生物质能利用技术概述论文

前言第一章可再生能源1第一节能源概述1第二节可再生能源概述9第三节可再生能源发展趋势10思考题与习题15第二章太阳能16第一节太阳能概述16第二节太阳能资源分布状况18第三节太阳能光电技术20第四节太阳能光热技术27第五节太阳能其他利用技术52思考题与习题53第三章风能54第一节风能概述54第二节风能资源分布状况58第三节风能发电技术62第四节风能其他利用技术87思考题与习题95第四章生物质能96第一节生物质能概述96第二节生物质能资源的生产与再生产99第三节沼气技术102第四节生物质燃烧技术及生物燃料106第五节生物质能其他利用技术121思考题与习题132第五章海洋能133第一节海洋能概述133第二节海洋能的类型134第三节海洋能利用技术138思考题与习题152第六章地热能153第一节地热能概述153第二节地热资源类型及地热资源的分布158第三节地热能的利用161思考题与习题175第七章水能176第一节水能概述176第二节水能资源分布状况178第三节水力发电技术180思考题与习题187第八章氢能188第一节氢能概述188第二节氢能的制备储运技术191第三节氢能利用技术195思考题与习题203第九章多能互补204第一节多能互补系统概述204第二节风光互补系统205第三节风光柴互补系统207第四节其他多能互补系统210思考题与习题213参考文献214

所谓生物质能（biomass energy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。但目前的利用率不到3%。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。加拿大亚伯达可再生柴油示范基地（ARDD）发布的一份研究称油菜子可作为寒冷天气用可再生柴油的生产原料。“ARDD的研究表明油菜子生物柴油及相关混合物尤其适合在寒冷的冬天使用”，研究中油菜子可再生柴油的混合比例为冬季月份2%，春季和夏季月份5%，而油菜子可再生柴油则由75%的菜子油和25%的动物脂组成。混合柴油在低温下没有表现出任何异常。而诺维信公司、中粮集团日前与中国石化集团合作的开发利用农作物废料玉米秸秆生产第二代燃料乙醇的项目则把我国生物质能的开发推向了规模化商业生产的流程。与石油燃料相比，第二代燃料乙醇能将温室气体排放量至少降低90%。纤维素燃料乙醇只需耗用极少或者根本无需使用矿物燃料，并能够向电网供电，这对于降低空气污染、缓解能源压力有重大意义。随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，世界城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。1991年和1995年，仅我国工业固体废物产生量分别为88亿吨和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。而且这些垃圾的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。这些特点给我们留下了很大的研究和开发利用的空间，技术成熟后，不仅可以有效缓解城市能源危机，还可以解决城市垃圾问题，保护环境。我国重庆一座垃圾发电厂装备了国产的焚烧炉。焚烧炉是垃圾发电核心设备，国产焚烧炉更适合国情——发达国家早已实现了垃圾分类，而我国的垃圾中，菜叶剩饭和废布料、纸片等混在一起，国产的焚烧炉就是为混合垃圾量身打造。该垃圾发电厂负责人称，电厂现在每天可“吃掉”1500吨垃圾——这是主城日产生垃圾总量的近五成，一年发电超8000万千瓦时，年利润达到4000万元左右，可满足近5万户居民的用电需求。世界各国在垃圾发电方面的投入越来越大，技术也慢慢成熟，这在未来的城市生活中，不仅解决了垃圾处理的难题，更为人们提供了新的能源来源！

搞要:以欧洲三国访问为背景材料，从某些侧面介绍了欧洲生物质能利用的研究现状及特点。关量词:欧洲能源作物联合燃饶联合气化焦油裂解生物质液化0引言作为清洁的可再生能源，生物质能的利用已成为全世界的共识。欧洲许多国家的政策法规，考虑到能源利用对环境的影响，不仅鼓励生物质能的研究和开发，而且给予适当的财政支持，刺激其发展。欧盟在促进生物质能研究方面起积极的推动作用，资助了许多项目的研究和发展，使欧洲生物质能研究的步伐大大加快。我们在学习国外先进技术的同时，也应该借鉴其管理和运作模式，推动我国生物质能利用的进一步发展。1政策法规的影响用生物质代替矿物燃料，是减少CO2排放的理想方式。欧洲国家制定政策法规，致力于以可再生能源代替矿物燃料，鼓励生物质能的研究开发，以减少温室气体的排放，并定下具体指标。例如，比利时的基础能源消耗以核电、煤和天然气为主，可再生能源的贡献很小。walloon地区是比利时生物质资源较丰富的地区，为了充分加以利用，促进该地区可再生能源的发展，1995年，在当地政府的支持下，成立了一个由农业部、能源和环境部及E1ectrabel电力公司和几家研究单位组成的小组，决定在4年时间里建立生物质气化发电中试装置。其技术路线为：种植能源作物?收割?粉碎一存储一气化一净化一发电，目的是得到技术、经济和环境的综合结论，用来评估当地、欧洲乃至世界的发展前景。所以，利用生物质发电不仅是能源计划，而且对社会和经济都有重要影响。从自身条件出发，有些国家由于拥有相当大的森林面积，具有利用生物质的潜力；有些国家则需要依赖能源作物的种植来发展生物质能技术。从能源需求的角度考虑，从生物质中获取能源的优势表现在如下几个方面：①用本地资源代替进口能源，减少国家对进口能源的依赖性。②使本国的燃料利用多样化，减少对一种能源的依赖。③是一种相对清洁的能源，可代替污染能源(如劣质煤)或有争议的能源(如核能等)。从生物质获取能源的经济可行性，很大程度上取决于生物质相对于其它燃料的价格。与世界市场煤价相比，农业和森林废弃物、木树加工业残余物以及正在研究的能源作物等生物质资源，并不经济。在欧洲很多地区，仅树皮最便宜，可与煤价相比。因此，从现阶段看，生物质能研究是对未来技术发展和全球环境保护活动的贡献。欧洲国家通过政府补贴、优惠税收政策(如对减少CO2排放量给予成本补贴)等，保证生物质能源工程的实施。2能源作物从1970年开始，能源作物的种植引起人们的兴趣。在欧洲，进行了多类能源作物的研究，涉及技术、经济、能源和环境几方面，从种植、收割到利用过程全面分析其作为能源的潜力。由于一些国家的政策和财政支持，少数能源作物得到发展和商业化应用，为欧洲未来能源作物需求提供了有价值的信息。现有能源作物可大致分为4类，即①木质(森林)作物：固体能源作物(如SRC)。②草本作物：供燃烧用。③含油种子作物：制造生物柴油(如油菜、向日葵)。④宫糖作物：通过发酵过程制造乙醇。有效利用能源作物，能节约矿物燃料，并减少温室气体C02的排放，其自身由于对农药的需求低，属于环境友好型。而且，一些作物是多年生的，减少了土壤侵蚀、硝酸盐滤出、腐植土降解的危险。通过种植，还可将废水和污泥安全转换入生物质。已证明：SRC是一种较好的能源作物，用于地区供热、小型电厂、CHP等，在瑞典和丹麦已实现商业化。工业应用中，为了达到低腐蚀、低结渣、低的NO2排放，以及保证较高的热值，希望能源作物中Cl、K、Ca、N和含水量低。通过种植能源作物，并考虑土地租用和农民利益，与矿物燃料、生物质废弃物(森林、农业)相比，全面分桥其成本。目前，通过财政刺激和制定有关税收政策，鼓励其研究，保证能源作物长期稳定发展，最终实现低投入、高产出，生产环境友好型、高质量能源。3联合燃烧由于生物质的能量密度低、体积大，运输过程增加了CO2的排放，不适应集中大型生物质发电厂。而分散的小型电站，投资、人工费高，效率低，经济效益差。所以在大型燃煤电厂，将生物质与矿物燃料联合燃烧成为新的概念。它不仅为生物质和矿物燃料的优化混合提供了机会，同时许多现存设备不需太大的改动，使整个投资费用低。更积极的影响是：大型电厂的可调节性大，能适应不同混合燃烧，使很燃装置能适应当地生物质的特点。大多数燃煤电厂燃烧粉煤，生物质必须经过预处理。因为磨煤机不适合粉碎树皮、森林残余物或木块等生物质。奥地利最大的电力供应商VERBUND对以下四种方式进行了研究：①生物质在一个独立系统中燃烧，产生的热用于现有电厂的锅炉；②生物质在组装于燃煤锅炉炉膛中的炉排上燃烧；③用专用粉碎机粉碎生物质，在燃煤锅炉中与粉煤一起燃烧；④生物质在气化炉中气化，燃气作为锅炉燃料。但联合燃烧存在以下问题：·由于生物质含水量高，使产生的烟气体积较大。而现有锻炉一般为特定燃料而设计，产生的烟气量相对稳定，所以烟气超过一定限度，热交换器很难适应。因此，诅合燃烧中生物质的份额不能太多。·生物质燃料的不稳定性使锅炉的稳定燃烧复杂化。·生物质灰的熔点低，容易产生结渣问题。·如使用含氯生物质，如秸秆、稻草等，当热交换器表面温度超过400度时，会产生高温腐蚀。·生物质燃烧生成的碱，会使骸煤电厂中脱硝催化剂失活。研究结果表明，②、④具有较强的实用性。在传统火电站中进行联合燃烧，遵从生物质发电的员便宜路线，既不需要气体净化设备，也不需要小型发电系统，可从大型传统电站中直接获利。根据实际情况优化选择联合气化方式，并通过合理的工艺设计和控制合适的运行参数，解决以上问题是可能的。4联合气化联合气化是将生物质、污泥及其他废弃物与煤按一定比例混合而气化的方式，是较有前途的方法之一。联合气化具有以下优点：①减少生物质利用牛季节因素的影响。生物质原料的供应受季节的影响，不利于大型电厂利用。②如果在大型煤气化炉中进行联合气化，可解决生物质规模利用问题。③可解决劣质煤的应用问题。④在炭反应性、焦泊形成、有害物质排放等方面有协同作用。瑞典皇家工学院在直径14cm、压力2．5—10bar的加压流化床中对木材和煤进行联合气化、由于反应活性的增加，灰中的炭含量减少，气体产量比单独气化木材和煤时都高。如果选择合适的混合比，焦油浓度也会显著减小。劣质煤由于有机组分太低，不能维持气化自供热过程，所以单独气化是很困难的。而生物质具有低灰分、低硫分、高挥发性和高活性的固定碳，与煤混合气化是非常有效的。西班牙UPC大学用松木和不同的劣质煤混合，在流化床反应器中，以空气和水蒸汽做气化介质，采用不同的混合比，进行混合气化研究，得出影响联合气化的关键因袁有：温度、加热速率、混合比、停留时间、气化介质等。松木在混合物中的重要作用是提供大量含碳氢化舍物的挥发组分及高活性的炭，维持自供热气化，以实现从混合物中产生可燃气并使劣质煤完全气化，其低点火温度和低热分解温度对气化的启动和操作有利。松木在流化床气化中，作为添加剂，提高了气化过程的热效率，气体热值、煤的碳转化率也显著地提高，从而提高了劣质煤的应用价值