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2016年生物质能行业现状分析及应用技术展望

文章出处:本站 人气:42 发表时间:2017/2/8 8:00:53

生物质能是人类用火以来,最早直接应用的能源。随着人类文明的发展,生物质能的应用研究开发几经波折,最终人们深刻认识到,石油、煤、天然气等化石能源的有限性,同时无节制地使用化石能源,大量增加CO2、粉尘、SO2等废弃物的排放,污染了环境,给人类赖以生存的星球,造成十分严重的后果。而使用大自然馈赠的生物质能源,几乎不产生污染,资源可再生而不会枯竭,同时起着保护和改善生态环境的重要作用,是理想的可再生能源之一。以下是的2016年生物质能行业现状分析:

生物质能的定义及其利弊

  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。它一直是人类赖以生存的重要能源,仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第4位,在整个能源系统中占有重要的地位。据预测,到21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。生物质能通常包括:木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便。

  生物质能的优点:一是可再生性。二是低污染性。生物质的硫含量、氮含量低,生物质作为燃料时,燃烧过程中的硫化物和氮化物较少,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于其燃烧时排放的二氧化碳量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零;用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应,促进生态良性循环,而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料,成为解决能源危机与环境问题的重 要途径之一。三是广泛分布性。缺乏煤炭的地域可充分利用生物质能。四是具有燃烧容易,灰分低的特点]。

  但由于技术和经济的原因以及可再生能源分布较为分散,能量密度、热值及热效率低等特点,目前其利用率尚不高,仅占全球能源消耗总量的22%。

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   2016年中国生物质能资源现状及潜力
  生物质能资源,按原料的化学性质分,主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分,则主要包括以下几类:①农业生产废弃物,主要为作物秸秆;②薪柴、枝桠柴和柴草;③农林加工废弃物,木屑、谷壳和果壳;④人畜粪便和生活有机垃圾等;⑤工业有机废弃物,有机废水和废渣等;⑥能源植物,包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等]。我国拥有丰富的生物质能资源,据测算,我国理论生物质能资源50亿吨左右,是我国目前总能耗的4倍左右。

  目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物,包括农作物秸秆、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾、林业生物质、能源作物等。

  我国幅员辽阔,人口众多,生物质分布十分广泛,约有80%的人口居住在农村;太阳能资源丰富,全国各地太阳能年辐射总量在335~835kJ/cm^2之间。因此,通过光合作用产生的生物质能储量大、分布广。但从全国范围来看,各省分布不平衡,1/2以上的生物质资源集中在四川、河南、山东、安徽、河北、江苏、湖南、湖北、浙江等9个省,广大的西北地区和其他省区相对较少。据统计,全国近几年秸秆年产量约6亿t,目前除少量生物质被用于农村家庭燃料或饲料外,绝大多数生物质被露天焚烧、填埋,或直接丢弃在田间地头进行生物降解。薪柴年产量(包括木材砍伐的废弃物)为2亿t左右,还有大量的人畜粪便及工业排放的有机废料、废渣。据环卫部门估计,2000年我国城市生活垃圾总量约1.5亿t。每年生物质资源总量折合成标准煤为2~4亿t。

  2016年中国生物质能利用现状

  目前,世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能:一是热化学转换技术,获得木炭焦油和可燃气体等品位高的能源产品,该方法又按其热加工的方法不同,分为高温干馏、热解、生物质液化等方法;二是生物化学转换法,主要指生物质在微生物的发酵作用下,生成沼气、酒精等能源产品;三是利用油料植物所产生的生物油;四是直接燃烧技术,包括炉灶燃烧技术、锅炉燃烧技术、致密成型技术和垃圾焚烧技术等。

  1、热解气化技术方面

  自“六五”以来,我国开展了生物质气化技术的研究工作,并取得了一系列卓有成效的研究成果。我国已用或商品化的气化炉和气化系统有:中国科学院广州能源研究所的GSQ-1100大型装置,中国农机院的ND系列和HQ-280型,山东省能源研究所的XFL系列,在农村具有广泛的应用前景。秸秆气化集中供气系统解决了秸秆的有效利用问题,将秸秆转换为高品位能源,降低了成本,提高了农民的生活水平,目前全国已经建设推广了115个示范工程。

  生物质发电在我国已经有40年的历史,其主要原料是稻壳和谷壳,且主要用于大米加工厂。由于发电规模小,经济效益差,发展缓慢,发电规模一直维持在60~200kW。近年来,随着大米加工业的集中与大型化,国家“九五”攻关项目“1MW生物质循环流化床气化发电系统”研制成功,该系统每日可处理谷壳40t,最大出力1000kW,与传统小型机组相比生产能力强,气化效率高、成本低。

  2、接燃烧技术方面

  1998年,我国已有1.85亿农户使用省柴节煤炉灶,热效率为25%。现热效率超过70%,达到国家环保总局指标要求的低排放多用炉已通过产品鉴定,即将投放市场。利用致密成型技术,使压制成型后的燃料容重可达1200kg/m^3,热值约16MJ/kg,含水率在12%以下,体积缩小为1/8~1/6。成型燃料热性能优于木材,与中质混煤相当,而且点火容易,便于运输和贮存,可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料。我国的生物质致密成型 技术开始于“七五”期间,现已达到工业化生产规模。目前,国内已开发完成的固化成型设备有两大类:棒状成型机和颗粒状成型机,其生产能力为120~300kg/h。南京市平亚取暖器材有限公司,从美国引进了一套生产能力为1.5t/h的颗粒成型燃料生产线,1999年开始正式生产,产品供应市场运行情况良好[7]。但是生物质压实技术所需压实成型设备,尤其是高压成型设备价格昂贵,增加了生物质能的成本,限制了生物质能的利用。

  3、生物化学转化技术方面

  沼气的利用

  沼气发酵是利用有机废弃物,如农作物秸秆、粪便、有机废水等转化为气体燃料。这一过程通常含有3个阶段:水解阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。沼气发酵装置在处理高含水有机废物方面是非常有用的。截止到1996年底,我国推广农村户用沼气池602万口,供2500万人使用;沼气工程592处,总池容33.5×10^4m^3,供10.2万户用气;城镇生活污水净化沼气池5.2万座,总池容180.8×10^4m^3,年产沼气2305×10^4m^3,供2.8万多户用气。沼气发酵系统与农业结合十分密切,能有效地促进农村经济的发展,有利于保护农村生态环境,使农业发展走可持续发展之路[3,6]。

  填埋垃圾制取沼气也是处理城市生活垃圾、有效利用生物质能的主要方法。杭州天子岭垃圾填埋场是我国第一座大型按卫生填埋要求设计并采用合理填埋规划和工艺的城市生活垃圾无害化处理工程。1991年6月正式运行,库容600万m^3,能消纳全杭州日产1320t垃圾,运行费用5元/t,现已进入产沼气高峰期[8]。

  生物质制取燃料酒精

  纯酒精或汽油和酒精的混合物都可作一次性燃料。制液体酒精的原料可分为3大类:一是含糖类,如甘蔗;二是含纤维素类,如农作物秸秆、颖壳,木材和其加工剩余物等;三是含淀粉类,如甘薯、玉米、小麦等。根据生物质所含成分的不同,其液化方法也不同,但其技术都已很成熟。

  2017年中国生物质能应用技术的展望

  生物质能是一个重要的能源,预计到下世纪,世界能源消费的40%来自生物质能,我国农村能源的70%是生物质,我国有丰富的生物质能资源,仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展,人们生活水平的提高,环境保护意识的加强,对生物质能的合理、高效开发利用,必然愈来愈受到人们的重视。因此,科学地利用生物质能,加强其应用技术的研究,具有十分重要的意义。

  目前,我国已有一批长期从事生物质转换技术研究开发的科技人员,已经初步形成具有中国特色的生物质能研究开发体系,对生物质转化利用技术从理论上和实践上进行了广泛的研究,完成一批具有较高水平的研究成果,部分技术已形成产业化,为今后进一步研究开发,打下了良好的基础。

  从国外生物质能利用技术的研究开发现状结合我国现有技术水平和实际情况来看,2016-2021年中国生物质能行业市场需求与投资咨询报告分析,我国生物质能应用技术将主要在以下几方面发展。

  1、高效直接燃烧技术和设备

  我国有12亿多人口,绝大多数居住在广大的乡村和小城镇。其生活用能的主要方式仍然是直接燃烧。剩余物秸杆、稻草松散型物料,是农村居民的主要能源,开发研究高效的燃烧炉,提高使用热效率,仍将是应予解决的重要问题。乡镇企业的快速兴起,不仅带动农村经济的发展,而且加速化石能源,尤其是煤的消费,因此开发改造乡镇企业用煤设备(如锅炉等),用生物质替代燃煤在今后的研究开发中应占有一席之地。 把松散的农林剩余物进行粉碎分级处理后,加工成型为定型的燃料,结合专用技术和设备的开发,在我国将会有较大的市场前景,家庭和暧房取暧用的颗粒成型燃料,推广应用工作,将会是生物质成型燃料的研究开发之热点。

  2、集约化综合开发利用

  生物质能尤其是薪材不仅是很好的能源,而且可以用来制造出木炭、活性炭、木醋液等化工原料。大量速生薪炭材基地的建设,为工业化综合开发利用木质能源提供了丰富的原料。由于我国经济不断发展,促进了农村分散居民逐步向城镇集中,为集中供气,提高用能效率提供了现实的可能性。将来应根据集中居住人口的多少,建立能源工厂,把生物质能进行化学转换,产生的气体收集净化后,输送到居民家中作燃料,提高使用热效率和居民生活水平。这种生物质能的集约化综合开发利用,既可以解决居民用能问题,又可通过工厂的化工产品生产创造良好的经济效益,也为农村剩余劳动力提供就业机会。因此,从生态环境和能源利用角度出发,建立能源材基地,实施“林能”结合工程,是切实可行的发展方向。

  农村有着丰富的秸杆资源,大量秸杆被废弃和田间直接燃烧,既造成大量的生物质能的浪费,也给大气带来了严重的污染。因此,用可再生的生物质能高效转化在将来会有较好的发展前景。

  3、生物质能的创新高效开发利用

  随着科学技术的高速发展,生物质能的发展将依赖创新技术来实现更大的发展。生物质能新技术的研究开发如生物技术高效低成本转化应用研究,常压快速液化制取液化油,催化化学转化技术的研究,以及生物质能转化设备如流化床技术等是研究热点,一旦获得突破性进展,将会大大促进生物质能开发应用。

  4、城市生活垃圾的开发利用

  生活垃圾数量以每年8%~10%的快速递增,工业化开发利用垃圾来发电,焚烧集中供热或气化产生煤气供居民使用,有很大的发展潜力。

  5、能源植物的开发

  大力发展能生产“绿色石油”的各类植物,如油棕榈、木戟科植物等,为生物质能利用提供丰富的优质资源。

 

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