生物質(zhì)發(fā)電的缺點精選(九篇)

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第1篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

【關(guān)鍵詞】 生物質(zhì)發(fā)電廠 化學水處理系統(tǒng) 設(shè)計特點

生物質(zhì)發(fā)電就是通過燃燒小麥、玉米秸稈及樹皮等生物質(zhì)燃料進行發(fā)電的一種技術(shù)，是可再生能源發(fā)電的一種。生物質(zhì)發(fā)電開創(chuàng)新的能源利用方式，變廢為寶，變害為利，可降低有害物的排放。生物質(zhì)發(fā)電廠每燃燒100噸秸稈，可節(jié)約標準煤約40噸，減少二氧化碳排放量約55噸，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。生物質(zhì)發(fā)電廠在中國作為一種新生事物，隨著該項技術(shù)的國產(chǎn)化和政府扶持力度的加大，今后將會有非常廣闊的應(yīng)用前景?；瘜W水處理設(shè)計在生物質(zhì)發(fā)電廠設(shè)計中舉足輕重，本文以山東某生物質(zhì)發(fā)電廠為例，闡述其化學水處理系統(tǒng)設(shè)計特點。

1 工程概況

該工程新建1臺130t/h振動爐排、高溫高壓、生物質(zhì)燃料鍋爐，配1臺30MW凝汽式汽輪發(fā)電機組，不可慮擴建。主汽參數(shù)：8.83MPa， 535℃。機組年利用小時數(shù)為5500小時。

化學水處理系統(tǒng)水源取自該電廠附近河水，從水質(zhì)分析的結(jié)果來看，水質(zhì)較好，懸浮物、有機物、含鹽量等均不高。

2 化學水處理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 化學水處理系統(tǒng)工藝選擇

根據(jù)水源水質(zhì)和機組參數(shù)，化學水處理系統(tǒng)擬采用工藝為：來河水加熱器超濾超濾水箱一級反滲透一級淡水箱二級反滲透二級淡水箱EDI除鹽水箱主廠房用水點。

該處理工藝為全膜法處理，目前化學水處理常用的處理工藝有：離子交換法和膜法，相對于離子交換法，全膜法處理工藝具有如下特點：

（1）優(yōu)點

（a）水質(zhì)變化適應(yīng)性強；

（b）出水水質(zhì)好，對有機物、膠體、硅的去除率較高；

（c）無酸堿再生，無酸堿廢液排放，環(huán)境污染?。?/p>

（d）運行維護簡單，自動化程度高，要求運行人員少；

（e）設(shè)備布置緊湊，占地面積少。

（2）缺點

（a）系統(tǒng)水回收率較低；

（b）設(shè)備投資稍高；

（c）運行能耗較高。

經(jīng)比較，由于全膜法具有產(chǎn)水水質(zhì)好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，無酸堿廢水排放、環(huán)保，操作控制簡單，運行維護人員少，占地面積少等優(yōu)點，選擇全膜法作為化學水處理系統(tǒng)的處理工藝。

2.2 化學水處理系統(tǒng)出力選擇及運行

根據(jù)機組水汽損失量7.7t/h，化學水處理系統(tǒng)出力設(shè)計為8t/h。其中設(shè)備選用2套12t/h超濾裝置、2套9t/h一級反滲透裝置、2套8.9t/h二級反滲透裝置以及2套8t/hEDI裝置。正常運行時，各啟動一套設(shè)備即滿足用水量的要求，根據(jù)需要，也可兩套設(shè)備同時啟動。整套系統(tǒng)的運行為PLC全自動控制。

2.3 化學水處理系統(tǒng)出水質(zhì)量控制指標

化學水處理出水水質(zhì)滿足以下要求：硬度≈0μmol/L，電導率（25℃）≤0.2μs/cm，二氧化硅≤20μg/L。

3 化學水處理布置設(shè)計

本工程化學水處理室并未設(shè)置獨立的廠房，而是在主廠房外側(cè)建一毗屋與主廠房構(gòu)成聯(lián)合建筑。采用與主廠房聯(lián)合布置，具有以下優(yōu)點：（1）布置更集中、緊湊，減少了獨立建筑物數(shù)量；（2）便于集中管理；（3）減少占地面積；（4）縮短了化學水處理系統(tǒng)至用水點的連接管道；（5）節(jié)約投資。

該水處理系統(tǒng)設(shè)備布置分室內(nèi)布置和室外布置兩部分，其中室內(nèi)廠房為24m×9m的建筑，占地面積216m2。設(shè)備除了2臺除鹽水箱容積較大室外布置外，超濾裝置、一二級反滲透裝置、EDI裝置、超濾水箱、一二級淡水箱以及泵等為室內(nèi)布置。超濾、反滲透裝置均組合式框架結(jié)構(gòu)，其中一二級反滲透組合在一個框架內(nèi)，設(shè)備安裝和管道連接都非常簡便。根據(jù)生物質(zhì)發(fā)電廠水處理系統(tǒng)設(shè)備出力小的特點，超濾水箱和一二級淡水箱容積均不大，為室內(nèi)布置提供可行性。超濾水箱、淡水箱室內(nèi)布置使水處理系統(tǒng)的設(shè)備布置更緊湊，整體性更強，工藝連接管道更短，無論從減少占地面積還是從節(jié)約投資上均具有極大優(yōu)勢。

4 結(jié)語

在該化學水處理系統(tǒng)運行的一年中，出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水水質(zhì)情況為：硬度=0μmol/L，電導率（25℃）=0.08～0.15μs/cm，二氧化硅=5～12μg/L，滿足鍋爐用水水質(zhì)要求。設(shè)備采用全自動化運行，所需運行人員少，基本1～2人即可滿足運行要求。

由于全膜法處理具有環(huán)保，水質(zhì)適應(yīng)性強，出水水質(zhì)好，運行操作簡便，設(shè)備占地少等優(yōu)點，在工藝和布置上均可實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，在生物質(zhì)發(fā)電廠化學水處理設(shè)計中值得推廣和應(yīng)用。

參考文獻：

第2篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

【關(guān)鍵詞】新能源，發(fā)電，現(xiàn)狀，情景

引言

在我國，充足保障電力供應(yīng)對經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展必將起到?jīng)Q定性作用，在現(xiàn)有大電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)將是我國電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。新能源發(fā)電是指某些中小型發(fā)電裝置靠近用戶側(cè)安裝，它既可以獨立于公共電網(wǎng)直接為少量用戶提供電能，也能直接接入配網(wǎng)，與公共電網(wǎng)一起為用戶提供電能。它是以資源和環(huán)境效益最大化、能源利用效率最優(yōu)化來確定方式和容量的新型能源系統(tǒng)。

一、我國能源和發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀

我國作為工業(yè)大國和人口大國，對能源的消耗量非常大。近年來，消耗總量的增長速度也非常快：標準煤從2001年的14億噸增長到2005年的22億噸，原油進口從2001年7300萬噸增長到2008年的1.79 億噸。電力電能作為能源輸出的最大方向，其消耗總量從2001年的3．2億千瓦增長到了2008年的7．9億千瓦。如此巨大的電能消耗，必然會加劇能源的需求，對于我國的能源政策也更加不利。

目前，集中發(fā)電、遠距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)是我國電能生產(chǎn)、輸送和分配的主要方式。這種大電網(wǎng)的弊端主要有：不能靈活跟蹤負荷的變化，無法及時更改供電量，如冬季取暖負荷的激增就會導致電力供應(yīng)短時不足；另外，電力系統(tǒng)龐大，事故發(fā)生頻率高，在這種大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中局部事故極易擴散， 導致大面積的停電，而一旦發(fā)生電網(wǎng)崩潰，其所造成的破壞和影響將十分嚴重。

電能是國民生活和生產(chǎn)的根基，因此無論是從能源角度，還是電力系統(tǒng)自身方面來看，研究新能源發(fā)電技術(shù)對于我國的現(xiàn)代化建設(shè)和人民生活都具有相當大的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。

二、我國的新能源發(fā)電技術(shù)及其現(xiàn)狀

目前我國用于發(fā)電的新能源主要有風能、太陽能、生物能、核能、地熱能等，由于這些能源在我國應(yīng)用起步時間及其對技術(shù)的要求不同，其發(fā)展程度也各有深淺，下面坐著就其中幾種主要的性能源的應(yīng)用現(xiàn)狀進行具體分析。

2.1 風力發(fā)電的應(yīng)用及現(xiàn)狀

風力發(fā)電系統(tǒng)由槳葉、機械傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、電力電子裝置、升壓變壓器等組成，風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電過程是一個能量轉(zhuǎn)換過程，風的動能先被風機的槳葉捕獲轉(zhuǎn)換為機械能，再經(jīng)過機械傳動系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機，由發(fā)電機實現(xiàn)機械能到電能的轉(zhuǎn)換，直接接入電網(wǎng)或通過電力電子裝置接入電網(wǎng)。目前風機的輸出電壓多為690 伏，需要經(jīng)變壓器升壓到滿足電網(wǎng)要求的電壓，一般為35 kV 及以上。

自19世紀80年代以來，美國電力工業(yè)的奠基人查爾斯•弗朗西斯•布拉升安裝了世界上第一臺自動運行且用于發(fā)電的風機，到現(xiàn)在為止，風機技術(shù)發(fā)展越來越成熟，尤其是20 世紀90 年代以后，世界各國政府相繼出臺了風電發(fā)展的激勵政策等，促進了風電技術(shù)的快速發(fā)展。目前已經(jīng)出現(xiàn)了幾種成熟的主流技術(shù)， 包括失速型恒速風機，主動失速型恒速風機，雙饋變速風機，直驅(qū)變速風機，半直驅(qū)變速風機。

現(xiàn)代風機的單機容量不斷增大， 從幾百千瓦到兆瓦級。目前市場上的風機單機容量平均約為2000千瓦，風機單機容量最高已達6000千瓦。

1986年4月中國第一個風電場在山東榮成并網(wǎng)發(fā)電，1989 年起全國各地陸續(xù)引進風機建設(shè)風電場，裝機容量逐年增長，規(guī)模在1000千瓦以上的電場有新疆達坂城、內(nèi)蒙古輝騰錫勒、廣東南澳等地的風電場。2009年底我國風電并網(wǎng)總?cè)萘繛?613萬千瓦，同比增長92．26%，截至2010 年底，風電并網(wǎng)總量已超過2000萬千瓦，而我國風電開發(fā)潛力超過25億千瓦。

2.2 太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及現(xiàn)狀

太陽能是地球永恒的能源, 我國陸地面積每年接收的太陽輻射得熱量在 3.3×103~ 8.4×106kJ/ ( m2•a)之間，相當于2.4×104億t 標準煤的發(fā)熱量, 屬太陽能資源豐富的國家。全國總面積 2/ 3 以上的地區(qū)年日照時數(shù)大于2000h,日照得熱量在5×106kJ/ ( m2•a)以上。我國、青海、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古高原的年太陽輻射得熱量和日照時數(shù)均較高，屬太陽能資源豐富地區(qū)；除四川盆地、貴州等地太陽能資源稍差外，東部、南部及東北等地區(qū)均為太陽能資源較豐富和中等地區(qū)。

太陽能發(fā)電有2 種方式，即太陽能熱發(fā)電和太陽能光伏發(fā)。我國在“八五”“九五”“十五”期間，對太陽能熱發(fā)電技術(shù)進行了一些研究，但實際應(yīng)用尚未真正起步。美國和歐洲一些發(fā)達國家目前正處于太陽能熱發(fā)電商業(yè)化的前夕。據(jù)專家預測，2020年左右，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)將在發(fā)達國家實現(xiàn)商業(yè)化, 并逐步向發(fā)展中國家擴展。

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已日趨成熟，2004 年全球安裝的太陽能發(fā)電系統(tǒng)裝機容量已超過1000GW。中國第一座大功率的太陽能發(fā)電站建于內(nèi)蒙古巴林右旗古力古臺村，功率為560W，1982年10月11日正式投運。隨后又在建成2座10kW、一座20kW和一座25kW的光伏電池電站。中國目前裝機容量最大的太陽能發(fā)電工程是安多光伏電站，安多光伏電站于1999年3月建成,，裝機容量達100 kW.。該電站自投入運行以來，累計發(fā)電量達131280 kW•h，日平均發(fā)電量達240kW•h。

2.3 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及現(xiàn)狀

所謂的生物質(zhì)指的是農(nóng)林廢棄物、水生植物、油料作物、工業(yè)加工廢棄物和人畜糞便及城市污水和垃圾等。生物質(zhì)能發(fā)電是指利用生物質(zhì)本身的能量，將其轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動發(fā)電機的能量形式，用來發(fā)電，然后將所發(fā)電能直接提供給用戶或并入電網(wǎng)。

目前，美國在生物質(zhì)發(fā)電領(lǐng)域有許多成熟的技術(shù)和實際工程，處于世界領(lǐng)先地位，總裝機容量已達10 GW。底特律擁有世界上最大的垃圾發(fā)電廠，日處理垃圾量4000t，發(fā)電能力65 MW。在這方面，我國尚處于起步階段，首座國產(chǎn)化的垃圾焚燒發(fā)電廠日前已在溫州市甌海區(qū)并網(wǎng)發(fā)電，日處理生活垃圾320t，年發(fā)電量2500萬kW•h。

2.4 核能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及現(xiàn)狀

核能自從問世以來就被許多專家認為是當代可能大規(guī)模開發(fā)的新能源，尤其對于能源資源匱乏的國家和地區(qū)來說，核能已成為必不可少的替代能源，是解決生態(tài)環(huán)境問題和保障能源安全供應(yīng)的有效途徑。

我國擁有豐富的核能資源，天然鈾提煉及其加工能力已初具規(guī)模，能夠自行設(shè)計制造300MW壓水堆核電站的成套設(shè)備，正在建造600MW的核電站。我國目前已形成廣東、浙江、江蘇3個核電基地，自從1985年秦山一期核電站開工至今，我國現(xiàn)有機組11臺、裝機容量900萬kW。

2004 年國務(wù)院分別批準了廣東嶺澳二期、秦山二廠擴建和浙江三門、廣東陽江4個核電項目。預計到2020年，我國核電裝機容量將達到40GW，占全國發(fā)電總裝機容量比例由目前的1.7%上升到4%。

2.5 地熱發(fā)電的應(yīng)用及現(xiàn)狀

地熱發(fā)電是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然后帶動發(fā)電機發(fā)電，這一點和火力發(fā)電的原理是一樣的，不同的是，地熱發(fā)電不像火力發(fā)電那樣要有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它利用的是地熱能，需要有載熱體把地下的熱能帶到地面上來。目前能夠利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水， 因此地熱發(fā)電可分為蒸汽型地熱發(fā)電和熱水型地熱發(fā)電兩大類。

20世紀70年代初，我國各地涌現(xiàn)出大量的地熱電站，如廣東風順、山東招遠、遼寧熊岳、江西溫湯等地，建于1977年的羊八井地熱電站位于我國羊八井地熱田，地熱蒸汽溫度高達172℃，是我國目前已探明的最大高溫地熱田。

目前，全球范圍的地熱發(fā)電每年大約以9%的速度增長，以此速度推測，到2020年，全球年地熱發(fā)電量將達到3180億千瓦時。我國要發(fā)展地熱發(fā)電，還必須加大對地熱資源的勘查，加強對地源熱泵技術(shù)的研究。

三、新能源發(fā)電在中國的應(yīng)用前景

目前，新能源發(fā)電在中國剛剛起步不久，其特點適應(yīng)中國電力發(fā)展的需求與方向，在中國有著廣闊的發(fā)展前景，具體體現(xiàn)在：

（1）新能源發(fā)電是中國發(fā)展可再生能源的有效形式。國家“十二五”規(guī)劃將積極推動和鼓勵可再生能源的發(fā)展作為中國的重點發(fā)展戰(zhàn)略之一。一方面，充分利用可再生能源發(fā)電對于中國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保護環(huán)境、開發(fā)西部、解決農(nóng)村用能及邊遠地區(qū)用電、進行生態(tài)建設(shè)等均具有重要意義；另一方面，中國可再生能源的發(fā)展?jié)摿κ志薮?。然而，可再生能源容量小，功率不穩(wěn)定，獨立向負荷提供可靠供電的能力不強以及對電網(wǎng)造成波動，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定的缺點將是其發(fā)展中的極大障礙。若能將負荷點附近的分布式能源發(fā)電技術(shù)、儲能及電力電子控制技術(shù)等很好地結(jié)合起來構(gòu)成微電網(wǎng)，則可再生能源，充分發(fā)揮其重要潛力。例如，對于中國未通電的偏遠地區(qū)，充分利用當?shù)仫L能、太陽能等新能源，設(shè)計合理的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)微電網(wǎng)供電，將是發(fā)揮中國資源優(yōu)勢，加快電力建設(shè)的重要舉措。

（2）由新能源組成的微電網(wǎng)在提高中國電網(wǎng)的供電可靠性，改善電能質(zhì)量方面具有重要作用。中國的經(jīng)濟已進入數(shù)字化時代，優(yōu)質(zhì)、可靠的電力供應(yīng)是經(jīng)濟高速發(fā)展的重要保障。在大電網(wǎng)的脆弱性日益凸顯的情況下，將地理位置接近的重要負荷組成微電網(wǎng)，設(shè)計合適的電路結(jié)構(gòu)和控制，為這些負荷提供優(yōu)質(zhì)、可靠的電力，不僅可省去提高整體可靠性與電能質(zhì)量所帶來的不必要成本，還可以減少這些重要負荷的停電經(jīng)濟損失，吸引更多的高新技術(shù)在中國發(fā)展。

（3）微電網(wǎng)與大電網(wǎng)間靈活的并列運行方式可使微電網(wǎng)起到消峰填谷的作用，從而使整個電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備得以充分利用，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。此外，對于中國已有的眾多獨立系統(tǒng)，在系統(tǒng)中加入基于電力電子技術(shù)的新能源并配以智能、靈活的控制方式，一方面可提高系統(tǒng)的智能化與自動化，另一方面也可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

四、結(jié)束語

總之，科學技術(shù)的不斷發(fā)展促進了發(fā)電技術(shù)的進步，新能源在我國未來的應(yīng)用中前景必將十分廣闊，充分利用好各項電能資源有助于緩解國內(nèi)用電危機，這對于實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展也具有重要的實際作用。

參考文獻

[1] 趙異波.新能源發(fā)電技術(shù)的最新進展[J].電工技術(shù), 2004.

第3篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

【關(guān)鍵詞】沙特；發(fā)電；新能源；太陽能

1 沙特的地理條件及能源儲備

沙特位于亞洲西南部的阿拉伯半島，東瀕海灣，西臨紅海，海岸線長2437公里，以“石油王國”著稱，石油儲量和產(chǎn)量均居世界之首，石油和石化工業(yè)是其經(jīng)濟命脈。沙特已探明的石油儲量為2612億桶，占世界石油儲量的26%。沙特的天然氣儲量也極為豐富，沙特已探明的天然氣儲量為263萬億立方英尺，居世界前列。

沙特的國土中有一半是沙漠，境內(nèi)沒有長年流水的河流或湖泊，國民70%以上的用水依靠海水淡化，其每年生產(chǎn)的淡化水約占全球人工淡水的18%。其年平均降雨不超過200毫米，年日照時間在3400小時以上。

2 沙特發(fā)電行業(yè)的發(fā)展趨勢

2.1 天然氣發(fā)電將占據(jù)主導地位

沙特目前以燃油發(fā)電為主，但隨著環(huán)保問題的凸顯，且當前可再生能源發(fā)電的技術(shù)尚未成熟，我們認為未來一段時間內(nèi)天然氣發(fā)電將成為沙特發(fā)電行業(yè)的主流，而燃油發(fā)電將逐漸退出主導地位，其原因如下

2.1.1 發(fā)電成本低

根據(jù)沙特King Fahd University of Petroleum & Minerals 2004年的一份分析報告（此報告的數(shù)據(jù)采集時間為：2003.09月01日～2004年08月31日），從表1中我們可以看出天然氣發(fā)電的成本明顯低于燃油發(fā)電。

2.1.2 利于環(huán)保、使用安全

天然氣是最清潔的燃料。天然氣燃燒后生成二氧化碳和水，與重油比較，燃燒天然氣產(chǎn)生的有害物質(zhì)大幅度減少。另外天然氣還具有安全的特點，燃燒時不會產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體，不會危害人體健康，密度比空氣輕，即使泄露，也是往上空飄散，不易形成爆炸源。

2.1.3 機組功率高、熱耗率低

以聯(lián)合循環(huán)運行的燃氣輪機PG6581B型燃機（南京汽輪電機（集團）有限責任公司有此型號產(chǎn)品）為例：以天然氣為燃料，透平排氣溫度較高，有利于提高蒸汽參數(shù)和汽輪機的出力。以天然氣為燃料較以重油為燃料，功率提高4062kW，約提高10.7%；熱耗率下降307kJ/kW.hr，降低約2.65%；排氣溫度提高25℃。

2.1.4 零部件壽命延長、維護費用減少、維修間隔周期延長

燃料種類不同，不僅對同一種零部件的壽命有很大差別，而且維修期也大不相同，例如，英國JB公司根據(jù)已生產(chǎn)的燃氣輪機的運行經(jīng)驗認為，對火焰筒而言，燃用天然氣的壽命是燒重油的八倍、維修期是四倍?？梢娙剂戏N類不同，機組壽命差別很大。

從上述分析可以看出，天然氣發(fā)電較重油發(fā)電可以提高經(jīng)濟效益、降低能源消耗、減輕勞動強度、改善生態(tài)環(huán)境。因此在可再生能源發(fā)電技術(shù)尚未發(fā)展成熟之前，將由擁有成熟技術(shù)的天然氣發(fā)電占據(jù)沙特發(fā)電行業(yè)的主導地位。

2.2 可再生能源發(fā)電將是發(fā)展趨勢

環(huán)境污染、氣候變化和能源緊張是當前全球最突出的問題，推進能源革命，大力發(fā)展可再生能源，已成為世界可持續(xù)發(fā)展和培育新的經(jīng)濟增長點的最佳選擇?？稍偕茉窗ㄌ柲?、水能、生物質(zhì)能、氫能、風能、波浪能以及海洋表面與深層之間的熱循環(huán)等。根據(jù)沙特的地理條件，沙特最具有發(fā)展優(yōu)勢的可再生能源是風能和太陽能。

2.2.1 風能發(fā)電

據(jù)GWEC（全球風能委員會）數(shù)據(jù)顯示，2012年全球風電裝機容量達到4471萬千瓦，較2011年增加近415萬千瓦，增幅為10.23%。

風能發(fā)電的優(yōu)點在于：風能為潔凈的能量來源，且是可再生能源；風能設(shè)施日趨進步，大量生產(chǎn)降低成本，在適當?shù)攸c，風力發(fā)電成本已低于發(fā)電機；風能設(shè)施多為不立體化設(shè)施，可保護陸地和生態(tài)。

風能發(fā)電的缺點在于：風力發(fā)電在生態(tài)上的問題是可能干擾鳥類；在一些地區(qū)、風力發(fā)電的經(jīng)濟性不足。

風能發(fā)電對風速的要求：一般而言，若當?shù)?0m高度的年平均風速在3.5m/s以上，便可以進行可行性研究；但從經(jīng)濟合理的角度出發(fā)，風速大于4m/s才適宜于發(fā)電，且風力愈大，經(jīng)濟效益也愈大。

風能發(fā)電可以分為在岸風能發(fā)電和離岸風能發(fā)電。那么從沙特本土條件和全球風能發(fā)電的趨勢考慮，沙特應(yīng)采用何種風能發(fā)電的方式呢？

2.2.2 在岸風能發(fā)電

沙特政府1970～1982年對其20個城市地區(qū)進行了風力數(shù)據(jù)采集并對此進行了研究，并對風能發(fā)電成本作出了測算，發(fā)電成本包括：投資成本、運營成本、維護成本和資本成本。其中投資成本包括：風能轉(zhuǎn)換成本、附加設(shè)備成本、輸電網(wǎng)連接成本及計劃、行業(yè)準入成本；運營、維護成本包括：維修成本、保險成本、監(jiān)測成本和管理成本；資本成本包括利息及償還貸款的成本。

經(jīng)監(jiān)測，無論采用2500kW、1300kW還是600kW風機，Yanbo的發(fā)電成本最低，次之是Qaisumah。據(jù)相關(guān)資料顯示，Yanbo在地平面以上10m的年最大風速為25.65m/s，年平均風速為4.63m/s。另外，Yanbo位于沿海地區(qū)，達到發(fā)電要求的風速占全年的50%以上；而位于內(nèi)陸的Qaisumah，符合發(fā)電要求的風速占全年的45±5%。因此我們認為如果采用在岸風能發(fā)電，在Yanbo建立風場是最為適宜的。

2.2.3 離岸風能發(fā)電

在沙特相關(guān)的研究資料中，研究人員選擇了Abu Ali Island （位于北緯27°18′03″，東經(jīng)49°41′57″）和Jebel Abu Kharuf（位于北緯27°22′26″，東經(jīng)49°10′21″）進行對比，監(jiān)測時間自1993.05～1995.11。經(jīng)對比得出，Ali Island年平均風速為5.43m/s，Abu Kharuf的年平均風速為4.9m/s。由此可以看出，離岸年風速比在岸年風速高，更適合發(fā)電。

2.2.4 在岸風能發(fā)電與離岸風能發(fā)電對比

2011年有媒體報道，離岸風能發(fā)電比在岸風能發(fā)電的成本高出30%～50%，原因在于離岸發(fā)電設(shè)備費用、運輸費用和海上安裝費用。但是離岸風能發(fā)電的高能效可以抵償其成本的30%，且不會占用陸地、減少了對居民的噪聲污染、海上風力較為平穩(wěn)、風速較高，因此隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，其高成本問題將會被解決，離岸風能發(fā)電將逐漸被市場認可。

2.3 太陽能發(fā)電

太陽能發(fā)電分為太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電兩大類，因為太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)已較為成熟，且已投入商業(yè)運營中，其技術(shù)在商業(yè)運營中不斷完善、發(fā)展，故短期內(nèi)太陽能光伏發(fā)電仍是太陽能發(fā)電的主力軍。但從長期看，隨著太陽能光熱發(fā)電的技術(shù)不斷成熟，且在商業(yè)運營中不斷實踐，其建設(shè)成本將不斷降低，有機構(gòu)預測，預計未來10年內(nèi)，技術(shù)相對成熟的槽式系統(tǒng)的建設(shè)成本仍有望下降30%～40%，而其他技術(shù)類型的成本下降空間則更大。另外，沙特70%以上的用水依靠海水淡化，而太陽能光熱電站的蒸汽余熱可以進行海水淡化?？梢娞柲芄鉄岚l(fā)電帶給沙特的將是雙贏的結(jié)果，不僅可以發(fā)電還可以淡化海水。

2.3.1 太陽能光熱發(fā)電

太陽能光熱發(fā)電（CSP）分為拋物面槽式、集熱塔式、拋物面碟式及線性菲涅爾式，這四種類型的技術(shù)特點、性能及成本對比見表2。

拋物面槽式表所使用的技術(shù)以非常成熟，建設(shè)風險較小，但缺點是耗水量大，發(fā)電效率較低；集熱塔式工作溫度較高，可達800～1000℃，使其年度發(fā)電效率可以達到17%～20%；由于管路循環(huán)系統(tǒng)較槽式系統(tǒng)簡單的多，提高效率和降低成本的潛力都比較大；采用濕冷卻的用水量略少于槽式系統(tǒng)，但定日鏡的跟蹤系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和控制上比槽式系統(tǒng)復雜；線性菲涅爾式結(jié)構(gòu)簡單、能夠直接使用導熱介質(zhì)產(chǎn)生蒸汽，故其建設(shè)和維護成本相對較低，但聚光器效率低，致使年發(fā)電效率僅能達到10%左右；拋物面式蝶式發(fā)電效率比其他三種方式高，可實現(xiàn)靈活部署的模塊化，既適合以數(shù)百千瓦的規(guī)模進行分布是部署，又可以構(gòu)建數(shù)百兆瓦的大型電站，發(fā)電過程中不需要用水進行冷卻或?qū)幔瑑H需要少量水用于設(shè)備清潔，但較難配置儲能系統(tǒng)，在使用該技術(shù)建設(shè)大規(guī)模電站時，所輸出電力的可調(diào)度性將會較低。

從圖1中我們可以看出，拋物面槽式因技術(shù)成熟度高，在運行和建設(shè)的CSP電站中的權(quán)重分別接近94%和95%，而技術(shù)成熟也意味著其進一步提升效率的空間已十分有限，只能通過更大規(guī)模的生產(chǎn)降低一些成本。相對于拋物面槽式的“線聚光”，采用“點聚光”的集熱塔式和拋物面蝶式能夠具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率，且其技術(shù)也逐漸獲得認可，采用這兩項技術(shù)的多座商用電站（或大型實驗電站）已于近幾年建成。另外，從下圖1中我們可以獲知，在已完成規(guī)劃的項目中，集熱塔式和拋物面蝶式的權(quán)重迅速攀升至30%和18%，其價格競爭里也正逐漸接近拋物面槽式系統(tǒng)的水平。隨著集熱塔式和拋物面蝶式系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模的擴大，加之他們的系統(tǒng)效率仍有相當?shù)奶嵘臻g，此兩類CSP電站的建設(shè)和發(fā)電成本下降的速度將明顯快于拋物面槽式系統(tǒng)，最終呈現(xiàn)出明顯的價格競爭力應(yīng)當只是時間問題。

綜上，太陽能光熱發(fā)電中集熱塔式和拋物面蝶式系統(tǒng)的市場占有量將逐漸增加，而集熱塔式將成為太陽能光熱發(fā)電行業(yè)的主力軍。

3 結(jié)論

目前沙特發(fā)電行業(yè)以火力發(fā)電為主，而火力發(fā)電中以燃油發(fā)電為主，天然氣發(fā)電次之。眾所周知，當今火力發(fā)電技術(shù)已相當成熟，因此短時期內(nèi)，沙特發(fā)電行業(yè)仍以火力發(fā)電為主，但是火力發(fā)電中的天然氣發(fā)電的市場份額將逐漸超過燃油發(fā)電的市場份額，其原因正如本文2.1中所述，即天然氣發(fā)電較重油發(fā)電可以提高經(jīng)濟效益、降低能源消耗、減輕勞動強度、改善生態(tài)環(huán)境。

隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)的不斷完善，并結(jié)合沙特的地理條件及沙特政府的愿景，從長期看，風能和太陽能發(fā)電也將成為沙特發(fā)電行業(yè)的重要力量。

盡管目前已收集的資料中沒有跡象表明沙特已擁有風能發(fā)電，但是沙特政府很早就對本國適合風能發(fā)電的地點進行了風力測試，測試結(jié)果表明若以風力衡量Yanbo是最適合建設(shè)在岸風場的地點。同時，沙特的研究人員還監(jiān)測了離岸風力和在岸風力，證明離岸風力較在岸風力更適合發(fā)電。遺憾的是因沙特沒有風能發(fā)電，故本文2.2.1中沒有對在岸風能發(fā)電和離岸風能發(fā)電在沙特當?shù)氐陌l(fā)電成本進行比較。目前在世界上離岸發(fā)電的成本高于在岸發(fā)電的成本，而離岸發(fā)電成本的降低僅是時間問題。

太陽能發(fā)電已進軍沙特的發(fā)電行業(yè)，雖然目前以太陽能光伏發(fā)電為主，但隨著太陽能光熱發(fā)電尤其是集熱塔式技術(shù)的發(fā)展和完善，集熱塔式發(fā)電也將成為沙特發(fā)電行業(yè)不可或缺的力量。

第4篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

隨著全球石油、煤炭的大量開采，能源日益枯竭庫，存量不斷減少，能源短缺和隨之而來的環(huán)境污染日漸引起人們的關(guān)注，并已成為制約我國經(jīng)濟社會又快又好發(fā)展的瓶頸。改善能源結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)代科技開發(fā)生物質(zhì)能源來緩解能源動力，減少污染物排放等問題刻不容緩。我國政府及有關(guān)部門對生物質(zhì)能源利用也極為重視，已將“大力發(fā)展生物質(zhì)能”列入國家“十二五”規(guī)劃。

2、我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景

現(xiàn)階段我國的生物質(zhì)能應(yīng)用主要集中在沼氣利用，生物質(zhì)直燃發(fā)電，工業(yè)替代燃料和交通運輸燃料這四方面。

2.1　沼氣利用

近年來沼氣利用在中國發(fā)展迅速，在中央投資的帶動下，各地也加大投入，形成了戶用沼氣、小型沼氣、大中型沼氣共同發(fā)展的新格局。沼氣開發(fā)利用現(xiàn)在不僅能解決農(nóng)民的燒柴問題，更重要的是我國的沼氣發(fā)展正從分散式農(nóng)戶經(jīng)營向產(chǎn)業(yè)化方向轉(zhuǎn)變。2008年山東民和牧業(yè)建成了一個利用雞糞為原料的3MW熱電聯(lián)產(chǎn)沼氣工程；2009年安陽貞元集團通過與丹麥技術(shù)資金伙伴合作，以養(yǎng)殖場，公共污糞和秸稈為原料在安陽建立了一個年產(chǎn)400萬m3的車用氣的沼氣項目。從目前情況看，通過生物發(fā)酵產(chǎn)沼氣的技術(shù)相當成熟，但是現(xiàn)階段還存在沼氣工程總體規(guī)模較小效益不高，產(chǎn)氣不是很穩(wěn)定，特別是在北方冬季產(chǎn)氣明顯不足，和沼氣副產(chǎn)品市場需求不足等因素約束。

2.2　生物質(zhì)直燃發(fā)電

生物質(zhì)直燃發(fā)電是最早采用的一種生物質(zhì)開發(fā)利用方式，也是消耗量最大、最直接、最容易規(guī)?；凸I(yè)化的能源利用方式。早在2004年，山東單縣、河北晉州和江蘇如東這三個地方就開始了生物質(zhì)直燃發(fā)電的試點示范，而2006年《可再生能源法》的施行更極大促進了生物質(zhì)直燃發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，年投資額增長率都在30％以上，到2010年我國生物質(zhì)直燃發(fā)電量已達到550萬千瓦。其中，我國生物質(zhì)最大的企業(yè)國能生物發(fā)電集團有限公司在2010年投入運營和在建生物質(zhì)發(fā)電項目近40個，總裝機容量100萬千瓦。到2013年，該公司規(guī)劃生物質(zhì)發(fā)電裝機數(shù)量達到100臺，裝機容量達到300萬千瓦。屆時每年可為社會提供綠色清潔電力210億千瓦時，年消耗農(nóng)林剩余物可達3000萬噸，每年可為農(nóng)民增收約80億元，每年可減排二氧化碳1500萬噸以上。

生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)比較成熟，而且它是增加農(nóng)民收入、促進農(nóng)民增收的直接載體，是實現(xiàn)工業(yè)反哺農(nóng)業(yè)、加快農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重要途徑。需要注意的是生物質(zhì)直燃發(fā)電還存在項目投資和運營成本較高，原料供應(yīng)季節(jié)性強，需要政府補貼，受國家政策影響風險大等問題。

2.3　工業(yè)替代燃料

生物質(zhì)作為工業(yè)替代燃料主要包括生物質(zhì)成型燃料、生物質(zhì)可燃氣和生物質(zhì)裂解油。

生物質(zhì)成型燃料一般以木塊、木粉、木屑和秸稈等農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物為原料，用作工業(yè)鍋爐的燃料。生物質(zhì)成型燃料的技術(shù)研究開發(fā)始于20世紀80年代，早期主要集中在螺旋擠壓成型機上，但存在成型筒及螺旋軸磨損嚴重，壽命較短，電耗大等缺點，導致綜合成本較高，發(fā)展停滯不前。進入2000年以來，生物質(zhì)成型技術(shù)得到明顯的進展，成型設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用已初步形成了一定規(guī)模。國家發(fā)改委規(guī)劃到2010年，生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)量可達100萬t。生物質(zhì)成型燃料多用在一些中小型的工業(yè)蒸汽鍋爐、有機熱載體鍋爐和商業(yè)蒸汽鍋爐方面。其中，珠海紅塔仁恒紙業(yè)有限公司的“生物質(zhì)固體成型燃料替代重油節(jié)能減排項目”項目是目前全國最大的生物質(zhì)成型燃料節(jié)能減排項目，該項目2011年投入運行，以兩臺40t／h生物質(zhì)成型燃料專用低壓蒸汽鍋爐，代替現(xiàn)有的六臺燃油鍋爐。

生物質(zhì)可燃氣較早使用在氣化發(fā)電方面，一般是生物質(zhì)氣化凈化后的燃氣送給燃氣輪機燃燒發(fā)電或者將凈化后的燃氣送入內(nèi)燃機直接發(fā)電。生物質(zhì)氣化發(fā)電廠的規(guī)模一般為幾十千瓦到十幾兆瓦，與生物質(zhì)直燃發(fā)電相比，它的規(guī)模較小，但它發(fā)電效率較高，投資成本較少，對原料的來源限制也較少。除了氣化發(fā)電，生物質(zhì)可燃氣也越來越多地應(yīng)用在工業(yè)替代燃料方面。深圳華美鋼鐵廠就是國內(nèi)首家使用生物質(zhì)能源的鋼鐵企業(yè)，它將原燃燒重油的兩段式連續(xù)推鋼加熱爐改燒生物燃氣，該項目在2009年初立項，并2010年5月正式投產(chǎn)至今運行正常，這是目前世界范圍內(nèi)建成運行的最大的工業(yè)生物燃氣項目。

生物質(zhì)裂解油是指將秸稈、木屑、甘蔗渣等農(nóng)業(yè)廢棄物通過高溫快速加熱分解為揮發(fā)性氣體，再經(jīng)冷卻后提煉出的一種液體。生物質(zhì)裂解油的熱值一般為16～18MJ／kg，產(chǎn)油率可達70％，它可直接用作鍋爐和窯爐的燃料，也可進一步加工轉(zhuǎn)換成化工產(chǎn)品。我國在生物質(zhì)裂解油這方面的研究起步較晚，但近年來發(fā)展較快。浙江大學，中國科技大學，山東理工大學等高校在生物質(zhì)熱解液化裝置優(yōu)化和油品的應(yīng)用、分析和提純方面都做了大量的研究工作，也取得了不錯的成績。在生物質(zhì)裂解油的工業(yè)化應(yīng)用過程中，2007年廣州迪森公司在廣州蘿崗開發(fā)區(qū)成功建設(shè)了一套年產(chǎn)3000噸的生物油工業(yè)實驗裝置并一直連續(xù)運行。易能生物公司則使生物油邁入了工業(yè)應(yīng)用的新階段，從2007年在安徽合肥建立起第一套年產(chǎn)萬噸的生物油裝置以來，其2009年在山東濱洲和2011年在陜西銅川宜君科技工業(yè)園分別投產(chǎn)了第兩套和第三套的年產(chǎn)萬噸的生物油裝置，這也標志著生物質(zhì)裂解油的產(chǎn)業(yè)化進入了實質(zhì)性階段。生物質(zhì)裂解油與生物柴油、燃料乙醇相比生產(chǎn)成本較低，但是它熱值較低，又具有一定的酸性，需要對燃燒設(shè)備進行少量改造。生物質(zhì)裂解油除能直接用于中低端燃料市場外，還可以進一步通過精煉工藝生產(chǎn)多種化學品，開發(fā)利用的市場潛力巨大，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

2.4　交通運輸燃料

生物能源作為交通運輸燃料主要包括生物燃料乙醇和生物柴油。上世紀末，利用糧食相對過剩的條件，我國開始發(fā)展生物燃料乙醇。從目前的情況看，玉米、小麥等糧食類作物和甘蔗、木薯等經(jīng)濟類作物加工燃料乙醇的技術(shù)比較成熟，但基于對國家糧食安全的擔心，和發(fā)展經(jīng)濟類作物會發(fā)生品種單一，種性退化較嚴重等問題，國家一直有意保持國內(nèi)燃料乙醇的產(chǎn)量在一定的限制水平。

玉米和木薯加工燃料乙醇目前已處在比較尷尬的境地情況下，我國的企業(yè)和科研院校正加大力度地投入研發(fā)纖維素等新的燃料乙醇的生產(chǎn)。據(jù)了解，中國擁有發(fā)展纖維素乙醇的原料優(yōu)勢。纖維素廣泛分布于農(nóng)作物秸稈、皮殼當中，資源豐富且價格低廉。2008年吉林燃料乙醇有限公司和2009年安徽豐原生化公司都以玉米秸稈為原料分別建立了一套年產(chǎn)3000t和一套年產(chǎn)5000t燃料乙醇工業(yè)化示范裝置。中糧集團與中石化、丹麥諾維信公司聯(lián)手建造的中國規(guī)模最大的年產(chǎn)萬噸的纖維素TU將于2011年正式投建。纖維素乙醇的生產(chǎn)代表了中國未來燃料乙醇的主流方向，目前需要做的是加快研發(fā)力度，突破技術(shù)瓶徑，降低生產(chǎn)成本，加快商業(yè)化生產(chǎn)的速度。

生物柴油主要應(yīng)用于運輸業(yè)和海運業(yè)，是一種重要的交通運輸燃料。生物柴油在國內(nèi)的發(fā)展狀況與燃料乙醇相似，用油類植物生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)比較成熟，但是它受原料的制約嚴重。要發(fā)展大力生物柴油產(chǎn)業(yè)，必須要有穩(wěn)定的原料來源。據(jù)了解，歐美國家主要以菜籽油、大豆油為原料生產(chǎn)生物柴油，但我國人多地少的國情決定了我國生物柴油產(chǎn)業(yè)不宜以食用油為原料，只能大力發(fā)展丘陵鹽堿等非糧用地發(fā)展麻風樹、黃連木等喬灌木油料作物。2010年底中海油在海南中海油東方化工城內(nèi)的6萬t生物柴油項目正式投產(chǎn)運行，其采用的是高壓酯交換(SRCA)生物柴油生產(chǎn)工藝的裝置，產(chǎn)品已在海南島內(nèi)的柴油零售批發(fā)網(wǎng)點推廣使用，這是我國首個麻風樹生物柴油產(chǎn)業(yè)化的示范項目。

近年來，利用微藻制備生物柴油受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，因為微藻繁衍能力高，生長周期短，可大量培養(yǎng)而不占用耕地，能有效解決原料來源不穩(wěn)定的問題。美國在2007年推出“微型曼哈頓計劃”，其宗旨就是向藻類要能源，目標是到2010年每天產(chǎn)出百萬桶生物燃油，實現(xiàn)藻類產(chǎn)油的工業(yè)化。2008年10月英國碳基金公司也啟動了目前世界上最大的藻類生物燃料項目，投入的2600~-英鎊將用于發(fā)展相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，該項目預計到2020年實現(xiàn)商業(yè)化。我國的科研人員也在政府和企業(yè)的大力支持下加緊研發(fā)這項新技術(shù)，希望能早日實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。雖然現(xiàn)在較高的生產(chǎn)成本制約著微藻生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但通過今后技術(shù)的不斷改進，相信微藻生物柴油產(chǎn)業(yè)的前景是十分廣闊的。

第5篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

【關(guān)鍵詞】太陽能；熱水器；凸透鏡；聚光；光伏效應(yīng)

1.太陽能的概念

太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量，是一種可再生能源。廣義上講，它還是地球上很多能源的來源，如風能、潮汐能、水的勢能等等。

2.太陽能的特點

太陽能很普遍可直接開發(fā)利用，無需開采和運輸；而且太陽能不會污染環(huán)境，是難得的清潔能源；每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸標煤，其總量屬世界上可以開發(fā)的最大能源；相對于其他能源，太陽能的儲存量可以說是用之不竭的。太陽能除了有這些優(yōu)點外，還有一些缺點，表現(xiàn)在能量密度低，不同地方不同時間分布不均勻，其利用效率低，這些都限制了太陽能的開發(fā)利用。

3.太陽能的使用歷史

20世紀太陽能利用得到的更廣泛的研究：

第一階段（20世紀頭20年），世界上太陽能研究的重點仍是太陽能動力裝置，典型裝置有1901年，在美國加州建成一臺太陽能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率：7.36kW。

1902至1908年，在美國建造了五套雙循環(huán)太陽能發(fā)動機，采用平板集熱器和低沸點工質(zhì)。

1913年，在埃及開羅以南建成一臺由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵，每個長62.5m，寬4m，總采光面積達1250m2。

第二階段，接下來的20多年，由于歷史原因及其石油的大量開發(fā)利用，太陽能研究工作逐漸受到冷落。

第三階段，1945年以后的20年，太陽能研究又迎來了。1954年，美國貝爾實驗室研制成實用型硅太陽電池，為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；1952年，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐；1961年，一臺帶有石英窗的斯特林發(fā)動機問世。在這一階段里，加強了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術(shù)上的重大突破，平板集熱器有了很大的發(fā)展，技術(shù)上逐漸成熟。

第四階段，1965-1973年這一階段，太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競爭，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。

第五階段，1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭，石油危機使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達國家，重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開發(fā)利用太陽能熱潮。1973年，美國制定了政府級陽光發(fā)電計劃，促進太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。1974年日本公布了政府制定的“陽光計劃”， 1975年，在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗交流大會”，進一步推動了中國太陽能事業(yè)的發(fā)展。

第六階段，70年代興起的開發(fā)利用太陽能熱潮，進入80年代后不久開始落潮，逐漸進入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經(jīng)費，其中美國最為突出。導致這種現(xiàn)象的主要原因是：世界石油價格大幅度回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能技術(shù)沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標沒有實現(xiàn)，以致動搖了一些人開發(fā)利用太陽能的信心；核電發(fā)展較快，對太陽能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。

第七階段，由于大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，1992年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，把環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式。這次會議之后，世界各國加強了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護結(jié)合在一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強。

1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》，會上討論了《世界太陽能10年行動計劃》（1996～2005年），《國際太陽能公約》，《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件。這次會議進一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能的堅定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。

4.太陽能的使用現(xiàn)狀

每天我們都在直接或間接地使用太陽能，太陽能的利用方式有光—電、光—熱、光—化學、光—生物四種，其中光—熱使用最為廣泛。下面分別介紹。

4.1光—熱利用方式

自古以來，人類就懂得用陽光曬干衣物、用來保存食物如制鹽和曬咸肉等。這些是比較傳統(tǒng)的利用方式，這種方法顯然是比較被動的。長期以來人類對太陽能的利用都局限于此。隨著社會的發(fā)展，人類對能源的需求越來越多，化石燃料等不可再生能源存儲量急劇下降，各國都在研究太陽能的進一步利用，將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用，這種光熱利用方式逐漸改變?nèi)藗兊纳?，使用最多的太陽能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等三種。光—熱利用方式技術(shù)最成熟，產(chǎn)品也比較多，如太陽能熱水器、開水器、干燥器、太陽灶、太陽能海水淡化裝置以及太陽能采暖和制冷器等。光—熱利用方式的用途還有太陽能發(fā)電，利用光—熱—電轉(zhuǎn)換，一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動氣輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。前一過程為光—熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱—電轉(zhuǎn)換。

4.2光—電利用方式

太陽能發(fā)電的另一種方式是光—電轉(zhuǎn)換，其基本原理是利用半導體器件的光伏效應(yīng)原理光生伏效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，所謂光伏效應(yīng)指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會形成電流的回路。完成光電轉(zhuǎn)換的太陽能電池是陽光發(fā)電的關(guān)鍵，目前的主要的太陽能電池是硅太陽能電池。

4.3光—化學利用方式

光化利用：這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學轉(zhuǎn)換方式。

4.4光—生物利用方式

光生物利用：通過植物的光合作用來實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。

5.太陽能的新的使用方法

我們知道，通過凸透鏡聚光可以使火柴燒著，這里介紹的太陽能的新的使用方法就是用凸透鏡聚光來燒水，或提供動力，在一個大大的凸透鏡下放置一些導熱的鐵皮，鐵皮浸泡在一個小水箱中使水升溫，這種方法主要問題是效率，就是燒水時間和能達到的溫度，有實驗表明，陽光充足的情況下，焦點溫度可達700度，燒開2升水半小時都不到，同時也有人獲得了這種發(fā)明的國家專利（公告（公布）號：CN 102121460 A卷期號：7-28公告（公布）日：2011-07-13）。

第6篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

【關(guān)鍵詞】餐廚垃圾；無害化處理

1.項目建設(shè)背景及必要性

1.1項目建設(shè)背景

2012年4月19日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的通知》（[2012]23號），明確了“到2015年，直轄市、省會城市生活垃圾全部實現(xiàn)無害化處理，城市生活垃圾無害化處理率達到90%以上，全國城鎮(zhèn)新增生活垃圾無害化處理設(shè)施能力58萬噸/日”的主要目標，并進一步提出了“在已啟動餐廚垃圾處理工作的基礎(chǔ)上，繼續(xù)推動餐廚垃圾單獨收集和運輸，以適度規(guī)模、相對集中為原則，建設(shè)餐廚垃圾資源化利用和無害化處理設(shè)施”的建設(shè)任務(wù)。

1.2項目建設(shè)必要性

在相當長的一段時期內(nèi)，國內(nèi)餐廚垃圾主要作為城市近郊養(yǎng)豬的飼料。由于其來源復雜，極有可能引起疾病的傳播，現(xiàn)已被政府明令禁止。城市垃圾處理處置方法通常有焚燒和填埋，如果將城市生活垃圾進行焚燒，由于餐廚垃圾的水份含量常常高達90%左右，發(fā)熱量為2100～3100kJ/kg，和其它垃圾一起焚燒，不但不能滿足垃圾焚燒發(fā)電的發(fā)熱量要求（即5000kJ/kg以上），反而會導致燃燒爐燃燒不充分而產(chǎn)生二英；如果將生活垃圾進行填埋，同樣因為混入的餐廚垃圾水分含量高而不宜處理。因此餐廚垃圾有必要進行單獨無害化處理。

2.處理工藝確定

2.1XX市餐廚垃圾物理、化學性質(zhì)分別見表。

以上數(shù)據(jù)分析表明，XX市餐廚垃圾具有以下特性：

a）含水率高，混合測試樣含水率高達87.07%。

b）易腐性，富含有機物，混合測試樣有機干物質(zhì)高達92.8%。

c）油脂及鹽分含量高。

2.2餐廚垃圾處理工藝選擇

目前，餐廚垃圾處理工藝主要有填埋、焚燒、厭氧消化、好氧堆肥等，各處理方式的優(yōu)缺點對比分析見表3。

根據(jù)表中各種餐廚垃圾處理方式優(yōu)缺點的比較，結(jié)合XX市餐廚垃圾的特性，對XX市餐廚垃圾處理方式的選擇做出如下分析：

（1）高含水率的餐廚垃圾，往往成為填埋場垃圾滲濾液的主要來源；餐廚垃圾黏度大，分散性差，也不利于在填埋場攤鋪和壓實；此外餐廚垃圾有機物含量較高，填埋方式未對其進行有效的資源化利用，因此餐廚垃圾不適宜采取填埋工藝。

（2）高含水率的餐廚垃圾不宜采用焚燒工藝，因為含水率高會增加焚燒燃料的消耗；餐廚垃圾中含有的大量脂類物質(zhì)在重金屬催化條件下生成二英，若處理不當易對環(huán)境造成嚴重的二次污染。

（3）堆肥適合于處理易腐有機質(zhì)含量較高的垃圾，高含水率的餐廚垃圾在堆肥的過程中易將整個堆垛全部空間填死，空氣無法進入內(nèi)部，致使微生物處于厭氧狀態(tài)，使降解速度減慢并產(chǎn)生硫化氫等臭氣。

（4）結(jié)合我國國情及XX市具體情況，相對其它餐廚垃圾處理方式，厭氧消化方式具有突出的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

① 厭氧消化后產(chǎn)生的沼氣是清潔燃料。

② 固體物質(zhì)被消化以后，可以得到高質(zhì)量的有機肥料或土壤改良劑。

③ 在有機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成甲烷的過程中實現(xiàn)了垃圾的減量化。

④ 厭氧消化產(chǎn)生的沼氣可以利用進行發(fā)電，減少了溫室氣體的排放量。

⑤可實現(xiàn)分離油脂資源化，厭氧微生物耐鹽毒性較強，且節(jié)省能耗。

以上分析表明：應(yīng)用厭氧消化技術(shù)處理餐廚垃圾在生態(tài)環(huán)境方面具有突出的優(yōu)勢，從能量需求、排放產(chǎn)物和運行過程對周圍環(huán)境衛(wèi)生影響的角度看，厭氧消化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境、社會和經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對環(huán)境和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義。

基于上述技術(shù)分析，推薦XX市餐廚垃圾無害化處理處置工程采用厭氧消化處理技術(shù)。

2.3厭氧消化工藝的選擇

按照厭氧發(fā)酵反應(yīng)罐的操作條件，餐廚垃圾厭氧消化處理技術(shù)可分為以下幾類：

（1）按照固體含量可分為：濕式、干式。

（2）按照溫度可分為：中溫、高溫。

濕式厭氧消化和干式厭氧消化的對比分析見表4。

根據(jù)以上濕式和干式厭氧消化的對比分析，結(jié)合XX市餐廚垃圾含水率較高的特點，本項目適宜采用濕式消化工藝。

中溫厭氧消化和高溫厭氧消化的對比分析見表5。

第7篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

循環(huán)制氫和利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制氫等， 不僅對各項技術(shù)的基本原理做了介紹， 也對相應(yīng)

的環(huán)境， 經(jīng)濟和安全問題做了探討. 對可再生氫能系統(tǒng)在香港的應(yīng)用前景做了展望.

關(guān)鍵詞: 可再生能源， 氫能， 電解水， 光伏電池， 太陽能熱化學循環(huán)， 生物質(zhì)

引言

技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展以及人口的增長， 使得人們對能源的需求越來越大. 目前以石

油， 煤為代表的化石燃料仍然是能源的主要來源. 一方面， 化石燃料的使用帶來了嚴

重的環(huán)境污染， 大量的CO2， SO2， NOx氣體以及其他污染物， 導致了溫室效應(yīng)的產(chǎn)生和

酸雨的形成. 另一方面， 由于化石燃料的不可再生性和有限的儲量， 日益增長的能源

需求帶來了嚴重的能源危機. 據(jù)估計， 按照目前的消耗量， 石油僅僅能維持不到50年，

而煤也只能維持200年. Kazim 和 Veziroglu (2001)[1]指出， 做為主要石油輸出國的阿拉

伯聯(lián)合酋長國， 將在2015年無法滿足石油的需求. Abdallah 等人(1999)[2]則宣布， 埃

及的化石燃料資源， 在未來的20年內(nèi)就會耗盡! 而作為能源需求大國的中國， 目前已

經(jīng)有超過31%的石油需要進口， 而到2010年， 這一數(shù)字將會增長到45-55%[3]!

基于以上所述環(huán)境污染和能源短缺的雙重危機， 發(fā)展清潔的， 可再生的新能源的

要求越來越迫切. 太陽能， 風能， 生物質(zhì)， 地熱能， 潮汐能， 具有豐富， 清潔， 可再

生的優(yōu)點， 今年來受到了國際社會的廣泛關(guān)注. 尤其以太陽能， 風能以及生物質(zhì)能，

更被視為未來能源的主力軍. 根據(jù)簡單估算， 太陽能的利用率為20%時， 利用陸地面積

的0.1% 就足以提供滿足當前全球的能量需求[4]. 而中國僅僅依靠風力發(fā)電， 就足以

使目前的發(fā)電量翻一番[5].然而， 這些可再生資源具有間歇性， 地域特性， 并且不易

儲存和運輸?shù)奶攸c. 氫， 以其清潔無污染， 高效， 可儲存和運輸?shù)葍?yōu)點， 被視為最理

想的能源載體. 目前各國都投入了大量的研究經(jīng)費用于發(fā)展氫能源系統(tǒng). 在中國， 清

華大學已經(jīng)進行了在2008年奧運會使用以氫為燃料的汽車的可行性分析，綠色奧運將成

為2008年北京的一道靚麗的風景線 [6]. 在香港政府和香港中華電力(CLP)的支持和資

助下， 可再生氫能源系統(tǒng)在香港的可行性研究也已經(jīng)在香港大學機械工程系展開. 本

文屬于CLP資助的項目的部分內(nèi)容， 主要歸納總結(jié)了利用可再生資源制氫技術(shù)的基本原

理， 分析了各項技術(shù)的經(jīng)濟性， 對環(huán)境的影響以及安全性等關(guān)鍵問題. 通過對比分析

并結(jié)合香港的實際情況， 對于香港發(fā)展可再生氫能源系統(tǒng)進行了展望.

基于經(jīng)濟因素的考慮， 目前的氫主要是通過化石燃料的重整來制取， 比如天然氣汽

化重整(Natural Gas Steam Reforming)， 只有大約5%的氫是通過可再生資源的轉(zhuǎn)換制取.

利用太陽能電池和風力發(fā)電驅(qū)動的電解水反應(yīng)， 利用太陽能的熱化學反應(yīng)和利用生物質(zhì)

制氫是最主要的從可再生能源中制取氫的技術(shù). 其他可再生氫的制取技術(shù)， 比如生物制

氫， 光電化學技術(shù)， 光催化技術(shù)和光化學技術(shù)， 雖然具備很大發(fā)展前景， 但由于還處于

很早期的發(fā)展階段， 其技術(shù)發(fā)展， 經(jīng)濟性等都還不明朗， 本文不做詳細討論.

1. 電解水制氫

1.1. 電解水基本原理及分類

電解水制氫是目前最為廣泛使用的將可再生資源轉(zhuǎn)換為氫的技術(shù). 當兩個電極(陰

極和陽極)分別通上直流電， 并且浸入水中時， 水將會被分解并在陰極和陽極分別產(chǎn)生

氫氣和氧氣. 這個過程就是電解水. 這樣的裝置則為電解槽.

電解水由分別發(fā)生在陰極和陽極的兩個化學反應(yīng)組成， 如式(1)，(2)和(3):

Anode: H2O + electrical energy

2

1 O2 + 2H+ + 2e- (1)

Cathode: 2H+ + 2e- H2 (2)

Overall: H2O + electrical energy H2 +

2

1 O2 (3)

電解水的基本原理見圖1. 在催化劑和直流電的作用下， 水分子在陽極失去電子， 被分

解為氧氣和氫離子， 氫離子通過電解質(zhì)和隔膜到達陰極， 與電子結(jié)合生成氫氣.

O2 H2

Diaphragm Anode Cathode

e-

H+

圖1. 電解水的基本原理示意圖

Fig.1. Schematics of basic principle of water electrolysis

最早的電解水現(xiàn)象是在1789 年被觀測到. 之后， 電解水技術(shù)得到了較快的發(fā)展. 到

1902 年， 世界上就已經(jīng)有超過400 臺電解槽裝置. 目前市場上的電解槽可以分為三種: (1)

堿性電解槽(Alkaline Electrolyzer); (2) 質(zhì)子交換膜電解槽(Proton Exchange Membrane

Electrolyzer)和(3)固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer). 表1. 總結(jié)和對比了這三

種電解槽技術(shù)的特點.

表1. 不同電解槽技術(shù)的對比

Table 1. Comparison between different electrolyzer technologies

Electrolyzer Type Electrolyte Operating Temperature (oC) Carriers Efficiency Cost (US$/kW)

Alkaline electrolyzer

20-30% KOH

70-100

OH-

80%

400-600

PEM electrolyzer PEM polymer

50-90 H+ 94% 2000

Solid oxide

electrolyzer

Yttria-stabilized

zirconnia

600-1000 O2- 90% 1000-1500

堿性電解槽是最早商業(yè)化的電解槽技術(shù)， 雖然其效率是三種電解槽中最低的， 但

由于價格低廉， 目前仍然被廣泛使用， 尤其是在大規(guī)模制氫工業(yè)中. 堿性電解槽的缺

點是效率較低和使用石棉作為隔膜. 石棉具有致癌性， 很多國家已經(jīng)提出要禁止石棉

在堿性電解槽中的使用. 據(jù)報道， PPS(Poly Phenylene Sulfide)， PTFE(Poly Tetra

Fluorethylene)， PSF(Poly SulFone) [7]以及Zirfon [8]等聚合物在KOH溶液中具有和

石棉類似的特性， 甚至還優(yōu)于石棉， 將有可能取代石棉而成為堿性電解槽的隔膜材料.

發(fā)展新的電極材料， 提高催化反應(yīng)效率， 是提高電解槽效率的有效途徑. 研究表明

Raney Nickel 和 Ni-Mo 等合金作為電極能有效加快水的分解， 提高電解槽的效率

[9，10].

質(zhì)子交換膜電解槽由于轉(zhuǎn)換效率很高而成為很有發(fā)展前景的制氫裝置. 由于采用

很薄的固體電解質(zhì)(PEM)， 具有很好的機械強度和化學穩(wěn)定性， 并且歐姆損失較小. 在

日本， 效率達94.4%的質(zhì)子交換膜電解槽已經(jīng)研制成功 [11]. 但由于質(zhì)子交換膜(目前

常用的是由杜邦公司的Nafion)和使用鉑電極催化劑， 價格昂貴， 制約了其廣泛使用.

今后研究的重點是降低成本， 和進一步提高其轉(zhuǎn)換效率. 成本的降低主要是通過降低

貴重金屬鉑在催化層中的含量和尋找廉價的質(zhì)子交換膜材料. 目前這個兩個領(lǐng)域都已

經(jīng)取得了一定成效. 印度的電化學和能源研究所(CEER)成功將鉑的含量在沒有影響電

解槽整體性能的情況下從0.4mg/cm2降到了0.1mg/cm2 [12]. 使用噴濺沉積法(Sputter

deposition)制備催化層也同樣獲得了成功， 并且使鉑的含量降到了0.014 mg/cm2

[13，14]. 其他廉價的替代材料， 如Polyphosphazene [15]和Sulfonated Polystyrene

(SPS) [16]等也被證實具有和Nafion類似的特性， 有可能被用到質(zhì)子交換膜電解槽中用

做電解質(zhì). 可以預見， 隨著質(zhì)子交換膜電解槽技術(shù)的成熟和價格的降低， PEM電解槽將

成為制氫的主要裝置.

固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer)是另一種新興的電解槽技術(shù). 這種

電解槽的缺點是工作在高溫， 給材料的選擇帶來了一定限制. 優(yōu)點是較高的反應(yīng)溫度

使得電化學反應(yīng)中，部分電能被熱能代替， 從而效率較高， 尤其是當余熱被汽輪機， 制

冷系統(tǒng)等回收利用時， 系統(tǒng)效率可達90%. 目前的研究重點是尋找在高溫下具有對氧離

子良好導電性的電解質(zhì)材料和適當降低電解槽的工作溫度.

1.2. 電解海水制氫

海水是世界上最為豐富的水資源， 同時也是理想的制氫資源. 尤其在沿海的沙漠

地區(qū)， 比如中東和非洲， 淡水資源缺乏， 電解海水制氫則成了唯一的選擇. 但海水富

含鹽份(NaCl)和其他雜質(zhì)， 并且通常電解槽的電極電勢超過了產(chǎn)生氯氣所需的電勢，

這使得在電解海水時， 往往是氯氣從陽極析出， 而非氧氣. 雖然氫氣的產(chǎn)生不會受此

影響， 但產(chǎn)生的氯氣具有強烈的毒性， 需要完全避免. 在所有常用的電極材料中， 只

有錳和錳的氧化物及其化合物在電解海水時可以在陽極產(chǎn)生氧氣， 而抑制氯氣的產(chǎn)生.

Ghany 等人[17]用Mn1-xMoxO2+x/IrO2Ti作為電極， 氧氣的生成率達到了100%， 完全避免

了氯氣的產(chǎn)生， 使得電解海水制氫變得可行.

1.3. 利用可再生資源電解水制氫

如前所述， 電解水需要消耗電. 由化石燃料產(chǎn)生電能推動電解槽制氫由于會消耗

大量的不可再生資源， 只能是短期的制氫選擇. 由可再生資源產(chǎn)生電能， 比如通過光

伏系列和風機發(fā)電， 具有資源豐富， 可再生， 并且整個生命周期影響較小等優(yōu)點， 是

未來的發(fā)展趨勢.

光伏電池在吸收太陽光能量后， 被光子激發(fā)出的自由電子和帶正電的空穴在PN結(jié)

的電場力作用下， 分別集中到N型半導體和P型半導體， 在連接外電路的情況下便可對

外提供直流電流. 光伏電池可以分為第一代光伏電池(wafer-based PV)和第二代光伏電

池(thin film PV). 目前市場上多是第一代光伏電池. 第一代電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率

(10-15%)， 但成本較貴， 限制了其大規(guī)模使用. 第二代電池雖然效率較低(6-8%)， 但

由于采用了薄膜技術(shù)， 使用較少的材料， 并且易于批量生產(chǎn)， 制作成本大大降低， 目

前的研究方向是進一步提高薄膜光伏電池的轉(zhuǎn)換效率[18]. 由于光伏電池產(chǎn)生的是直

流電，可以直接運用于電解水， 但為了保證光伏陣列工作在最大功率狀態(tài)， 在光伏電池

和電解槽之間往往需要接入一個最大功率跟蹤器(MPPT)和相應(yīng)的控制器.

風能發(fā)電由于具有較高的能量利用效率和很好的經(jīng)濟性， 在最近幾年得到了很快

發(fā)展. 風力發(fā)電機組利用風的動能推動發(fā)電機而產(chǎn)生交流電. 根據(jù)Betz law， 風力發(fā)電

的最大效率理論上可達59% [19]. 在風力充足的條件下， 風力發(fā)電的規(guī)模越大， 其經(jīng)濟

性越好. 因此， 近幾年風力發(fā)電朝著大規(guī)模的方向發(fā)展. 另外， 由于海上風力較陸地

大， 并且不占陸地面積， 最近也有將風力發(fā)電機組建在海上的趨勢. 風能發(fā)電只需交

流-直流轉(zhuǎn)換即可與電解槽相接產(chǎn)氫， 經(jīng)濟性較好， 目前不少風力資源充足的國家都將

風能-電解槽系統(tǒng)列為重點發(fā)展的方向.

另外， 地熱能， 波浪能所發(fā)的電都可以作為電解槽的推動力， 但和太陽能與風能

一樣， 都受地域的限制.

1.4. 電解水制氫的現(xiàn)狀

目前所用到的電解槽多為堿性電解槽. 加拿大的Stuart是目前世界上利用電解水

制氫和開發(fā)氫能汽車最為有名的公司. 他們開發(fā)的HESfp系統(tǒng)包括一個能日產(chǎn)氫25 千

克的堿性電解槽， 一個能儲存60 千克氫的高壓儲氫罐和氫內(nèi)燃機車. 他們用于汽車的

氫能系統(tǒng)能每小時產(chǎn)氫3千克， 可以為3輛巴士提供能量. Hamilton是另一個有名的電解

槽開發(fā)制造商， 他們的ES系列利用PEM電解槽技術(shù)， 可以每小時產(chǎn)氫6-30Nm3， 所制氫

的純度可達99.999%. 在日本的WE-NET計劃中， 氫的制取也是通過PEM電解槽來實現(xiàn)，

并且PEM電解槽在80oC和1A/cm2的工作條件下， 已經(jīng)以90%的效率連續(xù)工作了超過4000小

時 [11].

1.5. 電解水技術(shù)的環(huán)境， 經(jīng)濟和安全問題

從電解水的整個生命周期來看， 電解水制氫會對環(huán)境造成一定的負面影響， 并且

也有一定的危險性. 下面將做定性分析.

對堿性電解槽而言， 由于使用了具有強烈腐蝕性的KOH溶液作為電解液， KOH的滲漏

和用后的處理會造成環(huán)境的污染， 對人體健康也是一個威脅. 并且目前的堿性電解槽

多采用石棉作為隔膜， 石棉具有致癌性， 會對人構(gòu)成嚴重的危害. PEM電解槽使用質(zhì)子

交換膜作為電解質(zhì)， 無須隔膜. 但當PEM電解槽工作溫度較高時(比如150oC)， PEM將會

發(fā)生分解， 產(chǎn)生有毒氣體. 固體氧化物電解槽雖然沒有上述問題， 但工作在高溫， 存

在著在高溫下生成的氧氣和氫氣重新合并發(fā)生燃燒甚至爆炸的危險， 需要引起注意.

此外， 電解槽生產(chǎn)， 比如原材料的開采，加工， 以及最終的遺棄或廢物處理， 都需要消

耗一定的能量， 并且會釋放出CO2等溫室氣體和其他污染物.

當電解槽由光伏電池驅(qū)動時， 光伏電池可能含有有毒物質(zhì)(比如CdTe PV)， 將帶來

一定的環(huán)境污染和危險性. 尤其當系統(tǒng)發(fā)生短路出現(xiàn)火情， 有毒物質(zhì)將會釋放出來，危

害較大. 另外， 光伏陣列的安裝會占用較大的土地面積. 這點也需要在設(shè)計安裝時加

以考慮. 風能-電解槽系統(tǒng)和光伏-電解槽系統(tǒng)相比， 則對環(huán)境的影響要小很多， 并且

也相對安全. 但也有需要注意的地方， 比如噪音， 對電磁的干擾， 以及設(shè)計時需要考

慮到臺風的影響.

盡管電解水制氫具有很高的效率， 由于昂貴的價格， 仍然很難大規(guī)模使用. 目前

三種電解槽的成本分別為: 堿性電解槽US$400-600/kW， PEM電解槽約US$2000/kW， 固體

氧化物電解槽約US$1000-1500/kW. 當光伏電池和電解水技術(shù)聯(lián)合制氫時， 制氫成本將

達到約US$41.8/GJ(US$5/kg)， 而當風力發(fā)電和電解水技術(shù)聯(lián)合制氫時， 制氫成本約為

US$20.2/GJ (US$2.43/kg) [20].

2. 太陽能熱化學循環(huán)制氫

太陽能熱化學循環(huán)是另一種利用太陽能制取氫燃料的可行技術(shù). 首先， 由太陽能

聚光集熱器收集和匯聚太陽光以產(chǎn)生高溫. 然后由這些高溫推動產(chǎn)氫的化學反映以制

取氫氣. 目前國內(nèi)外廣泛研究的熱化學制氫反應(yīng)有: (1) 水的熱分解(thermolysis);

(2) H2S的熱分解和(3) 熱化學循環(huán)水分解.

2.1. 水的熱分解制氫

由太陽能聚光器產(chǎn)生的高溫可以用于對水進行加熱， 直接分解而產(chǎn)生氫氣和氧氣.

反應(yīng)式如(4)

2H2O 2H2 + O2 (4)

在這個反應(yīng)中， 水的分解率隨溫度的升高而增大. 在壓力為0.05bar， 溫度為2500K時，

水蒸汽的分解率可以達到25%， 而當溫度達到2800K時， 則水蒸汽的分解率可達55%. 可

見提高反應(yīng)溫度， 可以有效產(chǎn)氫量. 然而， 反應(yīng)所需的高溫也帶來了一系列的問題.

由于溫度極高， 給反應(yīng)裝置材料的選擇帶來了很大限制. 適合的材料必須在2000K以上

的高溫具有很好的機械和熱穩(wěn)定性. Zirconia由于其熔點高達3043K而成為近年來在水

的熱分解反應(yīng)中廣泛使用的材料 [21，22]. 其他可選的材料及其熔點見表2.

表2. 作為熱化學反應(yīng)裝置備選材料及其熔點 [22]

Table 2 some materials and their melting points [22]

Oxides T oC Carbides T oC

ZrO2 2715 B4C 2450

MgO 2800 TiC 3400-3500

HfO2 2810 HfC 4160

ThO2 3050 hBN 3000 (decomposition)

另一個問題就是氫和氧的分離問題. 由于該反應(yīng)可逆， 高溫下氫和氧可能會重新結(jié)合

生成水， 甚至發(fā)生爆炸. 常用的分離方法是通過對生成的混合氣體進行快速冷卻(fast

quenching)，再通過Pd或Pd-Ag合金薄膜將氫和氧分離. 這種方法將會導致大量的能量

損失. 近幾年有研究人員采用微孔膜(microporous membrane)分離也取得一些成功

[22，23]， 使得直接熱分解水制氫研究又重新受到廣泛關(guān)注.

2.2. H2S的熱分解

H2S是化學工業(yè)廣泛存在的副產(chǎn)品. 由于其強烈的毒性， 在工業(yè)中往往都要采用

Claus process將其去除， 見式(5)

2H2S + O2 2H2O + S2 (5)

這個過程成本昂貴， 還將氫和氧和結(jié)合生成水和廢熱， 從而浪費了能源. 對H2S的直接

熱分解可以將有毒氣體轉(zhuǎn)化為有用的氫能源， 變廢為寶， 一舉兩得. H2S的熱分解制氫反

應(yīng)式見(6)

2H2S 2H2 + S2 (6)

該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率受溫度和壓力的影響. 溫度越高， 壓力越低， 越有利H2S的分解. 據(jù)報

道， 在溫度1200K，壓力1 bar時， H2S的轉(zhuǎn)化率為14%， 而當溫度為1800K， 壓力為0.33bar

時， 轉(zhuǎn)化率可達70% [24]. 由于反應(yīng)在1000K以上的高溫進行， 硫單質(zhì)呈氣態(tài)， 需要與氫

氣進行有效的分離. 氫與硫的分離往往通過快速冷卻使硫單質(zhì)以固態(tài)形式析出. 同樣，

這種方法也會導致大量的能量損失.

2.3. 熱化學循環(huán)分解水制氫

水的直接熱分解制氫具有反應(yīng)溫度要求極高， 氫氣分離困難， 以及由快速冷卻帶

來的效率降低等缺點. 而在水的熱化學分解過程中， 氧氣和氫氣分別在不同的反應(yīng)階

段產(chǎn)生， 因而跨過了氫氣分離這一步. 并且， 由于引入了金屬和對應(yīng)的金屬氧化物，

還大大降低了反應(yīng)溫度. 當對于水直接熱分解的2500K， 水的熱化學循環(huán)反應(yīng)溫度只有

1000K左右， 也大大減輕了對反應(yīng)器材料的限制. 典型的2步熱化學循環(huán)反應(yīng)式見

(7)-(10).

2 y x O

2

y xM O M + (7)

2 y x 2 yH O M O yH xM + + (8)

或者 2 O O M O M y x y x + ′ ′ (9)

2 y x 2 y x H O M O H O M + + ′ ′ (10)

其中M 為金屬單質(zhì)， MxOy 或1 1 y x O M 則分別為相應(yīng)的金屬氧化物. 適合用做水的熱化學

循環(huán)反應(yīng)的金屬氧化物有TiO2， ZnO， Fe3O4， MgO， Al2O3， 和 SiO2等. ZnO/Zn 反應(yīng)溫度較

低， 在近幾年研究較多 [24-29]. Fe3O4/FeO 是另一對廣泛用于熱化學分解水制氫的金屬

氧化物. 該循環(huán)中， Fe3O4 首先在1875K 的高溫下被還原生成FeO 和 O2， 然后， 在573K

的溫度下， FeO 被水蒸汽氧化， 生成Fe3O4 和 H2. 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)， 用Mn， Mg， 或Co 代替

部分Fe3O4 而形成的氧化物(Fe1-xMx)3O4 可以進一步降低反應(yīng)溫度 [4]， 因而更具發(fā)展

前景.

除了以上所述2 步水分解循環(huán)外， 3 步和4 步循環(huán)分解水也是有效的制氫方式.

IS(iodine/sulfur)循環(huán)是典型的3 步水分解循環(huán)， 該循環(huán)的反應(yīng)式見(11)-(13):

4 2 x 2 2 2 SO H HI 2 O H 2 SO xI + + + at 293-373K (11)

2 2 I H HI 2 + at 473-973K (12)

2 2 2 4 2 O

2

1 SO O H SO H + + at 1073-1173K (13)

在IS 循環(huán)中，影響制氫的主要因素就是單質(zhì)硫或硫化氫氣體的產(chǎn)生等副反應(yīng)的發(fā)生. 為

盡量避免副反應(yīng)的發(fā)生， x 的值往往設(shè)置在4.41 到11.99 之間[30]. UT-3 則是典型的

4 步循環(huán)[31]. 其反應(yīng)式見(14) - (17):

2 2 2 O

2

1 CaBr Br CaO + + at 845 K (14)

HBr 2 CaO O H CaBr 2 2 + + at 1，033 K (15)

2 2 2 4 3 Br O H 4 FeBr 3 HBr 8 O Fe + + + at 493 K (16)

2 4 3 2 2 H HBr 6 O Fe O H 4 FeBr 3 + + + at 833 K (17)

熱化學循環(huán)分解水雖然跨過了分離氫和氧這一步， 但在2 步循環(huán)中， 生成的金屬在

高溫下為氣態(tài)并且會和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)而重新生成金屬氧化物， 因此， 需要將

金屬單質(zhì)從產(chǎn)物混合物中分離出來. 金屬單質(zhì)的分離一般采用快速冷卻使金屬很快凝

固從而實現(xiàn)分離. 同樣， 在3 步循環(huán)中， 氫和碘也需要及時的分離. 采用的分離技術(shù)都

類似.

2.4. 熱化學循環(huán)分解水制氫的現(xiàn)狀

熱化學循環(huán)制氫在歐洲研究較多， 但由于產(chǎn)物的分離一直是一個比較棘手的問題，

能量損失比較大， 此種制氫方法還沒有進入商業(yè)化的階段. 在Swiss Federal Institute of

Technology Zurich，對ZnO/Zn 循環(huán)制氫研究已經(jīng)比較深入. 他們的研究目前主要集中在

產(chǎn)物的分離以及分解水反應(yīng)的機理方面 [32]. Swiss Federal Office 則已經(jīng)啟動了一個

“SOLZINC”的計劃， 通過ZnO/Zn 循環(huán)制取氫氣以實現(xiàn)對太陽能的儲存. 目前正在進行

反應(yīng)器的設(shè)計， 將于2004 年夏季進行測試[33].

2.5.太陽能熱化學循環(huán)制氫的環(huán)境， 經(jīng)濟和安全問題

太陽能熱化學循環(huán)采用太陽能聚光器聚集太陽能以產(chǎn)生高溫， 推動熱化學反應(yīng)的

進行. 在整個生命周期過程中， 聚光器的制造， 最終遺棄， 熱化學反應(yīng)器的加工和最

終的廢物遺棄以及金屬，金屬氧化物的使用都會帶來一定的環(huán)境污染. 其具體的污染量

需要進行詳細的生命周期評價(LCA)研究. 此外， 在H2S 的分解中， 以及在IS 循環(huán)和

UT-3 循環(huán)中， 都使用了強烈腐蝕性或毒性的物質(zhì)， 比如H2S， H2SO4. 這些物質(zhì)的泄漏

和最終的處理會帶來環(huán)境的污染和危險， 需要在設(shè)計和操作過程中加以考慮. 另外， 由

于反應(yīng)都是在高溫下進行， 氫和氧的重新結(jié)合在反應(yīng)器中有引起爆炸的危險， 需要小

心處理.

由于熱化學循環(huán)制氫尚未商業(yè)化， 相關(guān)的經(jīng)濟信息都是基于估算. Steinfeld

(2002)[29]經(jīng)過估算指出， 對于一個大型的熱化學制氫工廠(90MW)， 制的氫氣的成本為

大約US$4.33-5/kg. 相比之下， 由太陽能熱電 – 電解水系統(tǒng)制取氫氣的成本則約為

US$6.67/kg， 而通過大規(guī)模天然氣重整制氫的成本約為US$1.267/kg [20]. 可見太陽能熱

化學循環(huán)制氫和天然氣重整制氫相比雖然沒有經(jīng)濟優(yōu)勢， 但和其他可再生制氫技術(shù)相

比則在經(jīng)濟性方面優(yōu)于太陽熱電-電解水和光伏-電解水技術(shù).

3. 利用生物質(zhì)制氫

生物質(zhì)作為能源， 其含氮量和含硫量都比較低， 灰分份額也很小， 并且由于其生

長過程吸收CO2， 使得整個循環(huán)的CO2 排放量幾乎為零. 目前對于生物質(zhì)的利用， 尤其

在發(fā)展中國家， 比如中國， 印度， 巴西， 還主要停留在對生物質(zhì)的簡單燃燒的低效率

利用上. 除燃燒外， 對生物質(zhì)的利用還有熱裂解和氣化， 以及微生物的光解與發(fā)酵. 利

用生物質(zhì)熱裂解和氣化產(chǎn)氫具有成本低廉， 效率較高的特點， 是有效可行的制氫方式.

3.1. 生物質(zhì)熱裂解制氫

生物質(zhì)熱裂解是在高溫和無氧條件下對生物質(zhì)的熱化學過程. 熱裂解有慢速裂解

和快速裂解. 快速裂解制取生物油是目前世界上研究比較多的前沿技術(shù). 得到的產(chǎn)物

主要有: (1) 以氫(H2)， 甲烷(CH4)， 一氧化碳(CO)， 二氧化碳(CO2)以及其它有機氣

體等氣體成分; (2) 以焦油， 丙酮， 甲醇， 乙酸等生物混合油液狀成分; (3) 以焦碳為主

的固體產(chǎn)物[34]. 為了最大程度的實現(xiàn)從生物質(zhì)到氫的轉(zhuǎn)化， 需要盡量減小焦碳的產(chǎn)量.

這需要盡量快的加熱速率和傳熱速率和適中的溫度.

熱裂解的效率和產(chǎn)物質(zhì)量除與溫度， 加熱速率等有關(guān)外， 也受反應(yīng)器及催化劑的

影響. 目前國內(nèi)外的生物質(zhì)熱裂解決反應(yīng)器主要有機械接觸式反應(yīng)器， 間接式反應(yīng)器

和混合式反應(yīng)器. 其中機械接觸式反應(yīng)器包括燒蝕熱裂解反應(yīng)器， 旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器等，

其特點是通過灼熱的反應(yīng)器表面直接與生物質(zhì)接觸， 以導熱的形式將熱量傳遞給生物

質(zhì)而達到快速升溫裂解. 這類反應(yīng)器原理簡單， 產(chǎn)油率可達67%， 但易造成反應(yīng)器表面

的磨損， 并且生物質(zhì)顆粒受熱不易均勻. 間接式反應(yīng)器主要通過熱輻射的方式對生物

質(zhì)顆粒進行加熱， 由于生物質(zhì)顆粒及產(chǎn)物對熱輻射的吸收存在差異， 使得反應(yīng)效率和

產(chǎn)物質(zhì)量較差. 混合式反應(yīng)器主要以對流換熱的形式輔以熱輻射和導熱對生物質(zhì)進行

加熱， 加熱速率高， 反應(yīng)溫度比較容易控制均勻， 且流動的氣體便于產(chǎn)物的析出， 是

目前國內(nèi)外廣泛采用的反應(yīng)器， 主要有流化床反應(yīng)器， 循環(huán)流化床反應(yīng)器等[35]. 這

在國內(nèi)各科研院所都已經(jīng)開展了大量的研究， 如廣州能源所， 遼寧省能源所等都開發(fā)

研制出了固定床， 流化床反應(yīng)器.

催化劑的使用能加速生物質(zhì)顆粒的熱解速率， 降低焦炭的產(chǎn)量， 達到提高效率和

產(chǎn)物質(zhì)量的目的. 目前用于生物質(zhì)熱裂解的催化劑主要有以Ni 為基的催化劑， 沸石

[36]， K2CO3， Na2CO3， Ca2CO3[37]以及各種金屬氧化物比如Al2O3， SiO2， ZrO2， TiO2[38]

等都被證實對于熱裂解能起到很好的催化作用.

熱裂解得到的產(chǎn)物中含氫和其他碳氫化合物， 可以通過重整和水氣置換反應(yīng)以得

到和提高氫的產(chǎn)量. 如下式所示:

合成氣 + H2O H2 + CO (18)

CO + H2O CO2 + H2 (19)

利用生物質(zhì)熱裂解聯(lián)同重整和水氣置換反應(yīng)制氫具有良好的經(jīng)濟性， 尤其是當反

應(yīng)物為各種廢棄物時， 既為人類提供了能量， 又解決了廢棄物的處理問題， 并且技術(shù)

上也日益成熟， 逐漸向大規(guī)模方向發(fā)展. Danz (2003 年)[39]估算了通過生物質(zhì)熱裂解制

氫的成本約為US$3.8/Kg H2 (因氫的熱值為120MJ/Kg， 這相當于US$31.1/GJ)， 這和石

油燃油的價錢US$4-6/GJ 相比還沒有任何優(yōu)勢， 但Carlo 等[40]指出， 當熱裂解制氫的規(guī)

模達到400MW 時， 氫的成本會大大降低， 達到US$5.1/GJ. 可見實現(xiàn)大規(guī)模的利用生物

質(zhì)制氫， 將會是非常有潛力的發(fā)展方向.

3.2. 生物質(zhì)氣化制氫

生物質(zhì)氣化是在高溫下(約600-800oC)下對生物質(zhì)進行加熱并部分氧化的熱化學過

程. 氣化和熱裂解的區(qū)別就在于裂解決是在無氧條件下進行的， 而氣化是在有氧條件

下對生物質(zhì)的部分氧化過程. 首先， 生物質(zhì)顆粒通過部分氧化生成氣體產(chǎn)物和木碳，

然后， 在高溫蒸汽下， 木碳被還原， 生成CO， H2， CH4， CO2 以及其他碳氫化合物.

對于生物質(zhì)氣化技術(shù)， 最大的問題就在于焦油含量. 焦油含量過高， 不僅影響氣化

產(chǎn)物的質(zhì)量， 還容易阻塞和粘住氣化設(shè)備， 嚴重影響氣化系統(tǒng)的可靠性和安全性. 目前

處理焦油主要有三種方法. 一是選擇適當?shù)牟僮鲄?shù)， 二是選用催化劑加速焦油的分解，

三是對氣化爐進行改造. 其中， 溫度， 停留時間等對焦油分解有很重要的作用. Milne TA

(1998 年)[41]指出， 在溫度高于1000oC 時， 氣體中的焦油能被有效分解， 使產(chǎn)出物中的

焦油含量大大減小. 此外， 在氣化爐中使用一些添加劑如白云石， 橄欖石以及使用催化

劑如Ni-Ca 等都可以提高焦油的分解， 降低焦油給氣化爐帶來的危害[42，43]. 此外， 設(shè)

計新的氣化爐也對焦油的減少起著很重要的作用. 遼寧省能源研究所研制的下吸式固定

床生物質(zhì)氣化爐， 在其喉部采用特殊結(jié)構(gòu)形式的噴嘴設(shè)計， 在反應(yīng)區(qū)形成高溫旋風動力

場， 保證了焦油含量低于2g/m3.

由氣化所得產(chǎn)物經(jīng)過重整和水氣置換反應(yīng)， 即可得到氫， 這與處理熱裂解產(chǎn)物類似.

通過生物質(zhì)氣化技術(shù)制氫也具有非常誘人的經(jīng)濟性. David A.Bowen 等人(2003)[44]比較

了生物質(zhì)氣化制氫和天然氣重整制氫的經(jīng)濟性， 見圖2. 由圖可見， 利用甘蔗渣作為原

料， 在供料量為每天2000 噸的情況下， 所產(chǎn)氫氣的成本為US$7.76/GJ， 而在這個供料量

下使用柳枝稷(Switchgrass)為原料制得的氫氣成本為US$6.67/GJ， 這和使用天然氣重整

制氫的成本US$5.85-7.46/GJ 相比， 也是具有一定競爭力的. 如果將環(huán)境因素考慮進去，

由于天然氣不可再生， 且會產(chǎn)生CO2， 而生物質(zhì)是可再生資源， 整個循環(huán)過程由于光合

作用吸收CO2 而使CO2 的排放量幾乎為0， 這樣， 利用生物質(zhì)制氫從經(jīng)濟上和環(huán)境上的

綜合考慮， 就已經(jīng)比天然氣重整更有優(yōu)勢了.

Biomass feed to gasifier (tonnes/day)

Hydrogen Cost ($/GJ)

500 1000 1500 2000

5

6

7

8

9

10

11

Natural gas $3/GJ

Natural Gas $4.5/GJ

10.23

8.74

7.76

8.76

7.54

6.67

5.85

7.46

Bagasse

Switchgrass

圖2. 生物質(zhì)制氫與天然氣制氫經(jīng)濟性的比較

Fig. 2. Comparison of hydrogen cost between biomass

gasification and natural gas steam reforming

以上分析的利用生物質(zhì)高溫裂解和氣化制氫適用于含濕量較小的生物質(zhì)， 含濕量高

于50%的生物質(zhì)可以通過光合細菌的厭氧消化和發(fā)酵作用制氫， 但目前還處于早期研究

階段， 效率也還比較低. 另一種處理濕度較大的生物質(zhì)的氣化方法是利用超臨界水的特

性氣化生物質(zhì)， 從而制得氫氣.

3.3. 生物質(zhì)超臨界水氣化制氫

流體的臨界點在相圖上是氣-液共存曲線的終點， 在該點氣相和液相之間的差別剛

好消失， 成為一均相體系. 水的臨界溫度是647K， 臨界壓力為22.1Mpa， 當水的溫度和

壓力超過臨界點是就被稱為超臨界水.在超臨界條件下， 水的性質(zhì)與常溫常壓下水的性

質(zhì)相比有很大的變化.

在超臨界狀態(tài)下進行的化學反應(yīng)， 通過控制壓力， 溫度以控制反應(yīng)環(huán)境， 具有增強

反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度， 提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率， 加快反應(yīng)速率等顯著優(yōu)點， 近年來逐漸

得到各國研究者的重視 [45，46]. 在超臨界水中進行生物質(zhì)的催化氣化， 生物質(zhì)的氣化

率可達100%， 氣體產(chǎn)物中氫的體積百分比含量甚至可以超過50%， 并且反應(yīng)不生成焦

油， 木碳等副產(chǎn)品， 不會造成二次污染， 具有良好的發(fā)展前景. 但由于在超臨界水氣中

所需溫度和壓力對設(shè)備要求比較高， 這方面的研究還停留在小規(guī)模的實驗研究階段. 我

國也只進行了少量的研究， 比如西安交大多相流實驗室就研究了以葡萄糖為模型組分在

超臨界水中氣化產(chǎn)氫， 得到了95%的氣化效率 [47]. 中科院山西煤炭化學研究所在間隙

式反應(yīng)器中以氧化鈣為催化劑的超臨界水中氣化松木鋸屑，得到了較好的氣化效果.

到目前為止， 超臨界水氣化的研究重點還是對不同生物質(zhì)在不同反應(yīng)條件下進行實

驗研究， 得到各種因素對氣化過程的影響. 表3 總結(jié)了近幾年對生物質(zhì)超臨界水氣化制

氫的研究情況. 研究表明， 生物質(zhì)超臨界水氣化受生物質(zhì)原料種類， 溫度， 壓力， 催化劑，

停留時間， 以及反應(yīng)器形式的影響.

表3. 近年來關(guān)于生物質(zhì)超臨界水氣化制氫的研究

Table 3

Recent studies on hydrogen production by biomass gasification in supercritical water

conditions

Feedstock Gasifier type Catalyst used Temperature and

pressure

Hydrogen yield References

Glucose Not known Not used 600oC， 34.5Mpa 0.56 mol H2/mol of feed

Glucose Not known Activated carbon 600 oC， 34.5Mpa 2.15 mol H2/mol of feed

Glucose Not known Activated carbon 600 oC， 25.5Mpa 1.74 mol H2/mol of feed

Glucose Not known Activated carbon 550 oC， 25.5Mpa 0.62 mol H2/mol of feed

Glucose Not known Activated carbon 500 oC， 25.5Mpa 0.46 mol H2/mol of feed

[48]

Glycerol Not known Activated carbon 665 oC， 28Mpa 48 vol%

Glycerol/methanol Not known Activated carbon 720 oC， 28Mpa 64 vol%

Corn starch Not known Activated carbon 650 oC， 28Mpa 48 vol%

Sawdust/corn starch

mixture

Not known Activated carbon 690 oC， 28Mpa 57 vol%

[49]

Glucose

Tubular reactor KOH 600 oC， 25Mpa 59.7 vol% (9.1mol

H2/mol glucose)

Catechol Tubular reactor KOH 600 oC， 25Mpa 61.5 vol% (10.6mol

H2/mol Catechol)

Sewage Autoclave K2CO3 450oC， 31.5-35Mpa

47 vol%

[50]

Glucose Tubular reactor Not used 600 oC， 25Mpa 41.8 vol%

Glucose Tubular reactor Not used 500 oC， 30Mpa 32.9 vol%

Glucose Tubular reactor Not used 550 oC， 30Mpa 33.1 vol%

Glucose Tubular reactor Not used 650 oC， 32.5Mpa 40.8 vol%

Glucose Tubular reactor Not used 650 oC， 30Mpa 41.2 vol%

Sawdust Tubular reactor Sodium

carboxymethylcellulose

(CMC)

650 oC， 22.5Mpa 30.5 vol%

[47]

生物質(zhì)的主要成分是纖維素， 木質(zhì)素和半纖維素. 纖維素在水的臨界點附近可以快

速分解成一葡萄糖為主的液態(tài)產(chǎn)品， 而木質(zhì)素和半纖維素在34.5 Mpa， 200-230oC 下可以

100%完全溶解， 其中90%會生成單糖. 將城市固體廢棄物去除無機物后可以形成基本穩(wěn)

定， 均一的原料， 與木質(zhì)生物質(zhì)很相似. 由表可見， 不同的生物質(zhì)原料， 其氣化效率和速

率也有所不同. 溫度對生物質(zhì)超臨界水中氣化的影響也是很顯著的. 隨著溫度的升高，

氣化效率增大. 壓力對于氣化的影響在臨界點附近比較明顯， 壓力遠大于臨界點時， 其

影響較小. 停留時間對氣化效率也有一定影響， 研究表明， 生物質(zhì)在超臨界水中氣化停

留時間與溫度相關(guān)， 不同的溫度下有不同的一個最佳值. 使用催化劑能加快氣化反應(yīng)的

速率. 目前使用的催化劑主要有金屬類催化劑， 比如Ru， Rh， Ni， 堿類催化劑， 比如KOH，

K2CO3， 以及碳類催化劑 [51，52]. 反應(yīng)器的選擇也會影響生物質(zhì)氣化過程， 目前的反應(yīng)

器可以分為間歇式和連續(xù)式反應(yīng)器. 其中間歇式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單， 對于淤泥等含固體的

體系有較強適應(yīng)性， 缺點是生物質(zhì)物料不易混合均勻， 不易均勻地達到超臨界水下所需

的壓力和溫度， 也不能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，. 連續(xù)式反應(yīng)器則可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)， 但反應(yīng)時間

短， 不易得到中間產(chǎn)物， 難以分析反應(yīng)進行的情況， 因此今后需要進行大量的研究， 研

制出更加有效的反應(yīng)器以及尋求不同生物質(zhì)在不同參數(shù)下的最佳氣化效果， 實現(xiàn)高效，

經(jīng)濟的氣化過程.

4. 其他制氫技術(shù)

除熱化學方法外， 生物質(zhì)還可以通過發(fā)酵的方式轉(zhuǎn)化為氫氣和其他產(chǎn)物. 此外，

微藻等水生生物質(zhì)能夠利用氫酶(Hydrogenase)和氮酶(Nitrogenase)將太陽能轉(zhuǎn)化為

化學能-氫. 這些生物制氫技術(shù)具有良好的環(huán)境性和安全性， 但還處于早期的研究階段，

制氫基理還未透徹理解， 尚需大量的研究工作.

太陽能半導體光催化反應(yīng)制氫也是目前廣泛研究的制氫技術(shù). TiO2 及過渡金屬氧化

物， 層狀金屬化合物如K4Nb6O17， K2La2Ti3O10， Sr2Ta2O7 等， 以及能利用可見光的催化

材料如CdS， Cu-ZnS 等都經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)能夠在一定光照條件下催化分解水從而產(chǎn)生氫氣.

但由于很多半導體在光催化制氫的同時也會發(fā)生光溶作用， 并且目前的光催化制氫效

率太低， 距離大規(guī)模制氫還有很長的路要走. 盡管如此， 光催化制氫研究仍然為我們

展開了一片良好的前景.

5. 制氫技術(shù)總結(jié)以及在香港的應(yīng)用前景

前面討論了利用可再生資源制取清潔燃料-氫的各項主要技術(shù). 這些技術(shù)的特點，

經(jīng)濟性， 環(huán)境和安全方面的特點總結(jié)于表4.

表4. 利用可再生資源制氫技術(shù)比較

Table 4. Characteristics of candidate hydrogen production technologies

PV-Electrolysis Wind-Electrolysis Solar Thermochemical Cycle Biomass Conversion

Development

status

PV technology almost mature，

electrolysis mature，

Some demonstrations of

PV-electrolysis system been done

Wind system mature， electrolysis mature，

wind-electrolysis demonstration needed

R&D Pyrolysis and gasification R&D， biological

processes at early R&D

Efficiency PV efficiency:

First generation， 11-15%，

Second generation， 6-8%

Solar to hydrogen around 7%

36% from wind to hydrogen， assuming wind

to electricity efficiency of 40% and

electrolyzer 90%

29% for Zn/ZnO cycles Conversion ratio up to 100% can be

achieved for gasification， efficiency of

10% for biological processes

Economic

consideration

Hydrogen cost about US$40-53.73/GJ

depends on the PV type， the size

Hydrogen cost about US$20.2/GJ，

corresponding to 7.3cents/kWh

US$0.13-0.15/kWh， equivalent to

US$36.1-41.67/GJ

US$6.67-17.1/GJ for thermochemical

conversion depends on biomass types，

capacity size， for biological processes，

remain to be demonstrated

Environmental

consideration

Almost no pollution emission during

operation， energy consumption

intensive during construction， disposal

of hazardous materials

No pollution during operation， construction

energy consumption intensive， some noise

during operation

Emission of hydrogen sulfide， use and

disposal of metal oxide， reactors

Whole cycle CO2 neutral， some pollution

emission during the stage of constructing

reactors

Safety

consideration

Handling hazardous materials during

fabrication， short circuit and fire during

operation， but not significant

Relatively safe， a little danger exist during

maintenance

Operating at high temperature， risk of

explosion exists; leakage of hydrogen

sulfide

Operating at high temperature， explosion

may occur

由表可見， 生物質(zhì)氣化技術(shù)和風能-電解制氫技術(shù)具有良好的經(jīng)濟性. 對于環(huán)境的污染

以及危險性也相對較小， 極具發(fā)展前景， 可以作為大規(guī)模制氫技術(shù). 而光伏-電解水技

術(shù)則目前還未顯示出經(jīng)濟優(yōu)勢. 但由于太陽能資源豐富， 在地球上分布廣泛， 如果光

伏電池的效率能進一步提高， 成本能大幅降低， 則是未來很有潛力的制氫技術(shù). 太陽

能熱化學循環(huán)也是可行的制氫技術(shù)， 今后的發(fā)展方向是進一步降低分解產(chǎn)物的能量損

耗以及發(fā)展更為經(jīng)濟的循環(huán).

香港地少人多， 沒有自己的煤， 石油， 天然氣， 也沒有大規(guī)模的農(nóng)業(yè)， 所有能源

目前都依賴進口. 但香港具有豐富的風力資源和充足的太陽能資源， 利用可再生資源

部分解決香港的能源問題是一條值得探討的思路.

香港總?cè)丝?81 萬， 總面積2757km2， 其中陸地面積1098 km2， 海洋面積1659 km2.

但香港絕大多數(shù)人口集中在港島， 九龍等面積較小的市區(qū)， 而新界很多區(qū)域以及周邊

島嶼則人口較少. 由于香港地處北回歸線以南， 日照充足(13MJ/m2/day)， 風力強勁

(>6m/s)， 具有很大的發(fā)展可再生能源的潛力. 簡單計算可知， 如果將香港所有陸地面

積安裝上效率為10%的光伏電池， 則年發(fā)電量可達144.7TWh， 這相當于香港1999 年電

消耗量35.5TWh 的4 倍! 這說明發(fā)展光伏技術(shù)在香港有很大潛力. 考慮到香港市區(qū)人

口稠密， 可以考慮將光伏電池安裝在周邊島嶼發(fā)電， 通過電解槽制氫. 由于光伏-電解

水成本很高， 這一技術(shù)還難以大規(guī)模應(yīng)用， 如果光伏成本能大幅度降低， 則在香港發(fā)

展光伏制氫具有非常誘人的前景. 另外， Li(2000)[53]進行了在香港發(fā)展海上風力發(fā)電

的可行性研究. 研究表明， 利用香港東部海域建立一個11 × 24 km 的風力發(fā)電機組， 可

以實現(xiàn)年發(fā)電2.1 TWh， 這相當于香港用于交通的能源的10%. 此外， 香港周邊島嶼，

如橫瀾島等， 平均風力都在6.7 m/s 以上， 在這些島嶼發(fā)展大規(guī)模的風力機組也是值得

進一步探討的問題. 除此之外， 香港每年產(chǎn)生的大量有機垃圾， 也可以通過氣化或熱

解制氫. 這些技術(shù)在香港的成功應(yīng)用還需要更深入的研究， 本文不作深入探討.

6. 小結(jié)

本文綜述了目前利用可再生資源制氫的主要技術(shù)， 介紹了其基本原理， 也涉及到

了各項技術(shù)的經(jīng)濟性和環(huán)境以及安全方面的問題. 對各項制氫技術(shù)進行了對比分析，

總結(jié)出利用風能發(fā)電再推動電解水， 以及利用生物質(zhì)的熱化學制氫具有良好的經(jīng)濟性，

對環(huán)境的污染較小， 技術(shù)成熟， 可以作為大規(guī)模制氫的選擇. 利用光伏-電解水技術(shù)具

有誘人的發(fā)展前景， 但目前還未顯示出其經(jīng)濟性. 而太陽能熱化學制氫則處于研究階

段， 還難以用于大規(guī)模制氫. 香港具有比較豐富的可再生資源， 利用風力發(fā)電和有機

廢物制氫是可行的制氫技術(shù)， 而光伏電池還需要大量研究以進一步降低成本. 盡管還

有大量的研究和更深入的分析要做， 利用可再生資源制氫以同時解決污染和能源問題

已經(jīng)為我們展開了一個良好的前景.

致謝:

本文屬項目， 該課題受香港中華電力公司(CLP)及香港

特別行政區(qū)政府資助， 在此表示感謝!

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第8篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

1 中美可再能源政策比較與分析K

1.1強制性政策的比較與分析SAJ:

制定一定的法律、法規(guī)或條例，從法律上保證可再生能源（RE）的發(fā)展，這是中美兩國共同作法，也是兩國共同的特點。事實證明這是十分必要的。舉例來說，美國所以能在風能、太陽能方面取得世界公認的成就并在生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)上進入世界的先進行列，一個重要原因是RE技術(shù)的發(fā)展很久以來就得到國家法律和政策的技術(shù)和保護。如早在1978年美國"公用事業(yè)管制政策法"中就規(guī)定電力公司必須按可避免成本購買熱電聯(lián)產(chǎn)和可再生能源生產(chǎn)的電力。這一政策為RE發(fā)電技術(shù)與化石燃料發(fā)電技術(shù)的公平競爭創(chuàng)造了條件，到1992年，在"能源政策法"中，進一步對RE發(fā)展提出了要求，即要求到2010年RE提供的能量應(yīng)比1988年增加75%；同時規(guī)定對RE資源的開發(fā)利用給予投資稅額減免，并授權(quán)能源部資助RE的示范和商業(yè)化項目。;d!JE

1995的中國政府頒布了首部"電力法"，明確鼓勵使用太陽能等可再生能源；與此同時．原電力部還出臺了"風力發(fā)電并網(wǎng)運行的管理規(guī)定"。無疑這些政策措施對促進RE的發(fā)展都起到了巨大作用。zU[Ee

但是，相比較而言，兩國在強制性政策的規(guī)定方面卻顯示了不同的特點:N

中國的特點是：注重政策的宏觀性、重要性和必要性的論述，它的優(yōu)點是有較大的靈活性，可以有多種選擇。缺點是如果沒有與之相配合的實施細則（例如就政策如何支持，怎樣鼓勵，支持到什么程度，鼓勵維持到什么時候等問題作出相應(yīng)的具體規(guī)定）。否則這些條文和要求將無法變?yōu)楝F(xiàn)實。UO_

美國的特點是：即有宏觀性的論述，又有具體政策的規(guī)定，1992年的"能源政策法"即是一例。因而這些政策看起來明確具體、界限清楚、要求嚴格。EDGP

美國可再生能源政策的另一特點是，聯(lián)邦政府和州政府的緊密配合，既有聯(lián)邦政府全國性的統(tǒng)一規(guī)定和要求，又有各地區(qū)和州政府的特殊、具體的規(guī)定和要求。如根據(jù)聯(lián)邦政府的"能源政策法"的精神，有些州政府又制定了"系統(tǒng)效益收費制"和"可再生能源設(shè)備通行權(quán)"等適用本地區(qū)的政策和規(guī)定。這樣，上下配合，互為補充，從而形成一套完整有力的政策體系。E:$

美國政策的第三個特點是及時審視，隨時調(diào)整。即根據(jù)客觀實際需要和形勢變化而不斷地調(diào)整或制定新的政策，這一特點在其他幾類政策上亦有體現(xiàn)。如為了適應(yīng)目前電力工業(yè)資產(chǎn)重組和反管制改革所帶米的影響和變化，有些地區(qū)及時地提出了可再生能源發(fā)展的"配額制"（RenewableProtfolioStandard)的政策規(guī)定等。}w

1.2經(jīng)濟激勵政策的比較與分忻/v.

盡管經(jīng)濟激勵政策多種多樣，但從中美兩國使用的頻率和廣泛性來看，主要有以下四種：jI1q8

(1) 補貼政策，0kn

這是中國常見的一種激勵手段，美國則使用不多。一般而言，補貼有三種形式：G

一是投資補貼，即對投資者進行補貼，如中國政府對地方小水電建設(shè)的投資即屬于此類。美國過去對風力發(fā)電投資者曾實行過15%投資補貼，但現(xiàn)在已停止使用。對投資者進行補貼的優(yōu)點是可以調(diào)動投資者的積極性。增加生產(chǎn)能力。擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模；缺點是這種補貼與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營狀況無關(guān)，不能起到刺激更新技術(shù)、降低成本的作用。5o2TZ

第二種是產(chǎn)出補貼，即根據(jù)RE設(shè)備的產(chǎn)品產(chǎn)時進行補貼。中國目前還沒有這種補貼政策。這種補貼的優(yōu)點是顯而易見的，即有利于增加產(chǎn)品產(chǎn)量降低成本。提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。這也是美國加州目前正在實施的一種激勵措施（即對RE產(chǎn)生的電力給予0.6一1.0／kwh的補貼）~`

第三種是對消費者（即用戶）進行補貼。這是中國廣泛采用的一種刺激措施。除了在推廣太陽能設(shè)備、微型風力發(fā)電設(shè)備中廣泛采用外．在農(nóng)村戶用沼氣池，高效率柴灶和其他生物質(zhì)能技術(shù)試點示范也曾廣泛采用。美國加州對購買PV系統(tǒng)的用戶也采取了類似的鼓勵措施。這一政策的理論依據(jù)是：通過刺激消費，達到擴大市場需求的效果，反過來帶動生產(chǎn)能力的擴大，進而達到降低成本的目的。但實踐證明。這一目標的實現(xiàn)具有很大的不確定性。因為就RE而言，只有當消費市場足夠人時，才可能達到目的，而足夠大的消費市場需要大量資金，如果僅僅靠補貼則是難以實現(xiàn)的。]dEsbQ

但是，不管怎么說現(xiàn)階段補貼政策畢竟是一項行之有效的措施。中美兩國（特別是中國）可再生能源之所以有今天的規(guī)模和水平，同該項政策的作用則是不可低估的。然而，從總結(jié)經(jīng)驗角度來看，補貼政策的實施應(yīng)解決好以下兩個問題：^n)

補貼資金來源問題。根據(jù)美國和西歐的經(jīng)驗。一是通過系統(tǒng)效益收費來籌；另一個是征收化石燃料稅，中國主要由政府財政支付；而中國是個發(fā)展中國家，財政收入有限。需要補貼支援的事業(yè)很多，所以依賴政府財政的支持不是長久之計。

補貼策略問題，即應(yīng)給誰予以補貼和以什么樣的的運行機制進行補貼，如果對用戶進行補貼，正如前述，不一定能達到政策的預期目標：如選擇投資者給予補貼，并采取公開招標，公平競爭的機制，則可能取得既擴大生產(chǎn)規(guī)模，又能降低成本的雙重目的。rb>

（2）稅收政策[

這是中美兩國（尤其是美國）應(yīng)用最多的經(jīng)濟政策，實際上有兩種不同的稅收政策：一種是稅收優(yōu)惠政策，如減免關(guān)稅、減免形成固定資產(chǎn)稅，減免增值稅和所得稅（企業(yè)所得稅和個人收入稅）等。從理淪上說，減兔稅收不需要政府拿出大量資金來進行補貼。只是減少一部分中央或地方的收入；而且，目前RE產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，不會構(gòu)成對全國稅收平衡的影響，因而易于實施。只是由于大多數(shù)稅種不進入生產(chǎn)成本（關(guān)稅例外），只影響企業(yè)產(chǎn)品的銷售價格和企業(yè)的經(jīng)濟效益，因而，實際上對鼓勵企業(yè)改進生產(chǎn)制造技術(shù)，提高效率，降低成本沒有直接的作用。這就是為什么有些可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，一旦這種優(yōu)惠政策取消企業(yè)便生存不下去的原因所在。如美國的太陽能熱水器的生產(chǎn)和銷售。稅收減兔政策取消后，其銷售量從1980年的1746000m一下降到1990年1026000m，生產(chǎn)企業(yè)減少了近200家，又加世界聞名LUZ太陽能熱發(fā)電裝置也面臨著聯(lián)幫政府和州政府稅收優(yōu)惠取消后破產(chǎn)的威脅。B

另一種稅收政策為強制性稅收政策。如對城市垃圾和畜禽場排放的污水等物質(zhì)。實行污染者付費的原則等即屬此類。各國的實踐證明，這類政策，尤其是高標準，高強度的收費政策，不僅能起到鼓勵開發(fā)利用這類資源的作用，還能促進企業(yè)采用先進技術(shù)，提高技術(shù)水平的作用。因而也是一種不可或缺的刺激措施.m8Nf

應(yīng)指出的是，稅收減兔政策的目的在于促進技術(shù)進步和技術(shù)的商業(yè)化，因而應(yīng)對什么企業(yè)減免和減免稅收后應(yīng)達到什么樣的目標（經(jīng)濟的和技術(shù)的目的）．則是實施這一政策首先必須明確的問題。cG?0>

（3）價格政策e

由于RE產(chǎn)品成本一般高于常規(guī)能源產(chǎn)品，所以世界上許多國家都采取了對RE價格實行優(yōu)惠的政策。在美國"能源政策法"中規(guī)定公用電力公司必須以避免成本收購RE電量，同時美國的一些州還作出按凈用量收費的辦法。這些實際上都是電價優(yōu)惠的措施，在中國，原電力部也就風力發(fā)電上網(wǎng)電價制定了較優(yōu)惠的政策。$

但是實際上，兩國所制定的政策的法律效力存在明顯的差別。一方面美國的電價優(yōu)惠政策覆蓋了所有的可再生能源發(fā)電技術(shù)，中國僅限于風力發(fā)電；另一方面美國的規(guī)定是由聯(lián)邦政府以法律的形式而簽發(fā)的，而中國的規(guī)定尚屬部委一級批準實施的計劃，而且未經(jīng)過國務(wù)院和人大委員會的審議批準。:tn

理論分析和實踐都已證明，價格優(yōu)惠是一項非常有效的激勵措施，只要應(yīng)用得當，可以起到促進技術(shù)進步和降低成本的作用。其關(guān)鍵性的問題有兩個：y

一個是差價補貼的資金來源問題。美國、中國和其他國家通常的辦法是：政府、電力公司和用戶共同承擔；或全部由用戶承擔，如通過電費加價來籌集資金。現(xiàn)階段由于RE產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，補貼資金需求量小，這種做法是一種比較現(xiàn)實的辦法。z|q%轉(zhuǎn)貼于 EN

另一個是價格優(yōu)惠對象的選擇標點其涵意與前述補貼政策基本相同，這里不再重復。r，.0

（4）低息（貼息）貸款政策~P

低息（或貼息）貸款可以減輕企業(yè)還本期利息的負擔，有利于降低生產(chǎn)成本；缺點是政府需要籌集的一定的資金以支持貼息或減息的補貼，貸款數(shù)量越大，貼息量越大，需要籌集的資金也越多。因此，資金供應(yīng)狀況是影響這一政策持續(xù)進行的關(guān)鍵性因素。目前美國已沒有這類的貸款政策，中國的實施規(guī)模也很小，完全在可以承受的范圍內(nèi)。y

為了提高貼息貸款的經(jīng)濟效益，關(guān)鍵性的問題與提高價格政策和補貼政策的實施效應(yīng)完全相，即要正確地選擇貸款對象和實施科學的貸款程序。 :V3ml

1.3研究開發(fā)政策的比較和分析*cR{/+

重視可再生能源的研究開發(fā)工作是中美兩國共同的特點。其主要表現(xiàn)是：s2B3 |

（1）從70年代以來兩國部實施了一大批科學研究與開發(fā)計劃；cZ/

（2）兩國政府投入巨額資金用以支持RE的研究和發(fā)展;，S)Y

（3）建立并形成了一批國家級的試驗室和研究隊伍。@}v

但是相比較而言，中美兩國這方面政策的差別也是明顯的：J~{

（1）資金投入強度相差懸殊。以"九五"（1990-1995）為例，中國政府用于"九五"國家科技攻關(guān)項目的經(jīng)費不足1.0億元人民幣，而美國 政府投入RH研究和開發(fā)項目卻高達14.56億美元。兩者的差距不言而喻。盡管中美兩國經(jīng)濟基礎(chǔ)不同，實力不在一個檔次上，不能簡單地直接相比較，但是從中國可再生能源及研究開發(fā)的實際需要和實際上已得到的支持來看，政府的投入是嚴重不足的。 5j%T>

（2）在RE的研究開發(fā)方向，中國只有一個積極性，即中央政府的積極性，地方和工業(yè)界基本還沒有介人或介人甚少：近年來雖然有所改善，但實際投入RE的人力物力和財力則屈指可數(shù)。美國不僅有聯(lián)邦政府的投入，還有工業(yè)界、企業(yè)家和個人的投賢，一些州政府還設(shè)立了專門的研究開發(fā)項目和計劃。

應(yīng)當特別指出的是，目前美國的可再生能源技術(shù)整體上己處于世界領(lǐng)先地位并擁有世界最大的規(guī)模的風電場。太陽能熱發(fā)電站和生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)，在這種情況下，美國依然對其研究和開發(fā)給予極大的關(guān)注和支持，提出并實施了一批新的規(guī)模宏大的開發(fā)計劃，這不是偶然的，這跟該國宏偉的社會經(jīng)濟目標、環(huán)境目和可再生能源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及對研究、開發(fā)的巨大作用的認識有著深刻的關(guān)系 1

1.4市場開拓策略和措施的比較和分析S&:=

中美兩國在可再生能源市場開拓方面顯然采取了一些措施和策略也取得了一些成就和經(jīng)驗；但是從RE技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的需要來說，這些努力還是不夠的，特別是在市場運行機制的探索上更顯得不足。因為愈來愈多的實踐證明，在阻礙可再生能源技術(shù)發(fā)展的眾多因素中，運行機制是一個比技術(shù)問題和經(jīng)濟成本更難以解決的問題。從技術(shù)來說，目前RE所遇到的各種技術(shù)障礙幾乎都可以利用現(xiàn)有科學技術(shù)而加以解決，經(jīng)濟成本問題也將隨著運行機制的改善而得到改善，而機制問題由于涉及國家政治體制。經(jīng)濟體制等更加廣泛而復雜的因素而難以解決，因此，市場開拓是中美兩國尤其是中國今后應(yīng)予加強和改善的方面。6cqL`

2 認識和建議 NHLs@F

?清潔能源技術(shù)論壇 -- 論壇討論主要圍繞清潔能源技術(shù)、位為專業(yè)技術(shù)論壇。

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綜合上述可以得到這樣幾個認識，即：中美兩國為了推動RE技術(shù)的進步和發(fā)展，已在各自的能力范圍內(nèi)，盡其所能，采取一系列的技術(shù)、經(jīng)濟、法律、市場和研究開發(fā)的政策和措施，大大推動了可再生能源的發(fā)展，并取得顯著成效，這己是人所共知的事實。但是，從兩國長遠的發(fā)展目標和現(xiàn)實需要來說，RE技術(shù)還必須有一個更大的發(fā)展。這樣就需要兩國政府（特別是中國政府）應(yīng)在總結(jié)過去國內(nèi)外工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，進一步采取措施，補充、修改、完善己有的可再生能源政策和措施，研究制定新的可再生能源政策和措施。為此目的，結(jié)合以上的比較分析，我們愿為中國政府提供以下建議。供在研究、制定可再生能源政策時參考：bvJ

2.1 加強立法，從法律上和政策上保證可再生能源的發(fā)展，這一條己是被實踐證明了的真理。目前中間的"電力法"和"節(jié)能法"都己肯定RE的戰(zhàn)略地位，在明了政府熱情支持和鼓勵的態(tài)度。現(xiàn)在關(guān)鍵的問題是，政府的有關(guān)部門應(yīng)立即根據(jù)法律上的相關(guān)規(guī)定，研究、制定具體的實施方案和細則。要進一步明確各地RE發(fā)展的合理的比例。明確亨受國家優(yōu)惠政策的對象應(yīng)具備的條件以及亨受優(yōu)惠條件后應(yīng)達到的經(jīng)濟目標和技術(shù)目標。#，

2.2 全面推行還本付息加合理利潤的定價原則。1994年，電力部以部發(fā)94（461）號文件形式向全國各大電網(wǎng)，省、市、區(qū)供電部門發(fā)了風力發(fā)電并網(wǎng)運行的管理規(guī)定。該規(guī)定明確提出電網(wǎng)必須就近收購風電場的電量，其上網(wǎng)電價按生產(chǎn)成本加還本利息和合理利潤的原則確定。超出電網(wǎng)平均電價的部分，采取均攤方式，由全網(wǎng)共同負擔。近幾年的實踐證明這是一項行之有效的辦法。但是，這一規(guī)定也有其不足之處，即沒有定義全網(wǎng)的范圍，由此在如何承擔風電差價問題容易產(chǎn)生爭論。建議將這規(guī)定修改和完善后，上報國務(wù)院，進一步明確風電上網(wǎng)電價高出電網(wǎng)平均價格的部分，由區(qū)域性電網(wǎng)廳覆蓋的地區(qū)的電力用戶承擔，并將這一原則的適用范圍擴人到其他類似的可再生能源產(chǎn)品。如沼氣發(fā)電稻殼發(fā)電，生物質(zhì)發(fā)電以及生物質(zhì)氣化集中供氣的并網(wǎng)問題，均應(yīng)按此原則辦理。 .WiK

2.3 繼續(xù)實施現(xiàn)有的減兔稅政策，但運作方式應(yīng)加以改進。具體建議是：;

（1）目前國家己對蔗渣和沼氣發(fā)電等再生能源利用技術(shù)，實行為期5年內(nèi)免交所得稅的政策，建議對其他可再生能源發(fā)電技術(shù)及非電利用技術(shù)也實行類似的政策。%97qdG

（2）現(xiàn)階段可再生能源發(fā)電成本較高，征收增值稅后的上網(wǎng)電價將更高，以風力發(fā)電為例。通常將超過0.7元／kwh，這是電網(wǎng)難以接受的，另外，可再生能源發(fā)電不消耗燃料，沒有進項稅或進項稅少，增值稅不能抵扣或抵扣很少。因而可再生能源發(fā)電的增值稅實際征收額遠遠高于常規(guī)能源發(fā)電。按全國統(tǒng)一的增值稅率（17％〕征收是不合理的，也不利于與常規(guī)能源發(fā)電技術(shù)的公平競爭。建議實行與小水電一樣的增值稅稅率，即6.0％。Z9^6

（3）制定享受稅收優(yōu)惠政策（含其他優(yōu)惠政策）的對象應(yīng)具備的條件，以及享受優(yōu)惠政策后應(yīng)達到的目標。2O

2.4 增加財政投入和銀行信貸，加速RE技術(shù)的進步和國產(chǎn)化。在這方面，美同等先進國家已先行一步，注入了數(shù)10億美元的研究、開發(fā)和示范推廣經(jīng)費。中國RE技術(shù)基礎(chǔ)薄，國產(chǎn)化能力低。要大模地發(fā)展風力發(fā)電、光伏發(fā)電和生物質(zhì)能的高效利用，某些關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和國產(chǎn)化是不可缺少的。結(jié)合中同的條件和需要，建議設(shè)立以下扶持政策：G~K

（1）增加RE技術(shù)攻關(guān)和國產(chǎn)化資金，其財政撥款應(yīng)隨國民經(jīng)濟的快速發(fā)展而成倍增加； ~9`M

（2）將RE技術(shù)列入國家基本建設(shè)和技術(shù)改造投資的重點扶持計劃；Q!

（3）設(shè)立專用于RE技術(shù)的信貸資金，其中貼息貸款應(yīng)在目前每年用于農(nóng)村能源利可再生能源技術(shù)開發(fā)貸款1.2億元的基礎(chǔ)上有所增加；5T[;{Z

（4）凡利用國產(chǎn)設(shè)備興建的可再生能源企業(yè)，可以優(yōu)先得到國家政策銀行的優(yōu)惠貸款或貼息的支持；p

（5）凡使用國產(chǎn)可再生能源設(shè)備或零部件的企可免征或形成固定資產(chǎn)稅，以降低國產(chǎn)可再生能源設(shè)備的造價，擴大市場銷路，促進國產(chǎn)化。DI&Kp

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第9篇：生物質(zhì)發(fā)電的缺點范文

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電；現(xiàn)狀；技術(shù)發(fā)展

能源、環(huán)境是當今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，它不僅資源有限，而且造成了嚴重的大氣污染。因此，對可再生能源的開發(fā)利用，特別是對風能的開發(fā)利用，已受到世界各國的高度重視。風電是可再生、無污染、能量大、前景廣的能源，大力發(fā)展風電這一清潔能源已成為世界各國的戰(zhàn)略選擇。我國風能儲量很大、分布面廣，開發(fā)利用潛力巨大。近年來我國風電產(chǎn)業(yè)及技術(shù)水平發(fā)展迅猛，但同時也暴露出一些問題。總結(jié)我國風電現(xiàn)狀及其技術(shù)發(fā)展，對進一步推動風電產(chǎn)業(yè)及技術(shù)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的參考價值。

1我國風力發(fā)電的現(xiàn)狀

2005年2月，我國國家立法機關(guān)通過了《可再生能源法》，明確指出風能、太陽能、水能、生物質(zhì)能及海洋能等為可再生能源，確立了可再生能源開發(fā)利用在能源發(fā)展中的優(yōu)先地位。2009年12月，我國政府向世界承諾到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，把應(yīng)對氣和變化納入經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃，大力發(fā)展包括風電在內(nèi)的可再生能源與核能，爭取到2020年非化石能源占一次能源消費比重達到15%左右。隨著新能源產(chǎn)業(yè)成為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的出臺，風電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，有望成為我國國民經(jīng)濟增長的一個新亮點。

我國自上世紀80年代中期引進55kW容量等級的風電機投入商業(yè)化運行開始，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，我國的風電市場已經(jīng)獲得了長足的發(fā)展。到2009年底，我國風電總裝機容量達到2601萬kW，位居世界第二，2009年新增裝機容量1300萬kW，占世界新增裝機容量的36%，居世界首位[1，2]?？梢钥闯?，我國風電產(chǎn)業(yè)正步入一個跨越式發(fā)展的階段，預計2010年我國累計裝機容量有望突破4000萬kW。

從技術(shù)發(fā)展上來說，我國風電企業(yè)經(jīng)過“引進技術(shù)—消化吸收—自主創(chuàng)新”的三步策略也日益發(fā)展壯大。隨著國內(nèi)5WM容量等級風電產(chǎn)品的相繼下線，以及國內(nèi)兆瓦級機組在風電市場的普及，標志我國已具備兆瓦級風機的自主研發(fā)能力。同時，我國風電裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)集中度進一步提高，國產(chǎn)機組的國內(nèi)市場份額逐年提高。目前我國風電機組整機制造業(yè)和關(guān)鍵零部件配套企業(yè)已能已能基本滿足國內(nèi)風電發(fā)展需求，但是像變流器、主軸軸承等一些技術(shù)要求較高的部件仍需大量進口。因此，我國風電裝備制造業(yè)必須增強技術(shù)上的自主創(chuàng)新，加強風電核心技術(shù)攻關(guān)，尤其是加強風電關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)的攻關(guān)。

2風力發(fā)電的技術(shù)發(fā)展

風力發(fā)電技術(shù)是涉及空氣動力學、自動控制、機械傳動、電機學、力學、材料學等多學科的綜合性高技術(shù)系統(tǒng)工程。目前在風能發(fā)電領(lǐng)域，研究難點和熱點主要集中在風電機組大型化、風力發(fā)電機組的先進控制策略和優(yōu)化技術(shù)等方面。

2.1風力發(fā)電機組機型及容量的發(fā)展

現(xiàn)代風力發(fā)電技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢主要在于如何進一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作為提高風能利用率和發(fā)電效率的有效途徑，風力發(fā)電機單機容量不斷向大型化發(fā)展。從20世紀80年代中期的55kW容量等級的風電機組投入商業(yè)化運行開始，至1990年達到250kW，1997年突破1MW，1999年即達到2MW。進入21世紀，兆瓦級風力機逐漸成為國際風電市場上的主流產(chǎn)品。2004年德國Repower即研制出第一臺5MW風電機，Enercon開發(fā)出第二代直驅(qū)式6WM風電機，預計2013年單機容量將突破15MW[1，3]。從世界范圍來看，1.5MW-2MW的機型占世界機組容量的比例，已從2007年的63.7%飛速上升到80.4%；而在我國，2005年風電場新安裝的兆瓦級風電機組占當年新裝機容量的21.5%，而2009年比例已經(jīng)上升到86.86%[4]。這表明容量風電機組已經(jīng)成為我國風電市場上的主流產(chǎn)品。

2.2風力發(fā)電機組控制技術(shù)的發(fā)展

控制技術(shù)是風力發(fā)電機組安全高效運行的關(guān)鍵技術(shù)[5，6]，這是因為：

1）自然風速的大小和方向隨著大氣的氣壓、氣溫和濕度等的活動和風電場地形地貌等因素的隨機性和不可控性，這樣風力機所獲得的風能也是隨機和不可控的。

2）為使風能利用率更高，大型風力發(fā)電機組的葉片直徑大約在60m~100m之間，因此風輪具有較大的轉(zhuǎn)動慣量。

3）自動控制在風力發(fā)電機組的并網(wǎng)和脫網(wǎng)、輸入功率的優(yōu)化和限制、風輪的主動對風以及運行過程中故障的檢測和保護中都應(yīng)得到很好的利用。

4）風力資源豐富的地區(qū)通常環(huán)境較為惡劣，在海島和邊遠的地區(qū)甚至海上，人們希望分散不均的風力發(fā)電機組能夠無人值班運行和遠程監(jiān)控。這就對風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)可靠性提出了很高的要求。

因此，眾多學者都致力于深入研究風力發(fā)電的控制技術(shù)和控制系統(tǒng)，這些研究工作對于風力發(fā)電機組優(yōu)化運行有極其重要的意義。計算機技術(shù)與先進的控制技術(shù)應(yīng)用到風電領(lǐng)域，并網(wǎng)運行的風力發(fā)電控制技術(shù)得到了較快發(fā)展，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發(fā)展，甚至向智能型控制發(fā)展。

定槳距型風力機指槳葉與輪轂的連接是固定的，即槳距角固定不變，當風速變化時，槳葉的迎風角度固定不變。失速型是當風速高于額定風速，利用槳葉翼型本身所具有的失速特性，即氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生渦流，將發(fā)電機的功率輸出限制在一定范圍內(nèi)。失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點是簡單可靠，當風速變化引起輸出功率變化時，只通過槳葉的被動失速調(diào)節(jié)而控制系統(tǒng)不做任何控制，使控制系統(tǒng)大為簡化。其缺點是葉片重量大，槳葉、輪轂、塔架等部件受力較大，機組的整體效率較低，也使得這些關(guān)鍵部件更容易疲勞磨損。 轉(zhuǎn)貼于

變速恒頻風力發(fā)電機組是近年來發(fā)展起來的一種新型風力發(fā)電系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速不受發(fā)電機輸出功率的限制，而其輸出電壓的頻率、幅值和相位也不受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響。與恒速風電機組相比，它的優(yōu)越性在于：低風速時能夠跟蹤風速變化，在運行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風能；高風速時利用風輪轉(zhuǎn)速的變化調(diào)節(jié)風力機槳距角，在保證風電機組安全穩(wěn)定運行的同時，使輸出功率更加平穩(wěn)。變速恒頻風力發(fā)電機組通過勵磁控制和變槳距調(diào)節(jié)來實現(xiàn)最佳運行狀態(tài)。變槳距是根據(jù)風速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速來調(diào)整葉片槳距角，從而控制發(fā)電機輸出功率，由傳動齒輪箱、伺服電機和驅(qū)動控制單元組成。隨著風電控制技術(shù)的發(fā)展，當輸出功率小于額定功率狀態(tài)時，變槳距風力發(fā)電機組采用OptitiP技術(shù)，即根據(jù)風速的大小，調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比，以得到理想的輸出功率。變槳距風力發(fā)電機組的優(yōu)點是：輸出功率平穩(wěn)，在額定點具有較高的風能利用系數(shù)，具有更好的起動性能與制動性能，能夠確保高風速段的額定功率。

2.3風力發(fā)電機組控制策略的發(fā)展

風能是一種能量密度低、穩(wěn)定性較差的能源，由于風速、風向的隨機性變化，導致風力機葉片攻角不斷變化，使葉尖速比偏離最佳值，風力機的空氣動力效率及輸入到傳動鏈的功率發(fā)生變化，影響了風電系統(tǒng)的發(fā)電效率并引起轉(zhuǎn)矩傳動鏈的振蕩，會對電能質(zhì)量及接入的電網(wǎng)產(chǎn)生影響，對于小電網(wǎng)甚至會影響其穩(wěn)定性。風力發(fā)電機組通常采用柔性部件，這有助于減小內(nèi)部的機械應(yīng)力，但同時也會使風電系統(tǒng)的動態(tài)特性復雜化，且轉(zhuǎn)矩傳動模塊會有很大振蕩。目前，對風力發(fā)電機的控制策略研究根據(jù)控制器類型可分為兩大類：基于數(shù)學模型的傳統(tǒng)控制方法和現(xiàn)代控制方法。傳統(tǒng)控制采用線性控制方法，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩或槳葉節(jié)距角，使葉尖速比保持最優(yōu)值，從而實現(xiàn)風能的最大捕獲。對于快速變化的風速，其調(diào)節(jié)相對滯后。同時基于某工作點的線性化模型的方法，對于工作范圍較寬、隨機擾動大、不確定因素多、非線性嚴重的風電系統(tǒng)并不適用。

現(xiàn)代控制方法主要包括變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、智能控制等[7，8]。變結(jié)構(gòu)控制因具有快速響應(yīng)、對系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感、設(shè)計簡單和易于實現(xiàn)等優(yōu)點而在風電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。魯棒控制具有處理多變量問題的能力，對于具有建模誤差、參數(shù)不準確和干擾位置系統(tǒng)的控制問題，在強穩(wěn)定性的魯棒控制中可得到直接解決。模糊控制是一種典型的智能控制方法，其最大的特點是將專家的知識和經(jīng)驗表示為語言規(guī)則用于控制，不依賴于被控制對象的精確的數(shù)學模型，能夠克服非線性因素的影響，對被調(diào)節(jié)對象有較強的魯棒性。由于風力發(fā)電機的精確數(shù)學模型難以建立，模糊控制非常適合于風力發(fā)電機組的控制，越來越受到風電研究人員的重視。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以工程技術(shù)手段來模擬人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與特征的系統(tǒng)。利用神經(jīng)元可以構(gòu)成各種不同的拓撲結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種模擬和近似。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學習特性，可用于風力機的低風速的節(jié)距控制。

3存在的問題及展望

盡管近年來我國風電產(chǎn)業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，但同時也暴露出眾多的問題。

首先，我國尚未完全掌握風電機組的核心設(shè)計及制造技術(shù)。在設(shè)計技術(shù)方面，我國不僅每年需支付大量的專利、生產(chǎn)許可及技術(shù)咨詢費用，在一些具有自主研發(fā)能力的風電企業(yè)中，其設(shè)計所需的應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫和源代碼都需要從國外購買。在風機制造方面，風機控制系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)需要大量進口，同時，一些核心零部件如軸承、葉片和齒輪箱等與國外同類產(chǎn)品相比其質(zhì)量、壽命及可靠性尚有很大差距。其次，我國風電發(fā)展規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃不相協(xié)調(diào)，上網(wǎng)容量遠小于裝機容量。風電發(fā)展側(cè)重于資源規(guī)劃，風電場的建設(shè)往往沒有考慮當?shù)仉娋W(wǎng)的消納能力，從而造成裝機容量大，并網(wǎng)發(fā)電少的現(xiàn)狀。2009年新增裝機容量中1/3未能上網(wǎng)，送電難已經(jīng)成為制約風電發(fā)展的瓶頸。最后，我國風電的技術(shù)標準和規(guī)范不健全，包括風機制造、檢測、調(diào)試、關(guān)鍵零部件生產(chǎn)及電場入網(wǎng)等相關(guān)標準亟需建立和完善。因此，展望我國未來的風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，必須加強自主創(chuàng)新掌握核心技術(shù)；必須加大電網(wǎng)建設(shè)力度，合理規(guī)范風電開發(fā)；必須加大政策扶持力度，建立健全完善統(tǒng)一的風電標準規(guī)范體系。

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