新能源与分布式发电技术.ppt

1、2，7生物量及其利用，值得关注的问题生物量是如何形成和如何获得的？ 生物量资源的特征是什么我国生物量资源的情况如何生物气是如何形成的？ 可以使用垃圾吗？ 生物质燃料的类型和特征是什么？ 生物质发电有什么方法？石油树是什么树？海藻和燃料有什么关系？教育目标是了解生物质的概念和资源状况，了解其特征和重要性掌握生物质燃料的类型，了解其生成方法掌握生物质发电的原理和主要方式。 3，7.1生物量和生物量，生物量是指有机物中除了化石燃料以外的所有动物、植物、微生物来源的物质，包括动物、植物、微生物以及从这些生物排出并代谢的有机物。7.1.1生物量的概念、小知识：光合作用、4、7.1.1生物量的来源、获得生

2、物量的途径有有机废弃物的回收利用、生物量来源的农林作物的培育两种情况。 另外，有些光合微生物形成有用的生物量。 5，5，7.1.2.1农林作物形成的生物量，(1)农林作业和加工的废弃物，如农作物秸秆、残渣和谷壳、林木的残枝、树叶、锯木、果核、果壳等。 (2)栽培的农林作物，如白杨等薪炭林树种，桉树等能源作物，苜蓿等草本植物。 酿酒的甜高粱、制糖的甘蔗、向日葵等油料作物。 另外，海洋和湖泊也提供了大量的生物量。 6，6，7.1.2.2其他形式的生物量，(1)动物粪便动物粪便是由植物体转化而成的，有机物丰富，数量多。 如果发酵释放大量温室气体处理不顺利，也会对水体造成污染。 (2)城市垃圾、城市垃

3、圾成分复杂，居民生活垃圾、办公室、服务业垃圾、建筑业垃圾和工业有机废弃物的一部分含有大量有机物。 请猜猜看。 每个家庭每年会产生多少垃圾？(3)有机废水工业的有机废水和生活污水中也含有很多有机物。 7，7，7.1.3生物量及其特征，生物量是指生物量中蕴藏的能量，通过直接或间接光合作用将太阳能转换成化学能量后，固定存储在生物体内。 每年产生的生物量总量达到14001800亿吨，所含生物量约相当于现在世界能源消耗量的10倍。 生物量长期以来为人类提供了最基本的燃料。 在不发达地区，生物量在能源结构中所占的比例很高，例如，在非洲一些国家，生物量达到了60%以上。 在当今世界的能源消费结构中，被称为仅

4、次于煤、石油、天然气的“第四能源”。 8、作为能源之一，生物质能具有以下特征： (1)可回收的(2)可贮藏和运输的(3)资源分散(4)多来自废物，7.1.3生物质能及其特征，9，7.1.3我国的生物质能资源，中国丰富的生物质能资源(1)秸秆等农业生物量每年农作物秸秆产量达到7亿吨，约3亿吨作为能源。 另外，几个大型米工厂每年能收集2000万吨左右的稻壳。 (分布情况，详见教材)，(2)林木生物量、林木生物量资源多分布于中国主要林区，其中西藏、四川、云南三省区的储量占全国的一半。 10、(3)家畜粪主要来源于大家畜和大型畜类养殖场，集约化养殖产生的畜类粪约为4亿吨。 主要分布于河南、山东、四川、

5、河北等养殖业和畜牧业发达地区。 7.1.4我国的生物量资源，(4)城市垃圾和废水工业的有机废水排放量高达20亿吨以上(不含乡镇工业)。 每年城市垃圾产量在1.5亿吨以上，有机物含量约37.5。 生物量的主要分布区在西南、东北、河南、山东等地。 关于分布情况，请参阅教材。 我国生物量的分布与普通能源有一定的互补性，在一次能源储量低的地区有开发生物量的巨大潜力。7.1.4我国生物量资源，12，7.2生物量利用概要，7.2.1生物量利用历史，原始农业社会，秸秆和柴火一直是主要的燃料，这是传统的生物量，有时总称薪炭。 1860年，薪炭在世界能源消费中所占的比例还达到了73.8%。 随着化石燃料的大量开

6、发利用，工资炭能源的比例逐渐下降。 1973年能源危机的爆炸和矿物能源的严重污染使可再生能源在国际上得到了广泛的重视和发展。 更广泛的生物质源、更多的生物质利用方式，逐渐被人类发现和普及。 专家预计到21世纪中叶用新技术生产的各种生物量替代燃料将占全世界能源消耗量的大比重。 13、7.2.2生物量利用形式，生物量利用主要是将生物量变成可直接利用的热能、电能和可储藏的燃料。 生物量的组成与化石燃料几乎相同，利用方式也相似。 通常的能源利用技术不会有很大变化就能应用于生物量。 但是，生物质的种类很多，各有不同的属性和特征，应用方式也多样化，可能比利用化石燃料复杂得多。 14，7.3.1生物质能利用

7、的形式，15，7.3生物质燃料，7.3.1固体生物质燃料，(1)生物质直接燃烧直接燃烧是最古老、最广泛的生物质利用方式。 得到的热可以直接利用，也可以进行之后的转换(发电等)。 但是，直接燃烧的转换效率往往很低。 与煤相比，生物质燃料的特征是，烃因热分解而挥发的成分多，放出的能量为过半数的氧含量多，容易着火，不太供给氧的密度小，容易充分燃烧，灰中残留的碳量少，碳含量少，能量(16、(2)固体燃料以木质素为粘合剂，将松秸秆、枝、木屑等农林废弃物挤出为特定形状的固体燃料，即压缩成型。 压缩成形可以解决天然生物量的分散、密度低、松体积大导致的储藏困难、使用困难等问题。 原料主要是锯屑、木屑、稻壳、稻

8、草等，其中含有纤维素、半纤维素和木质素，占植物成分的2/3以上。 7.3.1固体生物质燃料，是将原料粉碎成一定细度后，在一定压力、温度和湿度条件下挤出成棒状、球状、颗粒状的固体燃料。 17、其能量密度相当于中烟炭，热值显着上升，便于储藏。 7.3.1固体生物质燃料，(2)固体成型燃料，18，气体燃料的优点，可以直接燃烧驱动发动机和涡轮，能量转换效率比生物质的直接燃烧更高，运输方便等。 (1)木气燃烧的生物量，在高温条件下经过干燥、干馏热分解、氧化还原等过程，能产生可燃性混合气体，被称为生物量气体，通称为“木气”。 主要成分是CO、H2、CH4、CmHn等可燃性气体和CO2、O2、N2等不燃性气

9、体和少量水蒸气。 另外，也有由多个碳酸化合物构成的大量煤焦油。 7.3.2气体生物质燃料，19、原料多为原木生产和木材加工残留物，柴、农产品。 通过生物质气化产生的混合气体成分有可能略有不同。 7.3.2气体生物量燃料，(1)木气，现在常用的生物量气体发生器，热分解装置和气化炉。 所谓热分解，是指在隔绝空气和空气不足的不完全燃烧条件下加热生物质原料，切断生物质分子中的化学键，分解成分子量低的CO2、H2、CH4等可燃性气体。 气化炉的原理：将原料送入炉内，在加入燃料点火的同时，从吸气口向炉内送风，通过一系列的氧化还原反应形成气体。 沼气中可燃性气体的比例低，热量低。 20、人畜粪、农林废弃物、

10、有机废水等在密封装置中利用特定的微生物进行分解代谢，产生可燃性混合气体，称为甲烷。 主要成分是甲烷(CH4 )，通常体积占60p%。甲烷的发热值高，完全燃烧时仅生成CO2和H2O，放出热能的是清洁的燃料。 1m3甲烷的含量相当于标准煤0.8公斤。 7.3.2气体生物质燃料，(2)利用甲烷、21、微生物代谢作用生产产品的过程称为发酵。 甲烷发酵又称厌氧消化，有机物在一定的水分、温度、厌氧条件下，通过多种微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体。 7.3.2气体生物量燃料，(2)甲烷、沼气池必须满足多种条件(微生物的生存、繁殖) :沼气池必须密闭。 维持2040。 需要充分的养分。 发

11、酵原料必须含有适量的水。 pH一般控制在78.5。 22，7.3.2气体生物质燃料，(2)沼气，中国农村推进的沼气池多为水压式沼气池，详情请参照教材。 截至2006年底，全国农村约有2200万户农村家庭已经利用沼气能源。 特别是在西部地区，发展很快。 甲烷发酵技术对工厂废水、城市生活垃圾、农业废弃物等有很好的处理效果，具有积极的环境保护意义。 23、主要包括燃料乙醇、植物油、生物柴油等，可以用普通的液体燃料代替柴油、汽油等。 生成途径有热分解(介绍)和直接液化法等。 固体生物量经过一系列的化学加工过程转化为液体燃料，称为生物量的直接液化。 直接液化的产品，物理稳定性和化学稳定性更好。 7.3.

12、3液体生物质燃料，24，乙醇为通称酒精，再脱水(含量超过99.6% )，加入适量的改性剂后就变成燃料乙醇。 主要原料：淀粉质原料，白薯，马铃薯等糖质原料； 纤维素原料，如农作物秸秆、林木的加工残渣等。 7.3.3液体生物质燃料，(1)燃料乙醇，25，乙醇每次完全燃烧都会产生30MJ左右的热量，是优质的液体燃料。 燃料乙醇的生产成本几乎相当于汽油和柴油，产生的环境污染非常少。 经过适当的加工，也可以制成乙醇汽油等用途广泛的工业燃料。 7.3.3液体生物量燃料，(1)燃料乙醇，世界上最大的生物量燃料乙醇生产系统(详细见教材)利用植物原料生产乙醇产品最早的国家(俄罗斯)。 乙醇燃料开发利用最有特色的

13、国家(巴西)。 在美国的汽车用油中添加了乙醇的东西也很高。 26、利用含油植物的果实、叶、茎，经压缩、提取、提取、精制等处理过的油料。 发热量一般为3739MJ/kg，比柴油稍小。 无论单独使用还是与柴油混合，植物油都可以在柴油机上直接燃烧。 但是，直接燃烧的话，汽缸会残留着燃烧不完的碳。 7.3.3液体生物质燃料，(2)植物油、27、通过一系列加工处理生产的液体燃料。 原料有植物油脂、动物油酯、废弃食用油等。 生产主要以化学法为主，即原料油和甲醇、乙醇在酸、碱、生物酶等催化作用下进行酯交换反应。 性质接近普通柴油，是汽油、柴油的优质替代燃料。 也可以以一定比例与柴油混合使用。 7.3.3液体

14、生物质燃料，(3)生物质柴油，28，7.4生物质发电概要，7.4.1生物质发电的基本原理，生物质发电是利用生物质直接燃烧或转化为某一燃料后燃烧产生的热发电。 生物质发电的流程一般来说是收集各种各样的可以利用的生物质原料，通过一定的工艺的加工处理，变成能高效燃烧的燃料，将这两个阶段大致分为燃料放入锅炉使之燃烧，产生高温高压蒸汽，驱动涡轮发电单元，实现电气能源生物质发电的发电过程与通常的火力发电相同，使用的设备也没有本质的差异。 29、生物质发电的特殊性是燃料准备。 一般对生物质实施干燥、压缩、成型等预处理。 如果不采用直接燃烧方式，有必要通过特殊的工艺实现生物质原料向气体或液体燃料的转化。生物质

15、发电涉及原料的收集、包装、运输、储藏、预处理、燃料制造、燃烧过程的控制、灰渣利用等多个环节。 7.4.1生物质发电的基本原理，在生物质能发电的同时，还能经常实现资源的综合利用。 馀热和灰渣等。 30、生物量发电具有以下特点： (1)适合分散建设，适合在当地使用，(2)技术基础好，建设容易，(3)碳排放量比化石燃料少，(4)变成宝，环保，7.4.2生物量发电的特征，生物量发电(2)能源作物需要占有大量土地，31、生物量发电始于1970s年代。 1988年，世界上第一个秸秆生物燃烧发电站诞生了。 1992年，英国第一座利用动物粪便的发电站建成了。 7.4.3生物量发电的发展情况，2000年，欧盟1

16、5个国家电力的1.5%来自生物量。 虽然生物质发电产业保持持续稳定增长，主要集中在发达国家，但印度、巴西、东南亚等发展中国家也积极引进研发和技术，建设生物质直燃发电项目。 32，2004年，世界生物量发电机达到3900万千瓦，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。 7.4.3生物质能发电的发展状况、欧盟和美国等多个国家将此列入重点发展和扶植项目。 欧盟计划到2010年末，生物量利用量将比2003年翻倍。 33、作为农业大国，中国非常重视生物量发电。 2003年以来，国家相继批准了几个秸秆发电示范项目。 到2007年末，国家和各省发展改革委员会批准了87个生物量发电项目，总设备规模为220

17、万千瓦，到2008年增加到万千瓦。 可再生能源中长期发展计划制定的发展目标是，到2020年为生物质能发电机万千瓦。 总体来说，生物质发电行业具有广阔的发展前景。 7.4.3生物质发电的发展情况，34、直接燃烧发电，即处理的生物质利用(不转换)燃料，燃烧放出的热在锅炉中产生高压过热蒸汽，在涡轮膨胀中工作。 直接燃烧发电的原理和发电过程与通常的火力发电相同，使用的设备也本质上没有区别。 常见的原料是秸秆、柴炭木材和其他农林废弃物。 设备投资高，效率低，将来也很难明显改善。 为了提高热效率，可以考虑采用各种回热、再热对策和联合循环方式。 7.5生物质发电技术，7.5.1直接燃烧发电，35，美国在直接

18、燃烧发电方面居世界首位。 巴西有独特的生物质燃烧技术，已经有近百年的历史。 世界上最早发展秸秆燃烧发电的国家最大的秸秆发电站。 7.5.1直接燃烧发电，36，我国每年废弃的农作物秸秆约有1亿吨。 把这些稻草用于发电，相当于“三峡”的发电量。 到2007年底，生产的生物质直燃发电项目超过15个项目，建设项目较多。 7.5.1直接燃烧发电，中国最多：自主知识产权秸秆发电项目最大的生物质直燃发电机组。 37、甲烷发电是以甲烷为燃料的热动力发电。 7.5.2甲烷发电，发动机排出的馀热约占燃烧热量的四分之一，被废气热交换器用于消化池的升温和供暖，能源利用率达到60以上。 甲烷发电的规模，50kW以下为小型，50500kW中型，500kW以上为大型。 38、甲烷发电开始于1970s年代初期。 美国有很多成熟的技术和工程，处于世界领先水平。 欧洲的单体容量为2MW，填补甲烷的发电量都接近2度。 甲烷发电在我国也受到重视。 目前正在生产0.8kW5MW的沼气发电机组。 7.5.2甲烷发电，世界最大和中国最大：世界最大的垃圾甲烷发电厂中国第一个沼气发电厂世界最大的牲畜甲烷发电厂全球大型甲烷发电示范工程。 39、