生物质能利用现状

南京理工大学《新能源技术》课程报告

姓名郑冉学号:113110000896

学院(系):自动化学院

专业: 电力系统及其自动化

题目: 生物质能利用现状

组别第十组

任课教师戚志东

硕士导师邹云

2014年4月28号

生物质能利用现状

郑冉

摘要:生物质能是可再生能源的重要组成部分,具有可再生、低污染、分布广泛等特点。目前,为了应对能源短缺、环境污染等问题,各国都在大力开发利用生物质能,这必将使得生物质能在今后能源替代方面起到越来越大的作用。为此,本文总结了我国生物质能资源现状及发展潜力,介绍了国外生物质能发展概况,综合评价了我国生物质产业的发展现状并指出了我国在生物质发展中存在的主要问题。

关键词:生物质能;发展现状;开发利用

The Utilization status of Biomass Energy

ZHENG Ran

ABSTRACT:Biomass energy is one of the most significant types of renewable energy, and it has many advantages. Many countries have vowed to step up the exploitation and utilization of bioma- ss energy in order to solve the issues about energy shortage and the pollution of the environment, and then, the biomass energy will play a greater role in replacing fossil energy. This paper summa- rized the status and development potential of biomass resources in China, introduced the general situation of biomass energy development in other countries and evaluated the development status of biomass industry. Finally, this paper pointed out the main problems in the development of bio- mass in China.

KEYWORDS:biomass energy; development status; exploitation and utilization

1 引言

生物质是指把光能以化学能的形式储

存起来的有机物质。所有的生物质都是由绿色植物通过光合作用将光能转化为植物物

质而产生的。生物质是一种可再生、可持续发展和对环境相对友好的能源[1],是惟一可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源,这种能源可以明显地改善我们的环境、经济及能源安全。

据估计,全世界每年由光合作用而固定的碳达2×1011吨,含能量达3×1018千焦,可

开发的能源约相当于全世界每年耗能量的

10倍;生成的可利用干生物质约为1700亿吨,而目前将其作为能源来利用的仅为13亿吨,约占其总产量的0.76%[2-3],资源开发利用潜力巨大。我国生物质能资源也相当丰富,理论生物质能资源大约有50亿吨标准煤,达到了我国目前总能耗的4倍左右[4-5]。

由于生物能源所具有的优势,世界各国已经将其作为发展新型能源的重要选择。近年来,燃料乙醇、生物柴油、生物质发电及沼气等生物质能产业在世界范围内得到了

快速的发展,尤其进入21世纪后,随着国际石油价格的不断攀升及《京都议定书》的生效,生物质能更是成为国际可再生能源领域的焦点。本文对生物质能资源现状及发展潜力、产业发展现状进行了综合评价,并对生物质能产业发展提出建议。

2 国内生物质资源现状

依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

2.1林业资源

林业生物质资源是指森林生长和林业

生产过程提供的生物质能源,全国现有林地面积3.04亿公顷,可供能源化利用的主要是薪炭林、林业“三剩物”、木材加工剩余物等,每年约3.5亿吨。适合人工种植的能源作物(植物)有30多种,包括油棕、小桐子、光皮树、文冠果、黄连木、乌桕、甜高粱等,资源潜力可满足年产5000万吨生物液体燃

料的原料需求。

2.2 农业资源

农业资源主要是指农作物秸秆及农产品加工剩余物,包括玉米、水稻、小麦、棉花、油料作物秸秆在内的农作物秸秆理论资源量每年8.2亿吨,可收集资源量每年约6.9亿吨,主要分布在华北平原、长江中下游平原、东北平原等13个粮食主产省。目前,作为肥料、饲料、食用菌基料以及造纸等用途共计每年约3.5亿吨,可供能源化利用的秸秆资源量每年约3.4亿吨。另外,稻谷壳、甘蔗渣等农产品加工剩余物每年约1.2亿吨,可供能源化利用的每年约6000万吨。

2.3 污水废水

生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等。经过对国家统计年鉴和20多个主要工业行业公开发表的数据进行调查和统计,可知中国主要工业企业每年排放的有机废水约为43.5亿吨,废渣约为9.5亿吨。

2.4固体废物

城市固体废物主要是由城镇居民生活

垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。目前每年城市生活有机垃圾清运量约1.5亿吨,其中50%可作为焚烧发电的燃料或垃圾填埋气发电的原料,可替代1200万吨标准煤。厨余垃圾还可作为生物柴油的原料,每年可获得量约300万吨。

2.5畜禽粪便

畜禽粪便是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式,包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。我国规模化畜禽养殖场粪便资源每年约8.4亿吨,生产沼气的潜力约400亿立方米。

我国各种生物质能源利用潜力情况见

表1,可作为能源利用的生物质资源总量每

年约4.6亿吨标准煤,目前已利用量约2200

万吨标准煤,还有约4.4亿吨可作为能源利用。随着我国经济社会发展、生态文明建设和农林业的进一步发展,生物质能源利用潜力将进一步增大。

表1我国生物质能源利用潜力

资源来源可利用资源量已利用资源量剩余可利用资源量

实物量(万吨)折合标煤量

(万吨)

实物量

(万吨)

折合标煤量

(万吨)

实物量

(万吨)

折合标煤量

(万吨)

农作物秸秆34000 17000 800 400 33200 16600 农产品加工剩余物6000 3000 200 100 5800 2900 林业木质剩余物35000 20000 300 170 34700 19830 畜禽粪便84000 2800 30000 1000 54000 1800 城市生活垃圾7500 1200 2800 500 4700 700 有机废水435000 1600 2700 10 432300 1590 有机废渣95000 400 4800 20 90200 380 合计46000 2200 43800

3国外生物质能发展概况

3.1巴西

巴西是全球燃料乙醇普及时间最长、政府支持力度最大的国家,是世界燃料乙醇的生产大国、消费大国和出口大国。巴西生产乙醇的原料主要是甘蔗,2010年巴西甘蔗砍收量达7.3亿吨,占全球产量的1/3以上。2009年,巴西燃料乙醇产量2174万吨,占全球33%,仅次于美国;国内消费量1765万吨,仅次于美国,占车用液体燃料的53%,已超过汽油消费量;出口美国、欧洲、日本和印度409万吨,出口量全球第一。

3.2 美国

美国在开发利用生物质能方面处于世界领先地位,生物质能利用占一次能源消耗总量的4%左右。从1979年就开始采用生物质燃料直接燃烧发电,生物质能发电总装机容量超过10000MW,单机容量达10~

25MW[6]。2006年,乙醇约占美国汽油消费总量的5%,乙醇掺烧比例通常为10%,添加乙醇的混合汽油占全国汽油供应总量的46%。2007年乙醇的产量是64亿加仑,比2000年增加了4倍。根据美国可再生燃料协会统计,截至2008年底,美国共有189个乙醇生产厂,生产能力为3300万吨。美国商业性生产生物柴油始于20世纪90年代初。2006年,生物柴油生产能力为260万吨,实际产量为125万吨,截止到2007年底,现有生物柴油生产企业171家,生物柴油产量4.5亿加仑,比2006年提高80%。根据美国国家生物柴油委员会的计划,到2015年,生物柴油产量将占全国运输柴油消费总量的5%,达到610万吨。为帮助降低生产先进生物燃料的成本,并使相关技术达到商业化,2007年美国将其能源部生物质能研究经费增加65%,总数达1.5亿美元[7]。

3.3 欧盟

2010年欧盟煤炭、石油和天然气的对外依存度分别高达59%、62%和84%,因此大力发展包括生物能源在内的可再生能源对

于确保欧盟能源安全至关重要。目前欧盟的生物质燃料主要包括生物柴油、沼气和生物乙醇,如图1。根据国际能源署发布的《世界能源展望2010》数据显示,2009年欧盟生物柴油产量为700万吨油当量,约占全球的54%;生物乙醇的产量为170万吨油当量,约占全球的4%。

图1欧盟生物乙醇、沼气和生物柴油3.4 印度

印度是沼气使用历史悠久的国家,在

l975年启动国家沼气开发计划(NPBO),到2008年已建沼气池450万个,为农村无电区的数十万家庭提供了炊事和照明。近期生物

质压缩成型、技术气化等进展显著。气化发电主要用于水泵、磨谷机和其它小型电气设备;气化产出燃气则主要用于烟草、茶叶、食品等加工生产过程中[8]。

4 我国生物质能发展状况

我国有丰富的生物质资源,近两年,生物质能源在我国受到越来越多的关注,生物质能源利用取得很大成绩,生物质能源利用技术体系和生物质能源产业体系逐步形成。

4.1 沼气产业初具规模

沼气利用是我国发展历史最长、产业最为成熟的生物质能利用产业。截至2010年底,大中小型沼气工程7.3万处,其中特大型、大型、中型工程分别为200处、4963处、2.27

万处。经过多年的研发和推广,户用沼气已形成较完善的产业链,沼气池不仅寿命达到20年,且形成了具有地域特色的沼气综合利用模式,如西北“五配套”等能源生态模式、南方“猪—沼—果”和北方的“四位一体”。充分实践了“资源—废弃物—再生资源”的循环利用模式,符合建立资源节约型和环境友好型社会的标准。

4.2 生物质发电产业增长趋好

2005年以来,我国农作物秸秆规模化发电开始起步。2006年12月,第一个秸秆直燃发电项目投产。2009年作为主要生物质能发电企业的国电集团总装机容量达到733MW,占我国生物质发电总装机容量的17%。表2

给出了2006~2010年生物质能发电产业规

模统计。由下表可知,近年来,我国生物质能发电产业规模保持了较好较快发展。

表22006~2010年生物质能发电产业规模

年份装机容量

(MW)

增长率(%)投资总额

(亿元)

增长率

2006 1400 168

2007 2200 57.14 256 52.38 2008 3150 43.18 347 35.55 2009 4300 36.51 452 30.26 2010 5500 27.91 586 29.65 4.3 生物液体燃料已经起步

通过生物质资源生产的生物柴油和燃

料乙醇是生物液体燃料的主要品种。1998年以来,以粮食为原料的燃料乙醇生产已初步形成规模。2007

生物质能利用现状

年国家开始禁止发展粮食乙

醇项目,将燃料乙醇生产转为以薯类、甜高梁等1.5代生物乙醇技术上,强调以边际性土地生产生物质能源原料,以纤维素为原料的第二代乙醇生物燃料技术,已开始初步商业化。

生物柴油原料既可以来源于废弃的动

植物油,也可以是含油量高的油料植物,例如麻风树、黄连木和油菜等。我国将在西北和西南规划建设2亿亩林木生物质能源基地,预计可实现2000万吨生物柴油原料供应能力,但由于尚处于种植发展阶段,而只有形成规模以后才能生产生物柴油。因此,就现在而言,无论是以废弃动植物油还是以林木为原料的生物柴油均未形成规模。

4.4 生物质成型燃料前景广阔但同时面临诸多问题

20世纪80年代,我国开始研究生物质成型燃料技术,目前已有环模滚压式、螺旋挤压式、冲压式、液压式等形式的生物质压缩成型机。生物质成型燃料产业兼具可观的经济效益、良好的环境效益和社会效益,发展意义重大、发展前景广阔。但生物质成型燃料技术同时面临着诸多问题。由于农作物及其餐厨废弃物分布分散以及采集难度较大,《可再生能源“十二五”规划》将生物质成型燃料年利用量目标由2000万吨下调到1000万吨。同时该技术还受用户消费习惯与偏好、产品规格与质量、产业经营动作模式等因素制约。

5 我国生物质能源发展中存在的主要问题

尽管我国在生物质能源等可再生能源

的开发利用方面取得了一些成效,但由于我国生物质能源发展还处于起步阶段,面临许多困难和问题,归纳起来主要有以下几个方面。

1) 生物质原料资源的特性限制了生物

质能源的高效率利用

大多数生物质原料如农作物秸秆、畜禽粪便等过于分散,主要靠人工收集,在农村青壮年劳动力不断向农外转移以及人工成

本不断上升的背景下,其原料收集成本相对上升;生物质原料密度以及比重均较低,运输损耗较大且储存费用相对较高;考虑到成本问题,生物质原料运输距离不能太远,这就需要能源作物产业化。而作为生产生物质原料主体的农户只关心种植能源作物的收益,有收益就种,没收益就不种,不关心能源作物的产业化。没有能源作物的产业化,生物质能的产业化也将面临巨大困难。原料收集困难、原料的提供来源不稳定,使生物质能发展区别于其他可再生能源,是制约生物质能产业发展不可忽视的因素。

2) 生物质能发展技术有待进一步提高

技术是决定生物质能产业发展的关键

因素,是使生物质能走出实验室、商业化大规模生产的基础。我国生物质能存在科研投入过少、装备技术含量较低、纤维素质制备燃料乙醇等核心技术并未取得实质性的突

破等问题,使得生物质能产业化发展不充分,难以形成规模效益。

3) 生物质能源发展政策缺乏标准法规

和激励措施

为了确保生物质能源产业的稳步发展,我国政府出台了一系列法律法规、补贴政策和税收优惠政策,良好的宏观政策环境逐渐形成,积极推动了生物质能源的开发和利用,但我国生物质能源发展政策缺乏标准法规

和激励措施,亟待进一步完善。如《可再生能源法》自公布至今关于生物质发电的相关退税政策尚未落实。生物质能源发展政策导向忽略了需求,而以供给为主,没有培育起能源消费结构调整的市场支撑力量,没有稳定的市场需求,导致生物质能消费市场空间狭小和拓展速度慢。生物质能产业发展面临着诸多不确定性,如供给的不稳定性、需求的不确定性、价格不确定性、技术不确定性、产量不确定等,该产业属于高风险产业,而可以有效克服市场风险的激励政策效果并

不明显。

6 结论

21世纪我们面临着经济增长、环境保护、生存发展与能源安全的多重矛盾与压力。因此,改变能源结构和发展格局,加快包括生物质能源在内的可再生能源的开发与利用,对确保我国占据能源至高点和促进经济社

会的可持续发展都有着极其重要的作用。但由于我国生物质能利用存在的问题,导致我们必须利用第三方物流较好地解决生物质

能资源可供性问题、提升生物质能研发的高新技术并完善生物质能产业发展的相关标准。

参考文献:

[1] Saxena RC, Adhikari DK. Biomass-b-ased energy fuel through biochemical rout-es: a reviews[J]. Renewable and Sustainab-le Energy Reviews, 2009, 13(1):156-167. [2] 张恩惠. 生物质燃油的应用前景[J]. 林业机械与木工设备, 2008, (8): 44-47.

[3] 孙永明, 袁振宏, 孙振钧. 中国生物质能源与生物质利用现状与展望[J]. 可再生

能源, 2006, 2(126): 78-82.

[4] 周善元. 21世纪的新能源—生物质能[J]. 江西能源, 2001(4): 34-37.

[5] 周凤起, 周大地. 中国长期能源战略[M]. 北京: 化学工业出版社, 1999.

[6] 苏亚欣, 毛玉如, 赵静德. 新能源与可再生能源概论[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006: 77.

[7] 张蜗诂, 王君, 林中萍. 美国生物质能产业发展现状和相关政策研究[J]. 全球科

技经济瞭望, 2008, 23(12): 5-8.

[8] 倪健民. 国家能源安全报告[M]. 北京: 人民出版社, 2005: 87-90.

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