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一、起火快。
該爐具用硬雜木或秸稈成型燃料為原料,充分燃燒后15分鐘即可將所帶暖氣片全部變熱,且溫度高;而普通暖氣爐的起火時間較慢,將暖氣片燒熱至少需要30分鐘左右。
二、熱效率高。
該爐具是采用二次進風促進原料充分燃燒的原理,將燃燒物進行全面燃燒,而且燃燒的熱能90%以上的用于爐膛內壁的溫度提高,因而熱效率高。
三、節煤。
該爐具是以生物質原料為主,以煤為輔,在燒暖氣或做飯時,用生物質原料(果樹枝和秸稈成型原料),晚上封火時用煙煤,陳村郭光杰家用此爐冬天取暖,取暖面積45m2,白天用樹枝和成型燃料作原料,晚上用煙煤封爐子,每天用成型原料10公斤,煙碳2.5公斤,每年按3個月取暖時間計,共用成型燃料1000公斤,煙煤250公斤。
四、節約開支。
該爐具的使用極大地減少了農民冬天取暖的用煤開支,農民平常取暖爐的燃料用鋼碳、煙煤和蜂窩煤,以蜂窩煤為例,取暖面積為60~70m2,日平均用量為27塊,每塊蜂窩煤按0.6元計,日費用為16.2元,供暖時間按100天計,共需1620元,而陳村郭青禮用的生物質爐,取暖面積為65m2,以煙煤為主要原料,日用量為15公斤,供暖時間同樣為100天,需1.5噸煙煤,每噸煙煤為600元,共計費用為900元,比普通爐少720元;用成型燃料或果樹枝為主原料的生物質爐其費用更低,每天以成型原料為主,煙煤為輔的生物質爐,每天用成型燃料15公斤,煤2.5公斤,成型燃料每公斤0.4元,使用100天共用成型燃料1500公斤,計600元,用煤250公斤,計150元,共計費用750元,遠遠低于普通爐具的燃料費,而且使用此爐具起火快,溫度高,平均室內溫度達到15~18℃。
五、轉廢為寶。
生物質爐的主要原料是果樹枝、棉花柴壓縮成的生物質原料,將廢棄的秸稈枝條轉化為可燃燒的生物原料,是可再生能源極佳的轉化利用方式,使用生物質爐后一是降低了污染,凈化了環境,二是廢棄物轉為可燃燒的能源,得到再次使用。
因此,在農村用能方面應大力推廣生物質爐,以解決廣大農民越冬取暖的問題,隨著人民生活水平的不斷提高,干凈、衛生、易操作、費用不高的取暖爐具越來越受到農民朋友的歡迎,是農村能源清潔化的一個重大改革,應在樹枝或秸稈資源豐富的地區大力推廣此項爐具,同時,在推廣應用方面應注意:
1、此爐具必須安裝在廚房或單獨房間內,以免發生意外或對環境造成污染。因為這種爐具的密封性不好,易走氣跑煙。
[關鍵詞] 汽車新能源產業技術體系變革發展戰略電動汽車
一、引言
汽車作為現代重化工業技術體系的代表產品,不僅是不可再生石油資源的主要消耗者,而且也是造成城市空氣污染的主要禍首。汽車所排放的尾氣中含有大量NOX(氮氧化物)、CO(一氧化碳)、PM(顆粒物)和HC(碳氫化合物)等有害物質,對城市大氣環境造成了嚴重的污染和破壞。解決汽車的環境污染和石油的短缺問題需要尋找可替代石油燃料的潔凈能源或改變傳統的內燃機技術。然而,由于方法眾多,每一種方法都存在各自的優缺點,眾說紛紜,爭執不下。究竟哪一種新能源適合我國汽車未來能源的發展方向呢?
我們認為,內燃機技術以及汽車產業在產業技術體系中占有核心地位,從整個產業技術體系的發展戰略角度出發,分析現有的汽車各種替代能源的優缺點,分階段實施汽車新能源的發展戰略,對于我國實現產業技術的跨越發展具有十分重要的現實意義。
二、汽車代用能源的分類及特點
目前,可代替傳統汽油和柴油的汽車代用能源有許多種,可將其歸納為三類:第一類是不可再生能源,包括液化石油氣、天然氣、煤基液體燃料、甲醇;第二類是可再生能源,包括乙醇、生物柴油、太陽能;第三類是性質不確定能源,其性質的歸屬取決于生產該能源的原料,包括燃料電池、電能和氫能。
1.不可再生能源
(1)液化石油氣(LPG)。LPG分為石油煉制過程中的副產品和油田伴生氣兩種。
LPG的優點:①能效高。與汽油相比,LPG辛烷值較高;②減少污染。LPG可降低CO2排放25%、CH80%、SO270.5%、SO99.99%、Pb100%、CO89.72%、顆粒物41.67%、噪音40%;不需改變內燃機;石油廢棄物利用,有一定的經濟價值。
LPG的缺點:能量密度低;車用LPG的質量要求較高,需要提純處理;存在一定的爆燃危險性,安全性較差;仍然以石油資源為依托,屬于不可再生資源。
(2)天然氣(NG)。汽車使用的天然氣按儲存方式主要分:壓縮天然氣(CNG )、液化天然氣(LNG)和吸附天然氣(ANG)三種。
①壓縮天然氣(CNG)。CNG是將常態下的天然氣以20MPa以上壓力壓縮在高壓罐內供汽車使用。
CNG的優點:污染排放低。天然氣汽車尾氣中NOX及CO2排放量很低,且無PM固體微粒排放;工藝簡單。供汽車使用的CNG是用壓縮機將天然氣壓縮儲存,燃燒時通過減壓裝置減壓釋放,工藝比較簡單;天然氣儲量相對豐富。我國目前天然氣資源量約為54萬億立方米,探明的天然氣地質儲量為3.9萬億立方米,資源探明率為7.2%。并且,天然氣的勘探潛力很大,儲量較石油豐富。
CNG的缺點:存儲體積較大,能量密度低;汽車充氣時間較長,一次行駛里程短;儲氣鋼瓶因壓力大,有一定的危險性;車用充氣源受天然氣管網限制;屬不可再生資源。
②液化天然氣(LNG)。LNG是將天然氣在-161℃的低溫下液化,并進行凈化處理而成。
LNG的優點:更潔凈環保。LNG燃盡后無灰渣和焦油,主要排放物是二氧化碳和水蒸氣,NO2、CO2等有害物質的含量極少;能量密度大。LNG液化后的體積僅是原氣態體積的1/625,能量密度高于CNG三倍多;安全性能好。LNG無需高壓,不易自燃自爆,安全性能好;車用充氣源不受天然氣管網限制;具有循環利用能源效應。LNG在汽化至常態過程中將釋放出大量的冷能,可回收用于汽車空調或汽車冷藏。
LNG的缺點:生產與運輸成本較高。LNG是在低溫下液化、縮小體后裝入特殊運輸設備運送到目的地,并再次氣化后方可使用。因此,LNG在中短途運輸方面成本過高。屬不可再生資源。
③吸附天然氣(ANG)。吸附儲氣的原理是在儲氣容器中以特殊方法裝填超級活性炭作為吸附劑。利用吸附劑表面分子與氣體之間的作用力吸附氣體分子。
ANG的優點:儲存壓力低。ANG的壓力一般只有4~6MPa,有利于安全;不必使用笨重的鋼瓶,減少儲氣設備重量。
ANG缺點:能量密度低;ANG技術難度較大,目前還處于研究階段。
(3)煤基液體燃料。煤基液體燃料是將煤炭通過直接或間接方法液化成液體燃料油,俗稱“煤變油”。
煤基液體燃料的優點:我國富煤少油,利用煤變油技術可緩解石油緊張。
煤基液體燃料的缺點:煤變成液態燃料單位成本高;煤轉化成液態燃料的生產過程中要消耗大量的能源;煤變油技術僅是將一種不可再生能源轉化為另一種形式,不符合能源發展方向;煤變成液體燃料只是將煤炭轉變為汽油、柴油,依然不能降低環境污染。
(4)甲醇。甲醇是一種含氧化合物,溶解性強,可與汽油、柴油溶解混合為新型燃料。甲醇可從煤、天然氣和油頁巖中制取。
甲醇的優點:甲醇作為燃料具有辛烷值高、汽化潛熱大、熱值較低等特點;作為車用燃料,甲醇的CO、HC和NOx排放較汽油和柴油低,幾乎無碳煙排放;溶解性好,可與汽油、柴油混合使用。
甲醇的缺點:對環境即有正面影響也有負面影響。甲醇汽油可以減少尾氣中CO、CH、NOx排放,但尾氣中總醛排放增加;甲醇具有毒性。人攝入5~10毫升就會發生急性中毒,30毫升即可致死;甲醇對金屬有腐蝕作用,對橡膠皮革有溶脹作用;制取甲醇要消耗不可再生資源。
2.可再生能源
(1)乙醇。乙醇是玉米、小麥、薯類、高粱、甘蔗、甜菜等經發酵、蒸餾、脫水后再在其中加入變性劑而成。車用乙醇汽油是將燃料乙醇和組分汽油按一定比例混配而成。
乙醇的優點:減少污染。使用乙醇汽油的汽車尾氣中CO降低30%,NOX減少10%,苯系物質、氮氧化物、酮類等污染物濃度明顯降低;屬可再生能源。
乙醇的缺點:乙醇需要與汽油混合使用,不能成為汽油的完全替代品;燃燒乙醇會產生懸浮顆粒,不是完全的綠色燃料;消耗大量土地資源。
(2)生物柴油。生物柴油是采用動物或植物油脂與甲醇(或乙醇)經酯交換反應而得到的脂肪酸甲(乙)酯,是一種可以替代石油柴油的可再生清潔燃料。
生物柴油的優點:環保特性優良。根據美國科學家的研究結果,使用生物柴油可降低90%的空氣毒性,二氧化碳排放要比柴油減少60%;車輛成本低。使用生物柴油的汽車與普通柴油車相同,車輛無須任何修改;安全性好。生物柴油的閃火點較高,毒性較低;是一種環境友好的可再生燃料。
生物柴油的缺點:燃燒效果差。生物柴油的粘度約為#2石化柴油的12倍,影響噴射時程,導致噴射效果不佳。由于生物柴油的低揮發性,造成燃燒不完全,影響汽車燃燒效率;制取生物柴油的成本較高;消耗大量耕地資源。
(3)太陽能。太陽能資源豐富,隨處可得,無需運輸,對環境無任何污染,是未來汽車能源的發展方向。
目前,制約太陽能汽車發展的主要障礙:一是汽車的動力常受時間、地點、季節、氣候影響;二是太陽能的采集與轉換效率難以滿足汽車高速行駛所需要的足夠動力;三是太陽能電池板造價昂貴。
3.性質不確定能源
(1)燃料電池。燃料電池是直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能的一種裝置。燃料電池常用的燃料有氫、天然氣、甲醇等,常用的氧化劑有氧氣、空氣。
燃料電池的優點:潔凈、污染低。純氫和氧結合的燃料電池,可實現零放排。以甲醇、天然氣為燃料的燃料電池汽車造成的大氣污染僅為內燃機汽車的5%;燃料電池能量轉換效率較高;噪音低。燃料電池屬于靜態能量轉換裝置,除了空氣壓縮機和冷卻系統以外無其他運動部件,噪音小;燃料多樣化。燃料電池所使用的燃料可以是氫、甲醇、天然氣,也可以是丙烷、汽油、柴油、煤以及可再生能源;利用生物制氫、水制氫的燃料電池可實現能源再生化。
燃料電池的缺點:成本高。質子交換膜電池中的膜材料和催化劑均十分昂貴;燃料的質量不過關。質子交換膜燃料電池必須使用沒污染的氫燃料,而目前純凈氫的制取技術還存在困難。
(2)電能。以電能為動力的汽車分為三種:純電動汽車(BEV)、燃料電池電動汽車(FCV)和混合動力電動汽車(HEV)。純電動汽車是指以車載蓄電池為電源,用電動機驅動的車(本文中的電動汽車指的是純電動汽車)。
電能是一種潔凈能源,電動汽車完全可以實現零排放、無污染,但是,目前的電能還不屬于可再生能源,主要是因為電能還有相當一部分是通過煤炭、石油等化石類能源轉換而來。
電動汽車的優點:潔凈無污染。目前,只有電動汽車完全符合零排放,而且電動汽車噪音很低;電能是取之不盡、用之不竭的能源。如果用再生能源(太陽能、水能、風能、生物質能、潮汐)發電,電能可永續使用;電能的利用技術成熟。人類利用電能已有很長一段歷史,遍布全國的電網可為電動汽車的充電帶來極大的方便;電動汽車結構簡單,維修方便。
電動汽車的不足:電池性能還無法滿足電動汽車產業化的要求。目前,電動汽車的蓄電池主要有:鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等。鉛酸蓄電池比能量低,質量和體積太大,一次充電行駛里程較短,且壽命短,污染嚴重;鎳鎘蓄電池中的重金屬鎘對環境有污染;鎳氫蓄電池有高溫使用電荷量急劇下降的缺點;鋰離子的問題是安全性和穩定性,此外,大功率鋰電池存在技術難度;價格昂貴。蓄電池的價格是目前制約電動汽車產業化的障礙;電池充電時間長,蓄電能力有限;動力性差;電能還沒有解決完全可再生和無污染問題。電能的生產還大量依賴煤炭、石油等不可再生資源,此外,汽車廢棄蓄電池還有污染問題。
(3)氫能。氫是自然界存在最普遍的元素,在自然界中多以化合物形態出現,主要貯存于水,特別是海水中富含大量的氫,石油、天然氣、煤炭、動植物體也含氫。氫的發熱值是所有燃料中最高的,而且燃點高,燃燒速度快,是十分優質的二次能源。以氫氣為能源驅動汽車,主要有三種方法:汽車攜帶貯氫罐,以氫氣在發動機中直接燃燒產生動力;汽車電池放電電解出氫作燃料;以氫作燃料電池的燃料,用電力驅動汽車。
氫能的優點:氫是潔凈能源。氫燃燒非常清潔,除生成水和少量氮化氫外不會產生其他對環境有害的污染物質;氫是高效燃料。每公斤氫燃燒產生的能量為33.6kW?h,是汽油的2.8倍;不需要對現有的技術裝備作重大的改造。現在的內燃機稍加改裝即可使用氫。
氫能的缺點:廉價的制氫方法是氫能利用的一大障礙。目前,氫的制取需要大量能量,而且制氫效率很低;氫的安全性能差。氫氣是一種無色無臭的氣體,而且著火界限寬、著火能低、燃燒速度快,容易引發火災及爆炸。此外,氫特別容易泄漏,加油站、管道和純化工廠很難完全消除泄漏隱患。
三、發展我國汽車新能源的思路
汽車產業在整個工業體系中占有核心地位,汽車新能源的發展戰略不僅關系到汽車產業的可持續發展,而且對于整個工業的發展方向具有舉足輕重的作用,因此,我們還需要從產業技術體系角度考慮汽車新能源的發展戰略。
產業技術體系是指在工業生產部門各個產業領域所使用的各種產業技術,因其生產過程中的必然聯系而構成的統一的有機整體。產業技術體系中的產業技術因其在生產部門生產過程中的影響范圍和程度不同而分為源技術、主干技術、旁支技術三個層次。其中,源技術是最核心的、最具影響力的技術,它決定整個工業部門產業技術體系的性質和本質特征,決定了工業部門內部其他產業部門核心技術的產生、變革和地位。而主干技術是在源技術之下,直接與源技術配套的工業部門內部各產業技術,它們只是對一個或幾個工業部門有重大作用。而旁支技術則是為主干技術服務的、處于次要地位的各產業技術。
人類歷史上的歷次產業技術革命都因產業技術體系中的源技術發生重大變革,推動產業技術體系中各層次的產業技術逐步改變,最終導致整個產業技術體系發生變革。第一次工業技術革命正是因蒸汽機的出現,導致人類生產的重心從農業轉向工業;第二次工業技術革命由于內燃機和電力技術的發明,使人類生產走上了重化工業道路,也導致今天的資源危機和環境惡化;以微電子、新材料、新能源、生物工程、航天技術、海洋技術等為代表的第三次工業技術革命,并沒有改變第二次工業技術革命所奠定的重化工業技術體系性質,卻使消耗不可再生資源、污染環境的重化工業技術體系加速發展。今天,人類經濟社會面臨的生存危機,在本質上是產業技術體系性質造成的,是迄今為止歷次產業技術革命都在產業技術開發與應用上忽視了人與自然的關系,從而導致產業技術體系各層次的產業技術都消耗不可再生資源、排放污染環境的廢棄物造成的。
當前的產業技術體系還屬于重化工業技術體系。重化工業技術體系中的源技術――電力技術和內燃機具有消耗不可再生資源、破壞環境的性質,帶動了汽車、鋼鐵、能源、化工、機械加工等主干技術以及旁支技術也具有同樣的性質。因此,要實現人與自然和諧相處,必須從根本上針對重化工業技術體系的源技術――電力技術和內燃機進行革命。
傳統的內燃機是直接建立在石油、天然氣等不可再生能源結構上的工業動力,是現代大工業各種產品生產的母機。汽車發動機是內燃機最突出的代表。汽車不僅是不可再生資源主要消耗者,也是城市環境惡化的主要元兇,此外,汽車產業更是在整個產業技術體系中關聯最多的產業。因此,汽車潔凈能源的開發應朝著改變傳統的內燃機技術,使其由消耗不可再生資源、污染環境向使用可再生資源、對環境無害的方向發展,以推動整個產業技術體系向生態化變革,從而實現可持續發展的目標。因此,未來汽車的新能源應具備如下條件:
第一,新能源必須是可再生資源。不可再生資源終究會枯竭,用較豐富資源替代緊張資源只能作為短期權宜之計。
第二,新能源必須是潔凈的。新能源不應對環境產生任何污染,應完全實現零排放。
第三,新能源有利于變革傳統的內燃機技術。變革傳統的消耗不可再生資源的內燃機技術不僅對于汽車產業發展有利,也會推動整個產業技術體系向可持續發展的方向努力。
四、我國汽車新能源的發展戰略
綜上所述,我們認為電能是汽車未來最佳的能源。但是,用電動機取代目前廣為使用的傳統內燃機不是一蹴而就的事情,因此,汽車新能源的發展戰略還需要分階段實施。
1.用電動機取代使用化石類能源的傳統內燃機可作為遠期終極目標
選擇電能作為汽車未來能源的理由是:第一,電能是完全潔凈的能源,電動汽車完全可以實現零排放;第二,電能完全有可能轉變為可再生能源。盡管目前電能還不是可再生能源,但是隨著太陽能發電、風能發電、生物質能發電、潮汐發電等的普及,電能會迅速轉變成可再生能源;第三,有利于產業技術體系變革。傳統內燃機被電動機取代,將導致化工、石油、煤炭等行業逐步萎縮,而太陽能發電、風力發電、生物質能發電以及潮汐發電等產業將得到大力發展。層層推進,可推動整體產業技術體系發生變革,有望改變重化工業技術體系消耗不可再生資源、污染環境的本質。
2.發展燃料電池汽車是中期目標
將燃料電池汽車作為中期發展目標的理由是:第一,燃料電池汽車技術已相當成熟,極有可能先于電動汽車進入市場。近幾年,世界各大汽車公司都紛紛推出以氫或甲醇為燃料的燃料電池汽車;第二,燃料電池汽車有利于環境保護和節省能源。氫燃料電池可實現零排放,即使使用其他燃料(如甲醇)的燃料電池汽車也是常規汽車排放的30%。另外,燃料電池能效高有利于節省能源;第三,燃料電池完全可能實現由不可再生能源向可再生能源的轉化。水解氫燃料電池可以實現資源的循環使用,因為氫與氧的燃燒產物就是水,水可以循環使用,取之不盡,用之不竭。另外,可利用太陽能、風能、潮汐能等可再生能源制氫,實現能源可再生化。目前,制約燃料電池成為可再生能源的是水解氫的制取技術,但是,甲醇等燃料電池技術的使用與推廣,可為氫燃料電池的發展奠定良好的基礎。第四,燃料電池汽車發動機是傳統內燃機的變革,可為電動機最終取代傳統內燃機提供經驗。
盡管,目前的甲醇燃料電池、通過煤或天然氣制取氫的燃料電池與我們所倡導的能源的可再生化發展方向違背。但是,只要太陽能、風能、潮汐能發電技術、水解氫技術一旦成熟,燃料電池實現可再生能源的目標就十分容易。因此,我們將燃料電池作為中期發展目標。
3.液化天然氣汽車可作為短期發展目標
液化天然氣(LNG)屬不可再生資源,不符合能源的發展方向,也與我們的倡導的終極目標相悖。我們將其作為短期發展目標的理由是:第一,液化天然氣有助于解決汽車尾氣的嚴重污染問題。液化天然氣與汽油、柴油相比,更潔凈環保;第二,液化天然氣有助于解決目前的石油緊張問題。我國的天然氣儲量較石油豐富,而且天然氣的探明儲量在不斷增加。此外,使用液化天然氣不受天然氣管網限制,可充分利用世界天然氣資源,這對于我國的能源安全有利;第三,液化天然氣使用技術與現存的內燃機技術銜接較好。
但是,天然氣資源是不可再生資源,長期過量開發與使用將會導致與石油資源一樣的命運。因此,發展液化天然氣汽車只可作為短期發展戰略。
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【關鍵詞】二次能源;生物質能;開發戰略
1 生物質能源的應用現狀
目前,國內外對生物質能發展主要集中在尋找生物質資源、研發生物質轉化技術、探討生物質能的生態環境效益3個方面,生物能技術主要應用于生物乙醇燃料、生物質氣體燃料、生物制氫、生物柴油四方面。
1.1 生物乙醇燃料
生物乙醇研究的重點主要集中于能源轉化效率和溫室氣體排放兩個方面。 以秸稈為原料生產燃料酒精的工藝中存在若干亟待解決的技術難題, 纖維素酶的生產是其中難點之一。目前提倡固體發醇, 但固體發酵不可能像液體發酵那樣隨著規模的擴大而大幅度下降成本。故從長遠發展角度來看, 應選用液體發酵技術[1]。
1.2 生物質氣體燃料
生物質氣化技術是一種熱化學處理技術,通過氣化爐將固態生物質轉換為使用方便而且清潔的可燃氣體,用作燃料或生產動力。
德國沼氣工程普遍采用產氣率高專用的青貯玉米作為主要發酵原料,產氣率是雞糞的2.5倍,豬糞的3.4倍,牛糞4.5倍。[2]
我國生物燃料可持續發展的外部機遇較好,內部因素中環保指標及可再生性優勢明顯,所以要依靠內部優勢抓住外部發展機遇在最優SWOT戰略組合選擇上,應側重SO戰略( 即增長型戰略),同時兼顧ST戰略( 即特色經營戰略),突出生物燃料的特色,努力打造我國生物燃料種植生產和銷售的產業集群。
1.3 生物制氫
生物制氫過程可以在常溫常壓下進行, 且不需要消耗很多能量。生物制氫過程不僅對環境友好, 而且開辟了一條利用可再生資源的新道路。此外, 生物制氫過程可以和廢物回收利用過程耦合。
生物制氫過程可以分為 5 類:
1)利用藻類或者青藍菌的生物光解水法;
2)有 機 化 合 物 的 光 合 細 菌 ( P SB ) 光 分解法;
3)有機化合物的發酵制氫;
4)光合細菌和發酵細菌的耦合法;
5)酶法制氫。[3]
1.4 生物柴油
所謂生物柴油,是指利用各類動植物油脂為原料,與甲醇或乙醇等醇類物質經過交脂化反應改性,使其最終變成可供內燃機使用的一種燃料。生物柴油來自于植物油 ( 玉米、棉籽、海甘藍、花生、油菜籽、大豆、向日葵) 或動物脂肪。
生物柴油的主要優點在于其環境友好性, 大氣污染小, 尤其是硫含量低, 是一種優良的清潔可再生燃料。
生物柴油的制造方法有以下 4 種:
(1)直接使用和混合;(2)微乳法;(3)熱解;(4)酯交換。[4]
生物柴油的生產在技術上已經基本成熟, 主要生產工藝分為化學法、生物酶法和超臨界法化。生物柴油生產的主要問題是成本高, 制備成本的 75 % 是原料成本。降低成本是生物柴油能否實用化的關鍵, 目前仍處于試驗研究及小規模生產與應用階段。
1.5 其他典型技術的例子
奶牛-沼氣-牧草0循環型農業生產模式, 即: 奶牛場排出的糞水經沼氣池發酵, 產生的沼氣用于牧場鍋爐燃燒, 沼液、 沼渣用于澆灌狼尾草草地, 收獲的牧草為奶牛提供青飼料。以期通過該循環利用模式, 增強系統的自凈化能力, 實現資源的高效、 持續利用[5]。
DPSIR模型是由歐洲環境局( EEA) 提出的,內容涵蓋資源 環境與經濟社會等多個領域,可以較為準確地描述系統的復雜性和相互之間的因果關系,廣泛用于資源可持續利用評價 城市化與資源環境相互關系分析水資源承載力評價等研究中,其科學性、應用性已得到學術界普遍認可[6]。
在能值理論的這一特點,Brown和Ulgiati 提出了能值可持續指標ESI,將其定義為系統能值產出率與環境負載率之比[7]。
生物質直燃發電作為 CDM 項目, 引入發達國家資金和關鍵技術,不僅可有效增大系統的能值產出率,降低環境負荷,使生物質直燃發電系統更具有競爭力,還能使系統能值可持續指標提高,使之富有活力和發展潛力,可維持較長時間內的可持續發展[8]。
2 面向未來的生物能源開發戰略
2.1 可持續發展
實行清潔生產, 實現綜合利用、循環利用、盡量減少排放和能耗; 將能源開發與廢物處理結合起來, 在整體、協調、再生、循環的前提下合理建設以生物能源為紐帶的生態產業園, 如沼氣工程。
2.2 因地制宜
開發生物能源一定要因地制宜, 不可盲目上馬。除了上述的 3 種有前景的生物能源產品, 沼氣、生物質氣化技 術等都值得好好推廣應用。
2.3 前瞻性
開發中國的生物能源需要做到以下的政策和軟件支持:(1)加大宣傳。有必要通過輿論宣傳加強人們對生物能源的認識。(2)加大政府投資和扶持。在新的生物能源初始商業化階段要進行減免稅等優惠政策。(3)借鑒國外經驗, 充分調動地方和工業界的積極性。(4)加強高校對于生物能源的教育及研究。[9]
2.4 以生物質能高效利用為核心構建農村循環經濟系統
(1)對農林生物質能開發利用應充分考慮資源的有限性和利用方式的平衡。
(2)堅持以沼氣為主以太陽能和風能等新能源綜合利用系統構建能滿足農村基本用能需求的供應體系。
(3)高度關注農村能源加大政策扶持力度。
(4)創新機制推動農村新能源市場發展。
(5)創建示范工程為生物質資源有效利用不斷探索新的途徑。[10]
3 結語
開發利用生物質能, 既是我國緩解能源供需矛盾的戰略措施, 保證社會經濟持續發展的重要任務。隨著國際原油價格的持續攀升和資源的日漸趨緊, 石油供給壓力增大, 生物能源產業、生物質材料產業的經濟性和環保意義日漸顯現, 生物質能源在不遠的將來一定會得到大力推廣。
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[8]羅玉和,丁力行.生物質直燃發電 CDM 項目可持續性的能值評價[J].農業工程學報,2009,12.
關鍵詞:生物質 生物質能發電 技術狀況
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)05(b)-0120-01
1 生物質概述
生物質,從廣義上講,是指通過光合作用而形成的各種有機體,包括了所有的動植物和微生物。生物質所蘊含的能量稱為生物質能,是一種可再生能源,它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用。
生物質能是地球上最古老的能源,一直以來是人類賴以生存的重要能源之一。在目前世界能源消耗中,生物質能占總能耗的14%,僅次于石油、煤和天然氣,是世界第四大能源。在生物質能的利用過程中產生的二氧化碳可被等量的植物通過光合作用所吸收,從而實現二氧化碳的零排放和生物質能的循環利用,同時生物質能也是一種含硫量低的可再生能源,可以轉化得到氣態、液態和固態燃料,從而補充和替代化石燃料,減少對礦物能源的依賴。
目前,世界各國,尤其是發達國家,都在致力于開發高效、無污染的生物質能利用技術,以達到保護礦產資源,保障國家能源安全,實現二氧化碳減排,保持國家經濟可持續發展的目的。
2 生物質能的利用轉化方式
目前,我們對生物質能的利用主要有生物質直接燃燒、氣化、液化、固化和沼氣技術等方式。
生物質直接燃燒是通過燃燒將化學能轉化為熱能,從而獲取熱量。直接燃燒可分為鍋爐燃燒、爐灶燃燒、爐窯燃燒和炕連灶燃燒。
生物質氣化是在一定的熱力學條件下,將組成生物質的碳氫化合物轉化為含一氧化碳和氫氣等可燃氣體的過程。氣化過程不同于燃燒過程,一方面,燃燒過程中需供給充足的氧氣,使原料充分燃燒,從而獲取熱量,而氣化過程希望盡可能多地將能量保留在反應后得到的可燃氣體中,所以只供給較少的氧氣以滿足熱化學反應的需要;另一方面,燃燒后產生的是水蒸氣和二氧化碳等不可再燃燒的煙氣,而氣化后的產物是含氫、一氧化碳和低分子烴類的可燃氣體。
生物質液化是生物質熱裂解技術的一部分。生物質熱裂解是生物質在完全無氧供給的條件下熱降解為可燃氣體、液體生物油和固體生物質炭三種成分的過程。其中,反應產生的生物油可進一步分離,制成燃料油和化工原料。
在生物質能轉化利用的各種途徑中,利用生物質能轉化后的熱能來發電具有高效、環保等優勢,在丹麥、瑞典、芬蘭、荷蘭以及巴西和印度等國家已得到廣泛應用。近年來,隨著能源和環保壓力的增大,我國生物質能發電得到快速發展。
3 生物質能發電技術
生物質發電的主要形式有:生物質直接燃燒發電、生物質混合燃燒發電、生物質氣化發電、沼氣發電和垃圾發電。
生物質直接燃燒發電與燃煤火力發電在原理上沒有本質區別,主要區別體現在原料上,火力發電的原料是煤,而直接燃燒發電的原料主要是農林廢棄物和秸稈。直接燃燒發電是把生物質原料送入適合生物質燃燒的特定蒸汽鍋爐中,產生蒸汽,驅動蒸汽機轉動從而帶動發電機發電。直接燃燒發電對原料預處理技術、蒸汽鍋爐的多種原料適用性、蒸汽鍋爐的高效燃燒、蒸汽輪機的效率等方面都有較高要求。
生物質混合燃燒發電,顧名思義,即為生物質與煤混合作為燃料發電。混合燃燒的方式主要有兩種:一種是將生物質原料直接送入燃煤鍋爐,與煤共同燃燒;另一種是先將生物質原料在氣化爐中氣化生成可燃氣體,再通入燃煤鍋爐與煤共同燃燒,最后發電。可見,在混合燃燒方式中,對生物質原料的預處理過程顯得尤為重要。一般情況下,通過改造現有的燃煤電廠就可以實現混合燃燒發電,只需在廠內增加儲存和加工生物質燃料的設備和系統,同時對原有燃煤鍋爐燃燒系統進行適當改造就可以了。
生物質氣化發電是利用生物質氣化技術產生的氣體燃料,經凈化后直接進入燃氣機中燃燒發電或者直接進入燃料電池發電的過程,可以分為內燃機發電、燃氣輪機發電、燃氣―蒸汽聯合循環發電和燃料電池發電。生物質氣化發電是生物質能最有效、最潔凈的利用方式之一,它不僅能解決生物質難于燃用、分布分散等缺點,還能充分發揮燃氣發電設備緊湊和污染小的優點。
沼氣發電是一種新型的發電方式,也是沼氣能量利用的一種有效形式。在沼氣發電中,驅動發電機組發電的是沼氣而非蒸汽。
垃圾發電包括垃圾焚燒發電和垃圾氣化發電,簡而言之,垃圾發電就是將垃圾直接作為燃料或者將垃圾制成可燃氣體作為燃料來進行發電的方式。垃圾發電不僅能夠回收利用垃圾中的能量,達到節約資源的目的,同時還解決了垃圾的處理問題。
我國的生物質能資源及其發電的狀況
我國作為傳統的農業大國,生物質資源非常豐富。我國農作物秸稈年產量約為6.5億噸,2010年達到7.26億噸;薪柴和林業廢棄物資源中,可開發量每年達到6億噸以上。近年來,高產的能源作物如甘薯、甜高粱、巨藻、綠玉樹、木薯、芭蕉芋等,作為現代生物質能源已受到廣泛關注,越來越多的科研機構、科技企業也不斷參與到研究和發展生物質能資源的隊伍中來,為生物質能源產業提供了可靠的資源保障。
我國的生物質發電以直接燃燒和氣化發電為主要方式,原料主要采用農業、林業和工業廢棄物等。我國生物質發電起步較晚,但也有近30年的歷史,2006年我國生物質發電總裝機容量約為2000 MW,其中蔗渣發電約為1700 MW;從2006年12月,我國第一個生物質直燃發電項目―― 國能單縣生物發電廠正式投產開始,截止2008年8月,我國累計核準農林生物質發電項目130多個,總裝機容量約3000 MW,已有25個生物質直燃發電項目并網發電;2009年我國6 MW及以上火電設備中生物質發電共占到0.37%,預計到2020年將建成總裝機容量為20000 MW的生物質發電項目,這樣每年就可以節約7500萬噸煤,而且減少大量的污染排放,此外,秸稈銷售還可以給農民增加200~300億元的收入。
4 結語
從總體上看,我國生物質發電產業尚處于起步階段,商業化程度較低,效益也不高,市場競爭力較弱。但是,近年來,國家對生物質能的開發利用逐漸重視,已連續在4個“五年計劃”中將生物質能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目,并先后制定了《可再生能源法》《可再生能源中長期發展規劃》《可再生能源發展“十一五”規劃》《可再生能源產業發展指導目錄》和《生物產業發展“十一五”規劃》,提出了生物質能發展的目標和任務,明確了相關扶持政策。有了這些政策和技術支持,相信生物質能的未來必定會生機勃勃。
參考文獻
[1] 王長貴,崔容強,周篁.新能源發電技術[M].北京:中國電力出版社,2003.
【關鍵詞】污水處理站;除臭工藝;研究
一切可以刺激嗅覺器官從而引起人們不愉快及損壞生活環境的氣體物質均可成為惡臭氣體。惡臭氣體污染現已成為世界七大環境公害之一,因此各國都高度重視惡臭氣體的污染防治[1]。但是由于人們對臭氣的感覺無法量化,因此只能通過描述或判斷性的語言來說明,具有較低的嗅覺閾值[2]。臭氣的這些特征給惡臭污染控制提出了更高的要求。隨著人們對生活水平和居住環境要求的不斷提高,環境質量標準也在日趨嚴格,因此應加快惡臭處理技術的推廣與研發。
1 污水處理站惡臭的來源及危害
1.1 污水處理站惡臭的來源
污水處理站主要產生惡臭的構筑物有:進水口、沉淀池、沉砂池、隔油池、浮選池、生物反應池、污泥池、污泥脫水間等。
由于各污水污水處理站采用的工藝不一樣,產生的惡臭污染物濃度也有很大的差距。一般來說,生化處理過程產生的惡臭污染物濃度較高,物化處理過程產生的惡臭污染物濃度次之。
1.2 污水處理站惡臭的危害
(1)惡臭氣體會給人帶來不適、心情不愉快的感覺,而且會對人的呼吸系統、循環系統、消化系統、精神狀態等均產生危害。還會導致頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、食欲不振等癥狀發生,甚至還會對皮膚、黏膜、眼睛等造成刺激或傷害[3];
(2)對金屬材料、設備和管道有一定的腐蝕性;
(3)從影響當地的投資環境。
2 污水處理站惡臭氣體污染治理措施
2.1 生物除臭技術
生物除臭是近啄曖τ媒隙嗟某臭技術。生物法除臭原理:將收集到的惡臭氣體通入長滿微生物的填料中,填料上的微生物可以吸附、降解產生惡臭的物質,從而達到除臭的目的。與此同時,惡臭物質還可以作為除臭微生物的營養物質,供微生物生長繁殖。目前常用的生物除臭工藝有:生物過濾池、生物滴濾池、生物洗滌池。生物法除臭具有運行成本低、操作方便、去除率高、二次污染小等優點,其缺點是投資較高、設備體積也較為龐大。目前,生物法除臭主要用于大、中型污水處理站,是目前污水處理站常用的除臭技術。
2.2 吸附法除臭技術
吸附法是目前應用最廣泛的臭氣治理技術。吸附法的工作原理是將廢氣通入吸附劑中,吸附劑吸附廢氣中的惡臭物質從而達到除臭的目的。目前,在污水處理站應用最多的吸附劑活性炭。活性炭吸附法具有操作簡單、投資較低、去除率高、能耗低、工藝成熟等優點;但活性炭吸附法運行過程中必須定期更換活性炭,因此運行成本較高,廢棄的活性炭如處理不當易造成二次污染。活性炭除臭法也是目前污水處理站應用最多的除臭技術,廣泛用于中小型污水處理站。
2.3 吸收法除臭技術
吸收法除臭技術的原理是利用惡臭物質的物理、化學性質;當惡臭氣體通過吸收液時,吸收液對惡臭物質進行物理或化學吸收,從而達到除臭的目的。吸收法除臭技術裝置種類較多,目前常使用的有噴淋塔、填充塔、洗滌器等。吸收法除臭技術操作較為靈活,當惡臭濃度較高時,一級吸收效果不理想時,可以采用二級、三級或多級串聯形式,從而提高去除率。目前我國主要用于大中型水廠。
2.4 霧化吸附劑除臭技術
霧化吸附劑除臭技術是在吸收法除臭技術的基礎上發展起來的新型除臭技術。霧化吸附劑除臭技術是將吸附劑霧化作用于惡臭氣體,通過物理吸附及化學反應,將惡臭物質轉化為無臭物質。該方法具有去除率高、投資少、占地小、反應迅速等優點,但對吸附劑需做低溫防護,應用較為繁瑣,因此制約了該技術在污水處理站中的應用。
2.5 其他除臭工藝
(1)活性污泥法除臭技術。當污水處理站處理工藝中含有活性污泥工藝時,可以將惡臭氣體收集后直接通入活性污泥反應池中,利用池中的活性污泥來降解惡臭物質。該方法不需要再建除臭構筑物,節約成本,但除臭效率不高,適用于惡臭濃度不高的污水處理站。
(2)UV + TiO2催化氧化除臭技術。UV+TiO2催化氧化技術原理是在催化氧化設備內,產生的高能紫外線光束激活TiO2,從而產生臭氧、?OH(羥基自由基),臭氧、?OH(羥基自由基)可以氧化惡臭物質,使惡臭物質轉化為無臭味物質,從而達到除臭目的。該方法的優點是除臭效率高、反應迅速、無二次污染、運行成本低等,屬于新型除臭技術。目前在污水處理站中的工程實例不多。
(3)燃燒法除臭技術。燃燒法除臭技術的原理是利用惡臭物質的可燃性,將將惡臭物質與燃料氣充分混和,通過燃燒將惡臭物質轉化成無臭物質,從而達到除臭的目的。燃燒法除臭適用于高濃度的可燃性惡臭氣體的處理。燃燒法除臭的優點是惡臭物質可以被徹底氧化分解,去除效率高。但燃燒法除臭需要消耗燃料、運行成本較高、而且容易產生二次污染。