新能源材料与器件导论(第二十四节课件)

生物质能生物质能1生物质资源生物质是指由光合作用而产生的有机体。光合作用将太阳能转化为化学能储存在生物质中。CompanyLogo生物质资源生物质是指由光合作用而产生的有机体。www.the2生物质资源生物质资源包括（1）农作物：产生淀粉的玉米，甘薯。产生糖类的甘蔗，甜菜，果实（2）林作物：白杨（3）水生藻类：海带（4）光合成微生物类：硫细菌，非硫细菌（5）其他类：农产品废弃物（稻秸，谷壳），城市垃圾，林业废弃物，畜业废弃物（排泄物）CompanyLogo生物质资源生物质资源包括www.themegallery.c3Contents生物质能的定义与范畴1生物质资源特点和状况2生物质能利用3生物质能展望4CompanyLogoContents生物质能的定义与范畴1生物质资源特点和状况24生物质能的定义与范畴CompanyLogo生物质能的定义与范畴5生物质能的定义与范畴生物质能源能是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。CompanyLogo生物质能的定义与范畴生物质能源能是通过绿色植物的光合作用将太6生物质能的定义与范畴光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用可见光中的光能，把二氧化碳和水合成为储存能量的糖类（通常指葡萄糖），并且释放出氧气的过程。光合作用的反应式：6CO2+6H2O光能叶绿体C6H12O6+6O2糖（单糖)淀粉（多糖）纤维素（糖聚合物）CompanyLogo生物质能的定义与范畴光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用可见光7生物质能的定义与范畴CO2人类需要的能生物质的产生和利用循环H2O太阳能C6H12O6燃烧、分解、气化。。。CompanyLogo生物质能的定义与范畴CO2人类需要的能生物质的产生和利用循环8碳循环

生物质能的定义与范畴人类最重要的间接利用太阳能的方式氧循环

生物质利用：太阳能驱动的碳、氢、氧循环氢循环

CompanyLogo生物质能的定义与范畴人类最重要的间接利用太阳能的方式生物质利9生物质能的定义与范畴生物质包括：糖类（甘蔗、甜菜）；淀粉类（土豆、玉米）；纤维类（木材、农作物秸杆、杂草）等。CompanyLogo生物质能的定义与范畴生物质包括：糖类（甘蔗、甜菜）；淀粉类（10生物质能的定义与范畴生物质的化学组成C49%H6.5%ON

40%2.0%Ash2.5%CompanyLogo生物质能的定义与范畴生物质的化学组成C4911生物质资源特点和状况CompanyLogo生物质资源特点和状况12生物质资源特点和状况地球上每年生物质能总量约1400-1800亿吨(干重），相当于目前每年总能耗的10倍。总量大CompanyLogo生物质资源特点和状况地球上每年生物质能总量约1400-113生物质资源特点和状况通过碳、氢、氧循环利用太阳能的过程，理论上不产生温室气体，低含量的N，S化合物，可以大量减少SOx等有毒气体排放，被称为“绿色石油”。

每利用一万吨椐杆代替燃煤，可以减少CO2排放１.4t，SO240t，烟尘100t。低污染CompanyLogo生物质资源特点和状况通过碳、氢、氧循环利用太阳能的过程，理论14我国可利用的生物质资源量：1.农作物秸秆年产量约7亿吨2.林业及木材加工废弃物年产量约9亿吨3.畜禽养殖和工业有机废水年产沼气资源量约800亿立方米4.城市生活垃圾年产生量约1.2亿吨

生物质资源特点和状况分布广CompanyLogo我国可利用的生物质资源量：生物质资源特点和状况分布广www.15生物质能利用CompanyLogo生物质能利用Comp16生物质能利用生物质热化学转化（油、气）（高温分解、气化）生物化学转化（沼气、酒精）直接燃烧能源转换过程CompanyLogo生物质能利用生物质热化学转化（油、气）生物化学转化直接燃烧17直接燃烧CompanyLogo直接燃烧Compan18生物质能利用—直接燃烧热效率低于20%losslossCompanyLogo生物质能利用—直接燃烧热效率低于20%losslosswww19生物质能利用—直接燃烧炕：热效率20-30%CompanyLogo生物质能利用—直接燃烧炕：热效率20-30%www.them20生物质能利用—直接燃烧－发电秸秆直接燃烧发电垃圾直接燃烧发电CompanyLogo生物质能利用—直接燃烧－发电秸秆直接燃烧发电www.them21生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电热效率可达90%;生物质能净转化效率～40％CompanyLogo生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电热效率可达90%;生物质能净22生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电每两吨秸秆的热值相当于一吨煤，平均含硫量只有3．8‰，远远低于煤1％的平均含硫量。

丹麦:已建立了130多家秸秆生物发电厂。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24％以上。

1：1.4能源草秸秆CompanyLogo生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电每两吨秸秆的热值相当于一吨煤23河北晋州：两台秸秆直燃锅炉（华光股份生产，2台75t/h）。江苏如东：25MW生物质发电项目。江苏宿迁和句容：每个项目的装机容量为2.4万千瓦(完全采用我国自主研发设计和制造的秸秆直燃锅炉技术）。生物质与煤混合燃烧效果最佳生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电截至2006年，我国已经有100多个县市已经开始投建或签订秸秆发电项目CompanyLogo河北晋州：两台秸秆直燃锅炉（华光股份生产，2台75t/h）。24生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电

2005年，我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在枣庄十里泉发电厂竣工投产:引进了丹麦BWE公司的技术设备，对1台14万千瓦机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造。十里泉电厂CompanyLogo生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电2005年，我国首个25生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电生活垃圾焚烧后，质量只有焚烧前的10%，体积最多只有1/4。西方发达国家大都建有垃圾发电厂，美国在20世纪80年代兴建了90座垃圾焚烧厂，90年代又建了近400座发电厂，垃圾焚烧率达40％；日本垃圾电站有131座。CompanyLogo生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电生活垃圾焚烧后，质量只有焚烧26生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电垃圾电站CompanyLogo生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电垃圾电站www.themeg27生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电浦东御桥工业区：国内第一座日处理千吨以上的大型现代化生活垃圾发电厂，每天可处理120－150万城市居民产生的生活垃圾（约1000吨）。我国目前规模最大的垃圾焚烧厂——上海江桥生活垃圾焚烧厂，每天处理垃圾2000吨。截至2006年，我国已经建成有100多个日处理量在200吨以上的焚烧装置。CompanyLogo生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电浦东御桥工业区：国内第一座日28目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将超过3000座。生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电CompanyLogo目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将超过30029垃圾发电平均上网电价为０．５４元／千瓦时，发电成本为０．５元／千瓦时。火力发电成本仅为０．２元／千瓦时，水力发电的运营成本仅为０．０３／千瓦时－０．０５元／千瓦时。相比之下，垃圾发电成本是相当高的，没有任何竞争优势。

生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电CompanyLogo垃圾发电平均上网电价为０．５４元／千瓦时，发电成本为０．５元30热化学转化CompanyLogo热化学转化Compa31生物质能利用-热化学转化气化液化转脂反应CompanyLogo生物质能利用-热化学转化气化www.themegallery32生物质能利用-热化学转化-气化生物质气化是在高温条件下，利用部分氧化法，使有机物转化成可燃气体的过程，产物为CO、H2、CH4等可燃性气体。生物质气化供热供气发电CompanyLogo生物质能利用-热化学转化-气化生物质气化是在高温条件下，利用33用作锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对气体要求不很严格，直接在锅炉内燃烧气化气。效率低。在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。这种利用方式要求气化压力在10－30个大气压，有灰尘、杂质等污染的问题。在内燃机内燃烧带动发电机发电。这种方式应用广泛，而且效率较高。但该种方式对气体要求严格，气化气必须净化及冷却。生物质能利用-热化学转化-气化发电气化发电的三种方式CompanyLogo用作锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对气体要34生物质能利用-热化学转化-气化发电我国当前情况下，如果生物质收集范围大于50km，气化发电价格就会大于电网价格（约0·55元/度），而失掉经济性方面的优势；小于50km，燃料不足。

气化技术障碍燃气除焦电机要求焦油含量：0.02-0.05g/m3；H2<15%而汽化后焦油含量：2-50g/m3CompanyLogo生物质能利用-热化学转化-气化发电我国当前情况下，如果生物质35农村生物质生态循环型利用系统交大生物质能研究中心关键CompanyLogo农村生物质生态循环型利用系统交大生物质能研究中心关键www.36生物质能利用-热化学转化—液化热解液化（不需催化剂，650～800℃,原料需干燥）生物油（70％）和气体快速热解生物油（80～85％）和焦炭慢速热解高加热速率（102-104K/s）产物停留时间（0.2-3s）

干馏：木炭CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—液化热解液化（不需催化剂，650～37生物质能利用-热化学转化—液化旋转锥反应器oilCompanyLogo生物质能利用-热化学转化—液化旋转锥反应器oilwww.th38生物质能利用-热化学转化—液化CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—液化www.themegaller39生物质能利用-热化学转化—液化2.加压液化（需催化剂,300～350℃，原料不需干燥）12-20MPa停留时间：30min加水油（含水）CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—液化2.加压液化（需催化剂,3040生物质能利用-热化学转化—液化尚处于研究阶段CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—液化尚处于研究阶段www.them41生物质能利用-热化学转化—生物柴油用热化学法生产:动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，在酸或者碱性催化剂和高温(230～250℃)下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。BiodieselVegetableOil脂肪酸乙醇甘油CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—生物柴油用热化学法生产:动物和植物42生物质能利用-热化学转化—生物柴油CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—生物柴油www.themegall43生物质能利用-热化学转化—生物柴油1、仅需要对柴油机进行微小的改造甚至不需要改造。2、可以采用现有的柴油运输、销售网络。3、从全生命周期来看不产生CO2排放。生物柴油替代柴油的优势CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—生物柴油1、仅需要对柴油机进行微小44生物质能利用-热化学转化—生物柴油普通柴油价格（2006年11月数据）3500元／吨生物柴油价格（植物油3000元／吨）3750－4285元／吨生物柴油价格（植物油5000元／吨）6250－7140元／吨植物油成本高，占总成本的70％至80％现在：5000元/吨（植物油）

7000元/吨（柴油）CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—生物柴油普通柴油价格（2006年145生物质能利用-热化学转化—生物柴油欧洲：生物柴油使用最多，份额已占到成品油市场的5%；原料主要为菜籽油。

原料来源美国：大豆油；已开始通过基因工程方法研究高油含量的植物。日本：工业废油和废煎炸油。

棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—生物柴油欧洲：生物柴油使用最多，份46生物质能利用-热化学转化—生物柴油我国：地沟油是目前主要原料，麻风树、黄连木等油料作物有望大面积种植。地沟油。。。麻风树黄连木CompanyLogo生物质能利用-热化学转化—生物柴油我国：地沟油是目前主要47生物化学转化CompanyLogo生物化学转化Comp48发酵厌氧消化生物质能利用－生物化学转化CompanyLogo发酵生物质能利用－生物化学转化www.themegaller49生物质能利用－生物化学转化－发酵发酵催化酶糖发酵生物质醇CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－发酵发酵催化酶糖发酵生物质醇ww50乙醇汽车CompanyLogo乙醇汽车Compan51生物质能利用－生物化学转化－发酵1、糖类：甘蔗、甜菜等糖类生物质转化成乙醇相对容易，但原料成本高（60%价格）。2、淀粉类：淀粉类生物质（玉米、高粱、木薯）需要先水解成糖类。3、木质纤维类：木材、草等预处理更复杂，需要经过几种酸的水解才能变成糖。原料CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－发酵1、糖类：甘蔗、甜菜等糖类生52生物质能利用－生物化学转化－发酵陈化粮作为燃料乙醇生产原料木薯、红薯、甘蔗、甜高粱等非口粮（小麦、稻谷）农作物纤维质：桔杆、农林废弃物、工业纤维废渣

原料发展趋势CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－发酵陈化粮作为燃料乙醇生产原料53最新进展美国马萨诸塞大学的化学工程师GeorgeHuber找到一种有效的方法，成功地让柳枝稷、白杨树等植物的木质纤维素（即固态生物质能）转化为“绿色汽油”。

这是首次实现植物纤维素到汽油组分的直接转变。生物质能利用－生物化学转化－发酵CompanyLogo最新进展生物质能利用－生物化学转化－发酵www.themeg54生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化生物质细菌绝氧分解沼气（60％甲烷，30～40％CO2）大棚沼气发电机CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化生物质细菌绝氧分解沼气大55生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化www.themegal56生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化原料1、人、畜排泄物CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化原料1、人、畜排泄物ww57生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化沼液、沼渣沼气照明做饭沼气灯提高棚温增施气肥猪蔬菜沼气池粪便残叶CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化沼液、沼渣沼气照明做饭沼58BiogasdigesterComponent：Lavatory、Pighouse、biogasdigester、greenhouseFunction：IntegrationofPlant、animal、biogas、solarenergy

greenhousePiglavatorybiogasco2o2biogas、fermentedsludgeSmalltypebiogasdigesterCompanyLogoBiogasdigesterComponent：Lav59生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化2、垃圾原料垃圾填埋场经过特殊设计，可增加沼气产量，并且在填埋垃圾之前预先铺设收集气体的管道。CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化2、垃圾原料垃圾60生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化www.themegal61生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化上海南汇老港垃圾填埋场（国内最大的垃圾填埋场）的沼气收集和预处理系统一期工程已建成，开始实验性发电。CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化上海南汇老港垃圾62生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化CompanyLogo生物质能利用－生物化学转化－厌氧消化www.themegal63东滩生态农业可再生能源与氢能应用示范人畜粪便秸秆沼气发电中温烟气供热低温烟气余热利用堆肥大棚沼气站发电机科教基地秸秆气化灰肥料气化发电未来村庄能源系统展示馆氢能观光车分布式供能加氢站风光互补耦合制氢肥料土壤改良杀虫剂沼液CompanyLogo东滩生态农业可再生能源与氢能应用示范人畜粪便秸秆沼气发电中温64生物质能展望CompanyLogo生物质能展望Comp65生物质能展望1、欧盟：2010年生物质能源达到总能源消耗的7％（现在已经达到2％）

。2、美国：2010年生物质能源达到总能源消耗的4％，2020年达到5％（现在已经达到3％）。3、澳大利亚：2010年生物质能源达到总能源消耗的5％。4、巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3，近50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油参和比达到20％。CompanyLogo生物质能展望1、欧盟：2010年生物质能源达到总能源消耗的766生物质能展望CompanyLogo生物质能展望Comp67生物质能展望－中国目前生物质能源仅占0.5－1%。中国《可再生能源中长期发展规划》提出了到2020年中国可再生能源开发利用总量在能源供应结构中的比重达15%的目标，相当于6亿吨标准煤（1/6)。2020年生物质燃料替代1000万吨石油。中国CompanyLogo生物质能展望－中国目前生物质能源仅占0.5－1%。中国w68农林生物质发电20022002010年2020年垃圾填埋场沼气发电20100大中型沼气工程发电80300生物质发电总计3002600（万千瓦）生物质能展望－中国CompanyLogo农林生物质发电20022002010年2020年垃圾填埋场沼69生物质固体成型燃料

2010年:示范点建设，全国年消费100万吨

2020年:年消费量达到5000万吨农村户用沼气

2010年：110亿立方米/年

2020年：180亿立方米/年生物质能展望－中国CompanyLogo生物质固体成型燃料生物质能展望－中国www.themegal70生物质液体燃料

2020年：替代1000万吨成品油燃料乙醇：

以甜高粱茎杆、甘蔗和木薯等为原料

2020年，年产1000万吨生物柴油以麻疯树、油桐、黄连木、油菜籽等为原料餐饮等行业废油回收

2020年，年产100万吨生物质能展望－中国Compa