新能源材料与器件导论(第二十四节PPT课件).ppt

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1、生 物 质 能,Company Logo,生物质资源,生物质是指由光合作用而产生的有机体。光合作用将太阳能转化为化学能储存在生物质中。,Company Logo,生物质资源,生物质资源包括（1）农作物：产生淀粉的玉米，甘薯。产生糖类的甘蔗，甜菜，果实（2）林作物：白杨（3）水生藻类：海带（4）光合成微生物类：硫细菌，非硫细菌（5）其他类：农产品废弃物（稻秸，谷壳），城市垃圾，林业废弃物，畜业废弃物（排泄物）,Company Logo,Contents,Company Logo,生物质能的定义与范畴,Company Logo,生物质能的定义与范畴,生物质能源能是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的

2、能量以一种生物质形式固定下来的能源。,Company Logo,生物质能的定义与范畴,光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用可见光中的光能，把二氧化碳和水合成为储存能量的糖类（通常指葡萄糖），并且释放出氧气的过程。,光合作用的反应式：,6CO2+6H2O,光能,叶绿体,C6H12O6 +6O2,糖（单糖) 淀粉（多糖） 纤维素（糖聚合物）,Company Logo,生物质能的定义与范畴,CO2,人类需要的能,生物质的产生和利用循环,H2O,太阳能,C6H12O6,燃烧、分解、气化。,Company Logo,碳循环,生物质能的定义与范畴,人类最重要的间接利用太阳能的方式,氧循环,生物质利用：太阳能

3、驱动的碳、氢、氧循环,氢循环,Company Logo,生物质能的定义与范畴,生物质包括：糖类（甘蔗、甜菜）；淀粉类（土豆、玉米）；纤维类（木材、农作物秸杆、杂草）等。,Company Logo,生物质能的定义与范畴,生物质的化学组成,Company Logo,生物质资源特点和状况,Company Logo,生物质资源特点和状况,地球上每年生物质能总量约1400-1800亿吨(干重），相当于目前每年总能耗的10倍。,总量大,Company Logo,生物质资源特点和状况,通过碳、氢、氧循环利用太阳能的过程，理论上不产生温室气体，低含量的N，S化合物，可以大量减少SOx等有毒气体排放，被称为“绿

4、色石油”。,每利用一万吨椐杆代替燃煤，可以减少CO2排放.4t，SO2 40t，烟尘100t。,低污染,Company Logo,我国可利用的生物质资源量：1.农作物秸秆年产量约7亿吨2.林业及木材加工废弃物年产量约9亿吨3.畜禽养殖和工业有机废水年产沼气资源量约800亿立方米 4.城市生活垃圾年产生量约1.2亿吨,生物质资源特点和状况,分布广,Company Logo,生物质能利用,Company Logo,生物质能利用,生物质,热化学转化（油、气）（高温分解、气化）,生物化学转化（沼气、酒精）,直接燃烧,能源转换过程,Company Logo,直接燃烧,Company Logo,生物质能利

5、用直接燃烧,热效率低于20%,loss,loss,Company Logo,生物质能利用直接燃烧,炕：热效率20-30%,Company Logo,生物质能利用直接燃烧发电,秸秆直接燃烧发电垃圾直接燃烧发电,Company Logo,生物质能利用直接燃烧秸秆发电,热效率可达90%;生物质能净转化效率40,Company Logo,生物质能利用直接燃烧秸秆发电,每两吨秸秆的热值相当于一吨煤，平均含硫量只有38，远远低于煤1的平均含硫量。,丹麦:已建立了130多家秸秆生物发电厂。秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24以上。,1：1.4,能源草,秸秆,Company Logo,河北晋州：两台秸

6、秆直燃锅炉（华光股份生产，2台75t/h）。 江苏如东：25 MW生物质发电项目。江苏宿迁和句容：每个项目的装机容量为2.4万千瓦(完全采用我国自主研发设计和制造的秸秆直燃锅炉技术）。,生物质与煤混合燃烧效果最佳,生物质能利用直接燃烧秸秆发电,截至2006年，我国已经有100多个县市已经开始投建或签订秸秆发电项目,Company Logo,生物质能利用直接燃烧秸秆发电,2005年，我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在枣庄十里泉发电厂竣工投产:引进了丹麦BWE公司的技术设备，对1台14万千瓦机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造。,十里泉电厂,Company Logo,生物质能利用直接燃烧垃圾发电,

7、生活垃圾焚烧后，质量只有焚烧前的10%，体积最多只有1/4。,西方发达国家大都建有垃圾发电厂，美国在20世纪80年代兴建了90座垃圾焚烧厂，90年代又建了近400座发电厂，垃圾焚烧率达40；日本垃圾电站有131座。,Company Logo,生物质能利用直接燃烧垃圾发电,垃圾电站,Company Logo,生物质能利用直接燃烧垃圾发电,浦东御桥工业区：国内第一座日处理千吨以上的大型现代化生活垃圾发电厂，每天可处理120150万城市居民产生的生活垃圾（约1000吨）。,我国目前规模最大的垃圾焚烧厂上海江桥生活垃圾焚烧厂，每天处理垃圾2000吨。,截至2006年，我国已经建成有100多个日处理量在

8、200吨以上的焚烧装置。,Company Logo,目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将超过3000座。,生物质能利用直接燃烧垃圾发电,Company Logo,垃圾发电平均上网电价为元千瓦时，发电成本为元千瓦时。火力发电成本仅为元千瓦时，水力发电的运营成本仅为千瓦时元千瓦时。相比之下，垃圾发电成本是相当高的，没有任何竞争优势。,生物质能利用直接燃烧垃圾发电,Company Logo,热化学转化,Company Logo,生物质能利用-热化学转化,气化液化转脂反应,Company Logo,生物质能利用-热化学转化-气化,生物质气化是在高温条件下，利用部分氧化法，使有机物转化成可

9、燃气体的过程，产物为CO、H2、CH4等可燃性气体。,Company Logo,用作锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对气体要求不很严格，直接在锅炉内燃烧气化气。效率低。在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。这种利用方式要求气化压力在1030个大气压，有灰尘、杂质等污染的问题。在内燃机内燃烧带动发电机发电。这种方式应用广泛，而且效率较高。但该种方式对气体要求严格，气化气必须净化及冷却。,生物质能利用-热化学转化-气化发电,气化发电的三种方式,Company Logo,生物质能利用-热化学转化-气化发电,我国当前情况下，如果生物质收集范围大于50 km，气化发电价格就会大于电网价格（约0

10、55元/度），而失掉经济性方面的优势；小于50 km，燃料不足。,气化技术障碍,燃气除焦电机要求焦油含量：0.02-0.05g/m3；H215%而汽化后焦油含量：2-50g/m3,Company Logo,农村生物质生态循环型利用系统,交大生物质能研究中心,关键,Company Logo,生物质能利用-热化学转化液化,热解液化（不需催化剂，650800,原料需干燥）,生物油（70）和气体,快速热解,生物油（8085）和焦炭,慢速热解,高加热速率（102-104K/s）产物停留时间（0.2-3s）,干馏：木炭,Company Logo,生物质能利用-热化学转化液化,旋转锥反应器,oil,Comp

11、any Logo,生物质能利用-热化学转化液化,Company Logo,生物质能利用-热化学转化液化,2.加压液化（需催化剂, 300350，原料不需干燥）,12-20 MPa,停留时间：30min,加水,油（含水）,Company Logo,生物质能利用-热化学转化液化,尚处于研究阶段,Company Logo,生物质能利用-热化学转化生物柴油,用热化学法生产:动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，在酸或者碱性催化剂和高温(230250)下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。,Biodiesel,Vegetable Oil,Company Logo,生物质能

12、利用-热化学转化生物柴油,Company Logo,生物质能利用-热化学转化生物柴油,1、仅需要对柴油机进行微小的改造甚至不需要改造。 2、可以采用现有的柴油运输、销售网络。3、从全生命周期来看不产生CO2排放。,生物柴油替代柴油的优势,Company Logo,生物质能利用-热化学转化生物柴油,植物油成本高，占总成本的70至80,现在：5000元/吨（植物油） 7000元/吨（柴油）,Company Logo,生物质能利用-热化学转化生物柴油,欧洲：生物柴油使用最多，份额已占到成品油市场的5%；原料主要为菜籽油。,原料来源,美国：大豆油；已开始通过基因工程方法研究高油含量的植物。,日本：工业

13、废油和废煎炸油。,棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等,Company Logo,生物质能利用-热化学转化生物柴油,我国：地沟油是目前主要原料，麻风树、黄连木等油料作物有望大面积种植。地沟油。,麻风树,黄连木,Company Logo,生物化学转化,Company Logo,发酵厌氧消化,生物质能利用生物化学转化,Company Logo,生物质能利用生物化学转化发酵,发酵,催化酶,糖,发酵,生物质,醇,Company Logo,乙醇汽车,Company Logo,生物质能利用生物化学转化发酵,1、糖类：甘蔗、甜菜等糖类生物质转化成乙醇相对容易，但原料成本高（ 60%价格 ）。

14、2、淀粉类：淀粉类生物质（玉米、高粱、木薯）需要先水解成糖类。3、木质纤维类：木材、草等预处理更复杂，需要经过几种酸的水解才能变成糖。,原 料,Company Logo,生物质能利用生物化学转化发酵,陈化粮 作为燃料乙醇生产原料,木薯、红薯、甘蔗、甜高粱等非口粮（小麦、稻谷）农作物,纤维质：桔杆、农林废弃物、工业纤维废渣,原料发展趋势,Company Logo,最新进展 美国马萨诸塞大学的化学工程师George Huber找到一种有效的方法，成功地让柳枝稷、白杨树等植物的木质纤维素（即固态生物质能）转化为“绿色汽油”。 这是首次实现植物纤维素到汽油组分的直接转变。,生物质能利用生物化学转化发酵

15、,Company Logo,生物质能利用生物化学转化厌氧消化,生物质,细菌绝氧分解,沼气（60甲烷，3040CO2）,大棚,沼气发电机,Company Logo,生物质能利用生物化学转化厌氧消化,Company Logo,生物质能利用生物化学转化厌氧消化,原料,1、人、畜排泄物,Company Logo,生物质能利用生物化学转化厌氧消化,Company Logo,Biogas digester,Component：Lavatory、Pig house、biogas digester、greenhouse,Function：Integration of Plant、animal、biogas、s

16、olar energy,greenhouse,Pig,lavatory,biogas,co2,o2,biogas、fermented sludge,Small type biogas digester,Company Logo,生物质能利用生物化学转化厌氧消化,2、垃圾,原料,垃圾填埋场经过特殊设计，可增加沼气产量，并且在填埋垃圾之前预先铺设收集气体的管道。,Company Logo,生物质能利用生物化学转化厌氧消化,Company Logo,生物质能利用生物化学转化厌氧消化,上海南汇老港垃圾填埋场（国内最大的垃圾填埋场）的沼气收集和预处理系统一期工程已建成，开始实验性发电。,Company

17、Logo,生物质能利用生物化学转化厌氧消化,Company Logo,东滩生态农业可再生能源与氢能应用示范,人畜粪便,秸秆,沼气发电,中温烟气供热,低温烟气余热利用,堆肥,大棚,沼气站,发电机,科教基地,秸秆气化灰肥料,气化发电,未来村庄能源系统展示馆,氢能观光车,分布式供能,加氢站,风光互补耦合制氢,肥料土壤改良杀虫剂,沼液,Company Logo,生物质能展望,Company Logo,生物质能展望,1、欧盟：2010年生物质能源达到总能源消耗的7 （现在已经达到2） 。2、美国：2010年生物质能源达到总能源消耗的4，2020年达到5（现在已经达到3）。3、澳大利亚：2010年生物质能

18、源达到总能源消耗的5。4、巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3，近50汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油参和比达到20。,Company Logo,生物质能展望,Company Logo,生物质能展望中国,目前生物质能源仅占0.51%。 中国可再生能源中长期发展规划提出了到2020年中国可再生能源开发利用总量在能源供应结构中的比重达15%的目标，相当于6亿吨标准煤（1/6)。 2020年生物质燃料替代1000万吨石油。,中国,Company Logo,农林生物质发电,200,2200,2010年,2020年,垃圾填埋场沼气发电,20,100,大中型沼气工程发电,80,300,生物质发电,

19、总计 300 2600,（万千瓦）,生物质能展望中国,Company Logo,生物质固体成型燃料 2010年: 示范点建设，全国年消费100万吨 2020年: 年消费量达到5000万吨农村户用沼气 2010年：110亿立方米/年 2020年：180亿立方米/年,生物质能展望中国,Company Logo,生物质液体燃料 2020年：替代1000万吨成品油燃料乙醇： 以甜高粱茎杆、甘蔗和木薯等为原料 2020年，年产1000万吨生物柴油 以麻疯树、油桐、黄连木、油菜籽等为原料 餐饮等行业废油回收 2020年，年产100万吨,生物质能展望中国,Company Logo,生物质能引发新危机!?,生

20、物质能展望,联合国能源协会：与使用化石燃料对环境的破坏程度相比，生物燃料很可能会造成更严重的破坏。目前，因农作物大量增加而导致的周围环境变化已经在东南亚出现：不断飙升的棕榈油需求已导致东南亚地区热带雨林遭到破坏，大量砍伐引发的温室气体排放量后果可能比使用化石燃料更为严重。,Company Logo,生物质能引发新危机!?,生物质能展望,生物燃料导致环境恶化？1、发展生物燃料带来的土地和水资源需求，导致土壤中碳含量的变化，这种变化将直接抵消使用生物燃料在减少温室气体排放量方面的正面效果。,Company Logo,生物质能引发新危机!?,生物质能展望,生物燃料导致环境恶化？2、从生物链的传递来看

21、，大量种植单一农作物并不符合大自然有关生物多样性的发展规律，土壤中的养分会因单一种植农作物而流失。,Company Logo,生物燃料导致粮食涨价与粮食争地！据印尼星洲日报报道，欧美各国推展应用生物乙醇燃油，当作未来时期应对能源短缺的措施，导致印度尼西亚近半年来，粮食如玉米、面粉、生棕榈油及肉类等涨价达10%至35%。,生物质能展望,Company Logo,国际粮食价格达到20年来最高粮价上涨肉类价格上涨奶制品价格上涨。通货膨胀 由于粮食涨价，印尼、墨西哥、菲律宾和乌兹别克斯坦等33个国家将面临社会动荡的危险。,生物质能展望,Company Logo,生物质能引发新危机!?,生物质能展望,解决途径：加大对非粮作物的研究和开发；采用纤维素生物质原料 。,http:/,Thank You !,