生物质能利用原理与技术第一章绪论
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生物质资源及其利用绪论解析
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早在1991年美国能源部就启动生物质发电 计划，远景至2018年使生物质发电具有成 本优势
纽约斯塔藤垃圾处理站
STM- 美国通用 生物质能发电系统
2020/11/6
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美国
➢ 美国是世界上开发利用生物质能技术最早的国 家之一
➢ 2000年，美国国会提出到2020年生物质能在 美国经济中所起的作用：占交通运输燃料来源 的10%,占电力和热能供应的5％，占化工和材 料制造的18%。目前，生物质能已经成为美国 最大的可再生能源供应来源。
是否可再生
如：太阳能、风能、生物质能等
2014年中国与世界的能源消费结构
近10年中国能源消耗分类示意图
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世界及中国能源状况
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资源分配不均
能源危机！！！
史 上 三 次 石 油 危 机
第一次石油危机 1973-1974年
国际市场上的石油价格从每桶3美元涨到12美元，上涨了4倍。石油价格暴涨引起了 西方国家的经济衰退，美国经济学家的估计，那次危机使美国国内生产总值增长下降 了4.7%，使欧洲的增长下降了2.5%，日本则下降了7%。
当前制约我国生物质能源产业发展的最大瓶颈在 于生物质转化的技术效率较低和自主知识产权少， 创新能力不足
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应对政策
➢ 制定生物质能源产业的国家发展战略 ➢ 提升经济效益 ➢ 支持和鼓励技术创新
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世界范围内对开发利用生物质能的兴趣不 断增加，主要原因在于：
➢ 政治利益，如减少对石油进口的依赖
➢ 创造就业机会，生物质燃料产生的岗位超过煤 和石油的20倍
《生物质能原理与技术》教学大纲
生物质能原理与技术课程教学大纲（总学时数：40，学分数：2.5）一、课程的性质、目的和任务本课程是新能源科学与工程专业的一门专业课。
生物质能是一种重要的、清洁的可再生能源。
发展生物质能，既有利于能源的多元化，缓解能源紧张，又保护生态环境。
本课程的目的在于使得学生了解能源形势和生物质能在能源供应中的地位，初步掌握生物质能资源的生产和再生产、生物质能转化的原理和技术、环境影响和经济评价知识，树立资源可持续利用的观念，为从事生物质资源的利用方面的科学研究和技术开发打下基础。
为此，要求学生掌握生物质能的生产与再生产，通过厌氧发酵制沼气的原理与技术，生物质发酵制燃料乙醇的技术，生物质裂解、气化和液化技术，初步了解生物质燃料和燃烧技术、能源植物等当今备受关注的先进技术。
二、课程基本内容和要求（一）绪论1. 掌握生物质、生物质能的概念，了解生物质能的特点。
2. 掌握生物质转化的基本途径。
3. 了解目前生物质能转化和利用的水平。
重点：生物质、生物质能的概念及生物质的利用方式。
难点：生物质能的基本途径。
（二）生物质能资源的生产与再生产1. 理解生物圈、生物系统的概念。
2. 理解生态系统中的物质循环和能量流动，生态系统的生产和再生产，人工生产与再生产。
3. 了解植物生物质资源的生产与再生产特点，植物生物质废弃物的潜在利用价值。
重点：生物圈、生物系统的概念；生态系统中的物质循环和能量流动，生态系统的生产和再生产，人工生产与再生产。
难点：生态系统中的物质循环和能量流动。
（三）沼气1. 掌握沼气的发酵原理。
2. 了解沼气发酵的条件。
3. 了解沼气发酵的工艺。
4．了解沼气工程的设计、运行和维护保养，有机废物发酵技术存在的问题和发展前景。
重点：沼气的发酵原理，包括微生物学原理、发酵条件，发酵工艺。
难点：沼气发酵的原理。
（四）生物质燃烧1. 掌握燃烧的基本过程，影响燃烧的因素。
2. 了解传统和现代的生物质能燃烧技术。
3. 掌握实现燃烧发电/热电联产的途径。
生物质能转化原理与利用技术共41页
海带等，淡水生的布袋草、
浮萍、小球藻等，水生植
物转化成燃料，也是增加
能源供应的方法之一。
生物质资源
禽畜粪便 ➢ 禽畜粪便也是一种重要 的生物质能源。除在牧区有 少量直接燃烧外，禽畜粪便 主要是作为沼气的发酵原料。 中国主要的禽畜是鸡、猪和
牛。
能源植物 ➢ 能源植物种类较多，例 如制糖作物、油料植物等。 目前国内外正在研究和已 经研究利用的植物主要有 三角戟、三叶橡胶树、麻 疯树、汉加树、白乳木、 油桐、小桐子、光皮树、
生物质的特点：可再生性、低污染性、广泛分布性。
生物质资源
1.2生物质能
（biomass energy）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。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。
生物质资
专门提供薪材的薪炭林。 生活垃圾
➢ 城镇生活垃圾主要是由居民
源按照来 源可分为
生活垃圾、商业和服务业垃圾、 少量建筑垃圾等废弃物所构成
六大类
的混合物，成分比较复杂，其
构成主要受居民生活水平、能 源结构、城市建设、绿藻类，主要包 括海洋生的马尾藻、巨藻、
特点：比重大、便于贮存和运 输、燃烧性能好、热效率高 （3500—5000千卡之间，是直 接燃烧的5倍）、灰分小、燃 烧几乎不产生SO2，不会造成 环境污染、可用于家庭炊事、 取暖，也可作为工业锅炉和电 厂燃料代替煤炭、天然气、燃 料油等化石能源，成为燃烧方 式、热值均接近煤炭却基本无 污染物排放的高品位清洁能源。
热量利用 CO2
燃烧
CO
CO2
H2O
灰烬
生物质资源转化与利用-第一章-绪论
动物粪便 禽畜粪便、屠场废弃物等
城市废弃物 生活垃圾、有机废水等
生物质资源转化与利用-第一章-绪 论
生物质的组成和结构
生物质主要来源于植物，因此以植物生物质为例对生物质的组成 和结构进行分析。 植物生物质主要是木质纤维素(lignocellulose)，具体来说，主要成 分为纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicellulose)、木质素(lignin)， 其中大约75%以碳水化合物的形式存在。
生物质资源转化与利用
第一章 生物质及生物质能概述
生物质资源转化与利用-第一章-绪 论
1.1 能源
能源亦称能量资源或能源资源。是指可产生各种能量 （如热量、电能、光能和机械能等）或可作功的物质 的统称。是指能够直接取得或者通过加工、转换而取 得有用能的各种资源。
来源分类 产生分类 性质分类
能源的分类 污染分类
还原糖
（reducing sugar）
缩醛
生物质资源大转化多论与利数用-以第一环章-状绪 存在
cellobiose
纤维二糖是不是还原糖？
纤维素是不是还原糖？
还原糖可能有哪些性质？
生物质资源转化与利用-第一章-绪 论
半纤维素
半纤维素是由多糖单元组成的一类多糖，其主链上由木聚糖、 半乳聚糖或甘露糖组成，在其支链上有阿拉伯糖或半乳糖。半 纤维素大连存在于植物的木质化部分，不同种类半纤维素的组 成差别很大，针叶木中半纤维素主要为聚半乳糖葡萄糖甘露糖。
➢一次能源：煤炭、原油、天然气、煤 层气、水能、核能、风能、太阳能、地 热能、生物质能等； ➢二次能源：电力、热力、成品油； 生物➢质资以源及转化其与利他用-新第一能章-源绪 和可再生能源。
论
按性质分类 按污染分类
生物质能源技术与利用
生物质能源技术与利用一、前言与背景生物质能源，顾名思义，是指来源于生物质的能源，它涉及到植物、动物及其废弃物等自然界中的有机物质。
生物质能源行业的历史可追溯至远古时期，人类最初便是通过烧柴做饭、取暖。
然而，随着科技进步和社会发展，生物质能源的开发和利用逐渐上升到一个全新的层面。
生物质能源具有可再生、清洁、低碳排放等特点，是替代化石能源的理想选择。
在全球能源结构转型、气候变化问题日益严峻的大背景下，研究生物质能源具有重要意义。
它不仅有助于缓解能源危机，减少温室气体排放，还能促进农业废弃物资源化利用，带动农村经济发展。
二、核心概念与分类2.1 核心概念生物质能源指的是通过植物、动物及其废弃物等生物质资源，通过物理、化学或生物化学过程转换成可利用能源的过程。
2.2 分类与特征2.2.1 直接利用•生物质燃烧：传统生物质能源的直接利用方式，如木材、秸秆燃烧。
•生物质气化：将生物质转化为可燃气体，如合成气、生物燃气。
•生物质发酵：将生物质转化为生物质酒精，如生物质酒精。
2.2.2 生物质转化•生物质转化为生物燃料：如生物质颗粒、生物质油、生物质气。
•生物质转化为生物质电力：通过生物质发电厂将生物质转化为电力。
2.3 应用领域及市场潜力直接利用主要应用于家庭取暖、烹饪等小规模领域；生物质转化则广泛应用于交通燃料、电力和热能的生产。
随着技术的进步，生物质能源的市场潜力巨大，特别是在可再生燃料和绿色能源领域。
2.4 与其他领域的交叉融合生物质能源技术与新能源、环保、化工等领域密切相关，融合发展。
例如，生物质能源技术与新能源汽车产业的融合，推动了生物质燃料在交通领域的应用；与环保产业的融合，促进了生物质能源在减少碳排放方面的作用；与化工产业的融合，推动了生物质能源高值化利用。
三、关键技术及性能原理3.1 关键技术3.1.1 生物质转化技术•热化学转化：通过高温加热、气化、裂解等方式将生物质转化为燃料。
•生物化学转化：利用微生物将生物质转化为生物燃料。
《生物质能利用技术》PPT课件
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2 生物质能的分类
• 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 • 畜禽粪便
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3 生物质能的特点
• 可再生性
• 低污染性
• 广泛分布性
• 生物质燃料总量十分丰富 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。
生物质能利用新技术
2/1/2021
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生物质能利用技术
• 第一节 生物质能简介 • 第二节 生物质能的分类 • 第三节 生物质能的特点 • 第四节 生物质能的利用技术 • 第五节 生物质能的利用现状 • 第六节 生物质能的原则
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1.1 生物质能简介
• 生物质能 （biomass energy）
沼气 技术
循环经济
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沼气 肥料
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户用沼气
• 1958年，毛主席提出“要好 好推广沼气”，引起全国范 围内沼气建设热潮，由于技 术不成熟和采取群众运动的 方式，此项活动昙花一现。
• 为缓解农村日益突出的生活 用能矛盾，70年代初又开始 兴办沼气，仍然没能推广。
完整版课件ppt
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5.1 国内利用生物质能的现状
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5.2 国外利用生物质能的现状和技术展望
• 生物质能是丹麦主要的可再生能源，2000年丹 麦生物质能约占全国可再生能源的85%，作为 世界风力机主要的供应者，其风能只占10% 。
生物质能利用原理与技术 - 第二章生物质能资源与植物
• 生物质的特点：可再生性、低污染性、广泛分布性。
• 生物质能：生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中 的一种能量形式，直接或间接来源于植物的光合作用。能 够作为能源而利用的统称为生物质能源。
一、生物质资源原料类型
• 按原料的化学性质分： 糖类、
淀粉、
木质纤维素物质
按原料来源分：
农业生产废弃物
甜高粱简介
• 雅津甜高粱，平均高度为5m左右，糖锤度平均 在16—23%，耐旱、耐涝、耐盐碱、耐瘠薄， 平均亩产籽粒250kg，秸秆5吨左右，成熟期 95—160天不等，每亩需要种子1kg左右，平均 高度3—5m。
雅津甜高粱种子优势
• 一、耐旱 • 二、耐涝：甜高粱遭洪水浸泡1周，大水退后能很快恢复 生长 • 三、耐盐碱：甜高粱可忍受的盐浓度为0.5－0.9％，高于 玉米(0.3－0.7％)、小麦(0.3－0.6％)和水稻(0.3－0.7 ％)等作物。 • 四、耐高温、耐严寒：甜高粱对土壤的适应能力很强，pH 值从5.0－8.5，均能很好生长。适应栽培的区域广泛， 10℃以上积温2600－4500℃的地区(从海南岛至黑龙江)， 均可栽培。 • 五、耐瘠薄：有作物中的“骆驼”之谓 • 六、糖份含量高：茎秆富含糖份，汁液锤度15－23 • 七、高产：甜高粱植株高大（3－5m），一般茎秆产量75 吨/公顷左右，高产记录为168吨／公顷，籽粒产量2.25－ 6吨／公顷。茎秆纤维含量14－18％，每公顷产纤维达9－ 15吨。
第二章 生物质能资源与能源植物 • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 生物质能的物质基础 生物质资源量的估算方法 我国生物质能资源 能源植物
第一节 生物质能的物质基础
• 生物质：广义上是各种生命体产生或构成生命体的有机质 的总称。生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微 生物为食物的动物及其生产的废弃物。
《生物质能的利用》课件
电。
供热
生物质能可用于家庭、工厂和 农业领域的供热，如生物质锅 炉、生物质壁炉等。
燃料
生物质能可以转化为液体燃料 ，如生物柴油和生物乙醇，可 用于替代化石燃料。
工业用途
生物质能还可用于生产化学品 、材料和纤维等工业产品。
02 生物质能的转化技术
生物质能转化技术概述
生物质能转化技术是指将生物质 转化为可利用的能源或化学品的
过程。
生物质能是一种可再生能源，具 有低碳、环保、可持续等优点。
生物质能转化技术的发展对于缓 解能源危机、减少环境污染、促
进可持续发展具有重要意义。
生物质能转化技术的种类
生物质直接燃烧技术
将生物质转化为热能，用于供热和发电 。
生物质液化技术
将生物质经过化学或生物化学转化， 生成可燃液体燃料，如生物柴油、生
生物质能的发展现状
生物质能利用历史
生物质能的应用领域
生物质能利用历史悠久，古代人类就 已开始使用木材等生物质燃料。
生物质能在能源、化工、农业等领域 得到广泛应用，为人类生产和生活提 供重要支持。
现代生物质能发展
随着环保意识的提高和能源需求的增 长，现代生物质能发展迅速，技术不 断进步。
生物质能的发展前景
国际合作与交流
强调未来国际间在生物质能领域的合作与交流的重要性，共同推动全 球生物质能技术的发展和应用。
ห้องสมุดไป่ตู้
01
02
03
替代化石能源
随着化石能源的枯竭和环 境污染的加剧，生物质能 成为替代化石能源的重要 选择。
技术创新
生物质能技术不断创新， 提高转化效率和降低成本 ，为大规模应用提供有力 保障。
农业废弃物利用
供热
生物质能可用于家庭、工厂和 农业领域的供热，如生物质锅 炉、生物质壁炉等。
燃料
生物质能可以转化为液体燃料 ，如生物柴油和生物乙醇，可 用于替代化石燃料。
工业用途
生物质能还可用于生产化学品 、材料和纤维等工业产品。
02 生物质能的转化技术
生物质能转化技术概述
生物质能转化技术是指将生物质 转化为可利用的能源或化学品的
过程。
生物质能是一种可再生能源，具 有低碳、环保、可持续等优点。
生物质能转化技术的发展对于缓 解能源危机、减少环境污染、促
进可持续发展具有重要意义。
生物质能转化技术的种类
生物质直接燃烧技术
将生物质转化为热能，用于供热和发电 。
生物质液化技术
将生物质经过化学或生物化学转化， 生成可燃液体燃料，如生物柴油、生
生物质能的发展现状
生物质能利用历史
生物质能的应用领域
生物质能利用历史悠久，古代人类就 已开始使用木材等生物质燃料。
生物质能在能源、化工、农业等领域 得到广泛应用，为人类生产和生活提 供重要支持。
现代生物质能发展
随着环保意识的提高和能源需求的增 长，现代生物质能发展迅速，技术不 断进步。
生物质能的发展前景
国际合作与交流
强调未来国际间在生物质能领域的合作与交流的重要性，共同推动全 球生物质能技术的发展和应用。
ห้องสมุดไป่ตู้
01
02
03
替代化石能源
随着化石能源的枯竭和环 境污染的加剧，生物质能 成为替代化石能源的重要 选择。
技术创新
生物质能技术不断创新， 提高转化效率和降低成本 ，为大规模应用提供有力 保障。
农业废弃物利用
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源于树木生长过程中修剪的枝
桠、木材加工的边角余料以及 专门提供薪材的薪炭林。
生活垃圾 ➢ 城镇生活垃圾主要是由居民
生物质资源按 照来源可分为
六大类
生活垃圾、商业和服务业垃圾、
少量建筑垃圾等废弃物所构成
的混合物，成分比较复杂，其
构成主要受居民生活水平、能 源结构、城市建设、绿化面积
以及季节变化影响。
水生植物
（1）坚持实行能源节约战略方针，（2）大力优化能源结构 ，（3）煤为基础，积极发展洁净煤技术，（4）大力开发 利用新能源与可再生能源，（5）采取措施保证能源供应安 全。
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三、中国新能源与可再生能源发展前景
（1）中国拥有丰富的新能源与可再生能源资源可供开发利用 。
（2）中国对新能源与可再生能源的需求量巨大，市场广阔。 （3）中国新能源与可再生能源的发展适逢良好的市场机遇。 （4）市场巨大推动力将促进中国新能源与可再生能源的发展
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太阳能发电图
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光伏发电图
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太阳能 发电系 统
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青海太阳能发电图
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住宅太阳能发电系统
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太阳能发电家用系统
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2 千瓦美国加洲太阳发电
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太阳能、潮汐和核电站图
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3-4 地热能
• 积极开发高温热储地区的地热资源，进一步扩大地热直接 利用和发电规模，
• 2000年和2010年利用总量分别达到88万t标准煤和151万t标 准煤。
➢ 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，水生植
物转化成燃料，也是增加
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地热发电系统
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西藏年那曲地热电站
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3-5 生物质能 • 生物质的广义概念：生物质包括所有的植物、微
生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产 的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物 废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。
• 生物质的狭义概念：生物质主要是指农林业生产 过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤 维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农 林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃 物等物质。
。 （5）已取得的成绩和国家对发展的高度重视。
• 综上所述，可以预言，在21世纪，中国的新能源与 可再生能源将会有更大、更快的发展．为中国的现 代化建设做出更大的贡献。
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3-1 水电和海洋能
• 2010年装机容量达到2788万Kw，发电量达到1170亿kWh
。 法国朗斯潮汐电站外景
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法国朗斯潮汐电站示意图
我国石油能源现状
中国石油 进口高度 依赖中东
高油价使 中国面临 严重输入
通胀
影响 中国 能源 安全
能源结构的不合理造成了不可挽回的环境损失
能源消费煤炭能源占有率
2-2 中国能源存在的问题
（1）人均能耗低 （2）人均能源资源不足 （3）能源效率低 （4）以煤为主的能源结构亟待调整
1）大量燃煤严重污染环境 2）大量用煤导致能源效率低下 3）交通运输压力巨大 4）能源供应安全问题提到议事日程上来
第一章 总论
一 能源 1、能源：能够为人类提供某种形式能量（机械能、热能、电能、
化学能等）的自然资源及其转化物。或者说是能量的来源称为 能源。如太阳能、风能、化石燃料、水力等。
2、能源的分类：
（1）按能源的生成方式分：一次能源和二次能源 （2）按能源在当代社会中的地位分：常规能源和新能源。 （3）按能否再生分（对一次能源）：可再生和非再生能源。 （4）按其来源分（对一次能源） ： ➢ 来自地球以外天体的能源：太阳能、风能、水能、生物质能 ➢ 来自地球内部的能源：地热能 ➢ 地球一其它天体的作用产生的能源：潮汐能
生物质能利用原 理与技术
刘灿 西南林业大学
目录
• 第一章 总论 • 第二章 生物质能资源与能源植物 • 第三章 生物质直接燃烧技术 • 第四章 厌氧过程与沼气技术 • 第五章 生物质压缩成型燃料技术 • 第六章 生物质气化技术 • 第七章 生物质燃料乙醇技术 • 第八章 生物质热裂解技术 • 第九章 生物质制氢与间接液化技术 • 第十章 植物油与生物柴油技术 • 第十一章 城市有机垃圾能源
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2-3中国能源发展对策
能源中长期发展规划：结合“十一五”规划的编制我们已经拟 定了能源中长期发展规划，这个发展规划可以概括为48个 字，即：“节能优先，效率为本；煤为基础，多元发展； 立足国内，开拓海外；统筹城乡，合理布局；依靠科技， 创新体制；保护环境，保障安全”。在能源中长期规划中 强调了要调整能源结构，加快发展核电、可再生能源和大 力发展水电。中国全国人大常委会已通过了《可再生能源 法》，为我国可再生能源发展提供法律保证。
能源与新能源利用---宋长华
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三加速中大型风力机设计、制造国产化进程 ；
• 发展风力发电控制和管理系统； • 加强和完善风电场的规划选点和勘察设计工作，建设若干个大
型风电场。 • 2000年和2010年全国风力发电装机容量分别达到30万—40万
kW和100万—110万kw。
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风力发电独立系统示意图
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香港沙洲自动气象站风力发电机
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风力发电图
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3-3 太阳能
• 太阳能建筑、太阳热水器要形成规模化生产；降低太阳能 电池成本，提高光电转换效率；
• 大力推广应用小功率光伏电源系统；建立分散型和集中型 联网光伏示范电站。
• 到2010年，太阳能利用总量达到467万t标准煤。
能源分类
3、能源的重要性：
4、人类利用能源的历史演变
• 柴草时期
• 煤炭时期
• 石油时期
• 新能源时期
二、中国能源现状、问题与对策
2-1近年我国经济状况
上世纪我国能源消费趋势图 我国能源消费预测与实际
我国资源人均占有率
中国能源实际情况
• 一次性能源人均占有量低 • 能源消费随经济发展迅速增长 • 以煤为主的能源结构短期内难以改变 • 生态环境压力明显增大
生物质能发电原理图示
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广洲拉圾电厂
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沼气发电原理图示
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四 我国生物质资源的分类
农作物秸秆
➢ 农作物秸秆是农业生产
的副产品，也是我国农村
森林能源
的传统燃料。秸秆资源与
➢ 森林能源是森林生长和林业 生产过程提供的生物质能源，
农业种植业的生产关系十 分密切。
主要是薪材，也包括森林工业
的一些残留物等。森林薪材来