联系大家|网站地图|English

能源科学

永利电子游戏>能源科学>可再生能源>生物质能

生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。通常所说的生物质能是指农作物秸秆、林业剩余物、油料植物、能源作物、生活垃圾和其他有机废弃物等。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源。在世界能耗中,生物质能约占14%,仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量的第四位。据估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。

生物质能的优点是燃烧容易,污染少,灰分较低;缺点是热值及热效率低,体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10%一30%。

生物质的利用方式多种多样。比如通过高温干馏、热解、生物质液化等方法,对生物质进行加工,可以获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品;通过把生物质压制成块形、棒形等成形燃料,燃烧发电或民用;在微生物的作用下,生物质发酵生成沼气等,用于民用或交通燃料。

生物质资源依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质资源分为:  

 

一、森林能源  森林能源是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,主要是薪材,也包括森林工业的一些残留物等。森林能源在我国农村能源中占有重要地位,1980年前后全国农村消费森林能源约1亿吨标煤,占农村能源总消费量的30%以上,而在丘陵、山区、林区,农村生活用能的50%以上靠森林能源。 薪材来源于树木生长过程中修剪的枝杈,木材加工的边角余料,以及专门提供薪材的薪炭林。1979年全国合理提供薪材量8885万吨,实际消耗量18100万吨,薪材过樵1倍以上;1995年合理可提供森林能源14322.9万吨,其中薪炭林可供薪材2000万吨以上,全国农村消耗21339万吨,供需缺口约7000万吨。

 

二、农作物秸秆  农作物秸秆是农业生产的副产品,也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业主要是种植业生产关系十分密切。根据1995年的统计数据计算,我国农作物秸秆年产出量为6.04亿吨,其中造肥还田及其收集损失约占15%,剩余5.134亿吨。可获得的农作物秸秆5.134亿吨除了作为饲料、工业原料之外,其余大部分还可作为农户炊事、取暖燃料,目前全国农村作为能源的秸秆消费量约2.862亿吨,但大多处于低效利用方式即直接在柴灶上燃烧,其转换效率仅为10%一20%左右。随着农村经济的发展,农民收入的增加,地区差异正在逐步扩大,农村生活用能中商品能源的比例正以较快的速度增加。事实上,农民收入的增加与商品能源获得的难易程度都能成为他们转向使用商品能源的契机与动力。在较为接近商品能源产区的农村地区或富裕的农村地区,商品能源(如煤、液化石油气等)已成为其主要的炊事用能。以传统方式利用的秸秆首先成为被替代的对象,致使被弃于地头田间直接燃烧的秸秆量逐年增大,许多地区废弃秸秆量已占总秸秆量的60%以上,既危害环境,又浪费资源。因此,加快秸秆的优质化转换利用势在必行。

 

三、 禽畜粪便  禽畜粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量的直接燃烧外,禽畜粪便主要是作为沼气的发酵原料。中国主要的禽畜是鸡、猪和牛,根据这些禽畜品种、体重、粪便排泄量等因素,可以估算出粪便资源量。根据计算,目前我国禽畜粪便资源总量约8.5亿吨,折合7840多万吨标煤,其中牛粪5.78亿吨,4890万吨标煤,猪粪2.59亿吨,2230万吨标煤,鸡粪0.14亿吨,717万吨标煤。   在粪便资源中,大中型养殖场的粪便是更便于集中开发、规模化利用的。我国目前大中型牛、猪、鸡场约6000多家,每天排出粪尿及冲洗污水80多万吨,全国每年粪便污水资源量1.6亿吨,折合1157.5万吨标煤。

 

四、 生活垃圾     随着城市规模的扩大和城市化进程的加速,中国城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。1991和1995年,全国工业固体废物产生量分别为5.88亿吨和6.45亿吨,同期城镇生活垃圾量以每年10%左右的速度递增。1995年中国城市总数达640座,垃圾清运量10750万吨。城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物,成分比较复杂,其构成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响。中国大城市的垃圾构成已呈现向现代化城市过渡的趋势,有以下特点:一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高;二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分;三是易降解有机物含量高。目前中国城镇垃圾热值在4.18兆焦/千克(1000千卡/千克)左右。

 

生物质沼气 

沼气是有机物质在厌氧条件下,经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的,所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内,在厌氧(没有氧气)条件下发酵,即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化,从而产生沼气。沼气是一种混合气体,可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。

生物质发电生物质发电是利用生物质转化为电力的过程。生物质发电技术包括直接燃烧、混合燃烧、气化、热解、厌氧消化。

 

直燃发电    大部分生物质电厂采用直燃发电技术。通过直接燃烧生物质原料产生蒸汽,由蒸汽驱动涡轮机产生的能量转换为电能。在一些生物质发电企业也将产生的蒸汽可用于制造业或建筑供热。这种热电联供系统,大大提高了能源总体利用效率。造纸厂是目前最大的生物质能发电、电力、回收制浆热工艺的生产部门。

 

混燃发电混燃发电是指在传统发电厂将生物质和化石燃料混合燃烧。燃煤电厂可以使用混燃系统大幅减少排放,特别是二氧化硫的排放。气化系统是在高温和缺氧环境下将生物质转换成合成气,如氢气和一氧化碳的混合物。这种合成气或“混合气”可以通过化学过程转化成乙醇和其他燃料,在传统锅炉中燃烧或替代天然气在燃气轮机中燃烧。根据不同的条件(简单地说,在完全无氧条件下)将生物质热解而不是气化,类似热化学过程。如合成气、热解油可燃烧发电或作为用于制造燃料、塑料、胶粘剂、其他生物制品的化学原料。

 

气化发电生物质在厌氧条件下自然腐烂产生甲烷,可以用于电力生产。在垃圾填埋场,可以获得腐烂有机物释放的甲烷。利用管道通到甲烷的集中生成区域,在它燃烧前进行过滤和净化。以这种方式发电,可以减少甲烷释放到大气中(减少温室气体)。  通过生物质转化产生甲烷的过程被称为生物质厌氧消化。天然细菌在密封且无氧的反应器中分解有机物生成甲烷等气体。产生的气体可用于发电,剩余的废物(如污水处理厂或饲养场的废物)可用来堆肥。

 

农村生物质能源化利用目前人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭 ,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。

 

生物液体燃料 

生物质不同于其他可再生能源之处就在于,它可直接转换成液体燃料以满足交通运输燃料的需求,通常被称为“生物液体燃料”,其最常见的两种类型是燃料乙醇和生物柴油。

燃料乙醇 

燃料乙醇是一种酒精,与啤酒和葡萄酒类似(燃料乙醇不能饮用)。通常燃料乙醇是利用淀粉或糖类原料发酵生产的,类似啤酒酿造过程。目前科学家研究的最新技术是利用纤维素和半纤维素为原料生产燃料乙醇。

乙醇也可以通过气化产生。气化系统是在高温和低氧气环境下将生物质转化为合成气,如氢气和一氧化碳的混合气体。这种合成气或“混合气”可以通过化学过程转化成乙醇和其他燃料。乙醇主要是作为汽油添加剂,以增加辛烷值并减少一氧化碳和其他烟雾的排放。灵活燃料汽车的设计值可在E85的掺混比下运行,远高于普通汽油中添加的乙醇含量。

生物柴油生物柴油是由酒精(通常甲醇)与植物油、动物脂肪、废弃油脂转化生成的。它是一种可以用来添加至柴油发动机(通常为20%),以减少汽车尾气排放的可再生替代燃料形式。

 

生物基工业 

石化产业从化石原料中生产的众多产品,如塑料、化学品以及其他产品都是生活中不可缺少的。相同或类似的产品大部分都可以从生物质中获得。

化石燃料是由不同数量的碳和氢组合形成的碳氢化合物。生物质成分是由不同数量的碳、氢、氧组成的碳水化合物。氧气的存在使得更具挑战性的创造一些产品也更容易创造一些产品。此外,生物质广泛多样的形式可能创造出化石产品无法实现的有价值的新产品。

过程其实是相似的,如同石化行业打破石油和天然气到基础化学品,然后由他们建立所需的产品。生物质生化转化技术突破到组件糖,和生物质热化学转化技术突破到一氧化碳和氢气。发酵,化学催化,和其他进程可以被用来创造新的产品。

    生物炼制的概念假定,可能是产量小价值高的一些产品。特别的生物炼制能够将高值和低值产品或燃料组合来满足能源需求。

    可从糖类生物制品包括防冻液,塑料,胶水,人工甜味剂,凝胶和牙膏。可以从一氧化碳和氢气的合成气了生物制品,包括塑料和酸,可用于制造照相胶卷,纺织品,合成织物。可以从苯酚生物制品,一有可能从石油裂解提取,包括木材胶粘剂,模压塑料,泡沫绝缘材料。  

(引自百度百科、NREL)

XML 地图 | Sitemap 地图