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()替代优势。
洁、低碳。
(3(4)原料丰富。
利用途径:
生物质能的利用主要有直接燃烧、
生物质种途径。
热化学转换和生物化学转换等3的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质的热化学转换生物质能利用的主要方式。
炭是指在一定的温度和条件下,使生物质汽化、化、热解和催化液化,以生产气态燃料、液态燃生物质的生物化学转换包料和化学物质的技术。
括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。
二.生物质能国内外利用现状
目前,生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源。
生物质能是重要的可再生能源资源,具有资源种类多、分布广的特点,在当今能源日趋紧张的情况下,越来越引起人们的关注。
生物质中硫含量和灰分含量较低,利用过程中对环境污染小,不会增加自然界碳的循环总量,对于未来的能源战略具有深远意义。
根据BP公司2013年统计年鉴可知,世界生物燃料的产量由2002年的11830千吨油当量。
60286年2011千吨油当量增加到.
根据ELInsights于2010年9月发布的报告,从2010年到2015年,全球生物制造市场预计将从5729亿美元增加至6937亿美元,相当于在此期
间的复合年增长率(CAGR)为3.9%。
2.1国外生物质能的利用情况
美国国会于2008年5月通过一项包括加速开发生物质能源的法案,要求到2018年后,把从石油中提炼出来的燃油消费量减少20%,代之以生物燃油。
据《2010年美国能源展望》,到2035年美国可用生物燃料满足液体燃料总体需求量增长,乙醇占石油消费量的17%,使美国对进口原油的依赖在未来25年内下降至45%。
2009-2035年美国非水电可再生能源资源将占发电量增长的41%,其中生物质发电占比最大为49.3%。
美国还欲在中西部打造航空生物燃料基地,这将极大促进美国航空行业的绿色发展
据欧洲EurObserv公司于2010年12月发布的统计报告,2009年欧洲从固体生物质生产的一次能源又创新高,再次达到7280万吨油当量,比2008年增长3.6%。
统计表明,欧洲成员国2008年从固体生物质生产的一次能源比2007万吨油当量。
这一150,即增长达2.3%年增长
增长尤其来自生物质发电,比2007年提高10.8%,增长5.6TWh。
来自固体生物质发电的增长尤为稳定,自2001年以来年均增长率为
14.7%,从20.8TWh增长到2009年62.2TWh。
2009年这一生产的大多数即62.5%,来自于联产设施。
欧盟生物质基电力生产自2001年以来翻了二番,从2001年20.3TWh增长到2008年57.4TWh。
欧洲委员会于2010年5月表示,已采取积极步骤来改善欧盟的生物废弃物管理,并以此取得大的环境和经济效益。
分析指出,欧盟运输业2020年可再生能源目标约1/3将可望通过使用来自生物废弃物的生物气体来得以满足。
瑞典是世界上道路交通最不依赖于化石燃料的国家之一,据报道,2009年,瑞典政府批准了一项计划,到2020年将使可再生能源达到该国能源消费总量的50%。
此外,该国旨在到2030年使其运输部门完全不依赖于进口化石燃料。
根据瑞典生物能源协会(SwedishBioenergy
Association)统计,瑞典从生物质产生的总的能源消费在2000-2009年期间已从88TWh增加至115TWh。
而在此期间内,基于石油产品的使用年,2009。
至112TWh减少至142TWh量已从
生物质已超过石油,成为第一位的能源来源,占瑞典能源消费总量的32%。
据预测,生物质能的消费在2011年将继续再增长10%。
在瑞典,
生物质供热发电1030亿度,占全国能源消费总量的16.5%,占供热能源消费总量的68.5%。
瑞典首都斯德哥尔摩清洁能源轿车约10万辆,包括使用乙醇的车、使用生物燃气车和混合动力车,占轿车总量的11%。
瑞典计划到2020年在交通领域全部使用生物燃料,率先进入后石油时代。
德国政府提出了生物经济战略,提出通过大力发展生物经济,以摆脱对化石能源的依赖、增加就业机会、实现可持续发展、提高德国在经济和科研领域的全球竞争力,且在2010年,启动了“2030年国家生物经济研究战略通向生物经济之路”科研项目,计划2011年至2016年间投入24亿欧元用于生物经济的研发应用。
英国生物质生产商和出口商公司非洲可再生能源公司(AfriRen)于2010年12月宣布,进军非洲大陆开发生物质能,该公司与非洲领先的农业集团SIFCA旗下的GRE公司签订长期生物质营业收入为万人,2.1公司拥有GRE供应合同,
6亿欧元。
AfriRen公司与合作伙伴将初期投资1600万美元,为欧洲生物质购买商创建一个平台。
欧洲目前进口的几乎所有生物质都来自于美
洲,AfriRen公司将采用最新的技术在非洲开发可再生能源项目。
AfriRen公司旨在成为非洲最大的生物质生产商,预计仅从其在加纳的作业,自2011年起每年就可出口12万吨木屑,木屑符合欧洲生物质规格和可持续性标准。
这是AfriRen公司第一个项目,该公司已与SIFCA旗下的加纳橡胶Estates公司签约8年合同,从他们在Takoradi附近的橡胶树种植区出口木屑生物质。
丹麦正准备在全国前5大城市,逐步减少并淘汰燃煤发电站,要求发电站进行技术改造,使用生物燃料替代煤和燃油,作为城市生产和生活的主要能源来源。
巴西所有汽油中都强制加入了25%的乙醇,2010年起所有普通柴油中生物柴油的比例也达到5%,提前三年进入B5时代。
凭借生物能源这张王牌,巴西政府表示有信心实现到2020年减排36%的目标。
年开始了石油和农业领域的2004印度于
“无声革命”,制订了2011年全国运输燃料中必须添加10%乙醇的法令。
2.2我国生物质能的利用情况
我国拥有丰富的生物质能资源,据测算,我国理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤,是目前中国总能耗的4倍左右。
在可收集的条件下,中国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质,包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、工业有机废渣与废水等。
我国十八大报告中就明确提出“支持节能低碳产业和新能源、可再生能源发展,确保国家能源安全”。
《中华人民共和国可再生能源法》和《可再生能源中长期发展规划》的制定,以及国内相关鼓励政策的推行,加快了我国生物质利用技术的发展。
近年来我国生物质能源行业发展迅速,主要利用方式有以下5种:
(1)生物质成型燃料
目前国内生物质成型燃料主要用于发电厂和工业锅炉的燃料等,仍处于市场发展初期,能实现规模化生产的企业不多。
大部分企业的生产规模较小,企业生产工艺不稳定、生产设备的技对下游生物质成型燃故障率比较高,术不成熟,
料应用市场的开拓工作较为滞后。
(2)生物质气体燃料
①沼气
沼气技术是我国发展最早、最普遍推广的生物质能源利用技术。
户用沼气在我国已经有几十年的发展历史,目前已基本成熟。
据农业部统计,“十五”期间政府累计投资34亿元用于农村户用沼气的建设。
至2010年,全国农村户用沼气总数达到4,000万户,占适宜农户的30左右,年生产沼气155亿立方米。
②生物质可燃气(BGF)
在缺氧条件通过高温气化工艺,将固体生物质原料转化为清洁的燃气。
瑞典、美国、意大利、德国在该领域处于领先水平。
国外生物质气化装置一般规模较大,自动化程度高,工艺较为复杂,以发电和供热为主。
近年来,我国生物质气化技术取得了重要突破,发行人与中科院广州能源所联合开发了BGF代油/气技术,并拥有这一技术的知识产权,该技术目前已成功应用于华美钢铁60万吨/年钢铁加热炉生产线。
(3)生物质发电
和相关可再生能源财《可再生能源法》随着
政补贴政策的出台,尤其是国家对生物质发电厂的上网电价优惠措施的实施,我国生物质发电发展迅速。
截至2010年底,全国投产和在建的秸
秆直燃发电项目170多个,总装机容量约400万千瓦,其中已投产的装机容量约为150万千瓦(资料来源:
国家发展改革委有关负责人就《“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案》有关问题答记者问)。
目前,我国生物质发电行业尚处于起步阶段。
(4)生物质液体燃料
①生物乙醇
我国生物乙醇生产规模相对较大,主要以粮食为原料。
由于我国人均耕地面积不足1.4亩,不足世界平均水平的40%,使得我国以粮食为原料的生物乙醇发展潜力有限,大规模利用存在原料供应的瓶颈。
为了避免“与人争粮、与粮争地”,2007年9月,国家发改委发布《关于促进玉米深加工健康发展的指导意见》指出,“十一五”期间我国原则上不再核准新建玉米深加工项目,要求各地立即停止备案玉米深加工项目,而且对在建、拟建项目进行全面清理,对已备案并大力鼓励发展非粮食尚未建的项目全面叫停,
目前国内数家企业和作物为原料开发生物乙醇。
科研单位都在积极开展纤维素乙醇的研究及产业化尝试。
②生物柴油我国生物柴油产业化发展起步于本世纪初,
我近年来,随着生物柴油产业日益受到国重视,《液态生物质燃料发根据国生物柴油发展较快。
年全已建2007展的社会经济影响分析》统计,家,年生20成的万吨级生物柴油生产企业大约多万吨,主要原材料为油料作物、油30产量约料林木果实及各种植物油、废弃油。
③生物质裂解油我国在生物质裂解油方面也取得了一目前,
些进展,但仍未达到大规模产业化的阶段。
我国生物质能2表
源上市公司及股票分介绍相关企业和股票类生物质的直接燃烧和固化成直华西能源型技术的研究开发主要着重接(002630)
份股光华于专用燃烧设备的设计和生燃.
烧物质成型物的应用。
(600475):
垃圾焚烧炉制造。
30015火、特种供者
30009:
焚烧炉备
生物质气化技术是将固体物质置于气化炉内加热同30033
通入空气、氧气或水蒸气,来质产生品位较高的可燃气体。
气它的特点是气化率可达化70%以上,热效率也可达85%。
生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等.
不同用途。
液由生生物乙醇是指通过微龙力生物物质体生物的发酵将各种生(002604)
精。
它可以单独或00093汽油混配制成乙醇油作为汽车燃料60023
00075
料。
60019
生物丁醇的蒸汽压低,与汽油混合时60080杂质水的宽容度大:
甲醇、而且腐蚀性较小,甲醚
醇、荒物丁比,能够与汽油达到(600598)醇、生更高的混合比:
拥有甲醇柴物项目
油、生生物柴油指以油料作国际实业物甲物如大豆、油菜、棉、(000159)
醇等。
棕榈等,野生油料植
物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为
原料油通过酯交换艺制成的可代替石柴油的再生性柴油料
沼气的传统利用和合利用技术:
通过00203
术,沼气用于农户活用能和农副产品产加工,沼液用于料、生物农药、培料液的生产,沼渣原)于肥料的生产,建立且在起以农业为龙头,以适宜沼气为纽带,对沼气、的温沼液、沼渣的多层次度、湿利用的生态农业模度条式。
件下,和民ST沼气发电技术:
沼气.
经过燃烧发电时随着大型(002234)
微生沼气池建设和沼气综物的合利用的不断发展而
出现的一项沼气利技术,它将厌氧发处理产生的沼气用发动机上,并装有合发电装置,以产电能和热能
气体沼气燃料电池技术
用沼气(主要成分CH)作为燃料的池与氧化O反生COH2O应中得失电子就可生电流从而发电
天然气,是一种理想的气燃体.
料,它无色无味,
燃烧
生物质通过气化和微生物
化脱氢方法制氢但将其他质转化为氢并不容易燃烧发电:
直接燃发电是将生物质在00261炉中直接燃烧,生电发)000939是蒸汽带动蒸汽轮机及(术份韶能电股生将发电机发电。
)质技物(000601混合发电:
生物质还份能源术股达泰可以与煤混合作为燃)(化转000652料发电,称为生物质新高电为湖东混合燃烧发电技术。
能的混合燃烧方式主要有(600133)
一种两种。
一种是生物质哈投股份技术,直接与煤混合后投入(600864)
燃烧,该方式对于
料处理和燃烧设备求较高,不是所有60002煤发电厂都能采用:
涉足生发电一种是生物质气化质能运营生的燃气与煤混合烧,这种混合燃烧
统中燃烧,产生的汽一同送入汽轮机电等电机组
垃圾发电:
垃圾发包括垃圾焚烧发电垃圾气化发电,垃圾焚烧发电是利用垃圾在焚烧锅炉中燃烧放出的热量将水加热获得过热蒸汽,推动汽轮机带动发电机发电。
通过化学反应时电子的转移原
产物和直接燃烧制成原电池,电池相同但是能量能充分利用。
生物质燃料的利用技术三.
生物质燃料按其存在状态可分为:
固体生物质燃料、液体生物质燃料和气体生物质燃料,下面将从这三个方面对生物质燃料的利用技术进行介绍。
图1生物质能利用途径图
3.1固体生物质燃料
3.1.1直接燃烧
直接燃烧所耗用的生物质能源主要是农作物.
。
秸秆和薪柴。
在牧区也燃用少量的牲畜粪便
使得生15%,该方法燃料利用效率低,为5%~,节能炉灶的推物质燃料被认为是“贫穷燃料”
。
垃圾焚烧技术~广将效率提高到了25%30%目前主要的燃烧方式是改进后的属于直接燃烧,循环流化床垃圾锅炉等链条炉排和马丁炉排等,德国、法国、美,新技术的方式正处在发展阶段国等国家在垃圾的能源利用方面处于领先地位。
3.1.1.1燃烧技术直接燃烧生物即利用燃烧设备(锅炉和炉灶)质燃料。
炉灶燃烧的优点是操作简单,投资小,对生物质10但燃烧效率低%~25%)规模小,、锅炉燃烧可以通过使用资源利用产生极大浪费。
实现生物质的大规先进的锅炉技术和燃烧技术,锅炉燃烧主模高效燃烧,但投资大和操作复杂。
要包括层燃技术和流化床燃烧。
)层燃技术。
适于燃烧含水率较高和粒径不(1,匀的生物质燃料,一般额定功率不高于20MW采用的锅炉主要有往复推广泛应用于各个行业,公司丹麦ELSAM在国外,饲炉排炉和链条炉。
耐腐蚀和燃烧效率高等特点改造出具有耐磨损、型锅炉;
国内,田宜水等研究设计Ben-son的.
翟学民研制双燃烧室结构的秸秆直燃热水锅炉,出闭式炉膛结构的甘蔗渣锅炉。
)流化床技术。
具有热容大、燃烧效率高、2(
主要用有害气体排放少等优势,传热传质性好、于燃烧水分大和热值低的生物质燃料。
在国外,公司成功研制出大型燃废木循环流化CE美国的热效瑞典研制的大型流化床锅炉,床发电锅炉;
市建造的泥芬兰在率可达到80%;
Kelionlahti燃料为泥煤和碎木煤与生物质混烧流化床锅炉,电功率,热功率为200MW屑。
该锅炉容量为,向240WMJvvaskv-lan市供热。
固化成型3.1.2
固化成型技术,可将低品位生物质转化为便
在固于储存、运输和利用的高品位生物质燃料。
化成型的过程中往往需要加入粘结剂来增加其生物质制品的主要原料表观密度和抗破损能力。
为农林类废弃物,如秸秆、木屑和玉米芯等。
3.1.2.1成型技术目前普遍使用的固体生物质燃料生产技术首先需对生物原材料进行所示。
工艺流程如图2收集处理,去除水分多、灰分高、污染高、热值使低和不易燃烧的生物原材料后进行干燥处理,
然后进行其既便于燃烧也便于运输和成型处理;
粉碎和压缩处理,在压缩的过程中也可在这一过程中加入助燃一般需加入黏结剂,
剂,若黏结剂与助燃剂两者合二为一效果更佳;
运输和存储的固体生物质燃最后形成便于燃烧、料。
固体生物质图2
燃料生产流程固体生物质燃料生产技术按生产条件的不同,可分为常温湿压成型、热压成型、冷压成型常温湿压成型技术指将纤维素和炭化成型技术。
皱原料置于常温下浸泡水解处理,使纤维软化、裂、湿润、水解后压缩成型。
该技术设备简单,操作简便,但部件磨损较快,烘干成本高昂,燃烧特性较差,不利于推广使用。
热压成型技术根据加热部位分为非预热成型技术与预热成型技术。
非预热成型技术只对成型部位进行加热,而预热成型技术不仅对成型部位加热,而且在原料预热成型技术通过减进入成型机之前也需加热。
冷压成低成型压力,使成型部件寿命大幅提高。
型技术指在常温下将生物质颗粒高压挤压成型。
可在压缩过程中添该技术需要很大的成型压力,
炭化成型技术根加一定量粘结剂降低挤压压力。
据炭化阶段的先后可分为先炭化后成型与先成该技术将生物质原料炭化成粉末状木型后炭化。
炭后,添加一用压缩成型机压成一定规格与形状定量粘结剂,该技术可有效减低成型部件磨损及的成品木炭。
挤压过程中的能量消耗,但不利于贮存运输。
图3生物质固体颗粒燃料
3.1.2.2燃烧技术
成型生物质燃料因具有体积小、密度大、储运方便、燃料致密、无碎屑飞扬、燃烧持续稳定、.
燃烧后的灰渣和烟气中污染物含量燃烧效率高、小等优势,受到越来越多的研究和应用。
另外,推由于生物质成型燃料燃烧设备生产技术成熟,
动了固体生物质燃料燃烧技术在各领域中的普成型生物质燃料燃烧研究在国内虽然取遍使用。
得了一定的成果,但技术远落后于国外,因此,开发具有我国自主知识产权和符合我国国情的成型生物质燃料燃烧技术是我国未来发展的一个目标。
)
3.1.3与煤混燃(生物煤易受水分多、由于成型生物质燃料热值低、
较难满足连续稳定燃烧与供应季节及区域影响,要求,而煤是一种非再生的、不清洁的能源。
将煤与生物质混合燃烧不仅可以克服各自的缺陷,低品位的煤炭而且对原有的燃烧设备改变不大。
左右配(3和农林产业废弃物∶1
煤,被称为生物煤制成的复合固体燃料比),粉碎)、农林产业废弃物(生物质通过干燥、炭,(连同脱硫固化剂消石灰)同时加入混合搅拌机脱硫剂的加接着送入辊式压力机连续制压成型。
生物质又提,入使燃烧灰固定了大部分的硫磺生物质与煤混合燃烧国外,高了煤炭的燃尽性。
美国和欧盟等发达国技术已进入商业示范阶段,家已建成一定数量生物质与煤混合燃烧发电示,700MW范工程,电站装机容量通常在50~
,燃料包括农作物秸秆、50MW少数系统在5~废木材、城市同体废物以及淤泥等。
国内,对生物质与煤混合燃烧的研究但大部分都停留在生物质与煤燃烧的排放较多,特性上,而对先进设备与技术研究相对滞后。
液体生物质燃料3.2
液体生物质燃料因具有资源丰富、价格低廉、零排放等优势而作为石油替代燃料最为可再生、液体生物质燃料理想,受到越来越多人的青睐。
其中燃料乙醇是主要包括燃料乙醇和生物柴油,被看好的石油替代燃料。
燃料乙醇3.2.1世纪初叶,燃料乙醇因石油可大规模、20
因燃料乙醇具有而如今,低成本开发而被淘汰,低廉、安全、环保、清洁和可再生等优点而作为国外,被越来越多的人关注。
最佳石油替代燃料,巴燃料乙醇在燃料市场中所占的比例逐年增加,亿升增加到24.3西的乙醇出口量由2005年的美国燃料乙年,2001-2006亿升;
80年的2010.
亿美元,减少石醇产业为联邦政府增加税收192010亿美元;
1.7油进口亿桶、减少外汇支出87年,美国环保署宣布同
提10%意将美国汽油中的乙醇含量上限由目前年以后生产的汽车,但只推荐高到15%2007使用。
我国在这方面也取得了令人瞩目的成就,2005年宣布推广车用乙醇汽油以来,自20012007年底,成为世界第三大燃料乙醇生产国,万吨。
年仅汽油添加燃料乙醇就达到5503.2.1.1生产技术%以上,高燃料乙醇的乙醇含量一般为99.5,生产过程对脱水处理要求于无水乙醇(%)95共沸其脱水方法主要有萃取精馏法、更加严格,目前精馏法、吸附分离法和离子交换树脂法等。
主要包括原料成本和燃料乙醇的生产成本较高,如何降低成本提高其在燃料市因此,能耗成本,场中的竞争力成为该领域的研究热点。
利用木薯等淀粉质原料生4图产乙醇的工艺流程图应用领域3.2.1.2
其应用领作为最佳石油替代燃料的燃料乙醇,农业和交通运输行可应用于工业、域十分广泛,燃料乙醇迎随着各国碳排放体系的建立,业等。
来了更加光明的前景,特别是在航空运输行业,降低成通过使用燃料乙醇可以减少大量的碳税,本,提高竞争力。
生物柴油3.2.2
生物柴油是利用动植物油脂生产出来的一
具种分子量与柴油接近的长链脂肪酸单烷基酯,低、高VOC有十六烷值高、润滑性好、无毒、可被用来替代柴油和闪点和可生物降解等优点,生物柴油已经被国外,作为化工产品原料使用。
万公1180广泛使用,2003年德国耕地面积为年已2005万公顷种植了能源植物,90其中顷,
多个生物柴油加油站;
美国生物柴油1800拥有年20002015的产量自年起快速增长,预计到650万吨。
近年来我产量将达
国生物柴油发展迅速,并取得令人瞩目的成就,但因其原料短缺、成本较高、政策扶持不到位而频频受阻。
表3为世界部分国家生物柴油发展目标及主要原材料,由表3可见,各国对未来生物柴油的发展非常重视,并制定了详细的目标。
表3部分国家生物柴油发展目标及主要原材料
生产技术3.2.2.1.
微乳生物柴油生产技术主要有直接混合法、
化法、高温热裂解法、酯交换法、酶催化法。
其高温热中直接混合法和微乳化法属于物理方法,
裂解法、酶催化法和酯交换法属于化学由法。
种主要生产技术的优缺点,4罗列了4表优缺点也不表可知,各技术所需原料不尽相同,制备生物柴油最多的方法是酯交换相同。
目前,酯交换法以甘油三酸酯与甲醇在碱催化下通法,工艺简单、该方法具有原料广泛、过酯交换制得。
也存在产品性质稳定等特点而广泛使用。
同时,一些不足,如生产过程中会产生大量碱性废水、设备腐蚀严重而制约其进催化剂不易分离回收、一步发展。
生物柴油各4表
生产技术的对比
应用领域3.2.2.2不仅可生物柴油的制备原料来源十分宽广,易繁殖以变地沟油为宝,而且还可以通过
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