2021年咨询工程师继续教育讲义-新能源专业生物质能利用

1、 新能源专业生物质能利用笫一课生物质能产业概况生物质是指一切有生命的可以生长的有机体，包括所有的动物、植物和微生物以及山这些有机体派生、排泄和代谢产生的有机质，是地球上存在最广泛的有机物质。生物质能即以生物质为载体的能量，直接或间接地来源于植物的光合作用，是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量。它可转化为常规的固态、液态和气态燃料，是唯一一种可再生的碳源。现代生物质能主要包括农业废弃物、木材及林业废弃物、水生植物、油料作物、城市及工业有机废弃物、动物粪便。农作物秸秆和农产品加工剩余物林业“三剩物”及木材加工剩余物畜禽粪便城市生活垃圾城市生活污水工业有机废渣工业有机污水木本及草本能源作物油脂类

2、能源作物含油藻类其他燃烧热量或电力中国国情耕地面积总量为1.22亿公顷，位居世界第三，仅次于美国和印度。但人均耕地面积约0.1公顷，世界排名在150名之后。（中国国土面积是丹麦的220倍，人均耕地面积不足丹麦的1/5o）中国农村2012年人均纯收入约7917元/年。（世界银行调整后的贫困人口为每年消费456.25美元以下。人均收入是消费贫困线的2.85倍）（丹麦约4%的人口从事农业生产，可满足1500万人的需求，2/3的农产品用于岀口。中国有8亿农民，2010年农产品净进口额231亿美元）中国生物质能产业发展具有优先性原料以剩余物和废弃物为主，处理/利用具有刚性需求。能够提供中国最为短缺的液体

3、燃料。（2013年石油对外依存度58.1%）具有调峰能力。为农民增加收入。（利用1亿吨农作物秸秆，约可为农民增加收入250亿元，相当于2005年农业税总额。242亿元）国别丹麦德国中国年份201120112013上生物质发电量比例126.30.80发电总量（亿千瓦时）334640052451生物质发电量（亿千瓦时）10420.0 温中国是一个十三亿人口的国家，任何一件小事，乘以1,300,000,000,可能成为大事;任何一件大事，除以1,300,000,000,也可能成为一件小事。生物质能利用必将成为战略性新兴产业。1相对量小，绝对量大。全世界能源消费总量超过5亿吨标煤的国家仅五个。（中美俄

4、日印）中国生物质能替代化石能源总量可超过3亿吨标煤，可减少二氧化碳排放6亿吨；可拉动投资2万亿元，年产值超过1.2万亿元；可提供超过300万个就业岗位，可为农民增加收入1800亿元。中国的国情决定了，生物质产业不仅需要发展，而且必将成为优先发展的产业。从改变能源结构的角度，受资源条件的限制，中国生物质能难以从根本上改变能源结构。即使生物质能对中国能源消费总量比例影响有限，但并不妨碍中国生物质能产业成为“下一个巨人”。生物质能资源总量及分布根据现有生物质能利用技术状况和生物质资源用途等情况估算，U前我国可能源利用的生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤。各类资源具有明显的地域分布特征。农作物秸秆及

5、农产品加工剩余物农作物秸秆理论资源量为8.2亿吨，华北区和长江中下游区的秸秆资源最为丰富，理论资源量分别约为2.33亿吨和1.93亿吨，占总量50%以上。占比超JI10%的有东北区、西南区，剩余各区域除青藏区外，占比均在5人10%之间。农作物秸秆首先需保证用于农业还田、牲畜饲料、以及工业和手工业，剩余物部分才能作为生物质能利用的原料，可作为生物质能利用原料的约占秸秆理论资源量的30-40%,约3亿吨左右，约折合1.5亿吨标准煤。农产品加工剩余物由于集中度高，利用方便，所以大部分已经得到利用，而 且其中作为能源利用的占有较大比例。非能源利用方式，主要有以稻壳作为饲料添加剂、甘蔗渣作为造纸和纤维板

6、的原料，玉米芯用于生产糠醛等。扣除非能源消纳部分，可用于能源的农产品加工剩余物可获得量约为7000万吨，折合3300万吨标准煤。林业“三剩物”及木材加工剩余物按我国LI前林木采伐限额估算，可产生抚育、釆伐、造材剩余物约6000万吨，主要分布在华南区、西南区、华中区和东北区，集中分布于广西、云南、福建、广东、江西、湖南、四川、湖北等省区。木材加工剩余物约占原木的34%,按木材加工总量计（包括自产及进口木材），2012年全国木材加工剩余物约为3800万立方米，约3400万吨，折合2000万吨标准煤，全国各地均有分布。山于LI前木材资源缺乏，所以木材的利用率极拓，剩余可以作为生物质能源原料的部分较少

7、，2012年生林业剩余物可获得量约为1800万吨，折合1000万吨标准煤。畜禽粪便畜禽粪便主要来自圈养的牛、猪和鸡三类畜禽。根据不同月龄的牛、猪和鸡的日排粪量以及存栏数和粪便收集系数，估讣粪便实物量为13.4亿吨，规模化畜禽养殖场粪便资源每年约8.4亿吨，按照平均每吨畜禽粪便发酵产沼气50立方米计，生产沼气的潜力约为400亿立方米，约折2800万吨标准煤。从区域分布看，河南、四川、山东、湖南、云南是我国畜禽粪便资源量前五位的省份，五省总量占全国比例近40%。畜禽粪便资源与区域粮食产量和人口正相关，粮食产量越高，人口越多，则养殖业规模越大，畜禽粪便资源越多。城市生活垃圾2013年，我国垃圾清运量

8、约1.6亿吨，按其中50%可作为焚烧发电方式处理,其余以填埋方式处理，全国生活垃圾约可替代1200万吨标准煤。随着城镇化的加速发展，城市化率不断提高，城市人口数量将持续增加，城镇生活垃圾产生量也将持续城市生活垃圾清运量前五位的省份是广东、江苏、浙江、山东、辽宇，清运量占全国比例均超过5%0城市生活垃圾的产生量与城镇人数量、经济发展水平密切相关，经济发达、城镇人口较多的华东地区，是城市生活垃圾资源集中区。工业有机废水工业有机废弃物主要来自农副产品加工工业，其中以谷类磨制、屠宰、酿酒发酵等行业为主。2012年我国工业有机废水总量约45亿吨，可生产280亿m3沼气，相当于2000万吨标准煤。从区域分

9、布看，废水排放量与各地经济总量密切相关，经济发达的华东地区和华南地区是废水排放量最多的地区，分别占全国总量的37%和16%。从行业分布看，主要集中在造纸及纸制品业、化学原料及化学制品制造、纺织等行业。这三个行业排放量占全国工业废水排放量的近一半。其中造纸及纸制品业最高，约占全国工业废水排放总量20%。生物质能产业发展总体情况利用方式利用规棋年产能曩折标煤数董单位数量单位万吨/年生物质发电850万千瓦510亿千瓦时1630户用沼气4300万户137亿立方米980沼气工程100000处21亿立方米150成型燃料600方吨300燃料乙醇180万吨190生物柴油50万吨70总计3320生物质能“十二五

10、”规划总体口标领域利用規權年产睫吐折标准廉敌lit竝位K生物WI发电1300万千780亿rot2430农林生物頂发咆HOO万千瓦4K0亿千兀时1500沼气发电200万千瓦120亿rkW370炖圾发电300)0亿立方*5602生物成供气220亿立力探1750讯气用户300073户190亿立方来1500人中衣业無余物燃气6000处25亿立方累200工业盯机废水栢河水处理厂洱泥曙沼r1000处5亿立方聚503生伽成显燃料1000万叫5004V生拎液休燃料500生物燃料乙祢400330生物柬油和航住燃料100万比ISO总计9180具体LI标一、生物质发电有序发展农林生物质发电。合理发展垃圾焚烧发电。积

11、极发展生物质燃气发电。二、生物质液体燃料建设肥量能源原料基地。2假设肥量生物质液体燃料示范工程。三、生物燃气1积极推进生物质燃气集中供气稳步推进户用沼气建设四、推广生物质成型燃料供热可再生能源法可再生能源法确立了可再生能源在我国经济和社会可持续发展中的重要地位，规定了可再生能源资源勘查、发展规划、技术研发、产业发展、投资、价格和税收等方面的政策和要求，明确了政府、企业和用户在可再生能源开发利用中的责任和义务，是我国可再生能源发展的基本大法。基本大法3IM具体规定可再生能原法於基本制度依据国家责任和全民义务相结合，政府推动和市场引导相结合，现实需求和长远发展相结合，国内实践和国际经验相结合的原则

12、，可再生能源法确立了我国可再生能源发展的基本制度，即：总量口标制度（产业指导政策、规划）强制上网制度（电力、液体燃料市场准入）分类电价制度（营造市场发展空间、建立工业体系）费用分摊制度（国家责任和全民义务相结合）专项资金制度（政府推动和市场引导相结合）发展规划按照可再生能源法的要求，我国已陆续颁布了可再生能源中长期发展规划、可再生能源发展“十二五”规划、生物质能发展“十二五”规划、生物产业发展“十二五”规划等相关规划，明确了我国生物质能发展的战略LI标、重点任务和发展布局。各级地方政府也出台了包括可再生能源发展相关规划，根据自身发展情况制定了不同层面的生物质能源开发利用LI标和实施方案，同时制

13、定了符合当地资源、市场、经济发展水平等实际情况的生物质能源发展规划。相关政策一、产业政策出台各类可再生能源利用项LI管理办法。建立可再生能源电价费用分摊制度。针对可再生能源电价、液体燃料补贴的相关政策。二、财税政策对生物质能开发利用企业实行增值税、所得税的减免政策。三、标准体系建设针对生物质能利用制定各类标准，规范产业发展。第二课生物质发电农林生物质直燃发电农林生物质混燃发电农林生物质气化发电垃圾焚烧发电垃圾填埋气发电养殖场沼气发电殆ft友电丄艺流桎于葛图OCEHS時却第ru邨|囱产业规模从2003年开始，以国家发改委批复如东、单县、晋州3个秸秆发电示范项LI为序幕，在可再生能源法及配套政策的

14、支持下，我国生物质直燃发电迈出实质性步伐，装机容量逐年增加。截至2013年底，我国农林剩余物发电项LI并网装机容量达420万千瓦，占生物质发电并网总装机容量的一半以上。2013年各地建设农林剩余物发电项L1的核准备案山国务院主管部门下放至地方，各地新建项目数量快速增加，全年新增并网装机容量83万千瓦。生物质直燃发电项LI主要集中在农作物秸秆丰富的华北、华中和东北地区，装机容量约占全国生物质直燃发电装机总量的70%o相关政策电网企业全额收购所发电量。征收可再生能源电价附加费。执行75元/MW的固定电价，高于本省标杆电价部分由可再生能源基金支付。可再生能源发电项LI接入线路补贴。增值税即征即退。销

15、售收入在计算应纳税所得额时，减按90%计入当年收入总额。近年来，山于生物质直燃发电项口布局过于集中，造成原料供应紧张，严重影响了电厂的经济效益。I前国家能源局已经明确限制单纯生物质直燃发电项U,鼓励生物质热电联产。混燃发电现状生物质混燃发电至今无实质性的经济激励政策，主要原因是混入煤炭的生物质原料量计量问题尚未得到解决。111东十里泉电厂是目前唯一运行的示范项日，该项目按照混入20%生物质原料设讣并基于补贴，但补贴资金未纳入可再生能源基金，而是有山东省电网自行消纳。气化发电(气化友电(2)电捕焦油莠4冷却h灰0处理tq二级电捕焦油|_彳燃气帰梅气化发电现状前，我国已建成的生物质气化发电总装机容

16、量约5万千瓦，大部分没有并网，多为粮食加工企业的自备电厂。所用技术主要为循环流化床气化和固定床气化两类，其中，循环流化床气化燃气中焦油含量过高和灰渣处理困难的问题尚未彻底解决，固定床气化已建成了示范工程，但推广应用较慢。气化发电电力并网执行生物质直燃发电电价垃圾焚烧发电将垃圾作为固体燃料送入炉膛内燃烧，在8001000C的高温条件下，垃圾中的可燃组分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，释放出热量转化为高温的燃烧气和少量性质稳定的固定残渣。当垃圾有足够的热值时，垃圾能靠自身的能量维持自燃，而不用提供辅助燃料。垃圾燃烧产生的高温燃烧气通过垃圾锅炉内设置的热交换器产生高温高压蒸汽，蒸汽推动汽轮机，并带动

17、发电机发电。垃圾焚烧锅炉中产生的性质稳定的残渣可直接填埋处置。经过焚烧处理，垃圾中的细菌、病毒能被彻底消灭，各种恶臭气体得到高温分解，烟气中的有害气体经处理达标后排放。因此，可以说焚烧处理是实现垃圾无害化、减量化和资源化的最有效的手段之一。炉排炉：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排（炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区），由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域（垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用），直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合；高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却，最后烟气经烟气处理装置处理后排出。循环流化床：循

18、环流化床垃圾焚烧炉的工作原理是，炉体是山多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600C以上，并在炉底鼓入200C以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。现状到2013年底，全国城市垃圾发电并网装机容量340万千瓦，其中，垃圾循环流化床发电约占50%左右。2013年，我国垃圾焚烧并网发电累讣装机容量约占全国生物质并网发电总装机容量的44%,较上年增长了7个百分点，已经成

19、为我国生物质发电产业的重要组成部分。LI前，我国的垃圾发电项LI主要集中在经济较为发达省份，华东和华中地区的垃圾发电并网装机容量约占全国垃圾发电并网装机容量的77%o随着垃圾焚烧发电在中东部的成功推广应用以及公众对垃圾发电的理性认识逐步增强，垃圾发电将继续在全国范围内快速发展。垃圾焚烧发电电价按垃圾焚烧发电入厂垃圾处理量折算成上网电量进行结算。每吨生活垃圾折算上网电量280千瓦时，并执行全国统一垃圾发电标杆电价每千瓦时0.65元（含税）；其余上网电量执行当地同类燃煤发电机组上网电价。垃圾焚烧发电上网电价高出当地脱硫燃煤机组标杆上网电价的部分实行两级分摊。其中，当地省级电网负担每千瓦时0.1元，

20、电网企业山此增加的购电成本通过销售电价予以疏导。当垃圾处理折算的上网电价低于实际上网电量50%时，视为常规发电项口，不享受电价补贴；当折算的上网电价高于实际上网电量50%,且低于实际上网电量时，以折算的上网电量作为垃圾发电上网电量，当折算的上网电量高于实际上网电量时，以实际上网电量作为垃圾发电上网电量。0.65元/MThII标ft电价实际岌电重头际岌电里实际岌电里垃圾填埋气发电垃圾填埋气发电是将垃圾填埋场产生的可燃气体收集起来，经过净化用于发电的技术。垃圾填埋气发电系统一般由气体收集系统、净化加压系统、内燃发电机组及电气并网系统组成。填埋气被收集后经过气液分离器初步过滤，除去大液滴和细粒，然后

21、经涡轮增压器增压，冷却器冷却后送入凝聚过滤器进一步过滤，除去较小的液滴和细粒,再进入燃气机，通过火花塞高压点火，燃烧膨胀推动活塞做功，通过连杆曲轴装置，带动使发电机转动发出电能。燃气机产生的废气经排气管、换热装置、消音器、烟囱排到室外。产业及相关政策由于垃圾填埋气发电项目规模一般较小，并网装机容量在35MW,全国目前项LI虽已有一定数量，但总体规模较小。垃圾填埋气发电上网电价执行本省标杆电价的基础上，加25元/千瓦时。沼气发电养殖场畜禽粪便制取的沼气，经脱硫、脱水等净化处理后，采用内燃发电机组发电，发电部分与垃圾填埋气发电相同。沼气发电项LI普遍较小，到2013年全国仅三个项LI实现并网发电，

22、装机容量分别为1MW、2MW和3MWO沼气发电上网电价为本省标杆电价加25元/千瓦时笫三课生物质燃料生物质燃料分类一、气体燃料1、沼气2、生物热解气二、固体燃料颗粒（压块）成型燃料三、液体燃料1、生物乙醇（包括生物乙醇汽油2、生物柴油沼气技术沼气是采用厌氧发酵处理生物质原料（畜禽粪便、秸秆、餐厨垃圾等）后所得到的可燃气体，有效成分为甲烷（50-60%）,经脱硫、脱水等净化处理后可以直接作为燃料，也可将净化后的沼气提纯至中烷含量达到95%以上，替代天然气。 沼气现状我国沼气生产和利用最早出现在20世纪60年代,利用方式以户用沼气为主。随着户用沼气的发展，20世纪70年代出现了以禽畜粪便为原料的大

23、中型沼气工程。近些年来，随着规模化禽畜养殖场的逐年增加以及工业企业的发展，禽畜粪便和工业污水排放量快速增加，为大中型沼气工程的发展提供了充足的原料保障。因此，近年来大中型沼气工程发展较快，到2013年底，我国沼气工程已达近10万处。农业部标准大中型沼气的规模为日产沼气150立方米以上，2015年8月将实施的住建部标准为日产沼气500立方米。以生产生物天然气，并实施供气的秸秆+粪便为原料的沼气工程，一般需日产1万立方米沼气才能具有商业运行价值。沼气相关政策沼气作为农村清洁能源，长期获得财政补贴，补贴对象主要是农村户用沼气。近年来，国家逐步加大了对农村沼气建设的支持力度，提高了对沼气服务网点的补助

24、标准。2012年国家发改委和农业部联合发布关于进一步加强农村沼气建设的意见（发改农经2012589号），要求全面提升沼气产业建设水平。截至2012年底，我国累计投入320亿支持发展农村沼气建设，有力的支持政策使广大农民生活用能条件得到极大改善。生物热解气技术生物热解技术分为气化和干镭两大类，产生的可燃气统称为生物热解气。气化是将生物质原料进行不完全燃烧，产生含有一氧化碳和氢气的混合可燃气体，原料气化后剩余仅有含有极少碳的灰分。干憎是将生物质原料在隔绝空气的环境下加热，原料中碳氢化合物经高温分解产生含有一氧化碳、氢气、屮烷及少量气态碳氢化合物等可燃气体的混合物,原料气化后剩余含碳量较高的生物炭。

25、现状与相关政策生物热解技术应用的代表为村级气化站的推广，截止到2013年底全国共建成秸秆热解气化集中供气站1000余处，供气户数20.96万户，平均每个正在运行的气化站平均供气约350户，日产气量约为1500立方米。U前小时产气量超过5000立方米的规模化生物质气化技术得到重视，在生物质发电、生物质供热等领域均示范项LI运行。生物质气化发电执行生物质直燃发电项LI上网电价，同时享受全额上网的待遇。生物质成型燃料生物质成型燃料技术是利用机械力对生物质原料（主要是农林剩余物，如农作物秸秆、木屑等）进行圧缩，使原料的容重大大增加，并可使不同种类原料获得较为统一的燃烧特性。生物质成型燃料技术可以使松散的生物质原料变得更加易于运输和储存，还可以提高生物质原料的燃烧效率。生物成型燃料可以直接作为燃料，也可经过干镭生产生物机制炭。生物质成型燃料主要分为颗粒成型燃料和压块成型燃料两大类。成型技术主要有轨压式、螺旋压缩式、冲压式、液压式等种类。訂前成型主流技术为輕压式，现状与相关政策1.2013年全国生物质成型燃料总产量约为600万吨，主要用于生物供热锅炉。财政部曾于2008年到2010年对生物质成型燃料实行了补贴，补贴水平为140元/吨（原料）