生物质能开发利用技术展望市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

Chapter10結束放映目錄目錄 生物質能開發利用技術展望 10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源10.2生物質燃料將部分替换石化燃料10.3生物質發電將在未來電力結構中佔有一定百分比10.4能源植物生產賦予農業新內涵10.5最新技術發展與展望第1页結束放映10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源n在，世界初級能源總消費量為10.038Gtoe，其中石油占35.0%、煤炭占23.4%、天然氣占21.2%、生物質能占10.4%、核能占6.9%（見圖 10.1）。第2页結束放映圖10.1世界初級能源消費狀況 第3页結束放映10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源n世界不一样區域可再生能源消費量見表10.1。当前，在發達國家中生物質能消耗量占初級能源3%；開發中國家大約35%初級能源來自生物質能，主要為傳統利用方式，80%生物質能用於炊事。在拉丁美洲薪柴占農村家庭生活用能20%，非洲占50%，印度占30%，不丹、柬埔寨、老撾和緬甸占80%以上。在開發中國家，對生物質能使用基本上不考慮它對環境影響。第4页結束放映區域初級能源/兆噸標準油可再生能源/兆噸標準油n占初級能n源百分比/%n占可再生能源百分比/%水能n其它生物質非洲514.3257.550.12.60.297.2南美洲449.9125.327.935.41.563.0亞洲1152.2384.133.33.93.093.1中國1155.6239.820.89.90.090.1非OECD歐洲99.28.88.946.50.752.8獨聯體944.629.63.169.00.330.7中東389.63.10.844.022.333.7OECD5332.8303.75.734.811.653.6世界10038.31351.913.516.43.779.9表10.1世界不一样區域可再生能源消費量 第5页結束放映10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源n生物質能現代化利用技術商業化利用進程中面臨著諸多障礙和問題。這些障礙和問題包括許多原因，主要來源於資源條件、技術產業化條件、技術經濟運行可行性、融資環境、市場潛力、政府政策、公眾環保意識和消息傳播等方面（見圖10.2）。第6页結束放映圖10.2生物質能現代化利用技術商業化主要障礙 第7页結束放映10.1一定時期生物質能仍是開發中國家主要能源n当前，中國約有8.6億人口生活在農村地區，自1980年以來，中國經濟改革使農村經濟得到了快速發展，農村地區能源消費數量、品種和結構發生了巨大變化，具體參見表10.2。第8页結束放映項目1991年1996年農村能源消費總量568.32639.62670.47726.03782.80人均標煤/tce0.760.700.790.830.88農村生產用能208.18298.93300.47311.75329.33煤炭112.59158.40160.37160.97180.64焦炭7.6414.8414.9114.8515.18成品油38.0145.5554.4758.06電力29.2664.1864.6864.7951.15薪柴20.6216.3414.9616.6724.30農村生活用能360.03340.69369.99414.27453.47結桿162.13119.97123.6097.57141.48薪柴103.0382.9980.52130.81114.01煤炭77.52100.99118.01137.79157.35電力11.6329.1434.4428.6424.76成品油1.334.717.5713.048.48沼氣1.622.202.68液石化油氣3.973.884.36天然氣0.170.230.25煤氣0.100.110.08表10.2第9页結束放映10.2生物質燃料將部分替换石化燃料10.2.1能源供應展望n儘管地質學家和經濟學家還在激烈地爭論石油何時開始枯竭，但石化燃料最終將被完全耗盡卻是無可辯駁事實。以下，將分別簡要分析各種能源資源和可利用狀況。1.煤炭2.石油3.天然氣4.核能第10页結束放映10.2生物質燃料將部分替换石化燃料10.2.2生態環境影響n首先需要解釋一下溫室效應。所謂溫室效應是指地球大氣層一種物理特征，溫室氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整體能量平衡。假若沒有大氣層，我們地球將會是一個黑體，地球表面平均溫度是非常低，約為19，而不是現在15。第11页結束放映10.2生物質燃料將部分替换石化燃料n太陽輻射在經過地球大氣層後，47%能量被地球表面吸收而使地球變暖，34%能量被雲彩和地表反射回去，19%能量被大氣層吸收。地表變暖後將釋放出紅外輻射，部分紅外輻射將被溫室氣體吸收和再次釋放出來，是使地球表面和大氣低層變暖原因。10.2.3能源安全問題第12页結束放映10.3生物質發電將在未來 電力結構中佔有一定百分比n生物質發電技術主要分為燃燒發電和氣化發電兩種技術。生物質燃燒發電（包含城市固體廢物棄發電）技術類似燃煤技術，已經基本達到成熟階段，且風險最小，已經進入商業化應用階段。氣化發電技術能獲得較高效率，当前尚處於商業化早期階段，也有將氣化裝置應用於混合燃燒中用於發電。生物質與煤混合燃燒發電技術十分簡單，含有很大發展潛力，並且能够快速減少二氧化碳排放量。第13页結束放映10.3生物質發電將在未來 電力結構中佔有一定百分比n表 10.3為OECD國家1990生物質能發電總量。表 10.4列出了世界上生物質發電量前10位國家。來源1990年1995年1998年1999年工業垃圾929013080113291462216416可降解城市固體廢棄物24946310323144531873333794846不可降解城市固體廢棄物1671254844675020農業、林業廢棄物和木炭等59479737617584081881801877962513617沼氣61068914971612401表10.3第14页結束放映國家發電量/TWhn占總發電總量百分比/%美國63.51.6日本16.21.5德國9.41.7芬蘭8.712.5巴西8.52.6英國7.72.1加拿7.11.2荷蘭4.04.6澳大利亞3.71.8瑞典3.42.2表10.41999年生物質發電量 第15页結束放映能源小水電3245太陽能光電1.111太陽能0.42生物質能3755地熱能814風能17130表10.5可再生能源裝機容量預測/GW 第16页結束放映10.3生物質發電將在未來 電力結構中佔有一定百分比n生物質能發電成本取決於發電技術、燃料成本和燃料品質。经典生物質能電廠裝機容量小於20MW。與石化能源電廠相比，生物質能電廠單位安裝容量資本成本和單位發電量營業成本均較高，表10.6為生物質電廠資本成本。第17页結束放映國家資本成本發電技術數據來源美國1,9652,102272燃燒。氣化。混合燃燒。EPRI和美國能源部(1997)美國8001,5008001,000700900熱電聯產，生物質氣、熱、電聯產熱電聯產，汽輪機。熱電聯產，燃氣輪機，生物質氣、熱、電聯產。n能源情報局()德國4,6327,629熱電聯產，木材。nNissch,J.()丹麥2,7193,7082,1013,214熱電聯產，汽輪機，木材和結桿氣化，木材。丹麥生物質中心表10.6生物質電廠資本成本/（美元/kW）第18页結束放映10.4能源植物生產賦予農業新內涵n能源植物包含薪炭林、草本能源作物、油料作物、製取碳氫化合物植物和水生植物等幾類。第19页結束放映10.4能源植物生產賦予農業新內涵10.4.1草本能源作物n能夠用來製取燃料乙醇草本能源作物包含高粱屬作物、甘蔗、耶路撒冷菜薊（artichoke）、薯類和玉米等。1.高粱屬作物2.甘蔗3.木薯4.耶路撒冷菜薊第20页結束放映10.4能源植物生產賦予農業新內涵10.4.2油料作物n油料作物分佈廣泛，種類多達千種，主要包含大戟科、蔓摩科、夾竹桃科、桑科、菊科、桃金娘科和豆科等植物。n植物油幾乎不含硫，不會產生硫腐蝕。表10.7列出了一些植物油燃料特征。第21页結束放映類別運動黏度/（mm2/s）十六烷值熱值/(kJ/kg)凝固點/閃點/密度/(kg/L)硫/%蓖麻油29737,27431.72600.95370.01玉米油34.937.639,50040.02770.90950.01棉籽油33.541.839,46815.02340.91480.01海甘藍油53.644.640,48212.22740.90440.01亞麻油27.234.639,30715.02410.92360.01花生油39.641.839,7826.72710.90260.01菜籽油37.037.639,70931.72460.91150.01紅花籽油31.341.339,5196.72600.91440.01高油酸紅41.249.139,51920.62730.92100.02花籽油芝麻油36.540.239,3499.42600.91330.01大荳油32.637.939,62312.22540.91380.01向日葵油33.937.139,57515.02740.91610.01表10.7一些植物油燃料特征 第22页結束放映10.4能源植物生產賦予農業新內涵10.4.3製取碳氫化合物植物n20世紀70年代，諾貝爾化學獎獲得者卡爾文決定尋找可能生產出石油植物，從土地裏“種”出石油來。以卡爾文博士為代表研究小組足跡遍布世界各地，從尋找產生類似於石油成份樹種入手，集中研究了十字花科、菊科和大戟科等十幾個科大部分植物，分析了這些植物化學成份。第23页結束放映10.4能源植物生產賦予農業新內涵n經過多年尋找，他們終於在巴西熱帶雨林裏發現了一種能產出“石油”奇樹，名為科帕伊巴樹。它是常綠喬木，品種繁多，普通可高達2025m。每隔一年半或兩年開採一次，取油方法非常簡單，只要在樹幹上鑽一直徑約5cm小孔，12h內就能流出金黃色或淡黃色油狀樹液。一棵直徑在11.5m科帕伊巴樹，每次可產樹液1520L。第24页結束放映10.4能源植物生產賦予農業新內涵10.4.4藻類n在能源植物中提煉石油最讓人鼓舞前景之一就是對藻類研究。藻類是最古老水生植物，大約二十五億年前到四億三千八百萬年前是藻類繁榮時期。它是元古代海洋中主要生物，大量藻類在淺海底一代又一代生活，逐漸形成巨大海藻礁，又稱疊層石。第25页結束放映10.5最新技術發展與展望n当前在生物質燃燒技術研究主要集中在高效燃燒、熱電聯產、過程控制、煙氣淨化、減少排放量與提升效率等技術領域；另外，對減少投資、降低運行費用等方面也進行了相關研究。第26页結束放映10.5最新技術發展與展望n在熱電聯產領域，出現了熱、電、冷聯產，以熱電廠為熱源，採用溴化鋰吸收式製冷技術提供冷水進行空調製冷，能够節省空調製冷用電量；熱、電、氣聯產則是以循環流化床分離出來800900C灰分作為乾餾爐中熱源，用乾餾爐中新燃料析出揮發分生產乾餾氣。以下將簡單地介紹生物燃料電池和生物製氫技術。第27页結束放映10.5最新技術發展與展望10.5.1生物燃料電池 n生物燃料電池(biofuel cell)是利用酶或者微生物組織作為催化劑，將燃料化學能轉化為電能。它工作原理與傳統燃料電池存在許多共通之處，如以葡萄糖作為底物燃料電池為例，在陽極和陰極將發生以下反應陽極反應：C6H12O66H2O6CO224e24H陰極反應：6O224e24H12H2O第28页結束放映10.5最新技術發展與展望10.5.2生物製氫技術n氫位於元素週期表之首，它原子序數為1，在常溫常壓下為氣態，在超低溫高壓下又可成為液態。氫能是一種二次能源，通過一定方法利用其它能源來製取。第29页結束放映10.5最新技術發展與展望n当前製氫方法很多，生物質製氫技術也有發展。1.水電解法当前應用較廣且比較成熟方法之一，是將水電解為氫和氧，水為原料製氫工程是氫與氧燃燒生成水逆過程。提供電能使水分解製取氫氣效率普通在75%85%。其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，所以它應用受到一定限制。第30页結束放映10.5最新技術發展與展望2.熱化學法当前工業製氫方法，主要是以天然氣、石油和煤為原料，在高溫下與水蒸氣發生反應而製得。此類方法在技術上都比較成熟，但用石化能源和電能來換取氫能，在經濟上和資源利用上並不合算。第31页結束放映10.5最新技術發展與展望3.太陽能法20世紀60年代末，日本兩位科學家發現二氧化鈦經光（紫外線）照射可將水分解為氫和氧。4.生物法生物製氫是利用微生物在常溫常壓下進行催化反應製取氫氣。第32页