燃料乙醇 200万吨 200万吨 1000万吨 1000万吨 3000万吨 3000万吨 生物柴油 20万吨 24万吨 400万吨 480万吨 1000万吨 1200万吨 生物合成 100万吨 100万吨 1000万吨 1000万吨 燃 和裂解油 沼气和气200亿m3 0.18亿吨 400亿m3 0.36亿吨 600亿m3 0.54亿吨 化 成型燃料 5000万吨 0.26亿吨 合计 0.382亿 吨 1.418亿 吨 2.82亿吨 发展方向 ? 资源开发路线： ? 近中期：以利用农林废弃物为主，兼顾发展能源作物和能源植物； ? 长期：以能源农业和能源林业为主，兼顾开发能源藻等新型生物质资源 ? 技术发展路线： ? 近中期：沼气利用、致密成型、 燃料乙醇、生物柴油、 生物质发电、热电联产等； 四、技术路线 生物质能源利用总体技术脉络图 生物转化过程技术脉络图 生物质生物转化技术路线图——节点任务和目标 生物转化燃料关键技术 原料预处理技术：原料组分清洁分离 汽爆过程放大 快速液化 发酵菌种基因构建技术：高耐受菌株筛选与构建 全糖发酵菌株筛选与构建 高效纤维素酶菌株筛选与构建 发酵过程调控技术：纤维素酶固态发酵技术 连续可控沼气发酵技术 渗透汽化耦合技术 纤维素固相酶解与发酵耦合技术 酸化产氢耦合技术 综合利用技术：发酵渣燃烧技术 燃烧灰分制备纳米二氧化硅技术 第四节生物质能概述 一、能源的概念 能源是指可以从其获得能量（如热、光动力等）的资源 二、能源的分类 （一）按能源的来源分类
1.地球本身蕴藏的能源：主要有原子能、地热能。 2.来自地球以外的能源：主要指太阳能。 煤炭、石油、天然气是古代的太阳能转化而来的太阳能；现代的生物质能、水能、风能和海洋能也是太阳辐射能或作用所产生转化而来的能源。 3.由于地球和月球、太阳等天体之间的有规律的运动及相对位置的变化所形成的能量：例如潮汐能。 （二）按能源的形成条件分类 1.天然能源或一次能源：是指在自然界中现成存在、没有经过加工转换的能源，如煤、石油、天然气、水能、太阳能、风能、柴草的等。 2.人工能源或二次能源：由于一次能源经过加工、转换后的能源产品。如电力、煤气石油制品、蒸汽、焦炭等。 （三）按能源的使用和消耗分类 1.可再生能源（Renewable energy):是指在自然界中不会随本生的转化或人类的利用而日益减少并有规律地得到补充（再生）的能源。如：太阳能、风能、水能、生物质能等。 2.不可再生能源(Non-renewable energy):是指经过亿万年形成的、使用后逐渐减少、短期内无法恢复的能源。如石油、煤、天然气、核原料等。 （四）按能源利用的技术状况分类 1.常规能源（Conventional energy)：是指在一定的历史时期和科学技术水平下，已经被人们广泛应用的能源。如：煤、石油、天然气、电力等。 2.新能源(New energy)：是指对许多古老的能源采用先进的方法加以广泛利用，以及用新发展的先进技术而得以利用的的能源。 如：太阳能、风能、生物质能、水能、地热能以及原子核能等。 （五）按使用性能分类 1.燃料能源：煤、石油、天然气、煤气、沼气、酒精、氢、核燃料等。 2.非燃料能源： 太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能、电力等。 三、农村能源的概念 1、农村能源的概念包括两方面的含义 一方面是指在农村就地开发利用的能源资源。因此把作物秸秆、人畜粪便、柴薪、沼气这些生物质能。小水电、小煤窑、太阳能、风能、和地热能 等都统称为农村能源； 另一方面是指农村的生产和生活用能。 2、1999年7月22~25日农业部在江西赣州市召开全国农业生态系统环境与农村能源工作会议，在农业部副部长路明同志讲话中对农村能源重新界定。 农村能源界定为农村可再生能源。其取能包括三个方面： 一是组织沼气、生物质能、太阳能等可再生能源的技术开发与推广工作。 二是指导和组织可再生能源产业和服务体系的建设工作。 三是组织和协调全国农村能源综合建设工作。 四、能源的发展历史 （一）世界能源发展的进程 总体上说，世界能源的发展符合所谓逻辑斯蒂曲线（s曲线） 在每个时期都有一种能源站主导地位，从一种能源转变为另一种能源大约需要40~60年。
具体发展如下： 200年以前，人类主要靠柴薪生活，以风力、水力、畜力为动力； 1820年，开始大规模开采煤（按目前开采量，世界已知煤储量约可开采300年）； 1859年，开始使用石油（按目前开采量，世界现有石油储量可开采30年）； 1880年，欧洲开始兴建水电站； 1882年，世界上第一座火力发电站发电（美国纽约）； 1954年，世界上第一坐原子能电站建成（俄罗斯）； 1981年，联合国召开新能源和可再生能源会议，提出发展新能源； 1992年2月，联合国召开第6届新能源和可再生能源会议。 世界石油危机是从1973年开始(中东战争)，各国纷纷研究可再生能源 （二）我国情况 1973年世界石油出现危机时，我国认为中国不存在能源问题，有一遍评论“任凭风浪起，稳坐钓鱼船”，来描述我国的能源形势。 在我国，系统地研究能源问题是从1979年开始，1979年底，全国第一次能源讨论会在杭州召开，专家认为中国面临能源问题。应开展农村能源的研究与推广。全国的各省、市、县纷纷成立了农村能源办公室，主抓农村能源工作。 1987年全国第二次农村能源战略研讨会在合肥工业大学召开。 1993年11月，全国 第四次农村能源战略研讨会在厦门召开，提出农村能源应走向综合发展的道路。 1998年12月，全国“面向21世纪农村能源发展学术研讨会在浙江义乌市召开。 六五期间：全国开展了县级农村能源综合建设的试点研究；共6个县，例：四川铜梁、福建永君。 七五期间：国家八部委在全国12个县开展了“农村能源综合建设试点”（1.广东：五华县 2.四川：宁南县 3.湖南：南县 4.福建：平潭县 5.安徽：舒城县 6.江西：玉山县7.浙江：富阳县 8.江苏：如皋县 9.辽宁：喀左县 10.宁夏：西吉县 11.河南：通许县 12.河北：河间县） 八五期间：全国有100个农村能源综合建设重点县 辽宁省：台安、宽甸、大洼、老边。 九五期间全国有100个农村能源综合建设县（八部委项目） 各省还有省级农村能源综合建设县。 辽宁省（六个县）：庄河、普兰店、海城、胡芦岛连山区、新宾、彰武 五 我国农村能源建设方针 “因地制宜、多能少补、综合利用、讲究效益”和“开发与节约 并重”方针 理解：中国东北寒冷地区综合能源示范基地，四位一体能源生态模式。 因地制宜：具体情况具体分析。 例：丹东大鹿岛发展风电，朝阳发展薪炭林 多能互补：风能、太阳能、水能等能源互相补充 综合利用；（a）各种能源综合利用：四位一体北方能源生态 模式 （b）能源应与其他产业联系起来 讲求效益：经济效益、社会效益、生态效益。
生物质：是指通过光合作用形成的有机体，包括所有的动植物和微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有物质。 生物质能：太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形 式，以生物质为载体的能量。 五、光合利用与生物质能 （一）光合作用 1、可供生物生命活动之用的能量来源例如：化学能 光能 化养生物：一些生物利用氧化分解化学物质以获得能量，这些生物叫化养生物。 例：人、动物 光养生物：利用光能以获得能量的生物叫光养生物。例：绿色植物和一些细菌。 2、光合作用（photosynthesis） 定义：光养生物利用光能以合成有机物的过程叫光合作 用 方程式； CO2 + H2O CH2O + O2 + 460 kJ/mol 能量：通过光合作用太阳能被贮存在植物体内，在利用这些植物质，贮存的能量就被释放出来。 光合利用效率：指叶绿体把太阳光能转化为化学能的效率。 绿色植物只能从辐射到地面上的阳光中吸收利用其千分之五左右，效率虽低，但太阳的能量很大，所以全部植物所吸收的能量也就十分可观了。 （二）生物质能的分类 1、能提供作为能源的生物质资源种类繁多，根据来源主要是： （1）林业资源：森林生长和林业生产过程提供的生物质能源； （2）农业资源：农业作物（包括能源植物）、农业生产过程中的废弃物、农 业家工业废弃物； （3）生活污水和工业有机废水：生活污水主要指冷却水、洗浴排水、厨房排水，粪便污水等；工业有机废水指酒精、酿酒、食品、制药、造纸及屠宰过程中排出的废水； （4）城市固体废弃物：城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业等固体废弃物构成。 （5）畜禽粪便：畜禽排泄物的总称。 能源植物 ? 概念： 指所有可作为能源用途的农作物，林木和水生植物； ? 是建立生物质能工业的主要资源基础； （三） 生物质的化学组成 ? 不同的生物质化学组成不尽相同 ? 农作物秸秆化学组成 ： 煤的化学组成： ? 碳：40~46%； 80~90% ? 氢：5~6%； ? 氧：43~50% ? 氮：0.6~1.1% ? 硫：0.1~0.2% 0.5~1.5% ? 完全燃烧后：灰分：3~5% ? 磷：1.5~2.5%
? 钾：11~20% （四） 生物质燃料的热值 高位热值：1千克生物质完全燃烧所放出的热量； 低位热值：高位热值减去汽化潜热值得到的热量； 汽化潜热：水分在燃烧过程中变为蒸汽，同时燃料中氢燃烧时也变成水蒸气吸收一部分热量； 高位热值=低位热值+汽化潜热 备注：参照《生物质能利用原理与技术》15页 (五）生物质能资源的特点 与矿物能源优势： 1、环境污染小； 2、蕴藏量巨大，是可再生能源； 3、廉价、易取，生产过程简单； 4、是所有可再生能源中唯一可以贮存与运输的能源； 5、挥发组分高，炭活性高，易燃，除灰设备简单 生物质能的缺点 ? 能量密度低； ? 质量密度低； ? 运输不便； ? 保存受风、雨、雪，火等外界条件影响； 六、生物质资源量估算方法 （一）农作物资源 农作物秸秆资源量是以农作物产品的产量进行推算； 草谷比：宏观确定秸秆与产品质量比值； 例如：产出1千克玉米，估计有2千克玉米秸秆，其谷草比为2； 《生物质能利用原理与技术》16页 农作物秸秆资源量用下式估算： n Sn=∑SiDi i Sn——秸秆资源量，万吨 i——资源品种编号，1，2，3，4??? ??? S——第i种作物产量，万吨 Di——第i种作物草谷比，千克/千克 薪材资源 林木采伐加工剩余物，可用作燃料量按原木产量的1/3； 薪炭林，用材林，防护林，灌木林，疏林的 收取或育林剪枝，按林地面积统计放柴量； 四旁树（田、村、河、路）的剪枝，按树木株数统计柴草量； 估算公式： ? Sx=[∑ ∑( Fij?yij ? Qij+Tij?Xij? Yij )]+1/3W ? i=1 j=1 ? i——范围内的区域数； ? j——薪炭林、防护林等m种林地； ? Sx——统计地域范围的薪柴资源量，万吨；
生物质能工程讲稿 - 图文
