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新能源与可再生能源
生物质能
    生物质是讨论能源时常用的一个术语,是指由光合作用而产生的各种有机体。生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,一种以生物质为载体的能量,它直接或间接地来源于植物的光合作用,在各种可再生能源中,生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t,含能量达3x1021J,因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能,相当于全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源,生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大,形式繁多,其中包括薪柴,农林作物,尤其是为了生产能源而种植的能源作物,农业和林业残剩物,食品加工和林产品加工的下脚料,城市固体废弃物,生活污水和水生植物等等(中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面)

生物能简介

    生物质是讨论能源时常用的一个术语,是指由光合作用而产生的各种有机体。光合作用即利用空气中的二氧化碳和土壤中的水,将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气的过程,光合作用是生命活动中的关键过程,植物光合作用的简单过程如下:

 
植物
 
水 + 二氧化碳
----->
有机体 + 氧
 
太阳能
 

    生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,一种以生物质为载体的能量,它直接或间接地来源于植物的光合作用,在各种可再生能源中,生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系:品种、生长周期、繁殖与种值方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等,在太阳能直接转换的各种过程中,光合作用是效率最低的,光合作用的转化率约为0.5%-5%,据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5%-2.5%,整个生物圈的平均转化率可达3%-5%。生物质能潜力很大,世界上约有250000种生物,在提供理想的环境与条件下,光合作用的最高效率可达8~15%,一般情况下平均效率为0.5%左右。

    据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t,含能量达3x1021J,因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能,相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大,仅地球上的植物,每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍,或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大,但地球上每个国家都有某种形式的生物质,生物质能是热能的来源,为人类提供了基本燃料。
   
   生物能具备下列优点:
   * 提供低硫燃料;
   * 提供廉价能源(於某些条件下);
   * 将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如,垃圾燃料);
   * 与其他非传统性能源相比较,技术上的难题较少。 

   至於其缺点有:
   *小规模利用;
   *植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物;
   *单位土地面的有机物能量偏低;
   *缺乏适合栽种植物的土地;
   *有机物的水分偏多(50%~95%)。    

    生物能大致可以分为两类——传统的和现代的。现代生物能是指那些可以大规模用于代替常规能源亦即矿物类固体、液体和气体燃料的各种生物能。巴西、瑞典、美国的生物能计划便是这类生物能的例子。现代生物质包括:1、木质废弃物(工业性的);2、甘蔗渣(工业性的);2、城市废物;3、生物燃料(包括沼气和能源型作物)。传统生物能主要限于发展中国家、广义来说它包括所有小规模使用的生物能,但它们也并不总是置于市场之外。第三世界农村烧饭用的薪柴便是其中的典型例子。传统生物质包括:1、家庭使用的薪柴和木炭;2、稻草,也包括稻壳;3、其他的植物性废弃物;4、动物的粪便。

    世界上生物质资源数量庞大,形式繁多,其中包括薪柴,农林作物,尤其是为了生产能源而种植的能源作物,农业和林业残剩物,食品加工和林产品加工的下脚料,城市固体废弃物,生活污水和水生植物等等(中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面),下面举一些例子说明:

    薪柴:至今仍为許多发展中国家的重要能源,仍需依赖柴薪来满足大部分能量需求.不过由于日益增加薪柴的需求,将导致林地日减,需适当规划与植林方可解決这一问题。

     农作物残渣:农作物残渣遺留於耕地上也有水土保持与土壤肥力固化的功能,因此,农作物残渣不可毫无限制地供作能源转换。

    牲畜粪便:牲畜的粪便,经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理,会产生甲烷和可供肥料使用之淤渣。若用小型厌氧消化糟,仅需三至四头牲畜之的粪便即能满足发展中国家中小家庭每天能量的需要。

    制糖作物:对具有广大未利用土地的国家而言,如将制糖作物转化成乙醇将可成为一种极富潛力的生物能。制糖作物最大的优点,在於可直接发酵变成乙醇。

    水生植物:如一些水生藻类,主要包括海洋生的马尾藻、巨藻、海带等,淡水生的布袋草、浮萍、小球藻等。利用水生植物化成燃料也为增加能源供应方法之一。

    光合成微生物:如硫细菌、非硫细菌等等。

    城市垃圾:将城市垃圾直接燃烧可产生热能,或是经过热解体处理而制成燃料使用。

    城市污水:一般城市污水约含有0.02~0.03%固体与99%以上的水分。下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。

    生物质不同的用途使生物质有不同的价值,因此如要统一确定生物质的经济性是十分困难,大规模商业化应用生物质会对其他市场,如食品市场和造纸市场产生重大影响。在评价生物质的经济性时,必须考虑生产生物质的成本和能源投资,所需的水和肥料以及开发利用生物质对土地利用和人口分布形式的总体影响等。生物质常常最适于分散应用,如在人口密度低的地区使用。典型的生物质能开发利用设备均比较小。生物质是到2020年唯一能极大地影响运输行业(不包括电车)燃料利用状况的可再生能源,然而,若大规模开发利用生物质资源,必须注意保护生物多样性,保护自然风景区和环境敏感区,同时还要注意控制废水和废气。   

生物能的开发和利用具有巨大的潜力。下面的技术手段目前看来是最有前途:

  • 直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能。
  • 利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物,包括:快速成长作物树木、糖与淀粉作物(供制造乙醇)、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。
  • 生产木炭和炭。
  • 生物质(热解)气化后用于电力生产,如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机(BIG/STIG)联合发电装置。
  • 对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化,以生产沼气和避免用错误的方法处置这些物质,以免引起环境危害。

而根据生物质能的作用和我国的现状,目前重点发展的项目如下:

(1)近期优先发展项目

  • 生物质气化供气
  • 生物质气化发电
  • 大型沼气工程
  • 生物质直接燃烧供热

(2)中长期化发展项目

  • 生物质高度气化发电项目(BIG/CC)
  • 生物质制氢等优质燃气
  • 生物质热解液化制油

 


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