下列不属于生物质能的利用的是
【答案】D
【答案解析】试题分析:生物质能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。A、树枝燃烧时,有机物与空气中的氧气反应生成二氧化碳、水,同时将储存在有机物中的化学能以热能形式释放出来,属于生物质能的利用,错误;B、植物秸秆通过甲烷细菌的作用生成甲烷,再被人类利用,属于生物质能的利用,错误;C、淀粉在酶的作用下产生葡萄糖,葡萄糖在酶的作用下制得乙醇,属于生物质能的利用,错误;D、太阳能发电是直接将太阳能转化为电能,不属于生物质能的利用,正确,答案选D。
考点:考查化学中的能量变化
一、选择题
1、《中华人民共和国可再生能源法》通过的日期是:
A 2005年2月28日
B 2005年10月28日
C 2004年2月28日
D 2003年10月1日
2、以下哪一项不是制定《中华人民共和国可再生能源法》的直接目的:
A 促进可再生能源的开发利用
B 增加能源供应,改善能源结构,保障能源安全
C 保护环境,实现经济社会的可持续发展
D 促进节能
3、《中华人民共和国可再生能源法》是在哪次会议上通过的:
A 第九届全国人民代表大会常务委员会第十次会议通过
B 第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过
C 第十届全国人民代表大会常务委员会第十一次会议通过
D 第十届全国人民代表大会常务委员会第十二次会议通过
4、以下哪种能源利用方式不是《中华人民共和国可再生能源法》的适用范围:
A 通过低效率炉灶直接燃烧方式利用薪柴
B 通过低效率炉灶直接燃烧方式利用粪便
C 通过低效率炉灶直接燃烧方式利用秸秆
D 以上三项都不是
5、《中华人民共和国可再生能源法》规定,为发展可再生能源,国务院教育行政部门应当将可生能源知识和技术纳入__________。
A 小学、中学教育课程
B 普通教育、职业教育课程
C 中学、大学教育课程
D 职业教育课程
6、《中华人民共和国可再生能源法》的颁布,不可能标志着:
A 我国的能源问题很快就能解决
B 我国对可再生能源的开发利用在认识上的提高
C 我国在可再生能源法制建设上迈出了关键一步
D 我国对可再生能源的重视程度有较大提高
7、下列哪个选项不属于可再生能源产业标准:
A 全国范围内统一技术要求的有关可再生能源技术的国家标准。
B 国家燃煤火电并网技术标准
C 全国范围内统一技术要求的有关可再生能源产品的国家标准
D 国家可再生能源电力的并网技术国家标准。
8、按照我国法规性质分类,《中华人民共和国可再生能源法》是:
A 国家法律
B 中央行政部门的规章
C 地方性法律
D 地方政府的行政规章
9、为了促进可再生能源的利用,《中华人民共和国可再生能源法》规定,国家制定可再生能源发展的中长期目标与规划,以下法律要求含义表述不正确的是哪一项:
A 国家制定可再生能源开发利用中长期总量目标
B 省、自治区、直辖市独立制定可再生能源利用中长期总量目标
C 国家编制全国可再生能源开发利用规划
D 省、自治区、直辖市制定本行政区的可再生能源开发利用规划
10、国家安排资金,除用于支持可再生能源开发利用外,还支持下列哪项工作:
A 可再生能源新技术科学研究和应用示范
B 可再生能源的产品标准和技术规范的制定
C 可再生能源新产品和新技术的应用示范工程
D 以上三个方面都是
11、《中华人民共和国可再生能源法》分为几章。
A 8
B 3
C 5
D 10
12、下列哪一项不属于可再生能源利用:
A 羊八井地热能发电站
B 边远地区的户用光伏发电
C 利用燃气轮机进行天然气发电
D 大中型畜禽养殖场的沼气发电
13、下列哪一项属于可再生能源利用:
A 安装碳捕获技术的煤电
B 户用风力发电系统
C “煤变油”技术
D 洁净煤利用技术
14、以下哪项不是狭义海洋能的表现形式:
A 海上风能
B 潮汐能
C 波浪能
D 温差能、盐差能和海流能
15、以下哪项属于地热能的应用:
A拉萨羊八井的地热发电站
B 云南腾冲旅游风景区的温泉洗浴
C 天津民用住宅的地热集中供热
D 以上三项都是
16、根据《中华人民共和国可再生能源法》,对于可再生能源开发利用的科学技术研究,国家将实施以下哪项措施:
A 将其列为科技发展的优先领域
B 将其列为高技术产业发展的优先领域
C 将其纳入国家科技发展规划和高技术产业发展规划
D 以上三项都正确
17、关于水电,以下哪项是不正确的:
A 2004年我国已经开发了水电3亿千瓦
B我国的水能资源经济和技术可开发量约4亿千瓦
C 水电原理主要是利用河流落差,利用势能发电的
D 水电是清洁的可再生能源
18、根据《中华人民共和国可再生能源法》,我国将采取以下哪项措施促进可再生能源技术的推广利用:
A 将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域
B 推动可再生能源市场的建立和发展
C 国家鼓励各种所有制经济主体参与可再生能源的开发利用,
D 以上三项都正确
19、以下哪项不是我国的能源消费中存在的问题:
A 消费总量大、人均消费水平低、利用技术落后
B 清洁能源所占比例太大
C 能源供应安全问题凸现,石油进口依存度高
D 化石能源消费对环境的压力大
20、我国在编制可再生能源利用规划过程中可以征求以下哪些方面的意见:
A 某省能源办公室
B 李教授,某大学的能源专家
C 李芳,青海偏僻山区农民,她的家还没有用上电
D 以上三项都有可能
21、国务院教育行政部门将可再生能源知识和技术纳入相关教育的课程,以下哪项是其主要目的:
A 提高社会对可再生能源的认识和知识水平
B 提高教育质量,普及中小学教育
C 保证所有人都参与能源开发工作
D 提高人口素质,鼓励计划生育
22、以下哪项不可能得到国家可再生能源科学技术研究支持:
A 可再生能源技术发展路线图的发展
B 电热器的使用推广
C 沼气发电改进技术改进
D 风电高峰值测定方法改进
23、国家扶持在电网未覆盖的地区建设可再生能源_____电力系统。
A 独立
B 并网
C 综合
D 集中
24、可再生能源发电的上网服务由_____提供。
A 发电企业
B 电网企业
C 供电企业
D 变电站
25、按照国务院____主管部门或者___人民政府的规定,石油销售企业应将生物液体燃料纳入燃料销售体系。
A 资源 省级
B 燃料 县级
C 能源 省级
D 能源 县级
26、为了促进太阳能的利用,《中华人民共和国可再生能源法》规定,国家鼓励单位和个人安装和使用以下哪种系统:
A 太阳能热水系统
B 太阳能供热采暖和制冷系统
C 太阳能光伏发电系统
D 以上都是
27、国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能利用系统,国务院建设行政主管部门应当会同国务院有关部门制定太阳能利用系统与建筑结合的_____。
A 技术政策
B 经济政策
C 技术经济政策
D 行政管理政策
28、 《中华人民共和国可再生能源法》规定,在建筑物的设计和施工中,_____应当为太阳能利用提供必备条件。
A 房地产开发企业
B 建筑单位
C 设计单位
D 施工单位
29、 对已建成的建筑物,在不影响_____的前提下,住户可以安装符合技术规范和产品标准的太阳能利用系统。
A 质量
B 安全
C 美观
D 质量与安全
30、 《中华人民共和国可再生能源法》规定,农村地区可再生能源发展规划应由_____以上地方人民政府管理能源工作的部门会同有关部门制定。
A 地区级
B 县级
C 省级
D 市级
31、 各地制定农村地区本地可再生能源发展规划,应当考虑当地________的实际情况。
A 经济社会发展
B 生态保护
C 卫生综合治理需要
D 以上都是
32、 《中华人民共和国可再生能源法》规定,农村地区应因地制宜地推广可再生能源应用技术。下列不属于在农村地区推广的技术类型是:
A 户用太阳能
B 小型风能
C 小型水能
D 大型水电站
33、 制定可再生能源发电上网电价的原则是_______。
A 有利于促进可再生能源开发利用
B 经济合理
C A和B都是
D 成本有效
34、 可再生能源上网电价高于____发电平均上网电价的部分,可以分摊。
A 煤炭
B 天然气
C 石油
D 常规能源
35、 可再生能源上网电价管理具体办法由国务院_______主管部门制定。
A 能源
B 财政
C 价格
D 税收
36、 可再生能源发电费用分摊具体办法由国务院_______主管部门制定。
A 能源
B 财政
C 价格
D 税收
37、 公共可再生能源独立电力系统的销售电价执行同一地区____销售电价。
A 统一
B 分类
C 特殊
D 一般
38、 国家投资或补贴建设的公共可再生能源独立电力系统合理的运行和管理费用超出_____的部分,可依照《中华人民共和国可再生能源法》第二十条规定的办法分摊。
A 平均上网电价
B 煤电上网电价
C 销售电价
D 民用电价
39、 可再生能源热力和燃气的价格制定原则与可再生能源发电价格制定的原则_____。
A 相同
B 不同
C 部分相同
D 以上都不正确
40、 进入城市管网的可再生能源热力和燃气的价格,根据____管理权限确定。
A 行政
B 价格
C 成本
D 职能
41、 如果在中国东部发达地区和西部贫困地区分别开发风力发电项目,且两地风力资源状况相同,那么两地风电上网电价_____。
A 东部高
B 西部高
C 一样
D 关系不确定
42、 生物质发电上网电价中高于电网平均上网电价的部分,可以在____中分摊。
A 发电成本
B 销售电价
C 平均电价
D 收购电价
43、 从本质上来讲,可再生能源发电实行电价分摊机制,最终由_____承担其电价超出电网平均上网电价的部分。
A 发电企业
B 电网企业
C 供电企业
D 消费者
44、 可再生能源上网电价应____。
A 10年内保持不变
B 向社会公开
C 各地区必须相同
D 商业秘密,不可公开
45、 “实行招标的可再生能源发电项目上网电价,与国务院价格主管部门确定的同类可再生能源发电项目的上网电价完全无关。”这种说法_____。
A 正确
B 不正确
C 不完全正确
D 以上都不对
46、 可再生能源发电项目的上网电价,可根据可再生能源_____的发展适时调整。
A 总装机容量
B 设备成本的变化
C 生态环境状况
D 开发利用技术
47、下面的可再生能源开发利用工作,哪一项不能得到国家财政设立的可再生能源发展专项资金的支持。
A科学技术研究
B产品和技术标准的制定
C产品销售
D示范工程
48、_____生活用可再生能源的项目,可以获得可再生能源发展专项资金的支持。
A农村地区、牧区
B全国各地
C城市
D沿海
49、下列哪些项目可以获得可再生能源发展专项资金支持:
A 某企业建设热电联产项目
B 某可再生能源研究所开发新型太阳能利用技术
C 某县新建一座10MW天然气发电厂
D 某地建立超临界发电厂的示范工程
50、下列哪项活动可以获得可再生能源发展专项资金的支持:
A某单位开展可再生能源资源评价
B 通过“村村通电”工程,解决偏远山区用电问题
C 某研究单位开展引进消化风力发电技术
D 以上三项。
51、下列哪项经济活动,有可能获得可再生能源发展专项资金的支持:
A投资建设海上试验风电场
B制定兆瓦级大型风机设备的技术标准
C太阳能光伏发电产业化技术创新
D以上都有可能
52、可再生能源发展专项资金,可以用于支持偏远地区和海岛可再生能源_____电力系统建设。
A并网
B综合
C集中
D独立
53、对列入国家可再生能源产业发展指导目录、符合信贷条件的可再生能源开发利用项目,可以获得_____提供的财政贴息贷款。
A财政部
B农业部
C金融机构
D政府机构
54、如果某生物质能发电项目符合国家可再生能源产业发展指导目录,并按规定核准验收,可以享受的经济激励是:
A享受国家规定的税收优惠政策
B 享受国家规定的上网电价
C 享受电网公司提供的上网服务
D 以上都是
55、国家对符合条件的可再生能源的项目给予税收优惠,条件是:
A列入产业发展指导目录
B列入国家发展规划
C列入区域发展战略
D获得生产许可证
56、可再生能源发展税收优惠的具体办法由_____规定。
A 人民代表大会
B物价部门
C国务院
D 以上都不对
57、电力监管机构可以对电力企业进行检查,检查要_____。
A为企业保守秘密
B按照规定的程序进行
C公布企业秘密
D A和B
58、有权对电力企业的可再生能源发电资料进行检查和监督的部门是:
A统计局
B电网公司
C 电力监管机构
D发电企业
59、《中华人民共和国可再生能源法》规定电力企业要记载和保存_____的有关资料。
A所有发电形式
B可再生能源发电
C天然气发电
D燃煤发电
60、下列有关电力监管机构监管的几种行为,正确的是:
A公开企业的商业秘密
B向被监管企业收取检查费用
C要求转让企业经营权
D 电力监管机构应该为被检查的电力企业保守商业秘密
61、《中华人民共和国可再生能源法》规定了行政责任,对在可再生能源开发利用监督管理工作中违反该法的主管人员应依法给予_____。
A行政处分
B撤销职务
C弥补损失
D刑事处罚
62、如果县级人民政府的能源管理部门违反了本法规定,应由_____责令改正。
A国务院
B县级人民政府
C市级人民政府
D以上三种均有可能。
63、如果经营燃气管网的企业不准许符合入网标准的燃气入网,则应由_____管理能源工作的部门责令限期改正。
A乡级人民政府
B国务院
C省级人民政府
D县级人民政府
64、经营热力管网的企业应当准许符合入网_____标准的热力入网。
A技术
B经济
C工艺
D价格
65、为促进可再生能源开发利用,石油销售企业应当将符合国家标准的_____纳入其燃料销售体系。
A生物液体燃料
B燃料
C石油
D汽油
66、《中华人民共和国可再生能源法》中对生物质能的定义,是指利用自然界的植物、粪便以及城乡_____转化成的能源。
A有机废物
B 无机废物
C有机物
D无机物
67、《中华人民共和国可再生能源法》中对可再生能源独立电力系统的定义,是指不与_____连接的单独运行的可再生能源电力系统。
A居民区
B用户
C用电单位
D电网
68、《中华人民共和国可再生能源法》中对能源作物的定义,是指经专门种植,用以提供_____的草本和木本植物。
A 能源原料
B能源
C生物质能
D 能量
69、《中华人民共和国可再生能源法》中对生物液体燃料的定义,是指利用_____生产的甲醇、乙醇和生物柴油等液体燃料。
A生物质资源
B生物
C石油产品
D 生物的分泌物
70、《中华人民共和国可再生能源法》从_____起施行。
A 2006年1月1日
B 2005年3月1日
C 2007年1月1日
D 2005年10月1日
二、判断题
1、 我国出台可再生能源法的主要目的是应对气候变化。
2、 国务院价格主管部门对全国可再生能源的开发利用实施统一管理。
3、 在《中华人民共和国可再生能源法》通过以前,我国已经通过法律规定了可再生能源开发利用的中长期总量目标。
4、 国家能源主管部门负责组织和协调全国可再生能源资源的调查和评价工作。
5、 经过国务院批准的《可再生能源开发利用规划》的全部内容应当向社会公布(保密的内容除外)。
6、 国家应当制定技术标准用以规范可再生能源技术的发展。
7、 2004年我国能源消费量超过了30亿吨标准煤。
8、 现在我国的太阳能热水器生产和使用量均居世界第一位。
9、 水电不是可再生能源。
10、 我国的风力发电装机居世界第三位,亚洲第一位。
11、 内蒙古自治区是我国风能资源最丰富的地区之一。
12、 根据可再生能源法的规定,可再生能源发电价格由地方政府制定。
13、 可再生能源法鼓励生物质燃料的推广应用,允许符合技术标准的生物燃气和热力进入城镇燃气和热力系统。
14、 地方政府有权确定生物燃气和热力的入网价格。
15、 太阳每秒钟照射到地球上的能量大概就相当于500万吨煤。
16、 发展可再生能源的目的之一是保护环境。
17、 目前,全球每年生产和消费的能源总量90%左右是可再生能源。
18、 天然气是可再生能源。
19、 我国已经成为世界上第二大能源消费国。
20、 可再生能源可以部分解决偏僻无电地区上百万农牧民人口的用电问题。
21、 按照我国的国家标准,乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。
22、 乙醇汽油已经在我国部分省市推广应用,中央政府出台了专门的政策鼓励乙醇汽油的生产和销售。
23、 煤矿瓦斯是可再生能源。
24、 房地产开发企业不需要为太阳能利用提供必备条件。
25、 对已建成的建筑物,住户不可以安装符合技术规范和产品标准的太阳能利用系统。
26、 建设可再生能源并网发电项目不需要政府的行政许可。
27、 开发利用可再生能源只是电网企业的责任。
28、 电网企业应当与政府许可的可再生能源发电企业签订并网合同,并提供上网服务。
29、 国家支持在无电地区建设可再生能源电力系统的目的是为当地生产和生活提供电力服务。
30、 石油销售企业应当将符合国家标准的生物液体燃料纳入其燃料销售体系。
31、 国家鼓励安装使用太阳能热水系统,但是不支持太阳能光伏发电系统。
32、 建筑与太阳能光伏利用结合的技术规范可以由房地产开发企业自行制定。
33、 可再生能源发电的上网电价可以适时调整。
34、 实行招标的可再生能源发电项目,应该按照中标确定的价格执行,招标电价可以超过国家公布的固定电价。
35、 电网企业为收购可再生能源电量而支付的合理费用可以计入电网企业输电成本。
36、 电网企业为收购可再生能源电量额外支付的费用,可以从销售电价中回收。
37、 法律要求电网企业为可再生能源发电上网提供服务,因此电网企业可以决定可再生能源发电上网的优惠价格。
38、 县级以上人民政府应当对农村地区的可再生能源利用项目提供财政支持。�
39、 国家要求每个县级以上的行政区都要设立可再生能源发展专项基金。
40、 对列入国家可再生能源产业发展指导目录、符合信贷条件的可再生能源开发利用项目,金融机构应当提供无息贷款。
41、 国家对列入可再生能源产业发展指导目录的项目给予税收优惠。具体办法由各级人民政府规定。
42、 国家可再生能源专项资金不支持可再生能源开发利用设备的本地化生产。
43、 电力监管机构有权对可再生能源发电企业的一切资料进行检查和监督。
44、 县级以上地方人民政府管理能源工作的部门在可再生能源开发利用监督管理工作中,违反本法规定,构成犯罪的,依法追究刑事责任。
45、 电网企业未全额收购可再生能源电量,造成可再生能源发电企业经济损失的,而且拒不改正的,应当处以经济惩罚。
46、 经营热力管网的企业不准许符合入网技术标准的热力入网,应当处以热力生产企业经济损失额一倍的罚款。
47、 石油销售企业应当将所有生物液体燃料纳入其燃料销售体系。
48、 所有的乙醇、甲醇、二甲醚等都是生物液体燃料。
49、 能源作物,是指经专门种植,用以提供能源原料的草本和木本植物。
50、 《中华人民共和国可再生能源法》于2005年2月通过后,立即生效,开始施行。
“一是高昂转化成本和低廉产品价值之间的矛盾,二是巨大市场需求和技术成熟度较低之间的矛盾,这两者是解决当前生物质转化利用技术发展的关键矛盾。”在日前召开的2019生物质能专委会学术年会上,中科院广州能源所所长马隆龙的这句话点出了当前生物质能面临的难题。在由暴发期进入瓶颈期的关键阶段,国内几乎所有与生物质能相关的顶尖专家齐聚济南,以学术年会的形式探讨“生物质能源将何去何从”的命题。专家们认为,在市场和政策加持下,生物质突破瓶颈还需在发力基础研究领域,并推动技术成熟以适应市场需求。
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生物质是通过光合作用产生的动植物、微生物及其产生的废弃物。利用生物质通过化学转化生成的生物柴油、生物乙醇、生物天然气等形态的能源便是生物质能源。专家们认为,生物质能源是全球继石油、煤炭、天然气之后第四大资源库,也是唯一可再生碳资源,是国际上替代化石能源的主要选项。
“前途是光明的,道路是曲折的。”在中国工程院院士、中国林科院林产化学工业研究所所长蒋剑春看来,以林业剩余物、木材废弃物、农业秸秆为代表的农林剩余物弃之为害,用之为宝,其转化为能源的潜力为4.6亿吨标准煤,但已利用量约为2200万吨标准煤,约占2018年中国能源消耗总量的0.47%。生物质“占比低”源于技术层面的挑战。
“由于生命的复杂性,生物质资源从微观和宏观层面具有天然的复杂性。”马隆龙的这句话也意味着,“组分多样和结构复杂使得生物质资源的利用技术挑战更高。”一般而言,生物质资源可通过热化学转化、生化转化、催化转化为燃气、沼气、乙醇、基础化学品等。但目前生物质资源多以肥料化、饲料化、燃料化为主(三者共73.4%)。因为生物质与石化原料化学组成差异较大,其含氧、含水较高,导致生物质转化技术对催化过程的催化剂、生化过程的微生物具有较高要求,大多数技术仍处于实验室研发及中试阶段,产业规模化程度较低。
蒋剑春和马隆龙的发言,指向一个观点:生物质利用技术总体处于集中攻关和实验示范阶段,即技术不成熟同时,技术集成度低,导致生物质不能大规模利用。而具有官方背景的国家发改委能源研究所可再生能源发展中心主任任东明则从政策、商业模式等层面解读生物质能面临的问题。他以农林生物质发电项目为例,这个项目存在着原材料供给保障难、相关财税补贴政策落地难等问题再以生物天然气项目为例,其存在着市场投资主体少,产业基础薄弱,商业模式不成熟等难题。
尽管面临着不少难题,但以“循环再生、清洁低碳”为卖点的生物质能源在“市场广阔,政策支持”的背景下,还是吸引着国内外众多科研力量。
我国是世界第一造纸大国,一度占全球28%份额,但我国造纸工业纤维资源对外依存度达到40%以上。缺口如何弥补?答案是农林剩余物利用。利用微生物或其产生的酶对制浆原料进行预处理后再与相应的机械处理相结合,这便是生物机械制浆技术。生物基材料与绿色造纸国家重点实验室主任陈嘉川带来的“基于造纸平台的农林废弃物纤维资源的绿色转化技术”在研制出专用生物酶制剂、生物反应器等核心技术之后,已经入产业化阶段山东省科学院能源所完成的“基于热解气化的生物质分质分级热化学转化技术”创造性发明了生物质复合式低焦油分级气化工艺和装置,克服了传统生物质气化技术存在的焦油含量高的行业难题。
技术层面的难题还需要加大研发去解决。中科院广州能源所所长马隆龙认为破解当前生物质难题的关键,是发展多元化利用,并推进技术创新。而这句话也成为与会专家们的共识。
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生物质能的主要利用形式包括直接燃烧和发电、生物质裂解与干馏、生物质致密成型、生物质气化及发电、生物质热解液化、燃料乙醇、生物柴油 、能源作物。
1、直接燃烧和发电:直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和致密成型燃料燃烧四种情况。我国小型生物质燃烧发电也已商业化,南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东、广西两地共有小型发电机组380台,总装机容量达800兆瓦,云南省也有一些此类电厂。
2、生物柴油:目前我国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后有上海内燃机研究所和贵州山地农机所、中国农业工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、河南科学院化学所、华东理工大学、云南师范大学农村能源工程重点实验室等单位都对生物柴油作了不同程度的研究,并取得可喜的成绩。
3、生物质致密成型:致密成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用,主要优点是将分散和疏松的生物燃料进行集中和加密,以便于储存和运输,使之成为便捷和清洁高效的能源。主要缺点是生产成本偏高。
4、生物质气化及发电:我国已开发出多种固定床和流化床小型气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料生产燃气,热值为4~10兆焦/立方米。
目前用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用20多套。“十五”期间,按照国家高科技发展计划(863计划)已建成4兆瓦规模生物质气化发电的示范工程。
5、能源作物:能源作物种植是近期发展起来的新型产业,是随着生物质能开发与利用的不断深入和扩大逐步形成的。能源作物是指各种用以提供能源的植物,通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其它植物等。
许多能源作物是自然生长的,收集比较困难。现在人们有意识地培育一些能源作物,经过嫁接、驯化、繁殖,不断提高产量,以满足对能源不断增长的需要。甜高粱就是一种很好的能源作物。
1.2能源与环境
人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力,经济越发展,能源消耗多,尤其是化石燃料消费的增加,就有两个突出问题摆在我们面前:一是造成环境污染日益严重,二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算,世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年,也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际,世界石油资源大概所剩无几。另一方面,由于过度消费化石燃料,过快、过早地消耗了这些有限的资源,释放大量的多余能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,是造成臭氧层破坏,全球气候变暖,酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说,如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位,在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机,是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。
1.3国家安全
固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径,人类可以采用高技术手段获得核能源,甚至从外太空获得能源,但其中的危害也是有目共睹的。首先,核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境;其次,各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发,将不可避免地引发新的争夺或争端,其祸福不言自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源,而且通过一系列转换技术,可以生产出不同品种的能源,如固化和炭化可以生产因体燃料,气化可以生产气体燃料,液化和植物油可以获得液体燃料,如果需要还可以生产电力等等。目前,世界各国,尤其是发达国家,都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术,保护本国的矿物能源资源,为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。
2.国外生物质能技术的发展状况
生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划,在日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国,多年来一直在进行各自的研究与开发,并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系,拥有各自的技术优势。
2.1沼气技术
主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水,是发展较早的生物质能利用技术。80年代以前,发展中国家主要发展沼气池技术,以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料。如印度和中国的家用沼气池;而发达国家则主要发展厌氧技术,处理禽畜粪便和高浓度有机废水。目前,日本、丹麦、荷兰、德国、法国、美国等发达国家均普遍采取厌氧法处理禽畜粪便,而象印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。采用新的自循环厌氧技术。荷兰IC公司已使啤酒废水厌氧处理的产气率达到10m3/m3.d的水平,从而大大节省了投资、运行成本和占地面积。美国、英国、意大利等发达国家将沼气技术主要用于处理垃圾,美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元,采用湿法处理垃圾,日产26万m3沼气,用于发电、回收肥料,效益可观,预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18MW,今后10年内还将投资1.5亿英镑,建造更多的垃圾沼气发电厂。
2.2生物质热裂解气化
早在70年代,一些发达国家,如美国、日本、加拿大、欧共体诸国,就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发,到80年代,美国就有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发;加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究;此外,菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展明家也先生开展了这方面的研究。芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典建立一座废木材气化发电厂,装机容量为60MW,产热65MW,1996年运行:瑞典能源中心取得世界银行贷款,计划在巴西建一座装机容量为20-3OMW的发电厂,利用生物质气化、联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源。
2.3生物质液体燃料
另一项令人关注的技术,因为生物质液体燃料,包括乙醇、植物油等,可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,70年代中期,为了摆脱对进口石油的过度依赖,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,到1991年,乙醇产量达到130亿升,在980万辆汽车中,近400万辆为纯乙醇汽车,其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料,也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50%以上。1996年,美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程:年处理稻壳12,000吨,年发电量800万度,年产酒精2,500吨,具有明显的经济效益。
2.4其它技术
此外,生物质压缩技术可书固体农林废弃物压缩成型,制成可代替煤炭的压块燃料。如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料:泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料。
3.我国的生物质能源
我国基本上是一个农业国家农村人口占总人口的70%以上,生物质一直是农村的主要能源之一,在国家能源构成中也占有益要地位。
3.1生物质能资源
我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷,理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上(在但第平方公里土地面积上,植物经过光合作用而产生的有机碳量,每年约为158吨)。以平均热值为15,000千焦/公斤计算,折合理论资源最为33亿标准煤,相当于我国目前年总能耗的3倍以上.
实际上,目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。据调查,目前我国秸秆资源量已超过7.2亿吨,约3.6亿吨标准煤,除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外其余6亿吨可作为能源用途:薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林,一项调查表明:我国年均薪柴产量约为1.27亿吨,折合标准煤0.74亿吨:禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤;城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右,并以每年8%-10%的速度增,据估算,我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。
3.2生物质能源和利用
我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源,极少部分用于乡镇企业的工业生产:而利用方式长期来一直以直接燃烧为主,只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源,但规模较小。普及程度较低,在国家,甚至农村的能源结构中占有极小的比例。
生物质直接燃烧方式不仅热效率低下,而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化,严重损害了妇女、儿童的身心健康。此外,还对生态、社会和经济造成极其不利的影响:
1.在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下,必然对森林等自然资源进行不合理采伐,破坏了自然植被和生态平衡;
2.对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利用,不仅造成资源浪费,而且使其成为主要的有机污染源,除造成严重的大气和水污染之外,还排放大量的温室气体,加剧了全球温室效应;
3.同时,随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高,能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经济的持续发展的重大问题,必须予以足够的重视,并采取有效措施着力加以解决。
事实上,大力开发和利用生物质能源,对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义,产生诸多利益;
4.减少污染,改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题,这也是大部分生物质利用的首要目标。
5.解决农村能源供应问题,提高农民生活水平。
我国农村能源供应紧张,而生物质源丰富,所以可利开展利用生物质能,可以改善农村的能量供应。提高他们的生活水平。
6.改善能源结构,减轻对对环境的压力。我国可开发的生物资源达7亿吨,如果能充分开发,可以在我国的能源消费中占重要的地方,这对改善我国能源结构,减少我国对石化燃料的依赖,进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放,最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义。
3.3市场需求
可以预计,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔。主要依据:
1.目前,绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田,不仅浪费了大量的能源,而成了严重的环境污染,给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流机场和首都机场的烟尘事件。逐渐富裕起来的农民,随着生活水平的提高,迫切改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面,以生物质可燃气作为他们的生活能源,就会改善其卫生环境,提高生活质量,减轻劳动强度。
2.众多粮食、木材、茶叶、果类等加工厂,每天都有大量的谷壳、锯末、木屑、果壳等废弃物产出堆放,利用生物质气化技术将其转换成可燃气,生产出优质能源,变废为宝,可谓一举两得。
3.禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源,随着大型畜牧场的不断建成和发展,所产生的环境污染也日趋严重。应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意义。
4.随着我国社会经济的迅速发展,城市人口的增多和居民生活的改善,城市的垃圾处理问题便显得日益突出。我国的以北京为例,1995年,年垃圾产量均已突破400万吨,1996年北京的垃圾量则达485万吨。采用厌氧技术处理有机垃圾,不仅可获得能源,而且达到低费用治理污染的目的。
5.我国的边远地区,生物质资源丰富,多属于缺电、少电地区,可将生物质气化发电,或供热可自产自用。
6.事买上,生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景,其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源,而且具有保护环境,节省资源的功能。
3.4我国生物质能技术发展现状与问题
我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视,国家几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用。国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目,涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例,如产用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等,取得了可观的社会效益和经济效益。同时,我国已形成一支高水平的科研队伍,包括国内有名的科研院所和大专院校:拥有一批热心从事生物质热裂解气化技术研究与开发的著名专家学者。
a.沼气技术是我国发展最早、曾晋遍推厂的生物质能源利用技术。70年代,我国为解决农村能源短缺的问题,曾大力开发和推广户用沼气地技术,全国已建成525万户用沼气池。在最近的连续三个五年计划中,国家都将发展新的沼气技术列为重点科技攻关项目,计划实施了一大批沼气及其利用的研究项目和示范工程。至今,我国已建设了大中型沼气池3万多个,总容积超过137万m3,年产沼气5,500万m3,仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处,其中集中供气站583处,用户8.3万户,年均用气量431m3,主要用于处理禽畜粪便和有机废水。这些工程都取得了一定程度的环境效益和社会效益,对发展当地经济和我国厌氧技术起到了积极作用。在“九五”计划中,应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目,分别由中科院成都生物研究所和杭州能源环境研究所承担实施,现已取得预期的进展。
我国厌氧技术及工程中存在的主要问题:相关技术研究少、辅助设备配套性差、自动化程度低、非标设备加工粗糙、工程造价高、开放式前后处理的二次污染严重等。
b.我国的生物质气化技术近年有了长足的发展,气化炉的形式从传统上吸式、下吸式到最先进的流化床、快速流化床和双床系统等,在应用上除了传统的供热之外,最主要突破是农村家庭供气和气化发电上。“八五”期间,国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关专题,取得了相当成果:采用氧气气化工艺,研制成功生物质中热值气化装置;以下吸式流化床工艺,研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置:以下吸式固定床工艺,研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置;以流化床干馏工艺,研制成功1000户生物质气化 集中供气系统与装置。“九五”期间,国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题,重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。目前全国已建成农村气化站近200多个,谷壳气化发电100多台套,气化利用技术的影响正在逐渐扩大。
c.“八五”期间,我国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究,主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术,并在“九五”期间进入中间试验阶段。我国已对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步研究:如植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等方面进行了初步试验研究。“九五”期间,开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。我国的生物质液化也有一定研究,但技术比较落后,主要开展高压液化和热解液化方面的研究。
d.此外,在“八五”期间,我国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关,引进国外先进机型,经消化、吸收,研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机,用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。我国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上,属国际先进水平。
虽然我国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩,技术水平却与发达国家相比仍存在一定差距,如:
a.新技术开发不力,利用技术单一。我国早期的生物质利用主要集中在沼气利用上,近年逐渐重视热解气化技术的开发应用,也取得了一定突破,但其他技术开展却非常缓慢,包括生产酒精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育等,都没有突破性的进展。
b.由于资源分散,收集手段落后,我国的生物质能利用工程的规模很小;为降低投资,大多数工程采用简单工艺和简陋设备,设备利用率低,转换效率低下。所以,生物质能项目的投资回报率低,运行成本高,难以形成规模效益,不能发挥其应有的、重大的能源作用。
c.相对科研内容来说,投入过少,使得研究的技术含量低,多为低水平重复研究,最终未能解决一些关键技术,如:厌氧消化产气率低,设备与管理自动化程度较差;气化利用中焦油问题没有彻底解决,给长期应用带来严重问题;沼气发电与气化发电效率较低,相应的二次污染问题没彻底解决。导致许多工程系统常处于维修或故障的状态,从而降低了系统运行强度和效率。
此外,在我国现实的社会经济环境中,还存在一些消极因素制约或阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用,主要表现为:
a.在现行能源价格条件下,生物质能源产品缺乏市场竟争能力,投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性,而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。
b.技术标准未规范,市场管理混乱。在秸杆气化供气与沼气工程开发上,由于未有合适的技术标准和严格的技术监督,很多未具备技术力量的单位和个人参与了沼气工程承包和秸杆气化供气设备的生产,引起项目技术不过关,达不到预期目标,甚至带来安全问题,这给今后开展生物质利用工作带来很大的负面影响。
c.目前,有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性,各级政府应尽快制定出相关政策,如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。
d.民众对于生物质能源缺乏足够认识,应加强有关常识的宣传和普及工作。
e.政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视,开发生物质能源是一项系统工程,应视作实现可持续发展的基本建设工程。
4.发展方向与对策
4.1发展方向
我国的生物质能资源丰富,价格便宜,而经济环境和发展水平对生物质技术的发展处于比较有利的阶段。根据这些特点,我国生物质的发展既要学习国外先进经验,又要强调自己的特色,所以,今后的发展方向应朝着以下几方面:
a.进一步充分发挥生物质能作为农村补充能源的作用,为农村提供清洁的能源,改善农村生活环境及提高人民生活条件。这包括沼气利用、秸杆供气和小型气化发电等实用技术。
b.加强生物质工业化应用,提高生物质能利用的比重,提高生物质能在能源领域的地位。这样才能从根本上扩大生物质能的影响,为生物质能今后的大规模应用创造条件,也是今后生物质能能否成为重要的替代能源的关键。
c.研究生物质向高品位能源产品转化的技术,提高生物质能的利用价值。这是重要的技术储备,是未来多途径利用生物质的基础,也是今后提高生物质能作用和地位的关键。
d.同时,利用山地、荒地和沙漠,发展新的生物质能资源,研究、培育、开发速生、高产的植物品种,在目前条件允许的地区发展能源农场、林场,建立生物质能源基地,提供规模化的木质或植物油等能源资源。
4.2对策
根据上面的主要发展方向,今后我国生物质利用技术能否得到迅速发展,主要取决于以下几个方面:
a.在产业化方面:加强生物质利用技术的商品化工作,制定严格的技术标准,加强技术监督和市场管理,规范市场活动,为生物质技术的推广创造良好的市场环境。
b.在工业化生产与规模化应用方面:加强生物质技术与工业生产的联系,在示范应用中解决关键的技术在技术研究方面:既重点解决推广应用中出现的技术难题,在生产实践中提高并考验生物质能技术的可靠性和经济性,为大规模使用生物质创造条件。
c.在技术研究方面:既重点解决推广应用中出现的技术难题,如焦油处理,寒冷地区的沼气技术等,又要同时开展生物质利用新技术的探索,如生物质制油,生物质制氧等先进技术的研究。
d.制定一项生物质能源国家发展计划,引进新技术、新工艺,进行示范、开发和推广,充分而合理地利用生物质能资源。在21世纪,逐步以优质生物质能源产品(固体燃料、液体燃料、可燃气、由、执等形式)取代部分矿物燃料,解决我国能源短缺和环境污染等问题。
4.3优先领域
.秸秆能源利用
.有机垃圾处理及能源化
.工业有机废渣与废水处理及能源化
.生物质液体燃料
4.4重大关键技术
.高效生物质气化发电技术
.有机垃圾IGCC发电技术
.高效厌氧处理及沼气回收技术
.纤维素制取酒精技术
.生物质裂解液化技术
.能源植物培育及利用技术
5.结语
生物质能源在未来世纪将成为可持续能源重要部分。我国幅员辽阔,但化石能源资源有限,生物质资源丰富,发展生物质能源具有重要的战略意义和现实意义。采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源,开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。希望得到社会各界、各级政府、专家学者的广泛关注与支持,为我国的生物质能源事业创造有益的发展环境。
生物质能的利用
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,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。
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。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。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。
生物质能的分类
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。
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,包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物,如果壳和果核等。
农业资源:农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等);农业加工业的废弃物,如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
生活污水和工业有机废水: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,如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。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,其中都富含有机物。
城市固体废物: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。其组成成分比较复杂,受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
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。
摘要:
生物质能是人类用火以来,最早直接应用的能源。生物质能的应用技术开发,旨在把森林砍伐和木材加工剩余物以及农林剩余物如秸杆、麦草等原料通过物理或化学化工的加工方法,使之成为高品位的能源,提高使用热效率,减少化石能源使用量,保护环境,走可持续发展的道路。本文从生物质能源应用技术的研究现状展开,并且对生物质能源的应用发展方向进行了描述。
正文:
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。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,是唯一一种可再生的碳源。
七十年代,由于中东战争引发的能源危机以来,生物质的开发利用研究,进一步引起了人们的重视。美国、瑞典、奥地利、加拿大、日本、英国、新西兰等发达国家,以及印度、菲律宾巴西等发展国家都分别修定了各自的能源,投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发。我国生物质能研究开发工作,起步较晚。随着经济的发展,开始重视生物质能利用研究工作,从八十年代起,将生物质能研究开发列入国家攻关计划,并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍,并取得了一批高水平的研究成果,初步形成了我国的生物质能产业。
生物质能应用技术的研究开发现状 1.国外研究开发简介
在发达国家中,生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。
生物质能气化是在高温条件下,利用部份氧化法,使有机物转化成可燃气体的过程。产生的气体可直接作为燃料,用于发动机、锅炉、民用炉灶等场合。气化技术应用在二战期间达到高峰。随着人们对生物质能源开发利用的关注,对气化技术应用研究重又引起人们的重视。目前研究主要用途是利用气化发电和合成甲醇以及产生蒸汽。奥地利成功地推行建立燃烧木材剩余物的区域供电计划,目前已有容量为1000~2000kw的80~90个区域供热站,年供应10×109MJ能量。加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究。1998年8月发布了由Freel,BarryA.申请的生物质循环流化床快速热解技术和设备。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划,使生物质能在提供高品位电能的同时满足供热的要求。1999年,瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中,26是生物质。
美国在利用生物质能方面,处于世界领先地位,据报道,目前美国有350多座生物质发电站,主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂,这些工厂大都位于郊区。装机容量达7000MW,提供了大约66000个工作岗位,根据有关科学家预测,到2010年,生物质发
电将达到13000MW装机容量,届时有4000000英亩的能源农作物和生物质剩余物用作气化发电的原料,同时,可按排170000个以上的就业人员,对繁荣乡村经济起到积极的推动作用。 流化床气化技术由于具有床内气固接触均匀、反应面积大、反应温度均匀、单位截面积气化强度大。反应温度较固定床低等优点,从1975年以来一直是科学家们关注的热点。包括循环流化床、加压流化床和常规流化床。印度Anna大学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气化农业剩余物如稻壳、甘蔗渣等,建立了一个中试规模的流化床系统,气体用于柴油发电机发电。1995年美国Hawaii大学和Vermont大学在国家能源部的资助下开展了流化床气化发电的工作。Hawaii大学建立了处理生物质量为100T/d的工化压力气化系统,1997年已经完成了设计,建造和试运行达到预定生产能力。Vermont大学建立了气化工业装置,其生产能力达200T/d,发电能力为50MW。目前已进入正常运行阶段。
生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发,主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。目前,已开发的技术有:林产品加工厂的废料(如造纸厂的树皮、家具厂的边角料等)的专用燃烧蒸汽锅炉,国外造纸厂几乎都有专门的设备,用来处理废弃物。由于生物质形状各异,堆积密度小较松散,给运输和贮存以及使用带来了较大困难,影响生物质的使用。因此,从四十年代开始了生物质的成型技术研究开发。现已成功开发的成型技术按成型物形状分主要有三大类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术,欧洲各国开发的活塞式挤压制得园柱块状成型技术,以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。美国颗粒成型燃料年产量达80万吨。
成型燃料应用于二个方面:其一:进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块,作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料;其次是作为燃料直接燃烧,用于家庭或暧房取暧用燃料。日本、美国、加拿大等国家,开发了专用炉灶。在北美有50万户以上家庭使用这种专用炉灶作为取暧炉。 将生物质能进行正常化学加工,制取液体燃料如乙醇、甲醇、液化油等;是一个热门的研究领域。利用生物发酵或酸水解技术,在一定条件下,将生物质转化加工成乙醇,供汽车和其它工业使用。加拿大用木质原料生产的乙醇上产量为17万吨。比利时每年用甘蔗为原料,制取乙醇量达3.2万吨以上,美国每年用农林生物质和玉米为原料大约生产450万吨乙醇,计划到2010年,可再生的生物质可提供约5300万吨乙醇。
生物质能的另一种液化转换技术,是将生物质经粉碎预处理后在反应设备中,添加催化剂或无催化剂,经化学反应转化成液化油。美国、新西兰、日本、德国、加拿大国家都先后开展了研究开发工作,液化油的发热量达3.5×104KJ/kg左右,用木质原料液化的得率为绝干原料的50以上。欧盟组织资助了三个项目,以生物质为原料,利用快速热解技术制取液化油,已经完成100kg/hr的试验规模,并拟进一步扩大至生产应用。该技术制得的液化油得率达70,液化油低热值为1.7×104KJ/kg。
生物质能催化气化研究,旨在降低气化反应活化能,改变生物质热处理过程,分解气化副产物焦油成为小分子的可燃气体,增加煤气产量,提高气体热解;同时降低气化温度,提高气化速度和调整生物质气体组成,以便进一步加工制取甲醇或合成氨。欧美等发达国家科研人员在催化气化方面已经作了大量的研究开发,研究范围涉及到催化剂的选择,气化条件的优化和气化反应装置的适应性等方面,并且已经在工业生产装置中得到了应用。 2.国内研究开发
我国生物质能的应用技术研究,从八十年代以来一直受到政府和科技人员的重视。主要在气化、固化、热解和液化开展研究开发工作。
生物质气化技术的研究在我国发展较快,应用于集中供气、供热、发电方面。中国林科
院林产化学工业研究所,从八十年代开始研究开发了集中供热、供气的上吸式气化炉,并且先后在黑龙江、福建得到工业化应用,气化炉的最大生产能力达6.3×106kJ/hr。建成了用枝桠材削片处理,气化制取民用煤气,供居民使用的气化系统。最近在江苏省又研究开发以稻草、麦草为原料,应用内循环流化床气化系统,产生接近中热值的煤气,供乡镇居民使用的集中供气系统,气体热值约8000KJ/NM3。气化热效率达70/以上。山东省能源研究所研究开发了下吸式气化炉。主要用于秸杆等农业废弃物的气化。在农村居民集中居住地区得到较好的推广应用,并已形成产业化规模。广州能源所开发的以木屑和木粉为原料,应用外循环流化床气化技术,制取木煤气作为干燥热源和发电,并已完成发电能力为180KW的气化发电系统。另外北京农机院、浙江大学等单位也先后开展了生物质气化技术的研究开发工作。 我国生物质的固化技术在八十年代中期开始,现已达到工业化规模生产。目前国内有数十家工厂,用木屑为原料生产棒状成型物木炭。螺旋挤压成型机有单头和双头二种,单头机生产能力为120Kg/hr,双头机生产能力达200Kg/hr。1990年中国林科院林化所与江苏省东海粮机厂合作,研究开发生产了单头和双头二种型号的棒状成型机,1998年又与江苏正昌集团合作,共同开发了内压滚筒式颗粒成型机,机器生产能力为250~300kg/hr,生产的颗粒成型燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亚取暖器材有限公司,从美国引进适用于家庭使用的取暖炉,通过国内消化吸收,现已形成生产规模。
生物发酵制气技术,在我国已经形成工业化,技术亦趋成熟,利用的原料主要是动物粪便和高浓度的有机废水。在上海亦已建成沼气集中供气系统。
沈阳农业大学从国外引进一套流化床快速热解试验装置,研究开发液化油的技术,和利用发酵技术制取乙醇试验。另外,中国林科院林化所进行了生物质催化气化技术研究。华东理工大学还开展了生物质酸水解制取乙醇的试验研究,但尚未达到工业化生产。 我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,本人认为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。
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