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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：生物质能发电技术综述
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月18日
生物质能是人类赖以生存的重要能源,是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消耗总量第四位的能源。但不同于传统的能源,生物质能是一种清洁可再生能源在环境污染越来越严重的今天,生物质能发电技术再次引起人类的关注。 本文就这个问题着重介绍生物质能资源和生物质能发电技术探讨了我国在生物质能发电方面存在的主要问题及解决途径。今后的几十年将是中国在以生物质能为主的可再生能源技术领域,进入高新技术开发与大规模推广并举的发展阶段。
关键词：生物质能发电；新能源；可再生能源；生物质能发电产业化
目 录
1.1 课题的背景及意义
能源是人类社会生存、国民经济发展的必备资源和重要战略物资。随着社会的不断进步,经济的迅速发展,能源需求量不断增加,化石能源短缺日渐明显,能源供应不足已成为制约经济发展的“瓶颈”,成为全世界各界关注的焦点问题。能源紧缺以及由于能源消费而产生的生态环境恶化,也促使世界各国寻找清洁、高效的新型替代能源,发展新的可再生能源成为缓解能源紧张的有效方法。 而生物质能发电是可再生能源中最重要的组成部分,具有良好的社会效益和经济效益,已受到世界各国政府的高度重视。生物质能资源主要包括农作物、薪柴、城市固体有机垃圾等。生物质发电技术是生物质能资源的主要利用方式之一,在电力需求日益增长的今天,该技术具有很大的市场潜力和成长空间,大力发展生物质发电技术十分必要。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外生物质能发展现状
1981年8月联合国新能源和可再生能源会议在内罗毕召开,世界各国对能源短缺、环境和生态保护问题更加重视。在新能源开发领域,生物质能的开发利用己成为世界重大热门课题之一,各国在生物质利用技术研究领域投入了资金和技术。其中欧洲大力发展生物质高效燃烧技术,美国启动了“生物发电计划”。发展中国家印度的绿色能源工程、以及巴西的酒精能源计划等,分别在不同的领域加快了生物质能利用研究。 世界生物质发电起源于20世纪70年代,当时,世界性的石油危机爆发后,丹麦开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来,生物质发电在欧美许多国家开始大发展,特别是2002年约翰内斯堡可持续发展世界峰会以来,生物质能的开发利用正在全球加快推进。截至2004年,世界生物质发电装机已达3900万千瓦,年发电量约2000亿千瓦时,可替代7000万吨标准煤,是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。
1.2.2 我国生物质能发展现状
我国生物质资源十分丰富,随着《可再生能源法》的实施和与之配套十二项政策出台,国家已经发展了一大批生物发电项目。2005年4月开工建设的山东单县秸秆热电厂是国家发改委批准的我国第一家利用秸秆发电的示范项目。随后,以国能生物发电集团有限公司为代表的生物质直燃发电企业陆续在河北、河南、山东等地建立了生物质电厂,并投入运行,在节能和环保领域做出了很大贡献。同时自上世纪六十年代起,在我国南方地区开始发展生物质气化发电技术,主要是以稻壳为燃料,目前应用的主要是160kw和200kw装置。在1998年,广州能源研究所建立的了气化发电项目,并设计制造了IMW循环流化床生物质气化发电装置,对生物质气化发电有重要意义。 在我国,从1987 年起开始生物质能发电技术研究。1998 年, 1MW 谷壳气化发电示范工程建成投入运行。1999 年, 1 MW 木屑气化发电示范工程建成投入运行。2000 年, 6 MW 秸秆气化发电示范工程建成投入运行, 为我国更好地利用生物质能源奠定了良好基础。为推动生物质能发电技术的发展,2003 年以来,国家先后批准了河北晋州、山东单县、江苏如东和湖南岳阳等多个秸秆发电示范项目。截至2005年底,我国已发展户用沼气池1800多万户,建成大型畜禽养殖场沼气工程和工业有机废水沼气工程约1500处,沼气年利用量达到约80亿立方米,全国生物质发电总装机容量约200万千瓦,其中蔗渣发电约170万千瓦,垃圾发电约20万千瓦,其余为稻壳等农林废弃物气化发电和沼气发电等。
1.3 本文的主要内容
本文介绍了生物质能的基本概念、生物质发电技术及生物质能在国内外的应用情况,分析了生物质发电技术产业化面临的主要问题,并给出合理的对策与建议。同时对生物质发电的发展前景进行了展望,对我国在生物质能发电方面存在的主要问题提出了一些建议。 全文共分为五个部分,各部分内容简介如下:
第一部分绪论,简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状,介绍论文的主要内容；
第二部分生物质能资源的特点,是可再生、低污染、低密度,而且生物质能分布广泛,蕴藏量巨大；
第三部分生物质能发电的主要技术,生物质直燃发电、生物质气化发电；
第四部分影响生物质发电技术产业化主要因素及对策,如成本、行政监管、财税融资及电价补贴等。
第五部分总结:生物质发电的发展前景,2010年到2030年期间,生物质发电技术将完全市场化,与常规能源可以进行平等的竞争;发展生物质能机遇与挑战并存。
2 生物质能资源
2.1 生物质能资源的类型及特点
从广义上讲，生物质是植物通过光合作用生成的有机物，它的能量最初来源于太阳能。生物质能资源在地球上分布极为广泛。
2.1.1 生物质能资源的类型
按原料的化学性质分,生物质能资源主要为糖类、淀粉和木质纤维素物质,按原料来源则主要包括如下几类:农业生产废弃物,主要为农作物秸秆;薪柴、枝杈柴和柴草；农林加工废弃物,木屑、谷壳和果壳；人畜便和生活有机垃圾等；工业有面废弃物,有机废水和废渣等；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。其中,各类农林、工业和生活有机废弃物是目前生物质能利用的主要原料,主要提供纤维素类原料。能源植物距离成为真正的生物质能资源还比较遥远,是今后生物质能资源发展的主要方向。 依据是否能大规模代替常规化石能源,而将其分为传统生物质能和现代生物质能。传统生物质能主要包括农村生活用能:薪柴、秸秆、稻草、稻壳及其他农业生产的废弃物和畜禽粪便等;现代生物质能是可以大规模应用的生物质能,包括现代林业生产的废弃物、甘蔗渣和城市固体废物等。依据来源的不同,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、城市固体废物及畜禽粪便等五大类。
2.1.2 生物质能资源的特点
从化学的角度上看,生物质的组成是C-H-O化合物。它与常规的矿物燃料,如石油、煤等是同类,所以
生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性,但是生物质有其矿物能源无法比拟的优势。主要包括:
1)生物质能蕴藏量巨大,生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000~1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
2)生物质能源具有多功能性,兼容性最好,既是可再生能源,也能生产出上千种的化工产品,是太阳能、风能、水能等可再生能源不可比拟的,同时也是唯一可存储和运输的可再生能源。这给对其加工转换与连续使用带来一定的方便。
3)生物质能因其主要成分为碳水化合物,在生产及使用过程中与环境友好性又胜煤炭、石油等化石能源一筹。而且是对资源进行的循环利用,将有机物转化成燃料,可减少对环境的污染,如垃圾燃料。产生的二氧化碳又可被等量生长的植物光合作用所吸收,这就是人们常说的实现二氧化碳”零”排放,这对减少大气中的二氧化碳含量从而降低”温室效应”极为有利。
4)生物质含硫量和灰分都比煤低,因此生物质利用过程中NOx的排放较少,明显减少空气污染和酸雨现象,这也是开发利用生物质能的主要优势之一。
5)普遍性、易取性,几乎不分国家地区,它到处存在。而且廉价易取生产,过程极为简单,应用技术上的难题较少。
6)对生物质能的利用是农业生产的一部分,可以发展农村经济,增加农民收入,促进农业的工业化中小城镇建设,富余劳动力转移以及缩小工农和城乡差别。产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等形式存在,应用在国民经济的各个领域。
生物质能源也有其弱点:
1)生物质能的加工转化刚刚起步,规模小,技术不成熟, 加之原料分散等因素使其成本居高不下。其质量轻,体积大,给运输带来一定难度。并且风、雨、雪、火等外界因素,对它的保存带来不利条件。
2)由于技术上不完善,生物质能的热值及热效率低,直接燃烧生物质的热效率仅为10%-20%, 是低效而不经济的。
3)从质量密度的角度来看,作为燃料与矿物能源相比不具优势,它是能量密度较低的低品位能源,有机物的水分偏多50%~95%,如下表图2.1中一些常见生物质燃料工业分析与低位热值:
