可持续发展的能源

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1、可持续发展的能源生物质能摘要：本文讨论的主题是生物质能。由于化石能源的有限性和对人类生存环境严重的破坏性，因此迫切需要寻找新的能源。而生物质能作为一种新兴的能源，资源丰富，可以再生，是比较理想的能源。但由于其分散性和能源密度低，规模利用和高效利用都较困难。研究生物质能要结合各个学科、技术，才能实现生物质能产业的进步，使人类社会的可持续发展成为可能。虽然我国在生物质能源开发方面取得了一定的成绩，但其技术水平与发达国家相比仍然存在相当大的差距。因此作为大学生的我们要努力学习科学文化知识，为社会进步作出自己的贡献。关键字：生物质能；可持续发展；能源能源是人类社会生存与发展的重要保障，也是国民经济增长

2、与发展的根本动力与基本保证，在人类社会实践和生产实践中扮演着重要的角色。十三世纪以来，随着煤矿、石油和天然气的相继开采与利用，化石能源在人类社会的发展过程中作出了巨大的贡献；蒸汽机和内燃机等的相继发明，使人类越来越多地依靠化石能源，直到今天，全世界能源消耗的75%依赖于化石能源。然而，化石能源的资源有限性和对人类生存环境的破坏作用，特别是20世纪70年代发生的石油危机促使世界各国不得不寻求各种替代化石能源的新能源以满足社会的可持续发展。并且，21世纪，随着社会经济的快速发展，人类面临着社会经济增长、环境保护、生存发展与能源消耗的多重矛盾与压力。于是我们联想到了生物质能。一、什么是生物质提到生物

3、质，人们通常并不会想到生物质能，或许也没有想到生物质中会存在着能量。其实生物质中也蕴藏着巨大的能量。生物质是持续性的资源，同时也是唯一一种可再生的碳源，是一种通过大气、水、土地以及阳光产生的可再生的和可循环的有机质。包含所有动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢所产生的有机物质，是地球上存在的最广泛的物质。生物质能是以生物质为载体的能量，即蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物体内部的能量形式。因此，生物质能是直接或间接地来源于植物的光和作用二、生物质的种类依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市

4、固体废物和畜禽粪便等五大类。林业资源林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。森林能源在我国农村能源中占有重要地位，1980年前后全国农村消费森林能源约1亿吨标煤，占农村能源总消费量的30%以上，而在丘陵、山区、林区，农村生活用能的50%以上靠森林能源农业资源农业生物质能资源是指农业作物（包括能源作物）;农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农

5、业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。生活污水和工业有机废水生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。城市固体废物城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因

6、素影响。畜禽粪便畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。此外，还有光合成微生物，以及城市污水等。三、生物质能的特点作为一种能源物质，与化石能源相比，主要具有以下几个重要特点： 时空无限性。生物质的产生不受地域的限制；在符合光照条件前提下，也不受时间的限制。 可再生性与减少二氧化碳排放的特性。生物质的可再生性表明，利用生物质能可实现温室气体CO2的零排放，而化石燃料在使用过程中会排放大量的C02，导致地球温室效应。 洁净性。生物质资源是一类清洁的低碳燃料，由于其含硫量和含氮量都较低，同时灰分含量也很小，

7、因此燃烧后SOx和NOx和灰尘的排放量均比化石燃料少得多。 低能源品位性。生物质的化学结构更多的属于碳水化合物类，能源密度低。此外，以生物体形式体现的生物质含水量高达90%。因此生物质在利用前需要经过预处理及提高能源品味等过程，从而增加了生物质能利用的实际成本。 分散性。除了规模化种植的作物及大型工厂、农场的废弃生物质原料之外，生物质的分布极为分散。这也是目前生物质能在能源系统中所占比例不高的重要原因。四、生物质能的利用方式生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。直接燃烧生物质能自古以来就是人类赖以生存的能源，在人类社会历史的发展进程中始终发挥着极其重要的作用。生物质

8、燃料技术作为能量转换形式是一项相当古老的技术，人类对能源的最初利用是从木柴燃火开始的。木柴燃火为原始人在漫漫的长夜带来了光明，使原始人在严寒的冬日得到了温暖，品尝了熟食的美味，脱离了茹毛饮血的时代，并且成为原始人防御和围猎动物的工具，对于人类从动物中分化出来起到了重要的作用。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。热化学转换生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质气化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质气化是将生物质通过热转化技术将固体燃料转化为可燃气的过程，气化反应中，需要限量供应氧气、空气、蒸汽或者三者的混合物作

9、为氧化剂，主要获得一氧化碳和氧气等可燃气体；热解是指在隔绝空气或通入少量空气的条件下，利用热能切断生物大分子的化学键，使之转变成低分子物质的过程；生物质液化是通过热化学或生物化学方法将生物质部分或全部转化为液体燃料。生物质液化又可分为生物化学法和热化学法：生物化学法主要是指采用水解、发酵等手段将生物质转化为燃料乙醇；热化学法主要包括快速热解液化和加压催化液化等。生物化学转换生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。其主要优点是提供的能源形式非常洁净，有显著

10、的环保效益，但能源产出低，投资大，所以比较适宜于以环保为目标的污水处理工程或以有机易腐物为主的垃圾堆肥法。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇，主要优点是可以使生物质变为清洁燃料，拓宽用途，提高效率；主要缺点是转换速度太慢，投资较大，成本相对较高。五、生物质能转化为电力技术电能是高品位能源，将生物质能转化为电能之后能提高生物质能的利用效率，拓宽应用领域。生物质能转化为电力技术即通常所说的生物质发电技术是指将生物质经过各种转化利用技术（如生物质能生物转化技术、热转化技术以及机械转化技术）后的产物进一步转化为电能的技术。以下是几种常用的生物质能发电技术：生物质直接燃烧发电生物质直接

11、燃烧发电是指利用生物质直接燃烧后的热能转化为蒸汽进行发电，在原理上，与燃煤火力发电没什么区别。从原料上分，生物质直接燃烧发电目前主要包括典型生物质（如农林废弃物、秸秆等）的直接燃烧发电和生活垃圾焚烧发电。国外的生物质直接燃烧发电技术已基本成熟，并进入推广阶段。我国在生物直接燃烧利用方面，与国外相比差距很大。我国目前只有燃用甘蔗渣的锅炉，其他生物质还没有定型的锅炉产品。由于直接燃烧技术的限制，生物质直接燃烧用于发电或供热的应用较少，造成了农工业和林业废弃物的大量浪费。生物质气化发电技术生物质气化发电技术的基本原理，是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。它既能解决生物质难于

12、燃用而且分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点，所以是生物质能最有效最清洁的利用方法之一。生物质气化发电技术是生物质能利用中有别于其他可再生能源的独特方式，具有三个方面的特点：一是技术有充分的灵活性，由于生物质气化发电可以采用内燃机，也可以采用燃气轮机，甚至结合余热锅炉和蒸汽发电系统，所以生物质气化发电可以根据规模的大小选用合适的发电设备，保证在任何规模下都有合理的发电效率，这一技术的灵活性能很好的满足生物质分散利用的特点；二是具有较好的洁净性，生物质本身属于可再生能源，可以有效地减少CO2、S02等有害气体的排放，而气化过程一般温度较低（大约在700900C），NO

13、x的生成量很少，所以能有效地控制NOx的排放；三是经济性，生物质气化发电技术的灵活性，可以保证该技术在小规模下有较好的经济性，同时燃气发电过程简单，设备紧凑，也使生物质气化发电技术比其他可再生能源发电技术投资更小，所以总的来说，生物质气化发电技术是所有可再生能源技术中最经济的发电技术。燃料电池燃料电池是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。它是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转化为电能的高效发电装置。从理论上讲，只要连续供给原料，燃料电池便能连续发电。由于燃料电池具有发电效率高、环境友好、建厂时间短、降载弹性佳，而且易于废热综合利用等优点，无论是作为中央集中型或地区分散型

14、电厂，还是作为作为工厂、生活小区、大型建筑群的现场型电厂均合适。因此，在美国、日本和西欧，燃料电池多年来一直被认为是未来的发电技术之一，广泛开展了基础研究。随着化石燃料的日益枯竭和环境问题的日趋严重，开发生产各种可再生能源，替代煤炭、石油、天然气等化石燃料是世界今后解决能源紧缺的一种有效途径。生物质能是绿色能源，生物质能发电技术也是绿色电力能源技术，国家处于环境保护及开发可再生能源的目的，对于污染治理和绿色电力能源技术的研究和整合非常重视。六、生物质能的新利用脂肪燃料快艇新西兰业余航海家和环境保护家皮特贝修恩宣布，他将驾驶以脂肪为动力的快艇地球竞赛”号，进行一次环球航行。脂肪当燃料地球竞赛”号

15、被称为世界上最快的生态船，造价240万美元，融合多项高科技。地球竞赛”号长约23.8米，形似一只展翅欲飞的天鹅。船身有三层外壳保护，内有两个功能先进的发动机，最高时速可达每小时40节（约74公里），即使航行在巨浪中，速度也不会减慢。而地球竞赛”号的动力来源，皮特贝修恩计划只用人类脂肪转化成的生物燃料。发电能源林近5年来，瑞典柳树无性系能源林的种植面积不断增大，主要与瑞典农民贸易协会及其他各种机构把柳树作为一种农作物来推广有关。同时政府的补助金制度也为柳树能源林的大面积推广提供了必要条件。目前，瑞典南部及中部柳树能源林约有11OOOhm,其中2OOOhm是1994年种植的，1995年计划种植5O

16、OOhm。这些能源林每年每公顷平均的生物量生产为1O12t,相当于253Om木材或45m燃油，约合2530甬原油如将所产的生物量用来发电，按照我国国产直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.37kg/kwh计算，这些能源林每年每公顷可供发电73008760kwh;若按照进口直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.05kg/kwh计算，则每年每公顷可供发电950011430kwd如果以竹柳作为分析对象，在超高密度（150000-20000万株/hm）、超短期轮伐（轮伐期12年）的情况下，其每年每公顷平均的生物量生产可达37.8t以上，相当于94.5m木材或15.12m燃油，约合94桶原油。受

17、目前全球金融风暴影响，国际原油价格暴跌，按照当前跌后价格平均43美元/桶计算，每年每公顷产值4042美元，折合人民币约27500元（汇率6.8）。如将所产的生物量用来发电，按照我国国产直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.37kg/kwh计算，这些能源林每年每公顷可供发电27560kwh;若按照进口直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.05kg/kwh计算，则每年每公顷可供发电36000kwh。电价按照0.5元/kwh计算，每年每公顷产值为1378018000元。七、生物质能的利用现状生物质能在人类发展历史中曾经起到巨大的作用，目前在世界能源结构中也占有一定的位置。据估计，在世界能源消

18、耗中，生物质约占总消耗的14%。在亚洲、非洲等地的发展中国家，生物质能的利用占国家总能耗的40%。国外生物质能技术的开发是从20世纪70年代末期开始的，现在已有很大的进展。目前，直接燃烧的秸秆的先进设备已投放市场，生物质供热、发电或热电联供已成为现实。在厌氧消化方面，中温和高温下每天每立方米秸秆的产气量可达5m3。百千瓦量级的沼气发电机组每立方米沼气发电量可达1.42.6kWh，发电效率高达38%。在热解气化技术方面已有多项技术装备进入商品化阶段，如荷兰BTG开发成功的生物质高温热解装置产气率大于66%;德国、美国等开发出自动化程度相当高的家用生物质气化炉，用于用户热水和供暖；产热量1.5x1

19、065X106kcal/h的大型生物质气化装置也已开发成功。随着化石资源的减少，生物质能利用技术的研究开发日益受到世界各国政府的重视，许多国家均制定了相应的研发计划，目前，国外生物质能利用技术和装置已达到商业化程度，实现了规模化产业经营。对于我国，生物质资源也十分丰富。每年农作物秸秆的产量在7亿吨以上，其中约有3亿吨可作为能源利用，折合1.5亿吨标准煤；禽畜粪便总资源约30亿吨，若有效利用可生产出数量巨大的沼气；有不少荒山、荒坡和盐碱地等边际性土地，可种植、甜高粱、木薯、甘薯等能源作物。另外，稻壳、玉米芯、甘蔗渣等农产品加工业副产品数量巨大，可大量转化为生物质能。目前，秸秆和粪便的过剩和污染问

20、题已经为整个社会所关注，因此加大开发力度，尽快将其转化为优质能源已经迫切地摆在人们面前。八、生物质能对于我国的意义中国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7

21、%。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于中国地广人多，常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约，限制二氧化碳等温室气体排放，这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此，立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备既是农村发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。九、总结生物质是一种到处都有的普遍而廉价的能

22、源，取材容易，生产过程简单；生物质能是一种理想的可再生资源，只要太阳辐射能存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能就永远不会枯竭；在科学合理的使用下，生物质能不但不会污染环境，而且还有益于环境，处理大量的环境废物，生物质能在作为能源被利用的同时，可实现二氧化碳的“零排放”。然而，由于其分散性和能量密度较低，其规模利用和高效利用都较困难，所以经济效益较差这也是生物质能目前能不能成为商品能源的主要原因。生物质能虽然不是主要的商品能源但在我国生产的一次能源中占15%左右，居第二位，特别是农村仍是主要的能源之一，所以在我国能源体系中占有重要的地位。随着社会的发展，农村生物质能的消耗比例会有所下降，

23、但由于它具有分散性和独立性，可以确保能源系统的安全性和灵活性，在未来能源体系中将显得越来越重要。由于生物质能具有以上这些优点，作为一种可再生资源，已经受到世界各国的重视，研究开发利用生物质能已经成为世界各国的一项重要任务。虽然我国在生物质能源开发方面取得了一定的成绩，但其技术水平与发达国家相比仍然存在相当大的差距，如新技术开发不力、禾I用技术单一且技术含量低、生物质能利用工程规模小、设备利用率和转换效率低等。此外，在我国现实的社会经济环境中，还存在着一些消极因素制约或阻碍生物质能利用技术的优势。我国能源形势十分严峻，能源的多元化是必然的趋势。从长远上和战略上来看，生物质能源在能源消费结构中的分

24、量和地位会越来越重要，科技水平及市场竞争力也会越来越高。中国生物质的发展应当实现“两个结合”，即做到“生物质的发展与生态治理及环境保护相结合”，“生物质的发展与中低产田改造及农业结构调整相结合”。对于未来生物质能的发展，应在能源植物的优良品种、提高单位产量、降低原料成本以及与生态与农业结构的调整相结合等方面下功夫，这些都是我国生物质能发展过程上急需解决的问题。生物质工业已经不是传统意义上的能源工业，又不是传统意义上的生物学科的责任，它是跨学科、跨部门、跨行业的一种新兴的新型产业。只有将各个学科、技术相结合，才能克服研究过程中的种种困难，促进生物质能产业的整体提升。生物质能作为一种可持续发展的能

25、源，没有污染，资源丰富，将在未来能源体系中占据重要的作用而我们大学生，是祖国的未来和希望。对于大学生来说，今天最重要的任务就是以刻苦学习、增强本领的实际行动报效祖国。知识与人类社会发展空前紧密地联系起来，科学技术是第一生产力的作用更加显现出来。报效祖国，振兴中华，要求大学生与时代同步，要更加勤于学习、善于求知；更加集中精力、只争朝夕。大学生要把学习当做首要任务，牢固树立远大理想，积极汲取中华民族和人类社会创造的一切优秀文明成果。要努力学习马列主义、毛泽东思想和邓小平理论，当前尤其要认真学好三个代表”重要思想，通过学习不断提高自己的理论水平，提升自己的思想境界，增强自己的社会责任感。要刻苦钻研专业知识，不断优化知识结构，努力提高综合素质。只有这样，才能使自己成为有理想、有道德、有文化、有纪律的一代社会主义新人，成为改革发展稳定的积极推进者和坚定维护者，成为中国特色社会主义事业的合格接班人。唯有努力学习科学文化知识，才能为将来社会的发展做出自己应有的贡献。参考文献：程备久主编生物质能学，2008.1;肖波，周英彪，李建芬主编生物质能循环经济技术，2005.8;百度百科，http:/baike.baidu.eom/view/40476.htm#4.