生物質(zhì)能源的分類(lèi)利用技術(shù)研究

徽農業(yè)科學(xué), Joumal of Anhui Agr.Sci.2016,44(8):8l-83賚任編輯陳紅紅賚任校對況玲玲生物質(zhì)能源的分類(lèi)利用技術(shù)研究張得政,張霞”,蔡宗壽,楊飛,何東成(云南農業(yè)大學(xué)機屯工程學(xué)院,云南昆明650摘要綜述了世界生物質(zhì)能源分類(lèi)利用技術(shù)現狀,包括生物質(zhì)固化利用技術(shù)、生物質(zhì)液化利用技術(shù)、生物質(zhì)氣化利用技術(shù),從生物質(zhì)國化成型燃料、生物質(zhì)液體燃料、生物質(zhì)氣化燃料幾方面,分析了我國生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用現狀,根據國內外現有政策提出了加快生物質(zhì)能源發(fā)展的建議。關(guān)鍵詞固化;液化;氣化;生物質(zhì);能源;發(fā)晨中圖分類(lèi)號S216文獻標識碼A文章編號0517-6611(2016)08-081-03Research on Classification and Utilization Technology of Biomass EnergyZHANG De-zheng, ZHANG Xia, CAI Zong-shou et al Faculty of Mechanical Electrical Engineering, Yunnan Agricultural Universi-ty, Kunming, Yunnan 650201)Abstract The status of classification and utilization technology of biomass energy in the world was reviewed, including biomass solidificationliquefaction and gasification utilization technology. The development and utilization status of biomass energy in China was analyzed from aspects ofbiomass solidifying fuel, biomass liquid fuel and biomass gasification fuel. According to existing policies at home and abroad, suggestions for ac-celerating the development of biomass energy were put forward.Key words Solidification; Liquefaction; Gasification; Biomass; Energy; Development近年來(lái),三大化石能源的使用造成了二氧化碳排放量呈的情況下,用顆粒燃料成型機壓縮成為熱值高、密度大的成幾何級數增長(cháng)趨勢,導致全球大范圍氣候異常和局部氣候失型燃料,能很好地克服生物質(zhì)熱值低、體積大、物理形態(tài)不規衡,因此研發(fā)和利用可再生淸潔能源具有重要意義。生物質(zhì)則等缺點(diǎn)。由于顆粒燃料的熱值接近煤熱值的60%,可以成能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的可再生能源能煤、天然氣等的替代燃料。在20世紀30年代,全球開(kāi)夠長(cháng)期保障人們的生活用能,在所有能源中具有不可替代始對生物質(zhì)顆粒燃料進(jìn)行研發(fā),直至70年代石油危機期間的地位2。研究和開(kāi)發(fā)可再生生物質(zhì)能源可有效控制溫室才作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來(lái)。20世紀90年代隨著(zhù)大量的一次性效應和酸雨等環(huán)境危機。生物質(zhì)能燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的二石化能源的損耗和溫室效應及酸雨等環(huán)境危機的日益嚴重,氧化碳近似為零是控制溫室效應的重要途徑之一,如果加大可再生能源的研發(fā)力度迫在眉睫。199年經(jīng)世界各國能夠大規模種植能源作物逐漸實(shí)現生物質(zhì)燃料的大規模生的努力第1次以法規的形式制定出《京都協(xié)議書(shū)》限制溫室產(chǎn),按年產(chǎn)1億t計算,就能減少55%的二氧化碳排放。氣體的排放,并于205年生效要求各個(gè)簽署國在200820世紀70年代世界各國開(kāi)始重視對生物質(zhì)能源的研發(fā)相2012年的溫室氣體排放總量要比1990年下降5個(gè)百分點(diǎn)。應的許多國家也根據自身國情計劃今后如何發(fā)展生物質(zhì)能2000年制定的《哥本哈根協(xié)議書(shū)》要求在2050年全球溫室氣源并且紛紛投入大量人力和物力。生物質(zhì)能是太陽(yáng)能的一體總量要比190年下降8%。另外,許多國家還根據國情種形式,能夠在一定條件下轉化為固體顆粒、液體生物乙醇制定了適合本國的法律法規,這大大刺激了新能源的發(fā)展。和氣體沼氣等燃料,是一種可長(cháng)期獲取的可再生能源。據生物質(zhì)顆粒燃料再次進(jìn)人到人們的視線(xiàn)其產(chǎn)量在21世紀估計,2017年世界生物質(zhì)燃料消費將增加到811億美元,比后以18%-25%的速度增長(cháng)9。200年世界生物質(zhì)顆粒燃2014年擴大1倍。筆者介紹了世界各國生物質(zhì)固化液化料僅有165.0萬(wàn)t,20年已達到1570.0萬(wàn),增長(cháng)了近10和氣化的利用現狀對我國發(fā)展生物質(zhì)能源的已有平臺做了倍。主要產(chǎn)區聚集在歐盟和北美洲國家其在2010年產(chǎn)量綜述,提出了國內生物質(zhì)能源的發(fā)展建議以期為生物質(zhì)能分別達到9286萬(wàn)和432.0萬(wàn)t,占世界總產(chǎn)量的593%和源的開(kāi)發(fā)和利用提供借鑒。276%,而東歐俄羅斯地區和亞洲、澳洲地區產(chǎn)量分別只占1世界生物質(zhì)能源分類(lèi)利用技術(shù)現狀世界總量的92%和3.9%。1991年瑞典顆粒燃料廠(chǎng)家只生物質(zhì)能源的利用可以分為直接燃燒利用,壓縮成致密有2家,2003年達到30家,19年年產(chǎn)量只有1.0萬(wàn)t,2004顆粒利用,通過(guò)化學(xué)方式轉化成液體利用,以及在高溫下添年達到1000萬(wàn)t。在2008年,其廠(chǎng)家達到家年產(chǎn)顆粒加汽化劑反應或發(fā)酵成可燃氣體利用。以下筆者就世界上燃料22.00萬(wàn)t"。在2010年丹麥、荷蘭意大利、比利時(shí)和生物質(zhì)固化利用液化利用及氣化利用的現狀作出介紹瑞典是生物質(zhì)顆粒燃料進(jìn)口量最大的國家,而加拿大、俄羅1.1生物質(zhì)固化利用技術(shù)生物質(zhì)能源的固化利用技術(shù)是把生物質(zhì)粉碎成細小顆粒,然后在設定好溫度、濕度和壓力斯、德國、波蘭和美國是出口量最大的國家。2010年加拿大生物質(zhì)顆粒燃料出口量達到165.5萬(wàn)t,約為生產(chǎn)總量的9%,成為世界生物質(zhì)顆粒燃料的最大出口國。目前,用基金項目國家自然科學(xué)基金項目(51265051)。作者簡(jiǎn)介張得政(1989-),男,山東日照人,頑士研究生,研究方向:發(fā)電和供暖是中國煤化工主要用于取暖的新能?！巴ㄓ嵶髡?刮教校,項士項士生導師,從事新能?chē)矣蟹▏鴬WCNMHG蘭丹麥、瑞典主源研究。收稿日期20160209要用于發(fā)電。82安徽農業(yè)科學(xué)2016年1.2生物質(zhì)液化利用技術(shù)生物質(zhì)能源液化利用技術(shù)是指在特定條件下把生物質(zhì)通過(guò)化學(xué)方法分解成為可以混合到2010年2011年汽油或柴油中使用的液體燃料的過(guò)程。生物燃料乙醇在汽油中含量低于10%~15%時(shí),可以不用對現有汽車(chē)發(fā)動(dòng)機進(jìn)行改進(jìn),且含乙醇汽油還具有辛烷值高和抗暴性能好的優(yōu)點(diǎn)。2008年世界生物質(zhì)燃料產(chǎn)值達到348億美元,比200年增加37.0%。200年世界燃料乙醇達到58600萬(wàn)t,88比2008年增加了12.7%,估計世界生物燃料會(huì )在2016時(shí)以麥美國每年12.9%的速度遞增,全球生物質(zhì)燃料總量將會(huì )在2030E Germny Sweden Denmark America China年達到1.2億t。205年美國躍為燃料乙醇生產(chǎn)總量最國家 untries大國,2008年美國的燃料乙醇生產(chǎn)量同比上升122.85億L,圖1不同國家的生物燃氣總產(chǎn)量生產(chǎn)廠(chǎng)家達到170個(gè)。2007年發(fā)布的《能源獨立和安全Fig 1 Total production of biogas in different countries法》中提到本國汽車(chē)在20年前期間需要增加163800億可再生能源占10%,以上所有數據其中的50%是生物天然L,主要是乙醇的生物質(zhì)燃料作為動(dòng)力源。2004年歐洲燃料氣。近年來(lái),沼氣的發(fā)展已不僅僅是對廢棄物厭氧發(fā)酵乙醇用量達175.0萬(wàn)t,并且其傳統燃料中乙醇或其他生物處理,而是從玉米小麥等能源作物提取出來(lái)。2010年瑞典化學(xué)燃料最少要占2.0%。歐洲燃料乙醇在200年達到共有7萬(wàn)輛壓縮生物天然氣的汽車(chē)在使用中,且加氣站總數1565億L,與2005年相比提升了1.0%。而德國生物乙醇達到500余個(gè)。2008-2014年瑞典總共為扶持沼氣生產(chǎn)廠(chǎng)總量達到4.31億L,西班牙國家的生物乙醇總量達到402家投出6億多克朗。生物天然氣方面德國在歐盟處于領(lǐng)先億L,法國生物乙醇總量達到2.50億L,歐洲于2007年規定地位,在200年時(shí)全國沼氣加工廠(chǎng)總數量只達到100個(gè),各成員國到200年生物燃料在交通運輸中消耗的總量要占到2010年全國已有50個(gè)沼氣加工廠(chǎng),占據歐洲全部沼氣到10.0%。而巴西是世界上唯一一個(gè)不供應純汽油的國加工廠(chǎng)的80%以上m家,在2009 Dilma rosser表示:全國燃料乙醇已經(jīng)代替了2我國生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用現狀50%的汽油,并且該比例還在繼續增長(cháng)。靈活燃料汽車(chē)自“十五”以來(lái),我國對生物質(zhì)能源規?；芯坷靡验_(kāi)(FV)市場(chǎng)自從200年啟動(dòng)以來(lái),已使用的汽車(chē)達到700余始重視起來(lái)尤其是《可再生能源法》成立以后,生物質(zhì)能源萬(wàn)輛。目前巴西90%以上在銷(xiāo)汽車(chē)是FFV汽車(chē)。等可再生資源有了相關(guān)法律的支撐,一系列行業(yè)規劃、監管13生物質(zhì)氣化利用技術(shù)生物質(zhì)氣化是指在一定條件下措施及扶持政策相繼出臺,對我國生物質(zhì)能源的快速發(fā)展奠生物質(zhì)通過(guò)氣化介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應或通過(guò)發(fā)酵反應生成可定了堅實(shí)的基礎。燃氣體的過(guò)程。筆者主要對世界生物燃氣發(fā)展狀況作出綜2.1生物質(zhì)固化成型燃料206年《可再生能源法》通過(guò)述。20世紀90年代以后,尤其是進(jìn)入21世紀,國際上開(kāi)始以后,通過(guò)立法形式確定了可在生能源在國家發(fā)展中的重要對沼氣投入大量研究-。位置,在同年11月為配合《可再生能源法》的實(shí)施,我國又在從圖1可以看出歐盟及其中的德國分別從2010年總此基礎上繼續出臺了《可在生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導目錄》,而生產(chǎn)量27.5億和134億m3到2011年總產(chǎn)量2017億和物質(zhì)能項目在其中就達到13個(gè)占總數量的15%。2008年1014億m,分別下降了15.8億和320億m3;瑞典和丹麥10月我國在《秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》中提的總產(chǎn)量相對來(lái)說(shuō)比較穩定;中國和美國則呈現快速增長(cháng)趨出對生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料的廠(chǎng)家中注冊金額超過(guò)100元,勢。美國沼氣研發(fā)源自于20世紀上半葉的能源壓力,當時(shí)并且生物質(zhì)原料的消耗在1萬(wàn)t以上的廠(chǎng)家進(jìn)行綜合性只是基礎研究,主要是厭氧菌的基因排序及沼液中存在的特補貼。殊酶等,進(jìn)入21世紀后美國將沼氣研究提高到為本國創(chuàng )造22生物質(zhì)液體燃料“十五”計劃第1次提出加大生物更多就業(yè)機會(huì )、保障美國能源安全等高度。聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展質(zhì)燃料酒精替代石油的要求,并且將生物質(zhì)燃料產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)納組在《生物質(zhì)能源戰略(2007)》中提出生物質(zhì)天然氣可以從人國民經(jīng)濟計劃?！笆晃濉币髷U大生物質(zhì)燃料乙醇并實(shí)沼氣中被提純出來(lái),這一發(fā)現可以使被提純出來(lái)的生物質(zhì)天施在稅務(wù)、投資和強制性市場(chǎng)的份額制度?！笆濉碧岢鲈谌粴饧尤氍F存國家天氣管網(wǎng)。2012年主要國家生物燃氣凈石化能源消耗中非石化能源占據其中的14%。200年聯(lián)提純處理能力:德國為117806m3/h,瑞士為225m3/h,美合部門(mén)發(fā)布了《關(guān)于發(fā)展生物質(zhì)能源和生物化工財稅扶持政國為73700m3/h,挪威為1500m3/h,瑞典為26505m3/h,法策的實(shí)施意見(jiàn)》,提出要加大可再生清潔生物質(zhì)燃料取代國為1400m3/h,荷蘭為9130m3/h,英國為1000m3/h,西班性石化能源的力度。并在2011年6月,國家稅務(wù)局發(fā)布牙為4100m3/h,日本為550m3/h,奧地利為2210m3/h,丹《關(guān)于明確廢棄動(dòng)植物油生產(chǎn)純生物柴油免征消費稅使用范麥為500m3/ho圍的通知,更T凵中國煤化工的發(fā)展2008年歐盟制定如何應對未來(lái)世界氣候變化時(shí)表示,全2.3生物質(zhì)CNMHG華人民共和國經(jīng)部能源消費的20%要用可再生能源來(lái)代替,用于交通方面的濟和社會(huì )發(fā)展“九五”計劃和2010年遠景目標綱要》首次指44卷8期張得政等生物質(zhì)能源的分類(lèi)利用技術(shù)研究要因地制宜地開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能源,改善能源結構。2007一些國家已經(jīng)把生物質(zhì)能源作為一種國家安全戰略能源,相年我國各部門(mén)聯(lián)合發(fā)布了《農村沼氣項目建設資金管理辦信今后生物質(zhì)能源會(huì )逐漸替代一次性能源成為主流能源。法》規范了投資沼氣的建設資金預算及管理辦法。2008年從發(fā)達國家生物質(zhì)顆粒燃料燃料乙醇和生物柴油以及沼氣出臺并于2009年年初實(shí)施《循環(huán)經(jīng)濟促進(jìn)法》,其中第34條的發(fā)展現狀可以看出,我國與之相比還存在距離。因此,我提到支持綜合利用各種農業(yè)廢棄物以及木料碎屑等進(jìn)行生國應該提高對發(fā)展生物質(zhì)能源的重視加大政策和資金投入物質(zhì)沼氣發(fā)展。我國對沼氣的發(fā)展給予了大量財政補助,其力度,完善法律法規體系,為開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能源提供堅中“十五”期間扶持金額達3534億元,“十一五”期間扶持實(shí)的后盾金額達202.00億元,2011年扶持金額達44.00億元?！度珖鴧⒖嘉墨I農村沼氣服務(wù)體系建設方案》提到按照政府補貼各沼氣建1 PUROHIT P, TRIPATHI A K, KANDPAL T C. Energetics of coal substit設地自籌等互相結合原則,而且各地方對籌建沼氣鄉村建設tion by briquettes of agricultural residues [ J]. Energy, 2006, 31:1-1331基地給予支持,并且對我國東部、中部、西部地區進(jìn)行資金補[2]方升佐,萬(wàn)勁,彭方仁木本生物質(zhì)能源的發(fā)展現狀和對策[生物貼。此外,《綠色能源示范縣建設補助資金管理暫行辦法》提質(zhì)化學(xué)工程,2006,40(S1):95-102[3]楊邦杰生物質(zhì)能發(fā)展方向:技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化模式與政策[]中國發(fā)出對沼氣發(fā)酵池的容積到達350m3,每年年產(chǎn)到達10萬(wàn)m展,2010,10(4):1-4.的項目,并且生活燃氣供給達到150戶(hù)住宅的項目提供中央41江澤慧發(fā)擇資優(yōu)勢強化科技創(chuàng )新大力促進(jìn)林業(yè)生物質(zhì)能源加快財政補貼。[5]莫令飛儆好辦公室工作的幾點(diǎn)思新J中國核工業(yè),200(6):49.我國生物質(zhì)能源的發(fā)展建議[6]姚向君,田宜水生物質(zhì)能資源清潔轉化利用技術(shù)M]北京:化學(xué)工業(yè)我國的生物質(zhì)能源研究起步較晚相比一些發(fā)達國家的[7車(chē)長(cháng)波袁際華世界生物質(zhì)能源發(fā)展現狀及方向[冂天然氣工業(yè),研發(fā)進(jìn)度仍有很大一段距離,筆者根據國內外現有政策對加2011,31(1):104-106[8]陳彥宏,武佩,田雪艷等.生物質(zhì)致密成型燃料制造技術(shù)研究現狀快發(fā)展生物質(zhì)能源提出以下建議:[打].農機化研究,2010(1)206-211(1)隨著(zhù)一次性能源的快速損耗以及環(huán)境污染的加重,[9 JUNGINGER M, SIKKEMA R,FAUA, Analysis of the gobal pellet開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能源顯得越發(fā)重要,為防止一次能源危機technical barriers[R]. Utrecht, The Netherlands: Intelligent Energy Eu及能夠在今后的國際形勢下應對自如,我國應該將生物質(zhì)清rope,2009:33-34.[10] COCCHI M,JUNGINGER M, FAAU A, et al. Global wood pellet markets潔能源開(kāi)發(fā)及利用提升至國家安全戰略高度industry and trade study[R]. Paris, France: Intermational Energy Agency(2)在發(fā)展生物質(zhì)能源的前提下,應該注重不與糧食爭(FA)Task40,a011:9-10地,確定糧食安全與發(fā)展能源作物并重通過(guò)計劃種植能源1郭海臘左月明張虎生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究進(jìn)展[J農機化研究,2011(6):79-185作物,與實(shí)際開(kāi)發(fā)利用相結合,做到發(fā)展進(jìn)度與生物質(zhì)資源21 RECHBERGER P Overview of pellets for bioenergy in Europe[ C].Brus-齊頭并進(jìn),防止資源短缺與資源浪費。[13]丁聲俊生物能源發(fā)展全球冷熱不均[N].中國經(jīng)濟導報010-04-(3)目前的生物質(zhì)資源種類(lèi)單一,應該擴大資源的種類(lèi),15(A04)對能源草及其他資源量大的植被加大研發(fā)力度,找出能夠作[14]徐昌洪方家驟國內外燃料乙醇生產(chǎn)與應用情況分析[打精細與專(zhuān)用化工品,2007,15(2):30-35為生物質(zhì)能源資源的物種進(jìn)行大量培育,或通過(guò)轉基因技術(shù)15]王素準世界燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展探析[]·安徽農業(yè)科學(xué),00,3720)3658-3660加快生長(cháng)期,防止工業(yè)和商業(yè)化生產(chǎn)時(shí)出現資源短缺。[16]程景明,徐莉徐偉平美國、巴西和中國燃料乙醇發(fā)展現狀比較[冂](4)國內技術(shù)尚在摸索發(fā)展期,應該加大國際交流力度,世界農業(yè),2008(6):10-13結合國內實(shí)情對研發(fā)團隊加大資金注人量。多與發(fā)達國家[17]鄧偉良陳子愛(ài)歐洲沼氣工程發(fā)展現狀中國沼氣xm3(5):進(jìn)行交互式合作研究,盡快突破一些關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸。[18]王飛蔡亞慶仇煥廣,中國沼氣發(fā)展的現狀驅動(dòng)及制約因素分析4結語(yǔ)刀]農業(yè)工程學(xué)報,2012,8(1):184-189[19]程序朱萬(wàn)斌歐盟國家新興的生物天然氣產(chǎn)業(yè)[門(mén)]中外能源201,我國生物質(zhì)資源相當豐富隨著(zhù)一次性能源的損耗和環(huán)16(6):2-29.境污染的日益嚴重,發(fā)展和利用生物質(zhì)能源成為必然趨勢。(上接第17頁(yè))[8]郭均鵬,吳育華超效率DEA模型的區間擴展[J].中國管理科學(xué),[3]胡雪飚重慶市奤禽養殖區域環(huán)境承載力研究及污染防治對策[D].重205,13(2)40-43慶:重慶大學(xué),2006[9]倪深海白玉慧.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型在地下水水質(zhì)評價(jià)中的應用[J].系統工程理論與實(shí)踐,2000(8):l24-127[4]王甜甜程波,馮雪蓮,等華北地區典型區域畜禽養殖環(huán)境承載力綜[o]耿維胡林,崔建宇字,等中國區域畜禽糞便能源潛力及總量控制研究合評價(jià)研究以濱州市為例刀農業(yè)環(huán)境與發(fā)展,012,29(3):37-4[5]張紅國內外資源環(huán)境承載力研究評敘[].理論學(xué)刊,200(10)[J].農業(yè)工程學(xué)報,2013,29(1):7-17[1]潘潔肖輝陸文龍天津市奮禽養殖糞便產(chǎn)生量估算及耕地負載初[6]徐琳瑜,康鵬工業(yè)園區規劃環(huán)境影響評價(jià)中的環(huán)境承載力方法研究步評估[門(mén)山西農業(yè)科學(xué)2014,42(5):517-520[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報2013,3(3):918-90[12]沈根祥,汪雅谷袁大偉上海市郊農田畜禽糞便負荷量及其警報與[7]末福忠畜禽養殖環(huán)境系統承載力及預警研究[D].重慶:重慶大學(xué),分級[J].上海農業(yè)學(xué)報194,10(S1)6-1l中國煤化工CNMHG