生物質燃料的種類精選(九篇)
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第1篇：生物質燃料的種類范文
【關鍵詞】生物質電廠；輸送系統；設備選型
前言
勉縣凱迪生物質電廠1×30MW機組工程是利用當地林業廢棄物、農作物秸稈和稻殼等燃料發電的項目，電廠性質為可再生能源項目。本工程一次建設1×30MW高溫超高壓供熱機組。對于生物質電廠來說，其燃料系統的性能優劣直接影響到機組運行的安全和經濟性，本文就其燃料輸送系統的設計特點進行介紹和總結。
1 燃料設計資料
1.1 燃料分析資料
本項目燃料分析資料見下表：
檢測項目 符號 單位 設計燃料 校核燃料
固定碳 Fcar % 11.2 11.2
收到基水分 Mar % 28.69 40.8
收到基灰分 Aar % 7.3 3.408
收到基揮發分 Var % 52.81 45
可燃硫 St，ar % 0.052 0.048
收到基低位發熱量 Qnet，ar MJ/kg 10.69 9.55
1.2 燃料消耗量
燃料消耗量見下表：
燃料 小時耗量（t/h） 日耗量（t/d） 年耗量（104t/a）
設計燃料 30.228 665.016 24.18
校核燃料 33.945 746.79 27.156
注：日運行小時數按22小時計，年運行小時數按8000小時計。
2 燃料系統設計特點
本項目燃料系統設有四個干料棚，干料棚內的燃料通過組合式給料機或螺旋給料機送到皮帶機上，然后通過皮帶直接輸送至鍋爐。由于爐前料倉存在堵料、蓬料的風險，為了保證鍋爐的運行穩定性，本項目采用的是物料通過皮帶直接輸送至鍋爐的方案。
2.1 卸料系統
燃料全部通過汽車運輸進廠，進廠燃料分為兩大類，一類為整包料，主要是玉米、小麥秸稈等軟質秸稈燃料；另一類燃料為成品料，主要是破碎好的林木廢棄物等其它硬質秸稈。
對于軟質秸稈，考慮采用整包進廠，大部分物料采用橋式抓斗起重機或移動卸料設備卸至破碎機料斗內經破碎直接輸送至鍋爐進行燃燒，這樣可以減少倒運環節，降低運行成本，超過破碎機破碎能力部分整包料堆放在燃料棚內。
對于硬質秸稈，部分成品料直接由自卸汽車卸到干料棚內，通過給料機、帶式輸送機直接輸送至鍋爐進行燃燒。對于不是采用自卸汽車進廠的成品料，可以采用移動機械進行卸料，輔助以人工清掃車廂的殘料的卸料方式。
2.2 給料設備
除鍋爐燃燒外，生物質發電的另一個設計難點就是給料系統。由于生物質燃料供應的多樣性，不同種類燃料的分份、比重、外形都有較大的不同：即使是同種燃料，其物理性質受外界的影響會很大；另外燃料供應的季節性也較強，不同時間段內可能將燃用不同的燃料。因此，給料系統在方案設計時要充分考慮以上因素的影響。
目前，用于生物質電廠給料設備主要包括以下幾個方面：板式給料機，活底料倉給料機，無軸螺旋給料機，有軸螺旋給料機。
板式給料機，一般安裝在汽車卸車溝中，為滿足來料變化的要求，啟動平穩，對破碎后的燃料給料能力強，缺點是造價偏高，帶負荷啟動能力差。
活底料倉給料機，適用于破碎后硬質燃料，對于粒度≤50mm的燃料輸送效果較好，但是存在給料不均勻，出力不穩定的問題。
無軸螺旋給料機適用于纏繞性不強、物料粒度大的燃料，由于本項目設計燃料有小麥秸稈類軟秸稈，同時螺旋體剛性不夠，易斷裂損壞。由于此類設備存在問題較多，目前在新建電廠中此類給料設備基本已經不再應用。
有軸螺旋給料機是目前使用最多最普遍的生物質燃料給料設備，應用非常廣泛。針對本項目，由于主要燃料為包含樹皮、林業丟棄物以及小麥玉米秸稈等，種類各異，軟硬質秸稈均有，所以本工程破碎后的燃料采用有軸螺旋給料機。
2.3 破碎設備
目前在國內生物質發電項目中，不同規格不同出力的破碎機產品比較多，使用效果是各不一樣，價格差別很大，主要是兩類產品。
第一類，小出力的破碎機，這種設備以國產為主，設備性能較好，產品比較成熟，缺點是刀具易鈍化，基本每天要求磨刀幾次，不適宜長期穩定運行。
第二類，大出力的破碎設備，這類產品國內市場上廠家較少。
在進口破碎機產品上，在中國市場上在生物質發電領域有應用業績目前有2家，一個是丹麥的M&J破碎機，一個是美國的威猛破碎機，此類產品的特點是價格昂貴，產品性能好，能夠長期穩定運行。
針對該項目，根據選定的燃料技術方案，在本工程中，廠內破碎設備使用進口破碎機作主要破碎機型；廠外使用國產破碎機作為補充備用。這樣能保證機組的穩定運行，又節約了工程投資。
2.4 輸送設備
根據對國內大部分的生物質發電項目進行調研和收資，燃料輸送系統一般都能滿足使用要求，輸送設備主要包括以下幾種：普通帶式輸送機、大傾角帶式輸送機、擋邊帶式輸送機、鏈式輸送機、管狀帶式輸送機等。
目前國內采用普通帶式輸送機的生物質電廠用的較多；管帶機在節約占地、密封輸送等方面有一定的優勢，但由于在給料段和卸料段需要一定的展開距離，本項目輸送系統距離較短，管帶機無優勢；鏈式輸送機只能整包上料，不應用于燃用多種燃料的電廠。大傾角帶式輸送機一般適用于場地受限的情況。針對本項目的具體特點，輸送設備采用普通帶式輸送機，通過加大一級帶寬和降低帶速，來防止運行過程中撒料現象的發生。
2.5 其它輔助設備的選型
燃料系統其它輔助設備主要包括汽車衡、計量裝置、噴霧抑塵設備、除鐵器等，都是廠用設備，是比較成熟的產品。由于目前還沒有適合生物質電廠的采樣設備，目前投產的生物質電廠均采用人工采樣，因此本項目也按人工采樣考慮。
3 總結
生物質發電工程中燃料輸送系統是一個極其重要的環節，由于煤與秸稈在物理特性方面有很大差異；每個生物質電廠受地域影響，導致燃料特性差異較大；受氣候的影響，燃料的處理和儲存工藝差異較大；受燃料收集影響，導致實際燃料和設計燃料的差異較大，多方面的原因導致燃料輸送系統的設計方案多樣化。本項目在設計時，考察和調研了國內眾多的生物質電廠及燃料設備制造廠家，進行了多次技術交流。在以后進行生物質電廠設計時，根據項目的具體特點和燃料特性來選擇合適的相關設備，從而保證燃料輸送系統的設計是安全可靠性和經濟性。
第2篇：生物質燃料的種類范文
【關鍵詞】 生物質 煤油氣 鍋爐 經濟對比
隨著社會現代化建設的加快，人們對環保的要求日趨增高，節能減排已列入我國目前各級政府的工作重點。許多大中城市已禁止燃煤鍋爐的使用，取而代之的是燃油、燃氣及電鍋爐，這三種鍋爐的運行成本高，設備投資性大，使很多用戶不愿接受。另一方面，我國又是一個農業大國，每年有大量的農作物秸稈無法有效處理，隨意丟棄，嚴重影響了村容村貌。秸稈直接在田間焚燒帶來的大氣污染和消防安全問題更是危害巨大。這樣既浪費了資源又污染了環境。生物質鍋爐的問世，使農作物秸稈等廢放棄物得到更好的利用。其經濟性與燃煤、燃油、燃氣鍋爐相比又會如何呢？
1 生物質鍋爐
生物質鍋爐是鍋爐的一個種類就是以生物質能源做為燃料的鍋爐叫生物質鍋爐， 他運行環保，節省燃料，是現在社會比較提倡使用的鍋爐。分為生物質蒸汽鍋爐、生物質熱水鍋爐、生物質熱風爐、生物質導熱油爐等。
2 生物質燃料
生物質燃料屬于國家支持推廣的新型燃料，生物質燃料是指以農村的玉米秸稈，小麥秸稈，棉花桿，稻草，稻殼，花生殼，玉米芯，樹枝，樹葉，鋸末等農作物，固體廢棄物為原料，經過粉碎后加壓，增密成型，即為“生物質燃料”，是一種可再生資源。生物質成型燃料，也被稱為生物質壓縮燃料，其能源密度相當于中質煙煤，火力持久，燃燒性能好，是可以代替煤炭作為家庭生活燃料、工業或服務業鍋爐及生物質電廠發電的燃料。生物質固體成型燃料儲存、運輸、使用方便，清潔環保，燃燒效率高，是一種重要的現代可再生能源。
3 生物質燃料主要特點
3.1 環保
國家級部門檢測，完全符合國家標準。
（1）單一氣體含量分別為（如表1）：
（2）熱值：油質生物質（花生殼、棉花棵等）4000大卡/公斤左右
（3）粉塵含量為：38g/m3。
（4）林格曼黑度：
（5）噪音、低噪音風機≤55db（A）。
3.2 節能
3.2.1 燒生物質燃料與煤相比：（1kg標準煤用1.3kg生物質燃料即可替代）
（1）燃煤鍋爐的熱效率為68%，5000大卡/公斤標準煤實際熱值用量為5000大卡/公斤×68%=3400大卡。
（2）改為燃生物質炭后，由于增加了燃燒器采用了先氣化燃燒后燃燒碳的特殊工藝，使生物質燃料燃燒充分，因此熱效率可達80.7%。
生物質燃料的熱值4000大卡/公斤左右。
4000大卡/公斤×80.7%=3225大卡
煤價5000大卡社會價950元/噸，生物質燃料4000大卡社會價1150元/噸。
煤燃料鍋爐1蒸噸滿負荷用200公斤/小時×950元/噸=190元/小時。
生物質燃料鍋爐1蒸噸滿負荷用186公斤/小時×1150元/噸=214元/小時。
用煤燃料鍋爐1天按8小時計算190元/小時×8小時=1520元。
用生物質燃料鍋爐1天按8小時計算214元/小時×8小時=1712元。
實際用生物質燃料鍋爐比用煤鍋爐1天多消耗1712-1520=192元。
3.2.2 與天燃氣鍋爐相比：（1m3天燃氣可用生物質燃料2.3kg替代）
（1）天燃氣的熱效率為85%，8600大卡/m3的天然氣實際熱值用量為：
8600大卡/m3×85%=7310大卡/m3
4000大卡/kg×80.7%=3228×2.3kg=7424.4大卡
用天然氣鍋爐1蒸噸鍋爐滿負荷用量82立方/小時×4.3元/m3=353元
（2）生物質鍋爐的熱效率為80.7%，4000大卡/公斤的生物質燃料實際熱值用量為4000大卡×80.7%=3228大卡。
生物質燃料鍋爐1蒸噸鍋爐滿負荷用量186公斤×1.15元/公斤=214元
用天然氣鍋爐1天按8小時計算353元/小時×8小時=2824元
用生物質燃料鍋爐1天按8小時計算214元/小時×8小時=1712元
實際用生物質燃料鍋爐比用天然氣鍋爐1天8小時節能2824-1712=1112元
3.2.3 與燃柴油鍋爐相比：（1kg燃油用2.7公斤生物質燃料替代）
（1）燃柴油鍋爐的熱效率85%，10200大卡/kg的燃油實際熱值用量為：10200大卡/kg×85%=8670大卡。
用柴油鍋爐1蒸噸鍋爐滿負荷用量1小時69公斤×8.1元/公斤=559元
（2）生物質鍋爐的熱效率80.7%，4000大卡/公斤的生物質燃料實際熱值用量為4000大卡×80.7%=3228大卡。
生物質燃料鍋爐1蒸噸鍋爐滿負荷用量186公斤×1.15元/公斤=214元
用柴油鍋爐1天按8小時計算559元/小時×8小時=4472元
用生物質燃料鍋爐1天按8小時計算214元/小時×8小時=1712元
實際用生物質燃料鍋爐比用柴油鍋爐1天8小時節能4472-1712=2760元。
3.2.4 與燃重油鍋爐相比：（1kg燃油用2.3公斤生物質燃料替代）
（1）燃重油鍋爐的熱效率76%，9700大卡/kg的燃油實際熱值用量為：9700大卡/kg×76%=7370大卡。
（2）用柴油鍋爐1蒸噸鍋爐滿負荷用量1小時82公斤×4.8元/公斤=394元。
（3）生物質鍋爐的熱效率80.7%，4000大卡/公斤的生物質燃料實際熱值用
量為4000大卡×80.7%=3228大卡。
生物質燃料鍋爐1蒸噸鍋爐滿負荷用量186公斤×1.15元/公斤=214元
用重油鍋爐1天按8小時計算394元/小時×8小時=3152元
用生物質燃料鍋爐1天按8小時計算214元/小時×8小時=1712元
實際用生物質燃料鍋爐比用重油鍋爐1天8小時節能3152-1712=1440元。
3.2.5 與電鍋爐相比
（1）電鍋爐的熱效率96%，860大卡/度的電實際熱值用量為：860大卡/度×96%=825.6大卡。
用電鍋爐1蒸噸鍋爐滿負荷用量1小時727度×1.1元/度=800元。
（2）生物質鍋爐的熱效率80.7%，4000大卡/公斤的生物質燃料實際熱值用量為4000大卡×80.7%=3228大卡。
生物質燃料鍋爐1蒸噸鍋爐滿負荷用量186公斤×1.15元/公斤=214元
用電鍋爐1天按8小時計算800元/小時×8小時=6400元
用生物質燃料鍋爐1天按8小時計算214元/小時×8小時=1712元
實際用生物質燃料鍋爐比用電鍋爐1天8小時節能6400-1712=4688元。
4 生物質燃料鍋爐的經濟效益及社會效益
推廣生物質燃料鍋爐，可以部分解決企業的能源供應，維護企業的正常生產，提升企業的贏利能力，促進經濟發展。生物質燃料是一種理想的可再生能源，它來源廣泛，不但可促進農民的每年增收，又可以防止水土流失。生物質燃料作為一種新興的能源，它的使用，每年可節約天然氣6.84億立方米，可以有效地節約不可再生的石油類能源，促進節能減排。因此，推廣生物質燃料鍋爐，有良好的經濟效益與社會效益。
第3篇：生物質燃料的種類范文
中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）22-0338-021、生物質顆粒的燃燒與結渣特性
生物質成型顆粒燃料是經過壓制粘合而成的，其密度遠大于原生物質。成型燃料的結構與組織特征決定了揮發分的析出速度與傳熱速度都很低。生物質成型燃料的燃燒過程可分為干燥脫水、揮發分析出、揮發分燃燒、焦炭燃燒和燃燼幾個階段。其燃燒過程是：1）燃料進入燃燒室內，在高溫熱量（由前期燃燒形成）作用下，燃料被加熱和析出水分。當溫度達到約250℃左右，熱分解開始，析出揮發分，形成焦炭。氣態的揮發分和周圍高溫空氣摻混首先被引燃而燃燒，進行可燃氣體和氧氣的放熱化學反應，形成火焰。2）成型燃料表層部分的碳處于過度燃燒區，形成較長火焰。3）焦炭擴散燃燒，燃燒產物CO2、CO及其氣體向外擴散，CO與O2結合成CO2，在表面進行CO的燃燒，在層內主要進行碳燃燒，在表面形成灰殼，并隨著燃燒，燃燼殼不斷加厚。當可燃物基本燃盡，在沒有強烈干擾的情況下，形成整體的灰球，灰球變暗紅色成為灰渣，完成整個燃燒過程。在爐內強烈氣流的干擾下，則有一部分細碎燃料，以飛灰形態隨煙氣逸出爐內。
生物質顆粒燃料本身的灰分中含有鈣、鈉、鉀等離子，這些離子在燃燒過程中容易形成渣層，且灰的軟化溫度較低，因此燃料本身的特性決定了結渣的特性和程度。燃燒過程中燃料層的溫度，爐膛溫度，燃料與空氣混合不充分以及鍋爐超負荷運行是造成結渣的重要因素。生物質顆粒中還含有氯、硫等元素，對鋼材有腐蝕作用。
2、固定爐排燃煤鍋爐改燃木柴、生物質顆粒等
2.1 改燃木柴
在節能和環保要求日益嚴格的今天，部分地區已不準許安裝蒸發量較小的固定爐排燃煤鍋爐，而原燃煤的固定爐排鍋爐也要進行改造。因此，新裝的固定爐排燃煤鍋爐有部分直接燃用木柴、木板等，出現的問題有：
1）木柴燃燒過快，添加燃料時間短。木柴一般呈塊狀，開始燃燒時需要大量空氣，后一階段需要空氣量減少，過量空氣變多。
2）多數爐門處于常開狀態，增加了漏風和散熱。
3）爐膛容積小，火焰較高，煙氣流速快，煙氣流程短，排煙溫度較高。在進行測試時發現，燃燒時排煙溫度常超過300℃。
4）燃燒過程擾動不足，煙氣中CO含量高，未燃盡的碳顆粒較多。
5）燃燒中空氣分布不均勻，對水冷壁的沖刷嚴重。
這些問題一方面給鍋爐帶來了安全隱患，嚴重時會使鍋爐積灰結焦甚至出現受熱面變形的情況，另一方面，鍋爐的熱效率低下，燃燒不穩定，鍋爐出力達不到使用要求。由于木柴、木板均為人工送料，鍋爐運行的自動化程度較低，現場粉塵較大，操作環境差。
2.2 改燃生物質顆粒
這種鍋爐改燃生物質顆粒一般要增加送料器，改變人工送料的方式。下面通過一個案例說明這種改造存在的缺陷。
在對某企業的鍋爐能效測試中發現：鍋爐經過改造，由固定爐排手燒燃煤爐改為給料機輸送燃料的燃生物質顆粒爐，在測試中發現尾部煙氣氧含量超過17%，并且經過多次調節也無法降下來，鍋爐的配風設計不合理，爐內燃燒狀況極差。經過觀察燃燒過程，發現鍋爐燃燒不佳的原因：
如圖1示，燃料由鍋爐前端位于爐排上方約0.6m高的送料口給入，為實現燃料均勻分布在爐排上，送料風風管鼓入大量熱風將燃料顆粒吹撒在爐排上，而這一部分熱風未能有效地參與燃燒反應，反而增加了過量空氣，縮短了飛灰和可燃氣體成分的停留時間，使其不能充分參與燃燒，降低了鍋爐的熱效率。
由一次熱風管送入的熱風不足，因而在右側添加了一臺鼓風機從底部供風，降低了風溫，不利于燃燒。燃料在爐排上堆積過厚（圖2示），難以燃盡并產生較多CO。因此這種設計極大的影響了鍋爐的熱效率。同時，該鍋爐的尾部還增加了空氣預熱器，由于引風機的功率不足，導致爐膛呈微正壓燃燒，爐內煙氣冒出，導致爐墻部分位置出現燒黑的現象。
同時，由于固定爐排不是專門針對生物質顆粒進行設計和制作的，往往會出現生物質顆粒從爐排漏下去的情況，這樣也增加了燃料的固體未完全燃燒熱損失。
3、鏈條爐排鍋爐改燃生物質顆粒的問題
鏈條爐排鍋爐作為一種常見的鍋爐結構形式，由于其運行穩定可靠、操作方便，使用中較為常見，這種類型的鍋爐較多設計為燃燒煙煤的鍋爐，燃燒形式為層燃。在實際運行中，有部分設計燃料為煤的鏈條
（1）當直接改燃生物質顆粒后，由于生物質顆粒密度小于煤，且揮發份含量遠高于煤，其燃燒主要在爐排上部的空間發生，因此燃料在爐內的停留時間變短，許多焦粒和炭黑無法燃盡，還會造成整個火界后移，甚至引起尾部受熱面部位二次燃燒。（2）鏈條爐排燃煤鍋爐一般只有在爐排下方鼓入一次風，不設置二次風，而生物質顆粒揮發份的燃燒需要大量空氣，因此會造成燃燒區缺氧的情況，產生較多CO。（3）受熱面布置與生物質顆粒的燃燒情況不相符，造成換熱效果變差，爐膛出口煙氣溫度高。（4）生物質顆粒的熱值較煤低，燃燒溫度低，燃燒強度小，不適宜較大的爐排面積，因此直接改燃生物質顆粒的煤爐會出現出力不足的情況。（5）由于鼓風一般偏高，而且生物質顆粒的灰分較輕，飛灰量變大。
結合生物質顆粒的特點及以上情況，改造要考慮到燃燒、積灰、結焦等眾多問題，而不宜直接將燃料更換為生物質顆粒。
4、固定爐排鍋爐改燃粉狀生物質
在某些企業中，粉狀生物質如鋸末較易獲得，于是將固定爐排鍋爐改為燃粉狀生物質鍋爐。這種改造一般是在前端的人孔接上給料管，生物質粉末通過風力輸送到爐膛中進行燃燒。通過分析，這種改造會存在以下問題：
1）燃燒方式由層燃變為室燃，煙氣流程變短，煙氣中未燃盡碳顆粒和CO增多；
2）粉狀生物質燃燒系統點火程序不完善，存在點火爆燃現象，且木粉加料倉沒有防火防爆裝置；
3）燃燒中的顆粒和生物質中的雜質沖刷水冷壁，易造成較大磨損；
4）容易結焦。
5、燃油鍋爐改燃生物質
這種改造的燃油鍋爐一般為臥式三回程結構（圖3），然后在鍋爐前端加裝采用水冷的生物質顆粒燃燒機，燃燒機采用固定爐排，生物質顆粒通過螺旋給料機給入，燃燒后產生的高匱唐進入鍋爐爐膛和煙管換熱，接著進入省煤器換熱。這種鍋爐存在的問題包括：
1）部分生物質顆粒燃燒機不成熟，無相關的型式試驗即投入使用。生物質顆粒在燃燒機內氣化后產生的可燃氣體攜帶大量的生物質粉塵進入爐膽，對爐膽造成不同程度的磨損，當引風機和鼓風機匹配不佳時，生物質灰分容易在煙管里沉積。
2）爐膽前部布置過多的衛燃帶，燃燒機出來的氣流溫度高，容易燒塌衛燃帶，加上氣流溫度達到灰分的熔點，灰分容易粘附在受熱面上，燃料含硫量大時，長期作用對受熱面造成腐蝕損壞，同時灰分中含有的堿金屬離子也會對受熱面造成腐蝕。
3）燃燒機與鍋爐不匹配，鍋爐不能全部吸收燃燒機產生的高溫氣流，使鍋爐及其輔機長期處于超負荷狀態，造成煙管越堵、風機越大、積灰越多的惡性循環。
4）生物質燃料與油不同，灰分含量大，燃燒后的煙氣傳熱特性與油燃燒后的煙氣傳熱特性存在不同。改造的鍋爐未經科學的熱力計算，多憑經驗估算。
5、總結
由于燃料特性存在較大不同，無論什么型式的燃煤、油鍋爐直接改為燃生物質鍋爐而不進行設計或相應改造，一般都不能取得較好的效果。要克服以上存在的問題，要針對燃料的特點對燃燒系統、煙風系統、除塵系統等進行改造，才能實現鍋爐安全、經濟地運行。
第4篇：生物質燃料的種類范文
(一)化石能源儲量及開采情況
化石能源(石油、天然氣和煤炭)是經濟社會發展和提高人民生活水平的物質基礎。世界化石能源的剩余探明可采儲量為9000億噸油當量(toe)。其中，石油和天然氣均為1600億toe左右；煤炭儲量最為豐富，為6000多億toe。
石油資源分布極不均衡。中東、俄羅斯和非洲的石油探明可采儲量占世界總量的77％，是世界商品石油的主要來源。亞太地區的石油探明可采儲量和消費量分別占世界總量的3.3％和30％。中國相應的份額分別為1.3％和9.3％，是石油資源相對短缺的國家。
石油是重要的化石能源資源，在全世界一次能源消費結構中，石油所占的份額中約為40％左右，是形成現代工業和促進經濟增長的動力。
煤炭是古老的燃料，從19世紀60年代開始大規模開采、使用。至今，在中國、美國等一些國家中，煤炭仍用作主要的發電燃料。中國是煤炭資源豐富的國家，煤炭仍然是主力一次能源，份額保持在70％左右。
為提高使用效率、減少排碳和對環境的污染，煤炭應用的創新方向是發展潔凈的煤炭技術和煤炭液化、轉化技術，生產運輸用液體燃料和化工產品。
(二)石油消費情況
世界石油年消費總量近40億噸，工業化國家(經合組織和俄羅斯)的消費量占62％；占人口大多數的非工業化國家(新興市場經濟體)，石油消費量僅為38％。
美國是石油消費量最多的國家，年消費量為9.4億噸，相當于其他5個消費大國(中國、日本、德國、俄羅斯和印度)消費量的總和；人均石油消費量3噸多。中國的石油消費量為3.6億噸，人均消費量較低，僅為0.28噸左右。
不同國家的民用、商業和工業的能源消費量和消費品種均各不相同。交通運輸部門的能源消費以石油產品為主，石油總消費量中約有70％用作運輸燃料油，此份額的多少各國均不同。在氫燃料和燃料電池汽車大規模進入市場之前，這種消費形勢將不會有太大的變化。
中國是經濟快速增長、尤其是以制造業為主的發展中國家，為了給生產廠增加原材料和能源供應，運輸服務功能就需要加強。人均收入提高之后就會促進道路和航空運輸服務的發展。近年來，中國運輸、郵電和倉儲的石油消費量約占石油總消費量的25％左右；中國仍然是人均燃料油消費量較低的國家。隨著汽車數量的增長，運輸部門的燃料消費量就會相應上升。
美國的年人均運輸燃料油消費量2.3噸。歐盟各國平均1.0噸，中國僅為0.08噸。
(三)能源的轉型
在人類發展歷史中，在能源使用上已經歷了好幾次能源轉型。從使用木材、薪炭為燃料到19世紀中葉大量使用煤炭，20世紀30年代開始向使用石油過渡，目前正在向以天然氣為主的方向轉變。隨著石油資源的逐漸減少，未來三四十年后產量即將達到峰值，此后進入“后石油時代”。在石油資源將逐步被替代的前夕，科學技術界提出了林林總總的替代方案和工藝路線，替代能源課題涵蓋了眾多的科學領域、技術專業和產業行業。替代能源項目的實施會受到資源、技術、經濟和實施條件等因素的約束，需要根據一定的時空條件做出技術經濟評估，規劃出發展路線。
氫燃料時代：構建以氫燃料為基礎的能源系統是一項需要較長時間才能完成的系統工程，包括許多工程技術課題的研發，如原料開發、制氫方法、氫氣儲存運輸技術、氫能燃料電池系統和車輛、氫能安全和氫能系統設施等技術。
發展氫燃料的三大課題是：開發高功率、長壽命、廉價的燃料電池；實現高能量密度的車載與地面氫燃料儲存設施；使用可再生能源的廉價制氫工藝技術有待突破。
從使用化石能源為主的時代過渡到氫燃料時代也許需要幾十年甚至一個世紀。
對于發展氫燃料仍存在著不同觀點。
支持者認為應該接受氫能，因為沒有其他有競爭力的運輸燃料替代方案。電力、生物質和化石基的合成油替代方案都不可行。
由于燃料電池汽車簡化了汽車的機械、液壓轉動系統和生產工藝；汽車制造商就會接受燃料電池汽車技術。汽車主了解燃料電池汽車具有加速快、行車安靜、維修量小等特點之后也會接受這種新型汽車。
反對氫燃料人士認為“氫能是黑色的”，因為它目前主要來自煤炭等能源。發展氫能不能迅速解決能源、溫室氣體問題。發展汽車用燃料電池和氫氣的系統設施還面臨許多技術、經濟的障礙。
總之，氫燃料作為替代石油產品在節約燃料、減少溫室氣體排放和改善汽車性能等方面均有優點。盡管對發展氫燃料仍有爭議、又難確定推廣日程，及早做出發展規劃和經濟論證是有意義的。
(四)石油替代
世界石油資源量終將逐漸減少以致最終枯竭，石油資源匱乏是人們關注的熱點問題。對于石油產量到達峰值時間，不同學者提出了各種不同論點。一些學者曾預測世界常規原油生產的峰值將在2010年到達，有的則認為常規石油產量可持續增長20--30年或更長時間。按照目前石油年產量和年增長速率預測，當石油年產量達到峰值(60億噸)后，產量就將逐步下降。
總體形勢是：(1)勘探、鉆采技術進步可將更多的石油資源開發成為探明可采儲量；(2)非常規石油(包括油砂瀝青、特重原油和油頁巖等)儲量豐富，開采、煉制技術不斷進步，將補充常規石油的不足；(3)替代燃料生產技術(包括風能、太陽能、生物質能等可再生能源及核能的推廣應用)、非常規石油資源開采及其加工技術、天然氣制油(GTL)技術、煤煉油技術(cTL)、生物質制油技術(BTL)等的發展和應用將可逐步替代部分石油資源；(4)燃料使用技術和節能技術的進步將減緩石油消費的增長。
從目前石油生產形勢看，約有63個產油國的產量處在峰值后期，35個國家尚未達到峰值。世界石油產量達到峰值的時間取決于石油消費的年均增長率和科學技術的進步等條件。較高的石油資源基數會推遲峰值產量到來的時間。近幾十年來，石油資源基數不斷攀升，已從上世紀40年代的820億噸，升至2000年美國地質勘探局(USGS)估算的最高值5310億噸。
盡管石油產量的峰值有可能于本世紀中期出現(可能會推遲)，但如不未雨綢繆，屆時必定會m現全球性的能源危機。人們應該認識到：至本世紀中期(2050年)，盡管石油資源將逐漸減少，如果及時、積極地采取應對措施，在石油產量達到峰值之前解決石油替代問題，那么石油資源匱乏問題將得到一定程度的化解。
中國油、氣資源相對短缺，發展替代能源尤其具有重要意義，也是解決能源問題的根本途徑。除了具體項目的實施需經反復地技術經濟論證之外，具體發展方針、工藝路線更需要高層決策者根據國家資源條件、技術發展狀況，高屋建瓴地從國家的長遠規劃角度和可持續發展理念出發，預測到替代能源方案三五十年的發展前景，進行統籌安排、制定替代能源發展
戰略和路線，實現能源轉型。
本文試圖以我國資源、技術條件為基礎，就發展運輸燃料的宏觀經濟評估問題做一探討。根據國內石油用途及使用情況，論述內容以運輸燃料的替代為重點。結合我國的國情和資源狀況，著重介紹煤基和生物質基的替代燃料生產技術和交通運輸工具及其節能問題。拋磚引玉，供有關領導和決策者參考，其中涉及到的具體技術課題，請參閱筆者編著、即將由中國石化出版社出版的《石油替代綜論》一書。
二、宏觀評估的基準
(一)原料資源及其可得性
生產替代燃料的原料種類繁多，性質各異、可得性也不同。必須衡量資源量及可供應量等做出評估。
煤炭資源：中國是煤炭資源較為豐富的國家，國土資源部公布的煤炭探明可采儲量為2040億噸。全國煤炭預測資源量約為4.55萬億噸。但我國又是人均煤炭擁有量偏低的國家(中國和美國的人均煤炭擁有量分別為160噸／人和800噸／人)。
中國的煤炭消費以發電、供熱(占50％)和工業用煤(包括煉焦、建材等占40％)為主；民用、農業、商業和交通運輸用煤占10％。
國民經濟高速發展，使煤炭消費量迅速增長，煤炭年產量已增至26億噸。
發展煤制油(CTL)產業，需耗用大量的優質煤炭原料(每生產1噸運輸燃料油，約需耗煤4噸)，應根據發電、工業和服務業發展的用煤量來綜合規劃替代燃料生產的煤炭可供應量。
天然氣資源：是生產替代燃料、氫燃料的重要原料，我國的天然氣資源相對較少。
生物質資源：包括谷物和油料植物、木質纖維素秸稈和能源作物。數據顯示：中國乃至亞洲均為可再生能源(包括生物質、太陽能、風能、地熱和水力)短缺地區，人均擁有量僅為100公斤(世界人均值為300公斤)。中國農業、林業生物質廢料資源不足、也未建成生物能源產業。有合適水資源的荒漠地區可發展生物質能源的種植。
生產燃料乙醇和生物柴油的玉米和植物油均為農作物，不僅占用良好耕地、光合效率也低。我國的人均糧食、油料占有率均較低(人均糧食占有率僅0.38噸／人?年)，所以玉米生產乙醇和食用植物油生產生物柴油均不應是替代燃料發展方向。
中國農作物秸桿資源量約為6億噸。扣除飼料、還田用肥料等，可供作能源資源量約折合標準煤1.7億噸，林業廢料約折合標準煤3.7億噸。
甜高粱制乙醇是開發中的技術。莖桿中的糖分可發酵生產乙醇，榨汁后的纖維素和半纖維素也可用作生產乙醇原料。
生產薯類作物地區可以發展薯類制乙醇技術，用木薯制乙醇每畝地可產乙醇0.2噸。除了薯類的前期預處理過程與玉米原料不同外，其他工序均相近。薯類發酵的殘渣營養價值較低，通常用作沼氣或肥料。加工薯類淀粉的水耗量較大，污水處理難度較大。
(二)能耗與能效率
替代石油生產過程的能耗是重要的經濟指標。
煤直接液化為高壓高溫操作、生產流程長。水電等公用工程和氫耗量均較高，生產過程綜合能效率為50％左右，即使用2噸一次能源(煤)最終轉化為1噸油品。
煤間接液化采用一次通過式合成流程、與聯合循環發電技術相結合的聯產流程是生產運輸燃料油的優化路線。聯產合成油的IGCC電站系統可以提高能效率(達到52％--55％，常規合成僅為42％左右)，并可降低建設投資和生產費用。
目前玉米生產燃料乙醇的能效率已達1.34。每生產1公斤高熱值的燃料乙醇需消費化石能源0.34公斤(包括玉米耕種、玉米收獲、乙醇生產和燃料乙醇分配)。
生物柴油的能效率為1.313。即每生產1公斤能量的生物柴油需消費化石能源0.313公斤。
所以嚴格說，目前的生物燃料并非完全的“綠色燃料”。
(三)環境影響與溫室氣體(GHG)排放
用碳基化石能源生產替代燃料造成的溫室氣體排放量超過原油煉制過程。以煤炭生產合成油為例，煤炭中約70％含碳在合成過程轉化為CO2排入大氣中，造成溫室氣體效應。即使采取CO2回收或填埋技術后，也仍有約10％含碳未能回收而排入大氣中。
在CTL生產流程中應考慮CO2回收、利用，以解決溫室氣體排放問題。CTL生產過程中增加碳回收將導致過程的能效率降低2％--3％，生產成本約增長25％。建設投資也將相應增加。
以CITL為例：每噸合成油的碳排放量2--2.4噸(聯產電力的合成油廠，碳排放量約相當于進料含碳量的72％--77％。CO2回收系統的碳撲集量約相當于原料煤含碳量的70％)。
替代燃料生產過程還可能造成大氣污染物的排放，對局部的環境和居民健康構成危害。例如：硫氧化合物(SOX)擴散范圍可達幾百公里。形成“酸雨”危害土壤和農作物生產。澳大利亞曾計劃發展大型油頁巖工業項目，由于未能解決二惡英毒害防治問題而被迫擱置、停建。
(四)建設投資
煤炭直接液化或間接液化工廠的單位油品(噸/年)的建設投資約1.2萬元，煉油能力為500---1000萬噸／年的燃料型煉油廠，單位生產能力(噸/年)的建設投資約在1500--2000元。據此估算，與投資有關的折舊費、維修費用和保險費等項均相應增大，煤制油項目的固定成本約為煉油項目的6倍。
煤直接液化過程包括高苛刻度的加氫過程和大量的固體物料破碎、研磨過程；水電等公用工程能耗為20公斤／噸產品，使生產成本增高。
宏觀而言，CTL項目應包括相應的采煤、鐵路運輸、供電及供水等公用工程設施，綜合投資費用就更高了。
(五)生產成本與價格
替代燃料的生產成本與原料價格、公用工程消耗量和建設投資密切相關。由于CTL是投資密集的工業，不僅固定成本會相應增加，稅率和資金回報率也應相應增加，才能促進資金積累和鼓勵投資信心。考慮這些因素，CTL的投資利潤率應不低于12％。
上述增加成本因素必然導致替代燃料價格上升，對石油燃料的競爭力降低。
(六)占用土地
多數生物質能源是靠光合作用、攝取太陽能獲得的。發展生物質原料生產需占用大量耕地或開墾荒漠土地。就土地的“能量收獲密度”而言，不同產品差別很大。糧食生產乙醇的轉化效率低：單位耕地面積的乙醇產量差別很大：甜高粱：4.0；甘蔗；3.1；玉米：1.3噸／公頃。
每生產1噸生物柴油占用耕地面積(公頃)：大豆：2.7；菜籽油：1.0；蓖麻油：0.84；棕櫚油：0.2。
黃連木每畝地可產生物柴油60公斤(產1噸油需占地17畝)，麻風樹果可產生物柴油180公斤(產1噸油需占地5.6畝)。
微藻生物柴油每公頃可達到40--60噸產量，不需占用耕地，可利用荒漠土地，但對日照強度和二氧化
碳供應有特定要求。
(七)水資源
替代燃料生產過程需耗用一定量的水資源。直接液化CDTL的耗水指標為7--8噸／噸生成油；間接液化CITL的耗水量指標為8--10噸／噸生成油。若包括原料煤的水洗，則總耗水量可達10--12噸／噸生成油。水資源也是發展CTL工業的制約因素。中國北方是水資源短缺地區。
微藻生產生物柴油，在微藻培育過程需要補充水，可使用鹽堿水或海水等非飲用水源，取決于藻類的品種。在荒漠地區發展微藻生物柴油尤其需要考慮水源問題。
三、石油替代方案
運輸車輛的能耗與客貨運輸量、車輛的效率、使用燃料種類有關、提高運輸車輛的效率對于節約燃料、減少溫室氣體排放均具有重要意義。
替代燃料的發展路線應與汽車發動機和汽車發展趨勢相適應。從使用內燃機汽車、推廣混合動力汽車(HEV)到未來的燃料電池汽車是必然的發展趨勢。這一發展時程要經歷較長時間和逐漸的過渡。因此，不同時期需要有不同的替代燃料發展路線。最先是解決汽、柴油和航空燃料的替代；然后是為推廣插電式混合動力汽車(PHEV)或電動汽車提供電力；最終則是為燃料電池汽車提供氫燃料。
改進、提高運輸車輛效率的節能效應是顯著的。例如：常規內燃機汽車通過改進發動機系統、傳動系統、機泵負荷、驅動系統和減低車身重量等就可提高汽車的行車效率。汽車內燃機的均勻充氣壓燃技術可大大節約油耗。推廣HEV汽車和發展燃料電池汽車的節油效應更為顯著。1公斤氫燃料就約相當于8升汽油。
按照油箱到車輪(TTW)表示的運輸過程能量效率計算：常規火花塞式的汽油內燃機汽車的TTW效率為16.7％；混合動力汽油內燃機汽車為20.7％；可使燃料經濟性提高24％。未來的氫氣燃料電池汽車可按40％計算；燃料經濟性約可提高150％。
生產替代燃料的原料包括煤炭、天然氣、生物質、太陽能、風能、核能等。不同發展時期的使用的替代燃料有：液體替代燃料(替代汽油和替代柴油，燃料乙醇、生物柴油等)，然后是電力，最終是使用氫燃料。
以下按不同的原料(煤炭、天然氣和生物質等)生產各類替代燃料工藝方案的宏觀經濟性論述如下：
(一)煤炭
在內燃機汽車時代，用煤制油技術生產液體替代燃料的兩種工藝均有在進行產業化示范的項目。國內具備了煤制油技術的工程設計和建設能力
在油價較高、煤炭價格相對較低的條件下，在煤資源豐富地區適合建設煤制油工廠。
煤制油是投資密集的產業，還需要配套建設相應規模的煤礦、交通運輸和公用工程系統設施。全系統的綜合投資可能高于深海天然石油、非常規石油的開發，做好CTL建設項目的綜合宏觀技術經濟論證是必要的。
煤制油過程造成了溫室氣體排放效應，需要采用CO2回收和埋存技術以減少排碳。建設減排設施將降低過程的能效率，還將導致每噸油品增加上千元的減排費用。
1、煤直接液化(CDTL)技術
國內建設的CDTL項目，在工藝流程、工藝設備和控制技術等方面均有改進和創新；已進展到大型工業示范階段。
CDTL為高壓加氫技術，工藝特點是使用高壓、高溫工藝設備，操作條件苛刻；耗用大量氫氣。汽油質量好、柴油十六烷值低，需經過調合才能出廠
2、煤間接液化(CITL)技術
國內正積極推動CITL技術的產業化，已建設了3個示范廠。
主要優點：生產潔凈的成品油、柴油質量好；生產費用低于CDTL，適合于在生產過程中回收C2。
主要缺點：工流程較長；能效率較低(常規流程42％，聯產電力較高、約50％--55％)，石腦油不適合制造汽油，而適合用作裂解(生產乙烯)的原料。
由整體燃氣化聯合循環(IGCC)發電與合成工藝組成的油一電聯產系統可擴大生產規模、提高系統能效率(55％)，相應降低建設投資。
發展合成油工廠的幾個技術問題：
①由大型煤氣化爐、先進合成技術和IGCC發電系統組成的聯合工廠在工程建設和生產運行上均缺乏經驗。
②聯合工廠耗水量大，(用水指標約為8--12噸／噸合成油)，污水處理和對地下水源污染問題也值得關注。
③煤礦規模應與合成油工廠配套，生產規模為年產合成油300萬噸合成油廠，年耗煤量為1500---1600萬噸(包括發電和燃料用)，需要配置大型煤礦基地。國家應根據資源條件配合電廠擴建考慮建設油電聯產企業。
④溫室氣體排放問題：每噸合成油的碳排放量2--2.4。
3、煤電為電動車提供能源需要采用潔凈的煤燃燒技術提高發電的效率。IGCC煤發電技術的能效率達40％。建設投資較高(約8000元／kW)
4、煤制氫：在氫燃料推廣初期將以煤制氫為主要方式。采用先進技術的大型煤制氫工廠，氫燃料成本就可降到燃料電池汽車可接受的水平
(二)天然氣
近年來我國天然氣資源量有了較快增長。但是，目前國產天然氣量和進口液化天然氣數量仍不能滿足城市民用燃料和調峰發電的需要。考慮到資源可得性和原料價格等因素，應慎重評估建設天然氣制油(GTL)項目的技術經濟可行性。
(三)生物質
在內燃機汽車時代，生物質替代燃料的主要發展路線為燃料乙醇、生物柴油、微藻柴油和生物質制油等項。
1、燃料乙醇
(1)纖維素生物質生產燃料乙醇。纖維素(如秸稈)制燃料乙醇技術：用農業秸稈或能源作物生產燃料乙醇可望于5--10年內實現工業化。纖維素制乙醇的技術課題是提高纖維素水解效率、降低纖維素酶的成本、開發木糖發酵用的微生物菌種和優化生產過程，如果這些關鍵技術能在今后10年內取得突破性進展，2020年將有可能達到替代率達到20％的水平。開發中的技術包括：
①開發水解用的纖維素酶：纖維素酶是由具有不同功能多種酶的重組體。美國研發目標是降低酶的生產成本(把酶的有效成本從170美元／噸乙醇降低lO倍，達到17美元／噸乙醇)、提高酶的比活性。近期把纖維素酶的比活性提高3倍(相對于Trichodermareesei系統)，最終目標是把酶的‘比活性’即生成效率提高10倍，我國也應制定相應的目標。
②糖類發酵用的微生物：為了實現秸稈生產乙醇技術的工業化，需采用DNA重組技術開發出一種新的微生物重組體，以便可以同時將葡萄糖、木糖和阿拉伯糖發酵為乙醇。研究發現：植入幾種DNA基因體的發酵單胞菌可以同時進行葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的發酵。已經開發出了具有乙醇產率高、可在低PH值條件下發酵、副產物產率低的菌種；適合于工業生產使用。
③聯合流程：為了將纖維素生物質完全轉化為乙醇需要采用聯合發酵流程。使用可以同時將葡萄糖、
木糖和阿拉伯糖發酵為乙醇的微生物，在生產上可降低耗電量；減少冷卻水用量；將發酵罐生產能力從2.5克／升小時提高至5克／升小時，從而可以大大降低發酵罐的容量，降低建設投資。
(2)糧食生產乙醇不是發展方向，這是因為：糧食作物的光合作用的效率低；糧食生產乙醇的轉化效率低：單位耕地面積的乙醇產量(噸／公頃)：甜高粱為4.0；甘蔗為3.1；玉米為1.3；中國的可耕地面積少，人均糧食水平偏低(僅約為0.38噸／人?年)。
(3)其他原料：非糧乙醇生產技術研發現狀。甜高粱：具有不占用耕地和光合效率高、抗旱、耐澇耐鹽堿等特性。每畝地可收獲鮮莖桿4--5噸。莖桿的榨汁作為發酵制乙醇的原料。目前，莖稈的儲存、防止霉化變質和木質纖維素利用等技術問題尚未解決。薯類：在盛產薯類地區可適當發展燃料乙醇的生產。
2、生物柴油
2006年世界生物柴油總產量約為750萬噸，相當于680萬噸(油當量)。
生物柴油的原料種類繁多。除了食用植物油外、發展木本油料作物、回收餐飲廢油等非食用油資源是發展生物柴油的方向。 發展生物柴油工業，需要為副產甘油開發新的用途。生產環氧氯丙烷、1，3-丙二醇可供選擇。
植物油經過加氫處理生產綠色柴油是第二代生物柴油工藝。產品具有高十六烷值(80)、超低硫含量和不含芳烴等特點。國外已建成了工業生產裝置。此類裝置適合于建在煉油廠內部以充分利用已有的供氫和水電供應設施。
10萬噸／年生物柴油工廠的建設投資約3億元左右，折合單位能力的建設投資指標為3000元／噸／年。
以大豆油為原料生產生物柴油工廠的生產成本與植物油原料價格密切相關。大豆價格為3000元／噸和4000元／噸時，生物柴油生產成本分別約為4700元／噸柴油當量和5100元／噸柴油當量。
3、微藻柴油
美國等國家已經對微藻生產生物柴油課題進行了近30年的開發研究，經過實驗室和戶外研究，已經在優選藻類品種、光合作用機理、培育方法和條件、培育水池構造等方面取得成果。一些公司正在積極從事“露天微藻培育水池”和“微藻光生物反應器”的開發，推動微藻柴油的工業化生產。
微藻生產生物柴油的工業化取決于地區擁有的資源條件、微藻生產技術和工藝設備的開況。
資源條件主要包括：氣候和日照條件、C2和營養物的來源；微藻柴油工廠應靠近煉油廠、發電站、油田天然氣田以便就近取得CO2；可用的水源，微藻培育過程需要補充水，可使用鹽堿水或海水，取決于藻類的品種。
微藻培育：培育微藻設施已經研制了光生物反應器和露天培育水池兩種方案。在建設投資和運行上各有優缺點，均處于研究、開發階段。尚未進入工業示范階段。
微藻生產技術包括微藻收獲、生物質干燥、提取生物油等過程，均為開發中的技術。
微藻柴油的主要優點是單位土地面積產率比用植物油生產柴油高出幾十倍，且不占用耕地。但在土地上布置大面積的開放式培養池或密閉式光生物反應器，需要巨額投資。
4、生物質制油(BTL)
國外已開發成功了木質纖維素兩段氣化生產合成氣技術，并已建成了合成氣生產運輸燃料的示范裝置。
生物質制油包括生物質氣化和合成2個工序，系統熱效率較高(50％--55％)。但生物質原料的集運困難，考慮適宜的原料收集半徑，BTL生產規模以年產生物油≤10萬噸為宜。BTL單位投資約為1.5--1.8萬元／噸／年，高于CTL。
5、生物質發電廠
規模為25--50MWe熱效率(28％)，遠低于大型IGCC燃煤電廠。建設投資也高于后者。
生物質發電改為煤一生物質混燒具有減少排碳效應，是更適宜的組合。
四、對比方案
石油替代的宏觀規劃存在諸多的不確定因素，除了應反復論證、及時修訂外，尤其需要根據資源、工藝路線和目的產品等條件做出不同方案的橫向比較，才能得出較為切合實際的發展方針、路線。
許多一次能源(如煤、天然氣、生物質和微生物)都能通過CTL、GTL、BTL和AGL(微藻制油)等技術路線轉化為烴燃料，但它們同時也可是發電(CTE、GTE、BTE)的原料。從而可組成不同的橫向對比方案。例如：既可引出諸如煤發電一生物質制油與煤制油一生物質發電的兩組宏觀對比方案。又可引出(用太陽能的)微藻制油一煤發電與煤制油一太陽能發電兩組宏觀對比方案。另外，電力汽車的能耗低于內燃機汽車，于是，從原料煤開始，可以有煤制油、煤發電兩組對比方案，從中可以看出發展電動汽車對社會和消費者的節約效應。實例說明如下：
(一)煤或生物質交叉生產電力或運輸燃料
設定煤制油―生物質發電和生物質制油―煤發電兩組方案。煤制油和生物質制油規模均為年產運輸燃料油100萬噸；或是用煤、生物質為發電燃料，進行兩組方案的對比。原料年消耗量分別為：煤炭330萬噸，生物質原料600萬噸。綜合比較主要結果如下：
能效率：BTL的能效率(48％)略高于CTL(42％)。生物質發電能效率(28％)低于IGCC燃煤發電(40％)：
建設投資：BTL規模較小，單位建設投資比CTL高(約20％)。原料煤量同等的CTL31)--投資(140億元)高于煤IGCC發電廠投資(110億元)；
生產規模：生物質大規模集中運輸困難，BTL只能到年產10萬t級規模，生物質發電廠規模在25--50MWe之內；
環境效應：CTL的溫室氣體排放率為石油煉廠的1.8倍，煤―生物質聯合制油(CBTL)的GHG排放率僅相當于原油煉制過程的20％，故環境效益好于CTL；
生物質發電改為煤―生物質混燒也是合理的組合。
(二)電動汽車和汽油汽車的能效率對比
實質上是CTL-煤發電的能效率對比。
HEV汽車可將回收的動力轉化為電力再利用，插電式混合動力汽車(PHEV)可直接用電力替代汽油。若常規內燃機汽車每百公里耗油量按7.2升計、電動汽車耗電量按18kWh計，則相應的油-電當量為：2.5kWh電力可替代1升汽油。
若汽油和電力均為來自煤炭，上述事例既說明先進交通運輸工具的節能意義，又表明不同煤炭利用路線的經濟性。說明如下：
暫按4.0kWh電力替代1升汽油計算，即5.4MWh電力(即1kW裝機容量)相當于1噸汽油。可以就CTL和煤發電兩條工藝路線，從原料消耗和能效率、投資和社會效益等方面對比，生產同等數量燃料的效果作出如下比較：
煤耗和能效率：CTL生產1噸燃料需耗用標準煤3.5噸，綜合能效率為45％；IGCC煤發電生產5，4MWh電力耗用標準煤1.8噸，能效率為40％；生產等量運輸
燃料的耗煤比率為制油：發電=1：0.51。 建設投資：CTL工藝，1噸生產能力的建設投資約為1.4萬元；1KW發電能力的IGCC電廠建設投資約為0.8萬元；燃煤電廠投資大大低于CTL技術。
消費者收益：駕駛PHEV汽車按每年節約汽油0.5萬元、支付電費0.24萬元，凈節約燃料費0.26萬元；購車差價按2萬元計算。則增加購車費的靜態回收期達8年。為推動“以電代油”，國家應實施購買PHEV汽車的優惠政策。
環境效應：PHEV汽車可實現零碳排放。GHG效應優于汽油車。
(三)2種原料―2種產品交叉方案
太陽能是地球一次能源的唯一來源，可采用塔式集熱技術發電、也可為微藻生物柴油的生產提供光合作用的光源。煤炭可用作CTL技術生產燃料油的原料、也可用作IGCC技術的發電燃料。這就可組成煤制油―太陽能發電(方案甲)和微藻柴油―煤發電(方案乙)兩組對比方案。
以年產替代燃料100萬噸為基準，CTL制油和發電用煤量相等。設定太陽能集熱發電規模與煤發電相等。進行此兩組方案的技術經濟比較。主要結果如下：
a)相同煤加工量的煤制油投資(140億元)高于IGCC煤發電(110億元)。
b)煤制油能量轉化效率(45％)高于IGCC煤發電(40％)；但如上所述，電代油具有節能效應。
c)太陽能塔式集熱發電按峰值計算達70GWP，折合年均20GW，投資高(280億元)(應還有降低空間)；微藻柴油尚未建成工業裝置(全部按高效的光生物反應器估算投資約為300億元)。兩者的投資均為數量級估算，投資額接近。
d)同等規模的微藻柴油工廠建設投資大大高于CTL。
e)微藻柴油―煤發電組合方案有利于電廠煙氣的C02利用。
f)太陽能集熱發電、微藻柴油均需占用大量土地。適合于建在光照條件好、地勢平坦的荒漠(微藻需有水源)地區。
g)根據數據粗略估算；方案甲的經濟性好于方案乙。
五、小結
1、煤制油技術基本成熟，是正在進行產業化示范的技術。煤制油的發展規模受到煤炭的可供應量(煤炭是發電和工業的重要燃料；我國煤礦產能已位居世界第一)和石油價格趨勢等因素的約束，只能適度發展。在地區規劃的基礎上宜通過論證及早確定全國發展規模，不宜各行其是。預期中遠期的石油替代規模約可相當于“一個大慶”。
2、油砂瀝青和特重質原油約占世界原油資源總量的一半，油頁巖也是重要的非常規石油資源。預計今后20--30年期間，非常規石油生產將有較大的發展以補充常規石油的短缺。預測表明：2030年非常規原油的產量將可增長至占世界石油總產量的10％左右。我國擁有油頁巖煉油工業基礎，發展油頁巖工業需要改進加工、煉制技術，提高生產規模，解決環保技術問題。
3、生物質制油發展規模受資源可得性、資源綜合利用等因素的約束。發展生物質能源作物的種植、充分利用生物質廢料(秸稈、林業廢料、生物垃圾)，在發電、制油和其他用途優化利用、綜合平衡的基礎上，可考慮用3億噸原料生產替代燃料0.5億噸(石油當量)作為中遠期的發展目標。
第5篇：生物質燃料的種類范文
關鍵詞：生物能；開發利用；綜述；能源植物；生物質能源
Abstract
With the intensification of world energy crisis， the exploitation of biomass energy has become a hot
point at the present in the world. Giving a overview of the present research evolvement and the exploiting and using state both at home and abroad in energy plant， production technology of energy plant is introduced simply， some existing problems are analyzed and certain suggestions which accorded to the characteristics of energy plant and national situations are proposed in this paper.
Keywords: bioenergy; exploitation and utilization; recapitulate;energy plant; biomass energy
0. 引言
能源是現代社會賴以生存和發展的基 礎，隨著社會的發展，能源危機已成為當今 世界面臨的巨大挑戰。據世界能源權威機構1999 年底的分析，世界已探明的主要礦物燃 料儲量和開采量不容樂觀，其中石油剩余可 采年限僅有 40 年[1]，其年消耗量占世界能源 總消耗量的 40.5％[2]。從發展的角度看，化 石能源終將耗竭，加之其燃燒時產生的有害 物質嚴重污染了生態環境。傳統的能源結構 已經開始調整，作為未來的主要能源只能依 賴于可再生能源和受控核聚變能。因此，國 內外的能源研究人員正積極探索發展替代 燃料和可再生能源。
生物質是一種重要的可再生能源。生物 質能是指利用生物可再生原料和太陽能生 產的清潔和可持續利用的能源，包括燃料酒 精、生物柴油、生物制氫、生物質氣化及液 化燃料等。能源植物是最有前景的生物質能 之一。本文從能源植物的概念、分類入手， 對其國內外研究進展和開發利用現狀、生物 能源生產技術及存在的問題進行了綜述。
1. 能源植物定義
綠色植物通過光合作用將太陽能轉化 為化學能而貯存在生物質內部，這種生物質 能實際上是太陽能的一種存在形式。所以廣 義的能源植物幾乎可以包括所有植物。植物 的生物質能是一種廣為人類利用的能源，其 使用量僅次于媒、石油和天然氣而居于世界
能源消耗總量第四位。但以目前的技術水
平，還不能將所有植物都用于能源開發。因 此，一般意義上講能源植物通常是指那些利 用光能效率高，具有合成較高還原性烴的能 力，可產生接近石油成分和可替代石油使用 的產品的植物以及富含油脂、糖類淀粉類、 纖維素等的植物[3，4]。
2. 能源植物的分類
能源植物種類繁多，生態分布廣泛，有 草本、喬木和灌木類等。目前全世界已發現 的能源植物主要集中在夾竹桃科、大戟科、 蘿科、菊科、桃金娘科以及豆科，品種主要 有綠玉樹、續隨子、橡膠樹、西蒙德木、甜 菜、甘蔗、木薯、苦配巴樹、油棕櫚樹、南 洋油桐樹、黃連木、象草等。為了研究利用 方便，這里按其使用的功能和轉化為替代能 源的化學成分將能源植物主要分為四類。
2.1 富含類似石油成分的能源植物
這類植物合成的分子結構類似于石油 烴類，如烷烴、環烷烴等。富含烴類的植物 是植物能源的最佳來源，生產成本低，利用 率高。目前已發現并受到能源專家賞識的有 續隨子、綠玉樹、西谷椰子、西蒙得木、巴 西橡膠樹等。例如巴西橡膠樹分泌的乳汁與 石油成分極其相似，不需提煉就可以直接作 為柴油使用，每一株樹年產量高達 40L。我 國海南省特產植物油楠樹的樹干含有一種 類似煤油的淡棕色可燃性油質液體，在樹干 上鉆個洞，就會流出這種液體，也可以直接用作燃料油。
2.2 富含高糖、高淀粉和纖維素等碳水
化合物的能源植物
利用這些植物所得到的最終產品是乙 醇。這類植物種類多，且分布廣，如木薯、 馬鈴薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高 粱、玉米等農作物都是生產乙醇的良好原料
[5]。
2.3 富含油脂的能源植物
這類植物既是人類食物的重要組成部 分，又是工業用途非常廣泛的原料。對富含油 脂的能源植物進行加工是制備生物柴油的 有效途徑。世界上富含油的植物達萬種以 上，我國有近千種，有的含油率很高，如桂北 木姜子種子含油率達 64.4%，樟科植物黃脈 釣樟種子含油率高達 67.2%。這類植物有些 種類存儲量很大，如種子含油達 15%～25% 的蒼耳子廣布華北、東北、西北等地，資源 豐富，僅陜西省的年產量就達 1.35 萬 t。集 中分布于內蒙、陜西、甘肅和寧夏的白沙蒿、 黑沙蒿，種子含油 16%～23%，蘊藏量高達
50 萬 t。水花生、水浮蓮、水葫蘆等一些高 等淡水植物也有很大的產油潛力。生存在淡 水中的叢粒藻（綠藻門四胞藻目），就如同 產油機，能夠直接排出液態燃油[6]。
2.4 用于薪炭的能源植物
這類植物主要提供薪柴和木炭。如楊柳 科、桃金娘科桉屬、銀合歡屬等。目前世界 上較好的薪炭樹種有加拿大楊、意大利楊、 美國梧桐等。近來我國也發展了一些適合作 薪炭的樹種，如紫穗槐、沙棗、旱柳、泡桐 等，有的地方種植薪炭林 3~5 年就見效，平 均每公頃（10 000 m2，15 畝）薪炭林可產 干柴 15 t 左右。美國種植的芒草可燃性強， 收獲后的干草能利用現有技術輕易制成燃 料用于電廠發電。
3. 國內外能源植物研究開發和利用概況
3.1 國際能源植物的研究開發和利用
情況國際上能源植物的研究始于 20 世紀 50 年代末 60 年代初，發展于 70 年代，自 80 年代以來得到迅速發展。1986 年美國加州大 學諾貝爾獎獲得者卡爾文博士在加州福尼 亞大面積地成功引種了具有極高開發價值 的續隨子和綠玉樹等樹種，每公頃可收獲
120~140 桶石油，并作了工業應用的可行性 分析研究，提出營造“石油人工林”，開創了 人工種植石油植物的先河[7]。至此在全球迅 速掀起了一股開發研究能源植物的熱潮，許 多國家都制定了相應的開發研究計劃。如日 本的“陽光計劃”、印度的“綠色能源工程”、 美國的“能源農場”和巴西的“酒精能源計劃” 等。隨著更多的“柴油樹”、“酒精樹”和“蠟樹” 等植物的發現及栽培技術的不斷成熟，世界 各地紛紛建立了“石油植物園”、“能源林場” 等，栽種一些產生近似石油燃料的植物。英 國、法國、日本、巴西、俄羅斯等國也相繼 開展石油植物的研究與應用，借助基因工程 技術培育新樹種，采用更先進的栽培技術來 提高產量。
目前，美國已種植有一百多萬公頃的石 油速生林，并建立了三角葉楊、榿木、黑槐、 桉樹等石油植物研究基地；菲律賓有 1.2 萬 公頃的銀合歡樹，6 年后可收 1000 萬桶石 油；日本則建立了 5 萬 m2 的石油植物試驗 場，種植 15 萬株石油植物，年產石油 100 多桶；瑞士“綠色能源計劃”打算用 10 年種 植 10 萬公頃石油植物，解決全國一年 50%
石油需求量。 泰國利用椰子油制作的汽車燃料加油
站在泰國中部巴蜀府開始營業，成為世界上 第一個椰子油加油站。巴西是乙醇燃料開發 應用最有特色的國家，實施了世界上規模最 大的“乙醇種植”計劃。2004 年，巴西的乙醇 產量達 146 億 L，乙醇消費量超過 122 億 L。 目前巴西乙醇產量占世界總產量的 44%，出 口量的 66%。美國通過采用基因工程技術，
對木質纖維素進行了成功的乙醇轉化。從
1980 年到 2000 年的 20 年內，美國的燃料乙 醇生產量由 66.24 億 L 增加到 617 億 L。
此外，還陸續發現了一些很有前景的能 源植物資源。南美洲北部有一種本土植物
——苦配巴(Copaífera L.)，主要生長在巴西 亞馬遜流域的密林和叢林中，其樹高大，有 粗大的樹干和光滑的表皮，只要在樹干上鉆 一個孔，就能流出金黃色的油狀樹液，每株 成年樹每年能產油 10kg～15kg，成份非常接 近柴油。阿聯酋大學的瑟林姆教授等人發現 了一種名叫“霍霍巴(Jojba)”的植物—希蒙得 木(Simmondsia chinensis (Link) Schneider)， 生長在美洲沙漠或半沙漠地區，種子含油率 達 44％～58％，其油在國際上被譽為“液體 黃金”、“綠色石油”，廣泛用于航空、航天、 機械、化工、等領域。產于澳大利亞的古巴 樹(又稱柴油樹)，每棵成年樹每年可獲得約
25 L 燃料油，且這種油可直接用于柴油機。 油棕櫚樹也是一種石油樹，3 年后開花結果， 每公頃可年產油 1 萬 kg。柳枝稷(Panicum virgatum L.)是美國草原地區用于水土保持 或作為牛飼料的鄉土植物，自從發現它可被 用來生產乙醇后，美國聯邦政府認為這種植 物具有成為能源作物的潛力并加緊了對這 種植物的研究。澳大利亞北部生長的兩種多 年生野草—桉葉藤(Cryptostegia grandiflora R. Br)和牛角瓜(Calotropis gigantean (Linn.) Dryanderex Aiton f.)，其莖、葉含碳氫化合 物，可以用于提取石油。這些野草生長速度 極快，每周長 30 cm，每年可以收割幾次。 美國加州 “ 黃鼠草 ”(Ixeris chinensis (Thunberg) Nakai)，每公頃可生產 1 t 燃料 油，如果人工種植，草和油的產量還能提高， 每公頃生長的草料可提煉出 6 t 石油[8]。日 本科學家最近發現一種芳草類芒屬植物“象 草”，1 hm2 平均每年可收獲 12 t 生物石油， 比現有的任何能源植物都高產，且所產生的 能源相當于用油菜籽制作的生物柴油的 2 倍，但其投入不及種植油菜的 1/3，因此是
一種理想的石油植物。
3.2 國內能源植物的開發利用現狀
我國是“貧油大國”，也是世界能源消費 大國。1993 年我國由石油凈出口國變為凈進 口國，石油進口量逐年上升，目前對石油進 口依賴度已超過 1/3[9]。我國對能源植物的 研究及開發利用起步較晚，與歐美發達國家 相比還存在很大差距。但我國植物資源豐 富，早在 1982 年分析了 1581 份植物樣品， 收集了 974 種植物，并編寫成了《中國油脂 植物》、《四川油脂植物》，選擇出了一些 高含油量的植物，如烏桕(Sapium sebiferum (Linn.)Roxb)、小桐子(Jatropha curcas L.)、油 楠(Sindora glabra Merr.ex De Wi)、四合木 (Tetraena monglica) 、五 角楓 (Acer mono Maxim)等。已查明我國油料植物為 151 科
697 屬 1554 種，種子含油量在 40％以上的 植物 154 種；新近調查表明，我國能夠規模 化利用的生物質燃料油木本植物有 10 種， 這 10 種植物均蘊藏著巨大的潛力，具有廣 闊的發展前景。
我國對能源植物的利用雖處于初級階 段，但生物柴油產業得到了國務院領導和國 家計委、國家經貿委、科技部等政府部門的 高度重視和支持，并已列入國家計劃。“七 五”期間，四川省林業科學研究院等單位利 用野生小桐子（麻瘋樹的果實）提取生物柴 油獲得了成功；中科院“八五”重點項目“燃 料油植物的研究與應用技術”完成了金沙江 流域燃料油植物資源的調查研究，建立了小 桐子栽培示范區。湖南省在此期間完成了光 皮樹制取甲脂燃料油的工藝及其燃燒特性 的研究；“九五”期間根據《新能源和可再生 能源發展綱要》的框架，在中央有關部委和 地方制定的計劃中，優先項目是：對全國綠 色能源植物資源進行普查，為制訂長期研究 開發提供科學依據；運用遺傳工程和雜交育 種技術，培育生產迅速、出油率高，更新周 期短的新品種；進行能源植物燃料的基礎研 究和開發研究，包括能源植物燃燒特性，提 煉工藝及綜合利用和開發[10，11]。中國工程院
有關負責人介紹，中國“十五”計劃發展綱要
提出發展各種石油替代品，將生物與現代化 農業、能源與資源環境等項目列入國家 863 計劃，把大力發展生物液體燃料確定為國家 產業發展方向。據了解，“十一五”期間，我國 規劃生物柴油原料林基地建設規模 83.91 萬 公頃，原料林全部進入結實期后，將形成年 產生物柴油 125 萬多噸的原料供應能力。目 前，已有一些頗具實力的企業和國外大型能 源企業，進入麻瘋樹生物柴油這一領域，在 各地籌建起有相當規模的生物柴油生產企 業，預計未來全國麻瘋樹種植面積至少可達
200 萬公頃以上，顯示了良好的資源開發利 用前景。
國內對能源植物產品研究與開發主要 集中在生物柴油和乙醇燃料兩類上。生物柴 油的研究內容涉及油脂植物的分布、選擇、 培育、遺傳改良及加工工藝和設備等。用于 生產生物柴油的主要原料有油菜籽、大豆、 小桐子、黃連木(Pistacia chinens Bunge)、油 楠等。小桐子含油率 40%～60%，是生物柴 油的理想原料[12]。海南正和生物能源公司、 四川古杉油脂化工公司和福建新能源發展 公司都已開發出擁有自主知識產權的技術， 并相繼建成了規模近萬噸級的生物柴油生 產廠。德國魯奇化工股份有限公司、貴州省 發改委、貴州金桐福生物柴油產業有限公司 就中德合作貴州小油桐生物柴油示范項目 簽訂了合作協議。西南生物柴油生產企業— 華正能源開發有限公司，總投資 8 000 萬元， 年生產能力可達 2 萬噸。
用于生物乙醇燃料加工的原材料主要 有甜高粱、木薯、甘蔗等。其中甜高粱具有 耐澇、耐旱、耐鹽堿、適應性強等特點，成 為當前世界各國關注的一種能源作物。我國 種植的沈農甜雜 2 號甜高粱，收獲后每公頃 可提取 4011L 酒精。此外，我國自 2000 年 開始啟動陳糧轉化燃料乙醇計劃，目前已年 產百萬噸燃料乙醇，在吉林、黑龍江、河南、 安徽等省普遍推廣燃料乙醇- 汽油混合燃 料。秸稈酶解發酵燃料乙醇新技術已經試驗成功，山東澤生生物科技有限公司建成了年
產 3 000 噸秸稈酶解發酵燃料乙醇產業化示 范工程。
轉貼于 4. 生物能源的生產技術
4.1 生物柴油生產方法
生物柴油的生產方法主要有化學法、生 物酶法、超臨界法等。
(1) 化學法 國際上生產生物柴油主要 采用化學法，即在一定溫度下，將動植物油 脂與低碳醇在酸或堿催化作用下，進行酯交 換反應，生成相應的脂肪酸酯，再經洗滌干 燥即得生物柴油[13]。甲醇或乙醇在生產過程 中可循環使用，生產設備與一般制油設備相 同，生產過程中副產 10%左右的甘油。但化 學法生產工藝復雜，醇必須過量；油脂原料 中的水和游離脂肪酸會嚴重影響生物柴油 得率及質量；產品純化復雜，酯化產物難于 回收，成本高；后續工藝必須有相應的回收 裝置，能耗高，副產物甘油回收率低。使用 酸堿催化對設備和管線的腐蝕嚴重，而且使 用酸堿催化劑產生大量的廢水，廢堿（酸） 液排放容易對環境造成二次污染等。
(2) 生物酶法 針對化學法生產生物柴 油存在的問題，人們開始研究用生物酶法合 成生物柴油，即利用脂肪酶進行轉酯化反 應，制備相應的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合 成生物柴油對設備要求較低，反應條件溫 和、醇用量小、無污染排放。Xu 以大豆油 為原料，采用固定化酶的工藝[14]，酶用量為 油的 30％，甲醇與大豆油摩爾比為 12:1，反 應溫度 40℃，反應 10 h 生物柴油得率為 92
％。因酶成本高、保存時間短，使得生物酶
法制備生物柴油的工業化仍不能普及。此 外，還有些問題是制約生物酶法工業化生產 生物柴油的瓶頸，如脂肪酶能夠有效地對長 鏈脂肪醇進行酯化或轉酯化，而對短鏈脂肪 醇轉化率較低（如甲醇或乙醇一般僅為
40%～60%）；短鏈脂肪醇對酶有一定的毒 性，酶易失活；副產物甘油難以回收，不但
對產物形成抑制，而且甘油也對酶也有毒
性。
(3) 超臨界法 即當溫度超過其臨界溫 度時，氣態和液態將無法區分，于是物質處 于一種施加任何壓力都不會凝聚的流動狀 態。超臨界流體密度接近于液體，粘度接近 于氣體，而導熱率和擴散系數則介于氣體和 液體之間，所以能夠并導致提取與反應同時 進行。超臨界法能夠獲得快速的化學反應和 很高的轉化率。Kusdiana[15]和 Saka[16]發現用 超臨界甲醇的方法可以使油菜籽油在 4 min 內轉化成生物柴油，轉化率大于 95%。但反 應需要高溫高壓，對設備的要求非常嚴格， 在大規模生產前還需要大量的研究工作。
4.2 生物乙醇生產情況
生物乙醇的生產是以自然界廣泛存在 的纖維素、淀粉等大分子物質為原料，利用 物理化學途徑和生物途徑將其轉化為乙醇 的一種工藝，生產過程包括原料收集和處 理、糖酵解和乙醇發酵、乙醇回收等三個主 要部分。發酵法生產燃料酒精的原料來源很 多，主要分為糖質原料、淀粉質原料和纖維 素類物質原料，其中以糖質原料發酵酒精的 技術最為成熟，成本最低。木質纖維原料要 先經過預處理再酶解發酵，其中氨法爆破
（ammonia fiber explosion，即 AFEX）技術， 被認為是最有前景的預處理方法。隨著耐高 溫、耐高糖、耐高酒精的酵母的選育和底物 流加工藝，發酵分離耦合技術的完善，工業 發酵酒精的成本還將越來越低。
5. 能源植物替代能源存在的問題及建議
目前，對于能源植物的利用還處于摸索 階段，在應用上存在著一些問題，如能源植 物原料資源相對匱乏，生物柴油原料短缺， 供應量隨季節變化；原料的栽培技術及油脂 加工技術不成熟，成品生產力不高等；生物 柴油理化性質也限制了其應用，如生物柴油 油脂的分子較大（約為石化柴油的 4 倍）、粘度較高（約為石化柴油的 12 倍）導致其
噴射效果不佳，揮發性低、不易霧化，造成 燃燒不完全，形成燃燒積炭， 影響發動機運 轉效率。再有生物柴油生產處于初級階段， 缺乏統一的質量標準，難以形成統一的市 場，生物原料價格也是限制生物柴油市場應 用的瓶頸。
針對以上的問題并結合我國的具體國 情提出以下建議：
第一、制定和完善有關法規政策，為我 國生物質能源產業提供良好的政策環境與 保障。如加強立法，通過稅收及其它經濟手 段，將能源的外部社會成本和環境成本計入 能源成本中，以增強生物質能源的競爭力； 對有前景但技術經濟性或商業化條件尚未 完全過關的技術，要加大風險資金的投入力 度；加強生物質利用技術的商品化工作、提 高并考驗生物質能源的可靠性和經濟性，讓 開發生物質能源有利可圖，支持鼓勵其工業 化生產。
第二、加快能源植物的培育，增加生物 能源的資源量。就是要依據植物的生態地理 空間分布格局，利用基因工程等生物技術選 育產量高、含油量高、與生物柴油的脂肪酸 組成相適應的脂肪酸組成高的能源植物，同 時高度重視大規模可再生能源基地的開發， 因地制宜，變荒山為油田，在保證農業的基 礎上退耕還林，進行油料作物的栽培，擴大 生物原料資源。
第三 建立生物質能源系統研究平臺， 加快科技發展，為可再生能源的開發利用提 供有力的科技支撐。根據生物質能源利用的 要求和特點，建立相關研究條件和試驗基 地，選擇重點研究內容和關鍵技術問題，進 行技術創新及系統集成，形成從生物質生 產、轉換機理、技術開發和集成系統應用示 范的研究體系。
第四、開展國際合作，引進國際先進技 術和資金，推進生物質能源的市場化進程。 目前，我國生物柴油因其產量小，還沒有進 入中國三大壟斷石化企業（石化、中石油和中海油）的銷售網絡，隨著產業化規模的擴
大，與石化企業的合作不為是打開未來市場 的一條有效途徑。
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第6篇：生物質燃料的種類范文
生物質混燃發電技術是環境友好、高效經濟的規模化利用技術，應用前景廣闊.總結了現有生物質混燃技術和國內外應用現狀，介紹了一種生物質能高效利用的新方式，即在煤粉爐中使用獨立噴燃技術燃用生物質成型燃料的方案，該方案將成為未來發展方向.分析了生物質在大容量煤粉爐中混燃發電技術的可行性，討論了該混燃技術的關鍵設備選型配置情況和系統要求，指出了該混燃技術要實現規模化推廣存在的主要矛盾，并提出了相應的建議.
關鍵詞：
生物質發電； 混燃； 技術； 設備
中圖分類號： TK 6文獻標志碼： A
Analysis of the biomass co firing technology and key equipment
for pulverized coal power boilers
LU Wang lin， LIU Bing chi
（1. Shanghai Power Equipment Research Institute， Shanghai 200240， China；
2. Shanghai Electric Power Generation Group， Shanghai 201199， China）
Abstract：
The biomass co firing power generation is an environment friendly and cost effective technology for large scale biomass utilization. In this paper， types and application situations of the biomass co firing technology are summarized. A new， promising co firing plan for high efficiency utilization of biomass is recommended， by which pulverized biomass fuel is combusted with separate burners on the same pulverized coal furnace. The feasibility of biomass co firing for power generation on large capacity pulverized coal boilers is analyzed. Key equipment selections and system requirements for the technology are discussed. In addition， the major problem for large scale application of the plan is discussed and relevant suggestions are provided.
Key words：
biomass power generation； co firing； technology； equipment
我國目前的生物質燃燒發電以直燃技術為主，裝機容量在30 MW以下，基本采用振動爐排爐或流化床技術[1].受燃料供應不穩定，供電效率低及基建投資高等因素影響，這些生物質發電廠雖然享受電價補貼，但經營狀況仍然不佳.而生物質混燃技術是指將生物質與煤在傳統的燃煤鍋爐中混合燃燒技術.它能充分利用現有燃煤發電廠的投資和基礎設施，是一種低成本、低風險且靈活的可再生能源利用方式.它既可減緩常規電站對傳統化石燃料的依賴，又可減少傳統污染物（SO2，NOx，PM等）和溫室氣體（CO2，CH4等）的排放，具有積極的社會效益和環境效益.
1生物質混燃技術分類和國內外應用現狀
從混燃技術上可分為：（1）直接混合燃燒：經預處理的生物質直接輸入鍋爐系統燃燒；（2）間接混合燃燒：將生物質氣化后的燃氣輸入鍋爐系統燃燒；（3）并聯燃燒：生物質在與傳統鍋爐并聯的獨立鍋爐中燃燒，將所產蒸汽供給發電機組.根據混合點位置不同，直接混合燃燒又可分為共磨方案（在磨煤機前混合）、共管方案（在磨煤機后煤粉管道內混合）和獨立噴燃方案（在鍋爐燃燒室混合）.獨立噴燃方案將成為未來發展方向[2].從生物質形態上可分為直接破碎混燃和成型顆粒混燃.
歐洲及北美等發達國家從上世紀90年代開始進行了多種混燃技術的示范工程，取得了一系列重要的成果[2]：如丹麥的Studstrupvrket 1#機組150 MW煤粉爐混燃了熱量比20%的秸稈類生物質，約合輸出電力30 MW；荷蘭的Gelderland電廠635 MW機組的EPON計劃中混燃了木材粉末（約占3%的鍋爐輸入熱），合輸出電力20 MW；英國的Drax電廠6×660 MW機組混燃了熱量比2%左右的生物質燃料，合輸出電力80 MW；比利時的Ruien發電廠540 MW機組及奧地利的Zeltweg 137 MW機組嘗試了間接氣化混燃技術；丹麥的Avedore 2# 的430 MW機組嘗試了并聯燃燒方式.目前在英國10余家燃煤電站（總裝機超過20 000 MW），實現了生物質混燃技術的商業化運行.近年來，國際能源署IEA的生物質能協定任務32（Task 32）對該技術進行了較為深入的總結及調查研究.2007年，世界范圍內有152個生物質混燃項目成功投入商業運行，到2009年已增長至228個，機組容量覆蓋50～700 MW，其中100多個項目分布在歐洲，超過40家分布在北美，還有部分項目分布在澳洲[3].國內生物質混燃技術起步較晚，應用較少.最為典型的為山東十里泉電廠140 MW機組混燃秸稈示范項目.它是我國成功商業運行的生物質在煤粉爐中混燃的唯一項目[4].截至目前，國內未見在煤粉爐中使用獨立噴燃方案燃用生物質成型燃料的實際工程實例報道.
2生物質混燃技術的關鍵設備和系統分析
受散狀生物質收集半徑所限，常規秸稈類生物質無法遠距離運輸，在一定程度上限制了生物質混燃電站的生物質供應鏈，而蓬勃發展的生物質成型燃料產業將會使生物質混燃技術進入全新的發展階段.先進的生物質顆粒成型燃料的加工能耗約為70 kWh·t-1 [5]，約僅占其熱值的2%左右.由于成型后燃料密度大（800～1 400 kg·m-3），且水分低（
2.1生物質成型燃料的儲存運輸處理系統配置要求
入廠原料采用生物質成型顆粒燃料的混燃技術，一般要求顆粒粒徑在10 mm左右.此模式能克服傳統生物質易堵塞特性.歐洲實踐經驗表明，生物質顆粒可存放于封閉式料場，通過刮板機上料；也可在電廠內存放于大型筒倉之中，通過皮帶輸運.為了釋放長期存儲可能產生的熱量，筒倉通常需要設置螺旋給料、斗提等自循環系統，并配有可燃氣體濃度監測裝置及爆破門，以進一步提高安全性.由于生物質成型燃料的加工過程已經完成了纖維破碎，因此可經倉儲、輸送過程后直接進入后續的制粉工藝.
2.2粉碎設備
生物質混燃共磨方案使用電站原有的磨煤機制粉系統磨制生物質燃料有一定的局限性，運行期間需要關注磨煤機電流、石子煤量、出口風溫等特性指標，需嚴格控制較低的混燃比例，以免造成生物質燃料阻塞磨煤機，引起磨煤機故障.另外，需要嚴格關注送粉管道揮發分濃度，避免出現爆燃事故.該系統設備簡單，但可靠性稍差.
共管及獨立噴燃方案需要單獨配置生物質粉碎設備.經國內外調研，粉碎終點粒度控制在3 mm以下較佳[1]，可在約1 000℃的爐膛內充分燃燼.目前主要有兩種類型設備可實現規模化應用.
（1） 錘片粉碎機（Hammer Mill）
如圖1所示，此類設備非常適合粉碎處理秸稈、木材等生物質類物料，技術成熟可靠[6].通常為臥式結構，錘片在機內高速飛轉，將物料錘碎至需要的過篩尺寸.國內主要應用于飼料及食品行業，國產設備單機最大生產能力約5～10 t·h-1.近期，隨著生物質成型燃料加工行業的興起，也有個別廠家能夠設計生產能力20 t·h-1以上的產品，但目前尚無實際運行業績支撐.國外設備經驗較豐富，如瑞典BRUKS公司的最大型號單機額定功率500 kW，配有470塊錘片，轉子直徑1 600 mm，錘片末端線速度達78 m·s-1，濾網面積可達8 m2，設備價格高達300萬元.
圖1錘片粉碎機
Fig.1
Hammer mill
（2） 雷蒙磨粉機（Raymond Mill）
如圖2所示，此類設備歷史悠久，在國內外礦產品粉體加工領域應用廣泛[7] .該設備為立式結構，工作原理為：旋轉磨輥在離心力作用下緊滾壓在磨環上，將物料碾壓破碎成粉；內置旋轉鏟刀防止物料堆積；磨內通風把成粉的物料吹起，達不到粒度要求的物料被分析機阻擋后重回到磨腔繼續研磨；達到粒度要求的物料則可通過旋轉分析機后進旋風分離器分離收集.國內一些制造廠對傳統技術進行升級，成品粒度更小，比功耗更低，但在生物質領域的適應性尚不明確.國內設備供應商維科重工曾配合筆者單位進行了生物質成型顆粒燃料的試磨試驗，可以預期185 kW最大型號設備單機生產能力達20～40 t·h-1，成品粒度在0.5 mm以下.
圖2雷蒙磨粉機
Fig.2
Raymond mill
2.3燃燒器要求及氣力輸送配置
生物質燃料收到基含有約70%的揮發分，極易點燃及燃燼.國外一些公司開發了先進復雜的生物質專用燃燒器，但在筆者調研時發現十里泉電廠混燃示范項目實踐中丹麥進口燃燒器的故障率較高，電廠已將其改造為簡單的鋼管燃燒器，且運行效果佳.燃燒系統的關鍵是將一次風量與燃料量相匹配，經初步計算四角切圓煤粉爐中獨立噴燃方案，配10 t·h-1的生物質燃燒器推薦配一次風量為4 000 Nm3·h-1.合理地選擇一次風速，并將其作為輸送介質將生物質粉末吹送入燃燒器時宜選擇稀相壓送式裝置，這在氣力輸送行業有豐富的經驗，在此不再贅述[8].
2.4混燃對鍋爐受熱面的影響
堿金屬氯化物（KCl等）的低溫沉積腐蝕問題一直是困擾生物質直燃領域的一個技術難點，直接燃燒產生KCl等物質在含Cr合金鋼受熱面上發生沉積而導致嚴重的氯腐蝕問題.堿金屬氯化物的高溫腐蝕，直接限制了熱力工質參數的進一步提高，導致目前生物質直燃電站的熱電轉換效率偏低.但在混燃技術領域，實驗室及現場測試均表明，燃煤中含量較高的S元素及Al，Si，Fe類灰成分，將會使K等堿金屬形成高熔點化合物，Cl元素則以超低濃度氣相HCl的形式隨煙氣排放，因此混燃時的腐蝕速率比直燃技術低很多數量級[9].控制混燃熱量比在15%以下（質量比
2.5環境影響分析
生物質低灰低硫高揮發分的特性，宜與燃煤形成互補效應.大量研究表明，在傳統電站中混燃少量的生物質后，單位供電量下的SO2，NOx，粉塵等污染物排放強度均可降低，且不會對原配置的環保設備造成負面影響，特別適宜在一些受污染物排放總量減排政策制約的電站中推廣使用.值得關注的是，對于某些秸稈類生物質內的高堿金屬，燃燒煙氣可能有促使釩基SCR催化劑中毒的風險[10]，尚需進一步研究其機理后，對不同生物質的混燃比進行限制.
由于生物質內C元素在自然界中是循環利用的，同直燃技術一樣，混燃技術中由生物質燃燒產生的CO2可不視為溫室氣體排放.年消耗約15萬t生物質（收到基碳含量按40%計）的混燃技術項目，可因少用煤炭而折算的CO2減排50萬t以上.如果未來實施全球碳排放交易，由此產生的收益將達到1億元人民幣數量級（參考歐洲目前碳排放交易經驗，每噸CO2的減排補貼為25歐元）[11].
2.6混燃比計量與檢測設備
混燃比是衡量混燃電廠供電中的可再生能源份額的重要指標.混燃比計量可分為兩種方式：
（1） 燃料側計量：實際應用中，綠色電力份額可轉化成生物質混燃熱量比考慮，可由入廠原料汽車衡裝置，或者皮帶及給料機上設置的重力式傳感器計量混燃的生物質重量，之后再綜合入爐煤重量及生物質與煤的熱值實驗室分析數據轉換取得.但對多種生物質燃料的取樣分析過程繁瑣，數據精度不高，且過程中存在大量的人為因素，有以虛假信息換取巨額綠電補貼的可能性.
（2） 煙氣側計量：其原理同考古領域常見的14C斷代法基本相同，已經拓展至環境監測領域[12-13].C元素中放射性同位素14C的半衰期為5 730 a，其化學性質與常見的12C相同，且大氣環境及生物質燃料中的14C/12C比例基本穩定在10-12數量級.由于化石燃料形成年代距今達上億年之久，基本檢測不到14C，因此可通過測量混燃鍋爐排煙中的14C/12C比例精確計量電站的混燃比率（生物基的百分含量）.目前的先進加速器質譜AMS技術測量同位素比值的靈敏度可達10-15至10-16，可對混燃比作出非常準確的判斷.歐美多國已經制定了針對燃料的生物基份額的檢測標準，如ASTM D6866、CEN 15591/15747等，并在積極開發14C同位素同步在線監測技術.我國尚未開展此方面的研究工作.
3當前面臨的主要矛盾及建議
生物質直燃發電的單位造價在萬元·kW-1數量級，而混燃改造的投資低得多，采用國產設備的混燃系統投資僅在百元·kW-1數量級，且混燃技術的燃料熱電轉化效率明顯優于直燃技術，是一種生物質能利用的有效方式.
生物質混燃在發電技術層面的問題已經明晰落實，但受國內監管體系制約，電網公司很難核實混燃電站實際運行中的生物質消耗量，可再生能源補貼量因此很難確定.混燃計量檢測技術已經成為綠電價格補貼政策無法拓展到生物質混燃領域的主要瓶頸因素，嚴重制約了經濟性較好的混燃技術的規模化應用.
按照2006年頒布的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》中有關“發電消耗熱量中常規能源超過20%的混燃發電項目，視同常規能源發電項目，執行當地燃煤電廠的標桿電價，不享受補貼電價”的規定，也就是說生物質在燃料比例中要大于80%才能享受補貼，而目前的混燃比例一般在20%以下，所以生物質混燃項目并不能享有與直燃電廠等效的電價補貼[14].從目前市場現狀來看，單位熱值的生物質燃料價格仍高于對應的煤價，如無電價補貼等刺激性政策，火力發電廠更加愿意燃用煤，這是目前我國生物質混燃技術無法規模推廣應用的一個主要原因.
建議盡快開發監測生物質使用量的客觀評價體系和煙氣側14C同步在線檢測技術，政策上盡快完善燃料側監管體系和制度，引領生物質產業健康發展.
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收稿日期： 2012-10-14
第7篇：生物質燃料的種類范文
關鍵詞：微生物燃料電池 污水處理 產電
前言：微生物燃料電池（MFC）是一種通過微生物代謝生物質將化學能直接轉變為電能的裝置，兼具處理廢水與產電的功能，從而大大降低污水處理成本。早在1911年英國植物學家Potte就發現利用酵母菌和大腸桿菌可以產生電流[1]；但是一直未受到人們的關注。直到20世紀80年代美國科學家設計了一種利用宇航員的排泄物和活細菌作為電極活性物質的細菌電池，這種電池可為宇宙飛船提供電能，但其發電效率較低；到2004年，廢水首次被用作MFC的燃料來發電，并獲得了146±8mW m-2的功率密度。此后大量研究表明多種類型的廢水都可以用于MFC中，MFC在廢水處理方面的研究獲得了較大進展。在近20年的研究中，MFC的規模在逐步擴大。目前，實驗室所用MFC的大小從幾微升到幾升之間。產電功率得到了明顯提升，產電功率已達到2.8kW m-3。近年來，對MFC的研究逐漸引起了國內外研究學者的關注。
一、 MFC的工作原理
一個典型的 MFC 共由四部分組成：陽極、陰極、電解池和外電路。它以陽極室中的微生物作為催化劑，以陽極液中的有機物質作為燃料，利用微生物降解生物質，從而產生電子，產生的電子到達陽極，由陽極轉移到外電路，最后通過外電路傳遞到陰極。微生物在降解有機物質產生電子的同時還產生質子，產生的質子通過兩極室之間的質子交換膜到達陰極。在陰極催化劑的作用下，質子、電子和氧化劑發生反應生成還原劑。從而完成電池內的電流傳遞過程，產生電能。當外電路接入負載時，MFC 產生的電能足夠多時，MFC 便能夠支持負載工作。
二、MFC的分類
根據分類標準的不同，MFC的分類方法有所不同。
（一）根據不同類型的微生物，MFC可分為沉積物型、異養型和光能異養型三種類型。
（二）依據電池中電子不同的傳輸方式，MFC可分為介體MFC和無介體MFC。
（三）根據電子不同的傳遞方式可將MFC分為直接MFC和間接MFC。
（四）根據反應器外觀上的不同可分為：雙極室MFC和單室MFC。
三、MFC的特點
（一）原料較廣泛：各種有機物，微生物的呼吸可以利用的代謝產物、光合作用的產物，甚至是污水都可以作為其燃料。
（二）工作條件比較溫和：其利用微生物作為電池的催化劑，一般對操作條件的選擇比較溫和，微生物生長的環境一般為中性，在室溫和常壓的條件下，微生物可以穩定生長。
（三）較好的生物相容性：由于MFC可以利用糖類和氧氣作為燃料，因此，可以把小型化的MFC植入人體，從而為人在器官的運行提供能量支持。
（四）無污染 5、無能量輸入 6、高效的能量利用率
四、 MFC的應用領域
（一）有機廢水發電與同步處理：與一般的化學燃料電池不同，因為微生物的代謝產物中含有各種酶，能夠有效的催化和降解有機物，所以MFC的一個獨特優勢是能夠在獲得電能的同時降解有機污染物。
（二）MFC產氫：Liu[2]等人率先設計出了一種能夠在陰極室產出氫氣的MFC。產氫MFC在結構上和經典雙室MFC幾乎相同，只是將陰極的電子受體氧氣換成了質子。陰極表面的質子和電子在鉑等催化劑的催化下可直接生成氫氣。
（三）生物傳感器：MFC潛在的應用是對有機污染物濃度的在線監控[3]。能被微生物降解的有機物在MFC陽極室中的轉化率或者電池電壓和有機物濃度在一定的濃度范圍內成線性相關。因此，可以根據測定的電信號推算出有機物的濃度，在有機廢水處理中能夠實現生化需氧量（BOD）的在線監測。
（四）特殊環境中的電源：產電細菌遍布自然界，容易篩選出，而且微生物在產電時同樣具有良好的生物兼容性。因此，MFC可以為一些特殊的環境下的設備提供電能。MFC還可以為偏遠地區的無線數據傳輸提供電源，或對太空站中廢物循環利用等方面也有發展前景。此外，MFC還可為人體植入裝置如心臟起搏器等提供電源。
五、MFC的發展方向
由于MFC自身擁有巨大的優點，因此MFC具有良好的發展前景，但是MFC要作為實際電源應用于生產與生活，還有許多的問題需要解決。比如與其他電池相比，MFC的輸出功率密度較低，差距較大。另外，MFC所用的電極材料和催化劑的成本較高，因此其運行成本也相對也較高。如果解決了MFC成本較高和發電效率較低的問題，將會節省龐大的開支。因此，在MFC未來的研究過程中，我們有必要在開展以下幾方面的工作：
（1）篩選活性較高的微生物作為陽極催化劑、選擇對微生物無毒性、價格低廉，催化活性高的陰極催化劑。使MFC電流和功率密度得到進一步提高；
（2）對多個多個MFC進行串聯，組建電池堆，提高電壓和功率密度；
（3）對MFC電極及反應器進行優化。
結論
由于全球性的能源短缺問題和環境污染的為難題日益突出，MFC的潛能巨大。對于全世界任何國家來說，MFC具有的既能處理廢水的又能發電的特性，無疑具有相當大的吸引力。因此，我國應該加大MFC研究的投入，以使其早日應用與生產和生活。
參考文獻
[1] Potter M C. Electrical effects accompanying the decomposition of organic compounds[J]. Proceedings of the Royal Society of London. Series B， Containing Papers of a Biological Character， 1911： 260-276.
第8篇：生物質燃料的種類范文
1.1 能源分類
凡是能夠間接或經過轉換而獲取某種形式能量載能體的自然資源統稱為能源。在自然界里有一些自然資源本身就擁有某種形式的能量，其在一定條件下能夠轉換成人們所需要的能量形式，這種自然資源就是能源，如煤、石油、天然氣、太陽能、風能、水能、地熱能、核能等（一般稱為一次能源）。但生產和生活過程中由于某種需要或便于運輸和使用，常將一次能源經過一定加工轉化，使之成為更符合使用要求的能量形式，如煤氣、電力、焦炭、蒸汽、沼氣、氫能等（一般稱為二次能源）。而根據能源是否可以再生，又分為再生能源和非再生能源。能源分類見表 1～2。
1.2 能源概況
能源是經濟和社會發展的重要物質基礎，也是實現現代化及提高人民生活水平的重要保障。隨著現代社會生產的不斷發展，機械化、電氣化、自動化程度的不斷提高，對能源的需求量也越來越大。一般說來，一個國家的國民生產總值和它的能源消費量大致成正比。能源是主要動力來源，能源的消費量越大，產品的產量就越多，經濟就越發展，整個社會就越富裕，人民的生活水平就越高。發達國家的人口總和約占世界人口的1/5，而能源消費量卻占了世界能源總消費量的70％左右。1990 年以來，我國能源生產總量雖已位居世界前列，但由于人口重多，人均占有能源消費量只有發達國家的 5％～15％，而且在能源結構中還是以煤炭為主，致使環境污染問題嚴重，發達國家平均煤炭消費量只占能源總消費量的25％左右。近二三十年來，雖然我國能源開發利用發展很快，但無論是從生產到生活，還是從城市到農村，煤、油、電等能源仍然十分短缺。如何解決能源短缺問題，有兩條出路可以選擇：一是降低經濟增長速度；二是加大能源開發力度、狠抓節約能源工作。近 10 余年來，我國國民生產總值（GDP）增長速度很快，但人均 GDP 仍然很低，如果過分降低經濟增長速度，要在本世紀中葉達到中等發達國家水平的目標將難以實現。因此只有加大能源開發力度、提供足夠的能源才能使我國經濟得以持續發展。根據我國國情，最經濟、最豐富的能源資源就是煤炭。因此，我國必須在增加煤炭生產的同時，狠抓節煤工作，提高其利用效率，加強環境治理與保護，決不能走發達國家先污染、后治理的老路。石油在我國能源構成比例中占20％，其是交通工具的主要動力能源，其中汽車是石油的最大用戶。汽車發動機排放的氣體是城市大氣污染的主要來源。因此在狠抓節煤工作、提高其利用效率的同時，還必須狠抓節油工作，提高其燃燒效率，降低汽車尾氣中的有害物排放量。根據世界能源發展新戰略的規劃，發達國家的人均能耗從1980年的 6.78t 標煤下降到 2020 年的 3.44t標煤，到2020 年能源總消費量將為 120 億 t 標煤，只增加10％，而經濟增長仍可達到 50％～100％。我國是低收入國家，但每萬美元國民生產總值能耗為世界之首，為發達國家的 4～6 倍；產品能耗平均為發達國家的 2 倍，使用能源的設備效率要低10％～40％。因此，要使經濟持續增長，在增加能源生產的同時，還必須提高能源利用率、節約能源及解決環境保護問題。
2木質生物質能源技術的發展
2.1生物質能源
生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而儲存在生物質內部的能量。它的轉換利用技術有熱化學轉化技術、生物化學轉換技術、生物質壓塊成型技術及化學轉換技術。目前我國生物質能源的發展還存在很多問題，主要表現在以下幾個方面。
（1）各學科技術開發能力和產業發展不平衡；
（2）技術研發、設備制造能力有待提高；
（3）技術水平和生產能力與國外先進水平差距較大；
（4）生物質能源資源評價、技術標準、產品檢測和認證等體系不完善；
（5）人才培養不能滿足市場快速發展的要求；
（6）沒有形成支撐產業發展的技術服務體系。工業大革命以后，煤、石油和天然氣一直是人類能源的主角，然而對地球上現有礦物質能源的樂觀估計也只能再用 100 年。根據世界能源權威機構 1999 年底的分析，世界已探明的主要礦物燃料儲量和開采量不容樂觀：石油剩余可采年限僅有 40 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的40.5%；天然氣剩余可采年限為61.9年，其年消耗量占世界能源總消耗量的 24.1%；煤炭剩余可采年限為 230 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的 25.2%；鈾剩余可采年限為 73 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的7.6%。
按目前的消耗估算，本世紀下半葉，人類不但將面臨嚴峻的能源危機，而且還將面臨過度使用礦物質能源而造成的生態環境危機。與礦物質能源相比，生物質能源一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位。生物質能源具有以下特點：①可再生性，且產量大；②可儲藏性和可替代性；③資源豐富；④二氧化碳零排放，生物質能源燃料燃燒所釋放出的二氧化碳大體上相當于其生長時通過光合作用所吸收的二氧化碳，所以應用生物質能源時二氧化碳的排放可認為是零。我國是最大的發展中國家，同時又是一個人口大國，能源短缺及利用水平低是阻礙國家經濟和社會發展的瓶頸之一。我國石油資源相對不足，如果繼續增加煤炭用量將加劇環境污染，21 世紀將面臨經濟增長和環境保護的雙重壓力。從能源長遠發展戰略高度來審視，尋求一條可持續發展的能源道路、大力利用新能源和可再生（新）能源以減少對環境污染，加快新能源對傳統能源的新舊更替，已成為我國近期急需解決的重大問題。改變能源生產和消費方式，開發利用生物質能等可再生的清潔能源資源，對建立可持續的能源系統，促進國民經濟發展和環境保護都具有重大意義。我國陸地林木生物質資源總量在 180 億 t 以上，可用于生產生物質能源的主要是薪炭林、林業廢棄物和平茬灌木等。林業生物質能資源在我國農村能源中占有重要地位，我國農村消耗的林業生物質能資源約占農村能源總消費量的 20%。在山區和林區，農民 50%以上的生活用能依靠林業資源。目前我國的生物質能源利用率很低，生物質能源綜合利用效率僅為 16%，薪柴超伐量達 54%，秸稈直接燃燒用量占 60%。生物質能源的不合理消耗，加劇了農業生態平衡的失調。木材是生物能源的主體，是最古老的能源物質，與化石能源相比，其是一種可再生能源；與秸稈相比，其能量密度高，種類豐富，一次栽種多年受益，是實現大規模能源化的理想生物質資源。但長期以來我國對木質生物質能源的利用方式一直是以直接燃燒為主，只是近年來才開始采用新技術加以利用，但規模小，普及程度較低，在農村乃至國家的能源結構中只占有極小的比例。
2.2生物質能源應用技術
人類對木質生物質能源的利用已有悠久的歷史，但多是以直接燃燒的方式來利用它的能量，直到 20 世紀，特別是近 20 年來，木質生物質能源的研究和應用才有了快速的發展。目前國內外已有的木質生物質能源利用技術主要有以下幾方面。
（1）燃燒木質燃料：通過直接燃燒木質生物質而獲得熱能是目前木質生物質能源利用的最主要方式，木質燃料主要包括薪材和木質壓縮成型燃料。木質壓縮成型燃料是以木屑、樹皮等林業剩余物為原料，在加壓（49～196MPa）、加熱條件下，壓縮成棒狀、顆粒狀且質地堅實的成型物體，可作為工業鍋爐、民用灶爐以及工廠和家庭取暖的燃料，也可以進一步加工成木炭和活性炭。
（2）氣化：氣化是指木質生物質在高溫條件下，與氣化劑（空氣、氧氣和水蒸氣）反應后得到的小分子可燃氣體的過程。目前使用最廣泛的是以空氣為氣化劑，產生的氣體主要作為燃料用于鍋爐、民用爐灶發電等場合，也可以作為合成甲醇的化工原料。
（3）液化：液化是指采用化學方法將木質生物質轉換成液體產品的過程。液化技術主要分間接液化和直接液化兩種。間接液化就是把木質生物質氣化成氣體后，再進一步合成為液體產品；或者采用水解法，把木質生物質中的纖維素、半纖維素轉化為多糖，然后通過生物技術將其發酵成乙醇。直接液化是把木質生物質放在高壓設備中，添加適宜的催化劑，在一定的工藝條件下反應制成液化油，作為汽車用燃料或進一步分離加工成化工產品。
（4）熱解：木質生物質在隔絕或少量供給氧氣的條件下，加熱分解的過程稱為熱解。熱解過程所得產物主要有氣體、液體和固體，其比例根據不同的工藝條件而不同。
3我國木質生物質能源的發展及應用
（1）薪炭林：薪炭林是以生產木材燃料（薪材）為主要目的的樹種，在我國有悠久的經營利用歷史。我國從1981年開始實施薪炭林工程，截至到 2000 年，已營造551.3萬 m2，生物質獲得量達 2000 萬 t/a，相當于 1143.2萬t 標準煤。長期以來，我國的廣大農村一直以木質燃料作為廉價燃料，營造薪炭林已成為解決我國農村能源問題的有效途徑。
（2）木質壓縮成型燃料：我國木質壓縮成型燃料研發工作起步較晚，但現在已達工業化生產規模。1990 年中國林科院林化所與東海糧食機械廠合作，完成了國家“七五”攻關項目———木質棒狀成型機的研發工作，并建立了 1000t 級的棒狀成型燃料生產線，而且還出口到馬來西亞、埃塞俄比亞、印度尼西亞等國家。1998 年林化所又與江蘇正昌糧機集團公司合作，研發了內壓滾筒式顆粒成型機，其生產能力為 250～300kg/h，生產的顆粒成型燃料特別適用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亞取暖器材有限公司從美國引進了適用于家庭使用的取暖爐技術，通過消化吸收，現已形成了工業化生產。此外，還從美國引進了一套生產能力為1.5t/h的顆粒成型燃料生產線，1999年開始正式生產，目前運行情況良好。
（3）氣化發電：經過十幾年的研究、試驗、示范，生物質氣化技術已基本成熟。木質生物質氣化主要分為兩種工藝類型，一是中國林科院林化所研究開發的以林業生產剩余物為原料的上吸式氣化爐，其氣化效率達 70%以上，最大生產能力達 6.3×106kJ/h（消耗木片量為300kg/h），產生的水煤氣用于集中供熱和居民家庭使用；二是循環流化床氣化爐，其氣化效率達 75%，最大輸出功率約 2900MW，該系統主要是處理木材加工的廢棄物（如木粉等）為工廠內燃機發電提供燃料。
（4）林業生物乙醇：生物乙醇是近年最受關注的石油替代燃料之一。目前糧食淀粉的生物乙醇已基本實現規模化生產，但成本較高。纖維素生物質作為生產燃料乙醇的原料豐富而廉價，利用木質纖維制取燃料乙醇是解決原料來源和降低成本的主要途徑。“八五”期間，我國開始利用纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術的探索和研究，主要研究纖維素廢棄物的稀酸水解及其發酵技術，并在“九五”期間進入中間試驗階段；“十五”期間又開展了用木屑為原料稀鹽酸水解制備酒精、水解木質素制備高吸收能活性炭的研究。南京林業大學從 20 世紀 80 年代中期開始對植物纖維生物轉化制取乙醇的基礎理論和應用開發進行了系統研究。隨后，我國開展了生物質原料的高壓蒸汽爆破預處理技術、纖維素酶制備技術、大規模酶降解技術、戊糖己糖同步發酵技術、微生物細胞固定技術、在線雜菌防治技術以及副產品木質素的深加工利用技術等項研究工作，目前這些技術仍處于研發階段。
（5）熱解：我國從 20 世紀 50～60 年代就開始進行木材熱解技術的研究工作。中國林科院林化所在北京光華木材廠建立了一套生產能力為 500kg/h 的木屑熱解工業化生產裝置，在安徽蕪湖木材廠建立了年處理能力達萬噸以上的木材固定床熱解系統。黑龍江鐵力木材干餾廠曾從前蘇聯引進了一套年處理木材10 萬 t的大型木材熱解設備。但以木材為原料來制取化工產品的生產成本高，難以與石化產品競爭，因此研究工作轉向以熱解產品的深加工開發，如活性炭、木醋液等應用研究領域。國內在快速熱解制取液化油的研究開發方面尚未見報道。總之，我國在生物質能源轉換技術的研究開發方面做了許多工作，取得了明顯進步，但與發達國家相比仍然差距甚遠。
第9篇：生物質燃料的種類范文
關鍵詞：生物質；壓縮；參數分析
基金項目：河北省高等學校科學技術研究重點項目――生物質壓縮成型參數分析及工程應用研究，項目編號：ZD2014095
中圖分類號： S216 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/ki.jlny.2017.06.061
中國生物質資源豐富，每年產生大批的農作物秸稈，主要有玉米秸稈、小麥秸稈、稻草、棉花稈和高粱稈[1]，除了豐富的草、灌木、水生植物資源外，每年還有大量的林業加工廢棄物產生[2]。這些生物質資源為生物質綜合利用提供了條件。生物質資源的特點是本身松散，不容易收集、儲存和運輸，也不容易直接利用，最有效的利用方法是對其進行壓縮成型處理。壓縮成型處理后的生物質體積可以大大減小而密度增大，將其壓縮成捆狀或塊狀，可以用作飼料使用，也可以當作燃料使用。
1 生物質壓縮成型方法
生物質壓縮成型有壓捆處理和壓塊處理兩種方式，是一種干儲方法，壓捆處理的物料密度相對較低，常用作飼料，物料經過切割晾曬后，使用方草捆壓捆機或圓捆壓捆機進行壓縮處理。壓塊處理的物料密度較高，其既可以用作飼料，也可以用作燃料，物料經過切割晾曬后，利用各種類型的壓塊機壓縮成型。無論是壓捆機還是壓塊機，其作用原理都是物料在機械壓縮力的作用下，讓物料通過壓縮室或通過模具型腔后壓縮成型。
2 生物質壓縮工作原理
物料在壓縮室內壓縮的作用原理圖見圖1。由曲軸帶動活塞在一個矩形截面的導向槽內移動，松散的物料從開口處喂入。當材料與活塞接觸并被向前推進時就被相對壓縮，進入壓縮室的材料達到所要求的密度時，物料克服相對于壓縮室的靜摩擦阻力，物料被推動向出口移動而被壓出壓縮室。
3 生物質壓縮成型的影響參數
生物質壓縮成型質量的影響參數較多，其成型機理也比較繁雜，國內外學者對壓縮成型的影響參數進行過大量的試驗研究，對于各參數的最優選擇并不一致，因為生物質的種類很多，壓縮時采用的方法也不盡相同。影響壓縮成型質量的主要參數包括以下幾個方面。
3.1物料品種
不同品種的物料，其壓縮時呈現的物料特點也不相同，物料的品種對壓縮后能得到的壓捆或壓塊的密度有影響，對壓縮設備的生產效率及其能量消耗也會產生影響。
3.2物料含水率
物料含水率也是生物質壓縮成型的主要影響參數，其和產品的密度和壓縮過程中所需的壓縮力有直接關系。如果物料的水分適宜則壓縮成型后質量將會得到改善，物料含水率如果不在要求的范圍之內則成型質量就得不到保證。有學者研究發現，在熱壓成型中，物料的水份含量過高會影響傳熱，使物料與模具之間的摩擦力增大；而含水量過低，會導致物料在壓縮過程中物料之間的抗壓強度加大，最終導致能量消耗增加。研究者研究還表明，當施加的壓力一定時，隨著物料含水量的增加，可以得到較大的物料壓縮密度。當要求的物料壓縮后的密度一定時，隨著含水率的增加，壓縮所需要的壓力也在增加。目前國內外對于物料含水率最佳值的研究還存在不同意見，主要是因為物料在壓縮時所用的壓縮方法及壓縮設備不相同造成的。
3.3物料的顆粒度
顆粒度越小的物料越容易被壓縮。有關研究者在對同顆粒度的物料進行壓縮試驗，結果表明，顆粒度越小，壓縮成型越容易，在小顆粒度條件下，這種傾向性表現得更加顯著。物料的顆粒度對物料壓縮時的生產效率也有較大影響，物料顆粒度越大，成型設備的能耗就越高，生產效率越低。物料的顆粒大小不均勻將導致成型制品質量的下降，使壓縮成型制品的表面出現裂紋，使其密度和強度降低。
3.4壓縮時的壓力與模具型式
生物質壓縮時，必須施加合適的壓力才能得到合適密度的壓縮塊。研究者曾經在試驗中研究模具直徑與壓縮所用的比能耗的關系，結果表明，隨著模具直徑的增大，當壓縮成型物料的密度一定時，壓縮所用的比能耗呈指數級下降[5]。有的研究者也用試驗研究模具直徑與壓縮所用比能耗的關系，得出結論，隨著模具直徑的減小，物料與模具壁的摩擦力減小，從而引起比能耗也隨之減小。國內壓縮成型用的模具多為圓柱體模具，使用錐形模和矩形模進行壓縮的相對較少。錐形模具的尺寸，如模具的錐度、長度和入口直徑都是影響壓縮質量的主要因素，因為其能引起物料壓縮過程中摩擦力和壓縮能的變化。學者研究發現，在用錐形模具壓縮成型時，模具的錐度對壓縮時物料的流動性有影響，模具錐角過大或過小都會影響壓縮質量。
3.5加工溫度
生物質在熱壓成型過程中，加工溫度對成型質量會產生重要影響，其對物料塊的質量和加工生產時的效率都有影響。研究者研究發現，熱壓成形時的加工溫度必須適宜，如果加工囟忍高，會造成模具的耐磨性降低，直接影響模具的使用壽命，影響壓縮成型質量。物料水分含量過高時，溫度過高容易產生高壓蒸汽，引起物料成型表面出現裂紋；如果加工溫度過低，尤其當模具直徑比較大時，熱量傳遞不到被壓縮物料的中心，就會影響最終的成型質量。有的研究者還發現，在其他壓縮條件相同時，如果不是熱壓成型，則不同的加工溫度不會影響加工質量的變化。
4結論
當前，國內外對生物質壓縮成型理論已經有了研究的積累，但能耗高、生產率低、關鍵部件磨損嚴重的問題在壓縮成型中仍比較突出，導致生物質壓縮產品前期投入和加工成本大，這也是制約生物質壓縮成型燃料、壓塊飼料等產品推廣應用的主要瓶頸。因此，進一步研究影響生物質壓縮成型質量的主要參數及各參數對壓縮質量的影響規律，為獲得高品質的生物質成型制品提供理論基礎具有重要意義。
參考文獻
[1]謝光輝，王曉玉，任蘭天.中國作物秸稈資源評估研究現狀[J].生物工程學報，2010，26（07）：855-863.
[2]劉祖軍，張大紅，米鋒，等.生物質成型燃燒產業發展前景分析[J].林業經濟，2010，（03）.
[3]Cz.卡那沃依斯基.收獲機械[M].北京：中國農業機械出版社，1983.
