气发酵技术u 已有已有30多年历史，农村户用沼气池超过多年历史，农村户用沼气池超过4000万户；万户；u 瓶颈在于开发低温高活性沼气微生物和高效厌氧反瓶颈在于开发低温高活性沼气微生物和高效厌氧反应器。应器。 燃料乙醇技术燃料乙醇技术p 形成产业化形成产业化p 以陈化粮为主要原料，与粮食争原料，是否环保还以陈化粮为主要原料，与粮食争原料，是否环保还存在争议；存在争议；p 瓶颈在于大规模生产、秸秆利用和废液处理等。瓶颈在于大规模生产、秸秆利用和废液处理等。 直接燃烧发电技

52、术直接燃烧发电技术u 全国装机容量全国装机容量800 mw；u 单台锅炉容量小；单台锅炉容量小；u 瓶颈在于大规模直接燃烧和混烧技术。瓶颈在于大规模直接燃烧和混烧技术。 热解气化及发电技术热解气化及发电技术p 采用分步式能源化利用，目前最大采用分步式能源化利用，目前最大4 mw级气化发电站级气化发电站和全国很多村级气化集中供气站；和全国很多村级气化集中供气站；p 2/3气化集中供气站已停运（目前又在兴起）；气化发电气化集中供气站已停运（目前又在兴起）；气化发电规模小；规模小；p 瓶颈在于系统效率提高、气化热值低和焦油处理问题。瓶颈在于系统效率提高、气化热值低和焦油处理问题。 热解液化技术热解液

53、化技术u 少数进入中试阶段，最大少数进入中试阶段，最大300t/年；年；u 粗生物油成分复杂，除直接燃烧外，应用不明确；粗生物油成分复杂，除直接燃烧外，应用不明确；u 瓶颈在于粗生物油的精制和应用。瓶颈在于粗生物油的精制和应用。 生物柴油技术生物柴油技术p 工艺较成熟，年生产能力工艺较成熟，年生产能力5万吨；万吨；p 现有资源不足以支撑未来产业化；现有资源不足以支撑未来产业化；p 瓶颈在于植物油原料和转化效率的提高。瓶颈在于植物油原料和转化效率的提高。（五）我国生物质能利用问题和解决途径（五）我国生物质能利用问题和解决途径 提供提供低硫燃料低硫燃料； 提供廉价能源提供廉价能源(某些条件下某些条

54、件下)； 将有机物转化成燃料将有机物转化成燃料可减少环境公害可减少环境公害(例例如，垃圾燃料如，垃圾燃料)； 与其他非传统性能源相比较，技术上的与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。难题较少。 植物仅能将极少量的太阳能转化成有机植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物；物； 单位土地面的有机物能量偏低；单位土地面的有机物能量偏低； 缺乏适合栽种植物的土地；缺乏适合栽种植物的土地； 有机物的水分偏多有机物的水分偏多(50%95%) 。 3、氢能、氢能 氢蕴藏于浩瀚的海洋之中氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体积约为。海洋的总体积约为13.7亿亿km3，若把其中的氢提炼出来，约有，若把其中的氢提炼

55、出来，约有1.4109亿吨，所产生的热量是地球上矿物燃料亿吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的的9000倍。倍。 燃烧热值高燃烧热值高：每千克氢燃烧后能放出每千克氢燃烧后能放出142351 kj的热量，约为汽油的的热量，约为汽油的3倍，酒精的倍，酒精的3.9倍，焦倍，焦炭的炭的4.5倍。倍。 清洁无污染清洁无污染：燃烧的产物是水，对环境无任何燃烧的产物是水，对环境无任何污染。污染。 资源丰富资源丰富：氢气可以由水分解制取，而水是地氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。球上最为丰富的资源。 适用范围广适用范围广：贮氢燃料电池既可用于汽车、飞：贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。（2）氢能实用化所需要解决的技术难题）氢能实用化所需要解决的技术难题 大量、且低成本大量、且低成本地地制造氢制造氢的技术开发；的技术开发； 安全地安全地储藏、运送氢储藏、运送氢的技术开发；的技术开发； 高效率地转换氢能高效率地转换氢能的技术开发；的技术开发； 将氢能用于社会各行各业的技术开发。将氢能用于社会各行各业的技术开发。 氢能是一种二次能源，在人类生存的地氢能是一种二次能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。因此