生物质能源的分类利用技术研究

徽农业科学, Joumal of Anhui Agr.Sci.2016,44(8):8l-83赉任编辑陈红红赉任校对况玲玲生物质能源的分类利用技术研究张得政,张霞”,蔡宗寿,杨飞,何东成(云南农业大学机屯工程学院,云南昆明650摘要综述了世界生物质能源分类利用技术现状,包括生物质固化利用技术、生物质液化利用技术、生物质气化利用技术,从生物质国化成型燃料、生物质液体燃料、生物质气化燃料几方面,分析了我国生物质能源开发利用现状,根据国内外现有政策提出了加快生物质能源发展的建议。关键词固化;液化;气化;生物质;能源;发晨中图分类号S216文献标识码A文章编号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近年来,三大化石能源的使用造成了二氧化碳排放量呈的情况下,用颗粒燃料成型机压缩成为热值高、密度大的成几何级数增长趋势,导致全球大范围气候异常和局部气候失型燃料,能很好地克服生物质热值低、体积大、物理形态不规衡,因此研发和利用可再生淸洁能源具有重要意义。生物质则等缺点。由于颗粒燃料的热值接近煤热值的60%,可以成能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的可再生能源能煤、天然气等的替代燃料。在20世纪30年代,全球开够长期保障人们的生活用能,在所有能源中具有不可替代始对生物质颗粒燃料进行研发,直至70年代石油危机期间的地位2。研究和开发可再生生物质能源可有效控制温室才作为产业发展起来。20世纪90年代随着大量的一次性效应和酸雨等环境危机。生物质能燃烧过程中产生的二石化能源的损耗和温室效应及酸雨等环境危机的日益严重,氧化碳近似为零是控制温室效应的重要途径之一,如果加大可再生能源的研发力度迫在眉睫。199年经世界各国能够大规模种植能源作物逐渐实现生物质燃料的大规模生的努力第1次以法规的形式制定出《京都协议书》限制温室产,按年产1亿t计算,就能减少55%的二氧化碳排放。气体的排放,并于205年生效要求各个签署国在200820世纪70年代世界各国开始重视对生物质能源的研发相2012年的温室气体排放总量要比1990年下降5个百分点。应的许多国家也根据自身国情计划今后如何发展生物质能2000年制定的《哥本哈根协议书》要求在2050年全球温室气源并且纷纷投入大量人力和物力。生物质能是太阳能的一体总量要比190年下降8%。另外,许多国家还根据国情种形式,能够在一定条件下转化为固体颗粒、液体生物乙醇制定了适合本国的法律法规,这大大刺激了新能源的发展。和气体沼气等燃料,是一种可长期获取的可再生能源。据生物质颗粒燃料再次进人到人们的视线其产量在21世纪估计,2017年世界生物质燃料消费将增加到811亿美元,比后以18%-25%的速度增长9。200年世界生物质颗粒燃2014年扩大1倍。笔者介绍了世界各国生物质固化液化料仅有165.0万t,20年已达到1570.0万,增长了近10和气化的利用现状对我国发展生物质能源的已有平台做了倍。主要产区聚集在欧盟和北美洲国家其在2010年产量综述,提出了国内生物质能源的发展建议以期为生物质能分别达到9286万和432.0万t,占世界总产量的593%和源的开发和利用提供借鉴。276%,而东欧俄罗斯地区和亚洲、澳洲地区产量分别只占1世界生物质能源分类利用技术现状世界总量的92%和3.9%。1991年瑞典颗粒燃料厂家只生物质能源的利用可以分为直接燃烧利用,压缩成致密有2家,2003年达到30家,19年年产量只有1.0万t,2004颗粒利用,通过化学方式转化成液体利用,以及在高温下添年达到1000万t。在2008年,其厂家达到家年产颗粒加汽化剂反应或发酵成可燃气体利用。以下笔者就世界上燃料22.00万t"。在2010年丹麦、荷兰意大利、比利时和生物质固化利用液化利用及气化利用的现状作出介绍瑞典是生物质颗粒燃料进口量最大的国家,而加拿大、俄罗1.1生物质固化利用技术生物质能源的固化利用技术是把生物质粉碎成细小颗粒,然后在设定好温度、湿度和压力斯、德国、波兰和美国是出口量最大的国家。2010年加拿大生物质颗粒燃料出口量达到165.5万t,约为生产总量的9%,成为世界生物质颗粒燃料的最大出口国。目前,用基金项目国家自然科学基金项目(51265051)。作者简介张得政(1989-),男,山东日照人,顽士研究生,研究方向:发电和供暖是中国煤化工主要用于取暖的新能。“通讯作者,刮教校,项士项士生导师,从事新能国家有法国奥CNMHG兰丹麦、瑞典主源研究。收稿日期20160209要用于发电。82安徽农业科学2016年1.2生物质液化利用技术生物质能源液化利用技术是指在特定条件下把生物质通过化学方法分解成为可以混合到2010年2011年汽油或柴油中使用的液体燃料的过程。生物燃料乙醇在汽油中含量低于10%~15%时,可以不用对现有汽车发动机进行改进,且含乙醇汽油还具有辛烷值高和抗暴性能好的优点。2008年世界生物质燃料产值达到348亿美元,比200年增加37.0%。200年世界燃料乙醇达到58600万t,88比2008年增加了12.7%,估计世界生物燃料会在2016时以麦美国每年12.9%的速度递增,全球生物质燃料总量将会在2030E Germny Sweden Denmark America China年达到1.2亿t。205年美国跃为燃料乙醇生产总量最国家 untries大国,2008年美国的燃料乙醇生产量同比上升122.85亿L,图1不同国家的生物燃气总产量生产厂家达到170个。2007年发布的《能源独立和安全Fig 1 Total production of biogas in different countries法》中提到本国汽车在20年前期间需要增加163800亿可再生能源占10%,以上所有数据其中的50%是生物天然L,主要是乙醇的生物质燃料作为动力源。2004年欧洲燃料气。近年来,沼气的发展已不仅仅是对废弃物厌氧发酵乙醇用量达175.0万t,并且其传统燃料中乙醇或其他生物处理,而是从玉米小麦等能源作物提取出来。2010年瑞典化学燃料最少要占2.0%。欧洲燃料乙醇在200年达到共有7万辆压缩生物天然气的汽车在使用中,且加气站总数1565亿L,与2005年相比提升了1.0%。而德国生物乙醇达到500余个。2008-2014年瑞典总共为扶持沼气生产厂总量达到4.31亿L,西班牙国家的生物乙醇总量达到402家投出6亿多克朗。生物天然气方面德国在欧盟处于领先亿L,法国生物乙醇总量达到2.50亿L,欧洲于2007年规定地位,在200年时全国沼气加工厂总数量只达到100个,各成员国到200年生物燃料在交通运输中消耗的总量要占到2010年全国已有50个沼气加工厂,占据欧洲全部沼气到10.0%。而巴西是世界上唯一一个不供应纯汽油的国加工厂的80%以上m家,在2009 Dilma rosser表示:全国燃料乙醇已经代替了2我国生物质能源开发利用现状50%的汽油,并且该比例还在继续增长。灵活燃料汽车自“十五”以来,我国对生物质能源规模化研究利用已开(FV)市场自从200年启动以来,已使用的汽车达到700余始重视起来尤其是《可再生能源法》成立以后,生物质能源万辆。目前巴西90%以上在销汽车是FFV汽车。等可再生资源有了相关法律的支撑,一系列行业规划、监管13生物质气化利用技术生物质气化是指在一定条件下措施及扶持政策相继出台,对我国生物质能源的快速发展奠生物质通过气化介质发生化学反应或通过发酵反应生成可定了坚实的基础。燃气体的过程。笔者主要对世界生物燃气发展状况作出综2.1生物质固化成型燃料206年《可再生能源法》通过述。20世纪90年代以后,尤其是进入21世纪,国际上开始以后,通过立法形式确定了可在生能源在国家发展中的重要对沼气投入大量研究-。位置,在同年11月为配合《可再生能源法》的实施,我国又在从图1可以看出欧盟及其中的德国分别从2010年总此基础上继续出台了《可在生能源产业发展指导目录》,而生产量27.5亿和134亿m3到2011年总产量2017亿和物质能项目在其中就达到13个占总数量的15%。2008年1014亿m,分别下降了15.8亿和320亿m3;瑞典和丹麦10月我国在《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》中提的总产量相对来说比较稳定;中国和美国则呈现快速增长趋出对生产生物质成型燃料的厂家中注册金额超过100元,势。美国沼气研发源自于20世纪上半叶的能源压力,当时并且生物质原料的消耗在1万t以上的厂家进行综合性只是基础研究,主要是厌氧菌的基因排序及沼液中存在的特补贴。殊酶等,进入21世纪后美国将沼气研究提高到为本国创造22生物质液体燃料“十五”计划第1次提出加大生物更多就业机会、保障美国能源安全等高度。联合国工业发展质燃料酒精替代石油的要求,并且将生物质燃料产业开发纳组在《生物质能源战略(2007)》中提出生物质天然气可以从人国民经济计划。“十一五”要求扩大生物质燃料乙醇并实沼气中被提纯出来,这一发现可以使被提纯出来的生物质天施在税务、投资和强制性市场的份额制度。“十二五”提出在然气加入现存国家天气管网。2012年主要国家生物燃气净石化能源消耗中非石化能源占据其中的14%。200年联提纯处理能力:德国为117806m3/h,瑞士为225m3/h,美合部门发布了《关于发展生物质能源和生物化工财税扶持政国为73700m3/h,挪威为1500m3/h,瑞典为26505m3/h,法策的实施意见》,提出要加大可再生清洁生物质燃料取代国为1400m3/h,荷兰为9130m3/h,英国为1000m3/h,西班性石化能源的力度。并在2011年6月,国家税务局发布牙为4100m3/h,日本为550m3/h,奥地利为2210m3/h,丹《关于明确废弃动植物油生产纯生物柴油免征消费税使用范麦为500m3/ho围的通知,更T凵中国煤化工的发展2008年欧盟制定如何应对未来世界气候变化时表示,全2.3生物质CNMHG华人民共和国经部能源消费的20%要用可再生能源来代替,用于交通方面的济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》首次指44卷8期张得政等生物质能源的分类利用技术研究要因地制宜地开发利用生物质能源,改善能源结构。2007一些国家已经把生物质能源作为一种国家安全战略能源,相年我国各部门联合发布了《农村沼气项目建设资金管理办信今后生物质能源会逐渐替代一次性能源成为主流能源。法》规范了投资沼气的建设资金预算及管理办法。2008年从发达国家生物质颗粒燃料燃料乙醇和生物柴油以及沼气出台并于2009年年初实施《循环经济促进法》,其中第34条的发展现状可以看出,我国与之相比还存在距离。因此,我提到支持综合利用各种农业废弃物以及木料碎屑等进行生国应该提高对发展生物质能源的重视加大政策和资金投入物质沼气发展。我国对沼气的发展给予了大量财政补助,其力度,完善法律法规体系,为开发和利用生物质能源提供坚中“十五”期间扶持金额达3534亿元,“十一五”期间扶持实的后盾金额达202.00亿元,2011年扶持金额达44.00亿元。《全国参考文献农村沼气服务体系建设方案》提到按照政府补贴各沼气建1 PUROHIT P, TRIPATHI A K, KANDPAL T C. Energetics of coal substit设地自筹等互相结合原则,而且各地方对筹建沼气乡村建设tion by briquettes of agricultural residues [ J]. Energy, 2006, 31:1-1331基地给予支持,并且对我国东部、中部、西部地区进行资金补[2]方升佐,万劲,彭方仁木本生物质能源的发展现状和对策[生物贴。此外,《绿色能源示范县建设补助资金管理暂行办法》提质化学工程,2006,40(S1):95-102[3]杨邦杰生物质能发展方向:技术开发、产业化模式与政策[]中国发出对沼气发酵池的容积到达350m3,每年年产到达10万m展,2010,10(4):1-4.的项目,并且生活燃气供给达到150户住宅的项目提供中央41江泽慧发择资优势强化科技创新大力促进林业生物质能源加快财政补贴。[5]莫令飞儆好办公室工作的几点思新J中国核工业,200(6):49.我国生物质能源的发展建议[6]姚向君,田宜水生物质能资源清洁转化利用技术M]北京:化学工业我国的生物质能源研究起步较晚相比一些发达国家的[7车长波袁际华世界生物质能源发展现状及方向[冂天然气工业,研发进度仍有很大一段距离,笔者根据国内外现有政策对加2011,31(1):104-106[8]陈彦宏,武佩,田雪艳等.生物质致密成型燃料制造技术研究现状快发展生物质能源提出以下建议:[打].农机化研究,2010(1)206-211(1)随着一次性能源的快速损耗以及环境污染的加重,[9 JUNGINGER M, SIKKEMA R,FAUA, Analysis of the gobal pellet开发和利用生物质能源显得越发重要,为防止一次能源危机technical barriers[R]. Utrecht, The Netherlands: Intelligent Energy Eu及能够在今后的国际形势下应对自如,我国应该将生物质清rope,2009:33-34.[10] COCCHI M,JUNGINGER M, FAAU A, et al. Global wood pellet markets洁能源开发及利用提升至国家安全战略高度industry and trade study[R]. Paris, France: Intermational Energy Agency(2)在发展生物质能源的前提下,应该注重不与粮食争(FA)Task40,a011:9-10地,确定粮食安全与发展能源作物并重通过计划种植能源1郭海臘左月明张虎生物质能利用技术的研究进展[J农机化研究,2011(6):79-185作物,与实际开发利用相结合,做到发展进度与生物质资源21 RECHBERGER P Overview of pellets for bioenergy in Europe[ C].Brus-齐头并进,防止资源短缺与资源浪费。[13]丁声俊生物能源发展全球冷热不均[N].中国经济导报010-04-(3)目前的生物质资源种类单一,应该扩大资源的种类,15(A04)对能源草及其他资源量大的植被加大研发力度,找出能够作[14]徐昌洪方家骤国内外燃料乙醇生产与应用情况分析[打精细与专用化工品,2007,15(2):30-35为生物质能源资源的物种进行大量培育,或通过转基因技术15]王素准世界燃料乙醇产业发展探析[]·安徽农业科学,00,3720)3658-3660加快生长期,防止工业和商业化生产时出现资源短缺。[16]程景明,徐莉徐伟平美国、巴西和中国燃料乙醇发展现状比较[冂](4)国内技术尚在摸索发展期,应该加大国际交流力度,世界农业,2008(6):10-13结合国内实情对研发团队加大资金注人量。多与发达国家[17]邓伟良陈子爱欧洲沼气工程发展现状中国沼气xm3(5):进行交互式合作研究,尽快突破一些关键技术的瓶颈。[18]王飞蔡亚庆仇焕广,中国沼气发展的现状驱动及制约因素分析4结语刀]农业工程学报,2012,8(1):184-189[19]程序朱万斌欧盟国家新兴的生物天然气产业[门]中外能源201,我国生物质资源相当丰富随着一次性能源的损耗和环16(6):2-29.境污染的日益严重,发展和利用生物质能源成为必然趋势。(上接第17页)[8]郭均鹏,吴育华超效率DEA模型的区间扩展[J].中国管理科学,[3]胡雪飚重庆市奤禽养殖区域环境承载力研究及污染防治对策[D].重205,13(2)40-43庆:重庆大学,2006[9]倪深海白玉慧.神经网络模型在地下水水质评价中的应用[J].系统工程理论与实践,2000(8):l24-127[4]王甜甜程波,冯雪莲,等华北地区典型区域畜禽养殖环境承载力综[o]耿维胡林,崔建宇字,等中国区域畜禽粪便能源潜力及总量控制研究合评价研究以滨州市为例刀农业环境与发展,012,29(3):37-4[5]张红国内外资源环境承载力研究评叙[].理论学刊,200(10)[J].农业工程学报,2013,29(1):7-17[1]潘洁肖辉陆文龙天津市奋禽养殖粪便产生量估算及耕地负载初[6]徐琳瑜,康鹏工业园区规划环境影响评价中的环境承载力方法研究步评估[门山西农业科学2014,42(5):517-520[J].环境科学学报2013,3(3):918-90[12]沈根祥,汪雅谷袁大伟上海市郊农田畜禽粪便负荷量及其警报与[7]末福忠畜禽养殖环境系统承载力及预警研究[D].重庆:重庆大学,分级[J].上海农业学报194,10(S1)6-1l中国煤化工CNMHG