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中图分类号:TS64 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)01(c)-0253-02
中国拥有丰富的生物制能源.据估计每年产生的可供开发的各种生物制资源达6.56亿吨标准煤。[8]居世界能源消费总量第四位的生物质能源具有可再生性,存量丰富,可代替化石燃料,易长期储存,含硫量低,灰分小,二氧化碳排放接近于零的特点。其供应安全可靠。
生物质致密成型技术是用机械加压方法,将原来分散没有一定形状、密度低的生物质原料压制成具有一定形状密度较高的各种固体成型燃料的过程。研究说明,生物质成型燃料加工设备的性能好否,直接与生物质原料的压缩特性如压缩力、压缩密度、压缩量,一次粉碎的粒度,成型燃料的密度、生产率、能耗等因素有关。
1 成型原理
生物质原料由纤维构成,被粉碎后的生物质原料质地松散,受一定外部压力后,颗粒经历位置重新排列、颗粒机械变形和塑性流变等阶段。开始时压力较小,一部分粒子进入粒子间的空隙内,粒子间的相互位置不断改变,当粒子间所有较大空隙都被能进入的粒子占据后,再增加压力,只能靠粒子本身变形去充填其周围的空隙。这时粒子在垂直于最大主应力平面上被延展,当粒子被延展到与相邻的两个粒子相互接触时,再增加压力,粒子就会相互结合。原来分散粒子被压缩成型,其体积大幅度减小,密度显著增大。因非弹性或粘弹性的纤维分子之间的相互缠绕和咬合,外部压力解除后不恢复原来的结构形状。
2 含水量研究
林维纪等的实验研究表明,木质素含量因原料不同有所差异,但生物质致密成型的适宜含水量则近似相同。
樊峰鸣[9]以玉米秸秆、大豆秸秆为原料,采用改进型生物质秸秆成型机,就大粒径秸秆粒度、含水率等对成型密度、抗水性影响因素进行了研究.结果发现,原料含水率在8%~15%时均很容易压缩成型,在12%左右成型效果最好。[1]
回彩娟[2]以锯末和小刨花为原料,认为锯末和小刨花含水率在15%左右得到的压块密度最大,成型效果最好,常温高压致密成型允许原料最大含水率为22%左右,原料经室内自然风干后达到的含水率可达成型加工要求且成型效果较好。
李美华[10]以锯末和小刨花为原料,在主缸压力不同的情况下,对多个含水率原料进行致密成型试验,认为在生物质致成型时,使含水率最好控制在5%~15%左右,最高不超过20%,此种状态下成型率,压块密度,成型效率,表面光洁度等指标均较为理想。
郭康权,赵东[11]等曾做过相应模型,解释含水量对成型的影响,当含水率过低时,粒子没有充分延展,与四周粒子结合不紧密,不达到成型条件,当含水率过高时,粒子在垂直于最大的主应力方向上充分延展,粒子间能够啮合但由于原料中水分过多,被挤出后分布于粒子层之间,使层间不能紧密贴合,也不成型。
张百良[9]等认为,热压成型中含水量过高会影响热量传递,并增大物料与模子的摩擦力,在高温时由于蒸汽量大,会发生气堵或放炮现象;含水量过低会影响木质素的软化点,原料内摩擦和抗压强度增加,造成压缩能消耗。
P.D.Grover,S.K.Mishra,J.S.Clancy[13]等认为活塞挤压的物质含水率在10%~15%左右,螺栓挤压的物质含水率在8%~9%左右为宜。Arun.K.Tripathi;P.V.R.Iyer;TaraChandraKandpal[14]等认为物质含水率在10%~15%经济效益较好,因为过小的水分磨压困难,能量消耗大。
Wamukonya等研究表明,当压力不变且含水量在要求范围时,随着含水量升高,压缩密度可达到最大值。松弛密度一定时,随含水量升高所需压力变大,最大压力值正好对应着含水量上限。在建立的恒定压力下松弛密度与含水量的指数关系式中,认为压块的松弛密度随含水量升高以指数级下降。
目前国内外文献来看,研究生物质压缩含水量范围还存在较大的差别,这是因压缩方式、成型模具、成型手段、生物质原料处理方式有较大差异,如活塞冲压比螺旋挤压对含水量要求范围宽,原料颗粒度的大小也是影响压缩成型的重要因素。
3 成型压力研究
成型压力是植物材料压缩成型最基本的成型条件。只有施加足够的压力,原材料才能被压缩。试验说明:当压力较小时,密度随压力增大而增大的幅度较大,当压力增加到一定值以后,成型物密度的增加就变得缓慢。
刺槐枝粉碎后,主油缸压力在10~60 MPa之间。在压力较低时(10~20 MPa)压块密度随成型压力的增大以较大的幅度增大,压力大于20 MPa条件下,压块密度随成型压力增大变化趋于稳定,压缩前后体积比分布在5.16~5.97之间。四倍体刺槐枝韧性好,纤维量高,在较小压力下压致成型块也很坚实。[8]
论文关键词:生物质气化气,行驶试验,排放特性,过量空气系数
0 引言
随着化石资源的枯竭和环境污染的加剧,清洁可再生的代用燃料成为发展的必然趋势。目前,我国应用于机动车的代用燃料主要有压缩天然气和液化石油气,但实质上它们都是化石燃料的衍生品,其发展严重受化石燃料的制约。
理论上,生物质气化气有合适的热值和能量密度,能够满足作为内燃机燃料的要求,而且可以实现CO2净“零排放”。早在第一、二次世界大战期间,生物质气化气就已经作为机动车燃料应用于欧美等国家(1);目前,我国生物质气化气作为内燃机燃料的试验工作相继展开。任永志等(2)试验研究了内燃式燃气发电机的运行特性;孟凡生等(3-4)分析了我国低热值燃气内燃机的发展及应用现状,并对生物质气化气作为内燃机燃料的燃烧特性做了简单分析;孟凡彬等(4)试验研究了生物质气化气作为车用燃料初步规律。本文以不同组分生物质气化气作为原料,进一步研究了生物质气化气作为车用燃料的适应性和排放特性。
1 试验内容
1.1 试验原料:
试验原料为生物质气化气,其中1#-6#为生物质空气气化气,7#-12#为生物质富氧气化气,具体见表1。
表1 生物质气化气组分及热值
Table 1 the components of producer gas andlow heat value
NO.
CO2/%
C2H4/%
C2H6/%
H2/%
O2/%
N2/%
CH4/%
CO/%
Qv/kJ/m3
1#
9.00
0.00
0.00
15.77
0.99
50.62
0.75
22.88
4853.98
2#
9.68
0.00
0.00
16.73
1.07
49.88
0.97
21.68
4884.89
3#
15.87
0.30
0.00
16.46
0.28
45.06
1.89
20.14
5195.70
4#
15.61
0.31
0.00
15.62
0.22
45.77
2.13
20.32
5222.56
5#
11.42
1.55
0.00
12.92
0.67
49.52
2.28
21.64
5969.60
6#
11.00
1.75
0.00
13.61
0.63
49.30
2.14
21.57
6121.69
7#
24.41
0.71
0.00
32.33
0.00
1.33
3.72
37.50
10022.68
8#
23.55
1.39
0.23
28.73
0.54
4.58
4.89
36.10
10480.57
9#
18.34
0.91
0.20
25.76
0.89
7.55
6.07
40.28
10778.35
10#
13.06
0.53
0.00
28.34
0.36
9.77
2.69
45.25
10078.75
11#
13.36
0.55
0.00
27.92
0.55
11.06
2.70
43.87
9877.44
12#
19.80
1.28
0.00
25.26
1.00
14.01
4.69
论文关键词:小麦,EST-SSR分子标记,可转移性,禾本科能源植物
能源问题是21世纪人类面临的严峻挑战之一[1]。随着社会与经济的发展,中国对能源的需求将会不断增加。植物能源是地球贮藏太阳能的一种形式,也是化石能源形成的前体,在太阳能、核能的大规模应用开发之前,植物能源是从化石能源到太阳能过渡期间的、能够进行大规模开发利用的可再生资源之一。生物燃料属于植物能源,是以生物质为载体的能源,直接或间接地来源于植物的光合作用。地球上的植物通过光合作用每年生产的生物燃料量,相当于目前人类每年消耗矿物能的20倍。因此,生物燃料的开发生物论文,将是人类利用可再生能源的主要途径[2]。
高大禾本科植物是最易获得、生产力高、储量丰富的木质纤维生物质之一,作为转化燃料乙醇的原料潜力巨大。以“能源草”作为生物质能源的原材料成本低、效率高,不占用耕地,可利用山坡边际土地,兼具水土保持的功效论文参考文献格式。燃烧后产生的污染物也很少,可有效减轻温室效应、降低环境污染。因此开发高产优质的禾本科能源植物已经成为当前生物质能研究的一个热点[3]。
斑茅(Saccharum arundinaceum)又名大密、笆茅、大巴茅,是甘蔗属多年生、密丛高大草本,秆直立,高可达4米以上,茎达2厘米,具有分蘖力强、根系发达、抗旱性强等特性[3]。中国芒(Miscanthus sinensis)、五节芒(Miscanthus floridulus)均为禾本科芒属植物,具有生长迅速、适应性强,种植成本低、利用率高等多种优势。目前,欧美多国已开始大面积种植芒属植物并大规模研究其作为能源作物的开发利用价值[2,4,5]。南荻(Triarrhena lutarioriparia Liu)是原产我国长江流域、伴生于芦苇丛中的高大草本植物,植物学分类归属禾本科荻属,具有水土保持、固堤防洪、净化水体和空气、维护自然生态系统等作用[6]。河八王(Saccharum arundinaceum)为甘蔗的杂交亲本[7],菅(Themeda villosa)及香根草(Vetiveriazizanioides)也曾作为水土保持及优良薪炭草种[8]。然而,这些禾本科植物均处于野生状态,遗传学研究报道极少生物论文,基因组资源极其匮乏,限制了该类植物的遗传改良。因此,借助现代分子遗传与育种学方法对其进行研究改良,培育适宜于大规模生产栽培的能源植物新品种,对于促进这些野生战略资源植物的开发利用,服务于国家经济建设具有重要意义。
SSR(Simple Sequence Repeats)即简单重复序列,又称微卫星(Microsatellites)DNA,是一种由1-6个核苷酸为重复单位组成的串联重复序列,同一类微卫星DNA分布在基因组的不同位置上,由于SSR重复次数的不同,而形成SSR座位的多态性[9]。EST-SSR来源于表达的基因片段,作为功能基因的一部分,具有很高的保守性,且可直接用于基因组作图和基因发掘,尤其可以用于比较基因组学研究[10]。SSR分子标记被证明是现今最可靠实用的DNA分子标记之一,已广泛应用于农作物的基因组学和遗传育种学研究。但是,根据传统方法,开发新的SSR分子标记费时费力且价格昂贵[11]。目前,SSR标记的通用性已被不少研究者证明,如Garcia-Moreno等人研究了向日葵SSR标记对红花的可转移性[12]生物论文,Rallo等人研究了橄榄SSR标记对洋橄榄的可转移性[13],Wang等人研究了红豆SSR引物对绿豆的可转移性[14]。
因此,借助与这几类草本植物亲缘关系较近、基因组学研究相对较为深入的、同属禾本科的小麦EST-SSR引物序列,开发可用于中国芒等野生能源植物的SSR分子标记,将大大地降低开发成本、提高实验效率。本研究旨在探测小麦EST-SSR引物对这几种有潜力禾本科能源植物的可转移性,开发出可靠的SSR分子标记,为这些能源植物的遗传育种研究奠定基础论文参考文献格式。
1材料与方法
1.1实验材料
1.1.1 植物样品
植物样品选用了中国科学院武汉植物园采集保存的、均属禾本科的7种多年生草本植物。其中斑茅为甘蔗属,中国芒和五节芒为芒属,河八王为河八王属,南荻为荻属,菅为菅属,香根草为金须茅属植物(表1)。于10月上旬采样,采集新鲜幼嫩叶片约2g,放入装有50g无水硅胶的密封袋中瞬时干燥,随后放入-20℃冰箱保存。另外,设置小麦品种中国春(CS)作为SSR扩增对照。
表1 供试的禾本科植物
编号
Code
名种
Species
拉丁名
Latin name
染色体数
Chromosome number
染色体倍数
Chromosome ploidy
A
斑茅
Saccharum arundinaceum
60
2X
B
中国芒
Miscanthus sinensis
38
2X
C
五节芒
Miscanthus floridulus
38
2X
D
河八王
Narenga porphyrocoma
30
2X
E
南荻
Triarrhena lutarioriparia
38
2X
F
菅
Themeda villosa
20
2X
G
香根草
Vetiveria zizanioides
20
2X
CS
小麦
Triticum aestivum
[关键词] 生物质燃料 综合应用技术 新进展
[中图分类号] TK6 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650(2016)10-0206-01
引言
党的十报告中提出了关于提高能源使用效率的问题,即要支持新能源的开发,提高可再生能源的利用率。至此,河南驻马店市农业大区对生物质燃料的综合应用技术得到了高度重视。生物质能作为碳源具有可再生性,可以转化为固态燃料、液态燃料、气态燃料。
1 固体生物质燃料的综合应用技术
制备固体生物质燃料所采用的技术是固化成型技术,即将品位相对较低的生物质转化为品位相对较高的生物质燃料,而且由于燃料已经固化成型的,所以方便与存储和运输,在燃料的利用上也非常便利。固体生物质燃料的资料来源于农业和林业生产中所产生的玉米芯、秸秆等等各种废弃物。
1.1 固体生物质燃料的成型技术
首先,要收集生物原材料,将这些材料经过筛选之后,确保材料干燥,灰分符合要求,污染性低而且热值高、容易燃烧。对于这些材料进行干燥处理后,进行成型处理以方便运输[1]。其次,将所有筛选出来的材料粉碎处理,并将黏结剂和助燃剂加入其中进行压缩,使固体生物质燃料不仅方便存储,而且容易燃烧。
1.2 固体生物质燃料的生产技术
根据不同的生产条件,固体生物质燃料所采用的生产技术也会有所不同。其一,常温湿压成型技术,具体而言,是将纤维素原料进行水解处理而使得原料的纤维经过湿润时候软化,使其皱裂,之后进行压缩处理。这种技术的操作简单,但是会提高部件的磨损度,而且所生产的燃料的燃烧值比较低。所以,成本相对较高。其二、炭化成型技术,即对生物质原料进行炭化处理后成为粉末状,将粘结剂加入其中,压缩成木炭。比如,河南驻马店市农业大区,秸秆多综合利用,利用炭化技术工艺生产出来的秸秆炭粉可制成炭球、活性炭等炭产品。在秸秆炭化的过程中所排放的烟雾收集起来提取可燃气体、木焦油、木醋酸。但目前综合利用率还比较低,所以,还国家对秸秆综合利用予以补贴和政策上的倾斜。
2 液态生物质燃料的综合应用技术
2.1 燃料乙醇
燃料乙醇成本低而且具有可再生性。生产技术上,是对非粮食原料乙醇回收后,经过净化并发酵处理。其中,对脱水处理技术具有很高的要求,主要采用了萃取精馏法、吸附分离法以及共沸精馏法等等[2]。所生产的燃料乙醇中所含有的乙醇可以达到99.7%,比无水乙醇中的乙醇含量要高。
2.2 生物柴油
动植物油脂经过加工处理后,可以生产出与柴油的化学性质比较接近的长链脂肪酸单烷基酯,即为“生物柴油”。这种材料具有良好的性,没有毒,而且生物降解,是用于替代柴油的最好的材料。生产技术上,物理方式进行技术处理即为直接混合法、酯交换法和酶催化法;化学方式进行技术处理即为采用了微乳化法高温热裂解法。由于所使用的材料不同,生产出来的生物柴油存在着有点和不足。目前广泛使用的生物柴油制备方法为酯交换法。这种方法的原料来源广泛,加工工艺简单,所生产出来的生物柴油性能稳定,但是在生产的过程中会有碱性废水产生,而且生产设备会遭到严重的腐蚀。
3 气态生物质燃料的综合应用技术
生物质发酵技术,就是将生物质采用厌氧微生物分解技术,经过代谢处理之后生成了气体,这种气体的主要成分是甲烷,其中还包括二氧化碳、氢气以及硫化氢等等,即为“沼气” [3]。沼气的发酵划分为水解液化、酸化、产甲烷三个阶段。生物技术的快速发展,挖掘高效厌氧微生物并使用的效率也会有所提高,对沼气的利用起到了促进作用。
按照生物质气化原理,生物质气化制氢技术需要将生物质进行气化处理后,可燃性的气体与水蒸汽不断地重整,从中可以提取氢气。研究的介质是催化剂、气化炉,使用白云石制作二氧化碳,吸收蒸汽,经过气化后产生二氧化碳气体。经过试验表明,气体中的氢气产量是非常高的,可以达到66.9%;二氧化碳气体为3.3%;一氧化碳气体为0.3%。
总结
综上所述,中国在近年来环境污染日趋严重。要保护好生态环境,就要加大清洁能源的使用力度,同时还要提高能源的重复使用效率。特别是发展新能源,能够对不可再生能源的利用以缓解,一方面可以对能源使用的安全予以维护,而且还可以推进新农村建设。
参考文献
[1]王永征,姜磊,岳茂振,等.生物质混煤燃烧过程中受热面金属氯腐蚀特性试验研究[J].中国电机工程学报,2013,33(20):88―95.
关键词:生物质;燃料;液化;进展;
中图分类号:TK6 文献标识码:A 文章编号:1674-3520(2015)-01-00-02
液体燃料的不足已严重威胁到我国的能源与经济安全。我国一次能源消费量仅次于美国成为世界第二大能源消费国, 2006年进口原油已达5000万t,占总量40%。因此,国家提出了大力开发新能源和可再生能源,优化能源结构的战略发展规划[1-2]。生物质燃料是惟一可以转化为液体燃料的可再生能源,将生物质转化为液体燃料不仅能够弥补化石燃料的不足,而且有助于保护生态环境。生物质燃料包括各种农业废弃物、林业废弃物以及各种有机垃圾等。我国生物质资源丰富,理论年产量为50亿t左右,发展生物质液化替代化石燃料有巨大的资源潜力。
目前生物质液化还处于研究、开发及示范阶段。从工艺上,生物质液化又可分为生化法和热化学法。生化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[3-8] 。本文主要介绍生物质燃料液化制取液体燃料的技术与研究进展。
一、生化法生产燃料乙醇
生物质生产燃料乙醇的原料主要有能源农作物、剩余粮食和农作物秸秆等。美国和巴西分别用本国生产的玉米和甘蔗大量生产乙醇作为车用燃料。从1975年以来,巴西为摆脱对石油的依赖,开展了世界最大规模的燃料乙醇开发计划,到1991年燃料乙醇产量已达130亿L。美国自1991年以来,为维持每年50亿L的玉米制乙醇产量,政府每年要付出7亿美元的巨额补贴[2,3,8]。利用粮食等淀粉质原料生产乙醇是工艺很成熟的传统技术。用粮食生产燃料乙醇虽然成本高,价格上对石油燃料没有竞争力。虽然我国政府于2002年制定了以陈化粮生产燃料乙醇的政策,将燃料乙醇按一定比例加到汽油中作为汽车燃料,已在河南和吉林两省示范。然而我国剩余粮食即使按大丰收时的3000万t全部转化为乙醇来算,可生产1000万t乙醇,也只有2000年原油缺口的1/10;而且随着中国人口的持续增长,粮食很难出现大量剩余。2007年以来,粮食价格高涨,给国家的安定带来威胁,因此,在我国非粮生物质燃料才是唯一可靠的生物质能源。
从原料供给及社会经济环境效益来看,用含纤维素较高的农林废弃物生产乙醇是比较理想的工艺路线。生物质制燃料乙醇即把木质纤维素水解制取葡萄糖,然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇的技术。我国在这方面开展了许多研究工作,比如武汉理工大学开展了农林废弃物真菌分解-碱溶热解-厌氧发酵工艺的研究,转化率在70%以上[9]。中国科学院过程工程研究所在国家攻关项目的支持下,开展了纤维素生物酶分解固态发酵糖化乙醇的研究,为纤维素乙醇技术的开发奠定了基础[10]。以美国国家可再生能源实验室(NREL)为代表的研究者,近年来也进行了大量的研究工作,如通过转基因技术得到了能发酵五碳糖的酵母菌种,开发了同时糖化发酵工艺,并建成了几个具有一定规模的中试工厂,但由于关键技术未有突破,生产成本一直居高不下[11-13]。纤维素制乙醇技术如果能够取得技术突破,在未来几十年将有很好的发展前景。
二、生物质燃料热化学法生产生物质油
生物质燃料热化学法生产生物质油技术根据其原理主要可分为加压液化和快速热解液化。
(一)生物质燃料快速热解液化
生物质燃料快速热解液化是在传统裂解基础上发展起来的一种技术,相对与传统裂解,它采用超高加热速率(102-104K/s),超短产物停留时间(0.2-3s)及适中的裂解温度,使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子,使焦炭和产物气降到最低限度,从而最大限度获得液体产品。这种液体产品被称为生物质油(bio-oil),为棕黑色黏性液体,热值达20-22MJ/kg,可直接作为燃料使用,也可经精制成为化石燃料的替代物。因此,随着化石燃料资源的逐渐减少,生物质快速热解液化的研究在国际上引起了广泛的兴趣。自1980年以来,生物质快速热解技术取得了很大进展,成为最有开发潜力的生物质液化技术之一。国际能源署组织了美国、加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国等国的10多个研究小组进行了10余年的研究与开发工作,重点对该过程的发展潜力、技术经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了调研,认为生物质快速热解技术比其他技术可获得更多的能源和更大的效益[14]。
世界各国通过反应器的设计、制造及工艺条件的控制,开发了各种类型的快速热解工艺。几种有代表性的工艺、各装置的规模、液体产率等参数见文献 [14]。
(1)旋转锥式反应工艺(Twente rotating cone process),荷兰Twente大学开发。生物质颗粒与惰性热载体一起加入旋转锥底部,沿着锥壁螺旋上升过程中发生快速热解反应,但其最大的缺点是生产规模小,能耗较高。以德国松木粉为原料,反应温度600℃,进料速率34.8kg/h的条件下,液体产率为58.6%。
(2)携带床反应器(Entrained flow reactor),美国Georgia 工学院(GIT)开发。以丙烷和空气按照化学计量比引入反应管下部的燃烧区,高温燃烧气将生物质快速加热分解,当进料量为15kg/h,反应温度745℃时,可得到58%的液体产物,但需要大量高温燃烧气并产生大量低热值的不凝气是该装置的缺点。
(3)循环流化床工艺(Circulating fluid bed reactor),加拿大Ensyn工程师协会开发研制。在意大利的Bastardo建成了650kg/h规模的示范装置,在反应温度550℃时,以杨木粉作为原料可产生65%的液体产品。该装置的优点是设备小巧,气相停留时间短,防止热解蒸汽的二次裂解,从而获得较高的液体产率。但其主要缺点是需要载气对设备内的热载体及生物质进行流化,最高液体产率可达75%。
(4)涡旋反应器(Vortex reactor),美国国家可再生能源实验室(NREL)开发。反应管长0.7m,管径0.13 m,生物质颗粒由氮气加速到1 200m/s,由切线进入反应管,在管壁产生一层生物油并被迅速蒸发。目前建成的最大规模的装置为20kg/h,在管壁温度625℃时,液体产率可达55%。
总之,生物质快速裂解技术具有很高的加热和传热速率,且处理量可以达到较高的规模,目前来看,该工艺取得的液体产率最高。热等离子体快速热解液化是最近出现的生物质液化新方法,它采用热等离子体加热生物质颗粒,使其快速升温,然后迅速分离、冷凝,得到液体产物,我国的开展了这方面的试验研究。
(二)加压液化
生物质加压液化是在较高压力下的热转化过程,温度一般低于快速热解。最著名是PERC法。该法始于20世纪60年代,当时美国的Appell等人将木片、木屑放入Na2CO3溶液中,用CO加压至28MPa,使原料在350℃下反应,结果得到40%-50%的液体产物。近年来,人们不断尝试采用H2加压,使用溶剂及催化剂(如Co-Mo、Ni-Mo系加氢催化剂)等手段,使液体产率大幅度提高,甚至可以达80%以上,液体产物的高位热值可达25-30MJ/kg,明显高于快速热解液化。超临界液化是利用超临界流体良好的渗透能力、溶解能力和传递特性而进行的生物质液化,最近欧美等国正积极开展这方面的研究工作[15-17]。和快速热解液化相比,目前加压液化还处在实验室阶段,但由于其反应条件相对温和,对设备要求不很苛刻,在规模化开发上有很大潜力。
生物质燃料转化为液体后,能量密度大大提高,可直接作为燃料用于内燃机,热效率是直接燃烧的4倍以上。但是,由于生物油含氧量高(约35wt%),精炼成本较高,因而降低了生物质裂解油与化石燃料的竞争力。这也是长期以来没有很好解决的技术难题。
三、结论与建议
随着化石燃料资源的逐渐减少,生物质燃料液化技术的研究在国际上引起了广泛的兴趣。经过近30年的研究与开发,车用燃料乙醇的生产已实现产业化,快速热解液化已达到工业示范阶段,加压液化还处于实验研究阶段。我国生物质资源丰富,每年可利用的资源量达50亿t,仅农作物秸秆就有7亿t,但目前大部分作为废弃物没有合理利用,造成资源浪费和环境污染。如果将其中的50%采用生物质液化技术转化为燃料乙醇和生物质油,可以得到5亿-10亿t油当量的液体燃料,基本能够满足我国的能源需求。因此,发展生物质液化在我国有着广阔的前景。
我国在生物质快速热解液化及加压液化方面的研究工作还很少,与国际先进水平有较大差距,需要加强此项研究。开发生物质油精制与品位提升新工艺,降低生产成本是生物质热化学法液化进一步发展,提高与化石燃料竞争力的关键。
参考文献:
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关键词:中国,生物质能政策,政策效果
生物质能是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用,把太阳能转化为化学能后蕴藏在生物质内部的能量,是以生物质为载体的能量,是可再生的绿色能源[1]。中国是能源消耗大国,开发利用可再生清洁能源可以改善能源生产和消费方式,对我国可持续发展有重要意义。论文格式。本文参考国内相关学者对我国生物质能政策及其问题的研究,分别从以下几个方面论述。
1生物质能的利用情况1.1 生物质能分类按来源,生物质能可分为五类:(1)林业资源,是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源;(2)农业资源,是指农业作物、农业生产过程中的废弃物和农业加工业的废弃物;(3)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。论文格式。工业有机废水主要是酿酒、制糖等行业生产过程中排出的废水等,其中都富含有机物;(4)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。(5)畜禽粪便,是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质的转化形式[2]。
1.2 生物质能在我国利用情况我国是农业大国,生物质能丰富,主要有农作物秸秆、树木枝桠、畜禽粪便、能源作物、工业有机废水、城市生活污水和垃圾等[7]。目前,我国生物质资源可转换为能源的潜力约5亿t标准煤,今后随着造林面积的扩大和经济社会的发展,生物质资源转换为能源的潜力可达10亿t标准煤[3]。
但是,我国生物质利用效率低,浪费严重。每年有2 亿t秸秆露地燃烧,25 亿t畜禽粪便污染环境,2 亿多万t林地废弃物白白遗弃,1 亿多hm2土地被抛荒,如能利用现有资源的一半,生物质产业年产值就可达2万亿元,这将为农业增效和农民增收开辟出一个新的途径[4]。
2我国生物质能政策 由于生物质能在我国的巨大产量和重要意义,国家颁布了一系列政策法规,以促进其发展,表1汇总了2005年至2008国家颁布的涉及促进生物质能发展的政策法规。
表1我国主要生物质能政策一览表2005-2008[3,5,6]
论文关键词:新能源汽车,发展现状,发展趋势,经验总结
一、新能源汽车定义及分类
根据我国《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》,新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(包括太阳能汽车)、燃料电池汽车、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等各类别产品。
二、国际新能源汽车发展态势分析
(一)发展环境分析
1.能源危机成为新能源汽车发展的动力。石油资源的日益枯竭和石油价格的巨幅波动,不仅对世界各国经济造成了重要影响,更引起各国汽车产业的深刻变革:大排量、高油耗的汽车不再受到大多数消费者的青睐,燃油节约型汽车逐渐成为汽车市场的主流。世界各国欲借发展新能源摆脱其对石油的依赖发展趋势,逐步形成了新的世界经济增长模式。
2.金融危机提供新能源汽车发展的机遇龙源期刊。全球金融危机的爆发给新能源汽车的产业化发展提供了新的机遇。为了摆脱经济低谷,拉动经济复苏,获得市场[1]竞争先机,并使自己在未来的产业竞争格局中占据有利位置,发展新能源汽车成为世界各大汽车企业共同的战略选择。
3.环境污染呼唤新能源汽车时代的到来。随着汽车产业的快速发展,汽车已经成为城市的污染源之一。汽车尾气主要成分是CO、HC、NOX和颗粒物等,在城市中心,交通排放的CO形成的污染物浓度占CO总浓度的90%~95%,HC和NOX占80%~90%,而这些排放物正是造成地球气候变暖的重要原因之一。
4.技术变革促进新能源汽车的研发和生产。除了常规的化石能源(煤、石油)以外,新能源与可再生能源(太阳能、风能、水能、生物能等)的开发和利用比例逐渐提高,并由此产生了相应的多种新技术。能源的多样化发展给汽车新技术的应用带来了无限可能,各类新能源汽车的研发和生产必然会将汽车产业领域延伸、拓展到更加广泛的产业范畴。
(二)发展特点分析
新能源汽车在全球刚刚起步,代表着汽车产业未来的发展方向。混合动力作为新型汽车能源动力技术共性平台发展趋势,继承了先进内燃机技术,结合了高效洁净的电力驱动方式,既充分利用现有燃料基础设施,又能包容各种代用燃料,已成为新型动力系统汽车产业化的典型代表,开始大规模产业化发展,其中插电式混合动力汽车越来越受到重视;纯电动汽车借助各种高新技术特别是新型动力电池技术的进步找到了新的发展机遇,开始进入市场,并有快速增长的趋势;燃料电池作为一种新兴能量转换装置,尽管目前还存在很多需要克服的技术障碍,但其作为新一代汽车能源动力系统的远期解决方案仍然被看好,各种资助和示范验证正在进行,真正进入市场将还有一个较长的时期;代用燃料汽车可以用天然气、液化石油气、生物柴油、合成燃料、醇类燃料、醚类等多种清洁替代能源,成为解决石油资源短缺的重要途径。
(三)发展战略比较
美国长期侧重降低石油依赖、确保能源安全的战略发展趋势,将发展新能源汽车作为交通领域实现根本上摆脱石油依赖的重要措施,并以法律法规的形式确定其战略定位。美国从20世纪80年代起在不同的阶段提出了不同的车用能源发展战略,克林顿时期以提高燃油经济性为目标,混合动力是其主要的技术解决方案;布什时期追求零排放和对石油的零依赖,氢燃料电池汽车是其主要的技术解决方案,后期还计划用10年时间实现20%的石油替代和节约,主要措施是使用生物质燃料;近期奥巴马大力发展电动汽车,实施了总额48亿美金的动力电池以及电动汽车的研发和产业化计划,其中40亿美金用于动力电池的研发。
日本长期坚持确保能源安全、提高产业竞争力的双重战略,通过制订国家目标引导新能源汽车产业的发展,同时高度重视技术创新龙源期刊。日本在2006年“新国家能源战略”中明确提出,通过改善和提高汽车燃油经济性标准、推进生物质燃料应用、促进电动汽车应用等途径,到2030年交通领域对石油的依赖能够降低20%。重视生物燃料和燃料电池等技术开发,拟在2011年单年度生产生物燃料5万千升发展趋势,计划在五年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池,以及氢燃料电池科技。近期又将大力发展电动汽车作为低碳革命的重要内容,计划到2020年以电动汽车为主体的下一代汽车能够达到1350万辆。日本的混合动力汽车已形成产业化,丰田、本田、日产等日本厂商的混合动力汽车不仅在国内热销,在国际市场上也令其他国家厂商望其项背。
欧洲更加侧重于温室气体减排战略,将满足日益严格的二氧化碳排放限制要求作为发展新能源汽车的主要驱动力。欧洲新能源汽车发展的主要目标在早期以生物质燃料和天然气为主,在本世纪初期提出到2020年实现23%的石油替代,主要是生物质燃料、CNG以及氢燃料,但近期对于电动汽车给予高度关注。欧洲在发展电动汽车方面起步较晚,但是国家规划非常细致、系统,从基础研发做起,分阶段从研发产业化、基础设施方面给予统筹布局。2009年下半年德国的电动汽车计划以纯电动汽车为重点,分别提出了2015年、2020年的产业化和市场化的发展目标。
(四)产业政策分析
上世纪90年代以来,美日欧等国先后出台了一系列法律、规划、政策文件发展趋势,加强了对形成本国电动汽车产业的有效支持,主要体现在以下几方面:高度重视产业初创期的政策扶持;主要采用税收和补贴等政策支持措施;税收、补贴政策往往与油耗控制政策及尾气排放控制政策相结合;注重加强对降低整车重量的政策引导。2008年国际金融危机爆发以来,世界各国加强了对本国汽车产业的扶持力度,尤其是针对培育形成本国的新能源汽车产业出台了一系列扶持政策,关注点重在两个方面:大力支持先进电池等技术的研发和鼓励购买电动汽车。
2009年1月,韩国颁布“新增长动力规划及发展战略”,将绿色技术、尖端产业融合、高附加值服务等三大领域共17项新兴产业确定为新增长动力,在绿色运输系统方面,提出重点开发油电混合动力汽车等自主核心技术,实现关键零部件和材料国产化,2013年进入绿色汽车世界4强。2009年9月,美国“美国创新战略:推动可持续增长和高质量就业”,提出拨款20亿美元,支持汽车电池技术等的研发和配件产业的发展发展趋势,尽快生产出全球最轻便、最廉价和最大功效的汽车电池,使美国电动汽车、生物燃料和先进燃烧技术等站在世界前沿。
2009年4月1日,日本开始实施“绿色税制”,免除消费者在购买纯电动汽车、混合动力汽车、清洁柴油汽车时的多项税收,还提出在2009年11月后的一年时间里再提供2300亿日元左右的资金用于支持节能环保车型的补贴龙源期刊。2009年7月1日,美国政府提出了总额10亿美元的“汽车折价退款机制”——以旧换新补贴政策,计划为期一年;“美国创新战略:推动可持续增长和高质量就业”提出,为鼓励消费者购买电动汽车,美国政府将提供总额高达7500亿美元的税收抵免。英国政府在2010年度预算案中提出“绿色复苏”计划,其核心是挑选2~3个城市作为仅适用电动汽车的纯绿色城市,重点推动普及电动汽车;在全国范围内建立一个充电网络,保证电动汽车能在路边充电站及时充电;对放弃污染较高旧车、购买清洁能源车的消费者,提供每车2000英镑的补贴。
(五)发展趋势分析
在车用动力电池领域,混合动力和纯电动车用动力电池负责储存并为电动机提供电能发展趋势,其性能、成本和安全性很大程度上决定着混合动力汽车和纯电动汽车的发展进程。从当前的技术水平以及发展趋势来看,镍氢电池是目前应用最为广泛的车用动力电池,由于其技术成熟度和成本上的优势,在短期内仍将是混合动力汽车的首选动力。锂离子电池具有无记忆性、低自放电率、高比能量、高比功率、环保等诸多优点,应用前景较好,一旦成本问题得到解决,将成为纯电动汽车和插电式混合动力汽车的主要动力选择。
在车用驱动电机领域,永磁无刷电动机结构灵活、设计自由度大、性能较好,适合成为电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动,已经在混合动力轿车上进行较多应用,但是受永磁材料工艺影响和限制较大,而且控制系统复杂,造价很高;开关磁阻电动机调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点,结构简单、维护修理容易、可靠性好、转速和效率高、调速范围宽、控制灵活发展趋势,如果其技术瓶颈(转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、结构复杂性较大等)得到突破,将更适合电动汽车动力性能要求,被视为最具潜力的电动车电气驱动系统。
电子控制技术在新能源汽车中发挥着极其重要的作用,应用在汽车的各个领域,包括动力牵引系统控制、车辆行驶姿态控制、车身控制和信息传送。随着集成控制技术、计算机技术和网络技术的发展,汽车电子控制技术已明显向集成化、智能化和网络化三个主要方向发展。
三、国际新能源汽车发展经验总结
从国际经验看,各国政府都制定和实施了系统的激励性政策,在发展规划、关键技术研发投入、消费政策、环境标准、道路交通管理等方面,都为新能源汽车产业的发展提供了宽松的环境。
1.发展规划制定。美国、日本、韩国、欧盟等根据产业发展所处阶段的实际需要,制定分阶段、分类别发展规划,动态调整新能源汽车产业发展的扶持政策,使电动汽车产业顺利实现由政府推动过渡到市场推动。
2.基础研究资助。美国、日本、欧盟等地政府组织科研大攻关,协调全境范围内甚至全球范围内的政府机构、科研单位、汽车和燃料厂商,对未来新能源汽车技术进行大规模的基础研究发展趋势,并对新能源汽车的示范运行直接补贴龙源期刊。
3.财税政策激励。各国政府通过财税政策降低消费环节新能源汽车的购车成本和使用成本,从经济上激励消费者购买、使用新能源汽车,主要措施包括:购置税减免、返还以及直接补贴,许多欧盟国家基于燃油效率和环保性能制定车辆税费,针对消费者购置新型、清洁和高能效汽车给予税收减免;征收燃油税,欧盟实施高税率燃油税激励消费者选用节能环保的先进柴油车。
4.技术法规限制。美国、日本、欧盟等普遍采用强制性技术法规限制燃油消耗和尾气排放,并逐步提高技术标准,促使汽车生产商加大研发投入,生产新能源汽车。各国和地区的法规主要有:美国的CAFE标准和Tier标准、日本燃料经济性标准和尾气排放标准、欧洲自愿协议和欧盟尾气排放标准。
5.交通管理奖罚。为鼓励新能源汽车的发展,美国、日本、欧盟等地在交通管理措施中也有所体现,给予新能源汽车交通优先和停车免费等奖励,对高油耗、污染大的汽车采用惩罚性的措施。
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[2]程广宇.国外新能源汽车产业政策分析及启示[J].中国科技投资,2010,(5).
关键词:交通,环境保护措施
一、前言
回顾我国“十五”交通发展,我国交通事业保持了快速健康发展的良好势头,全社会累计完成交通建设投资21957亿元,年均增长18.7%,超过建国以来51年完成投资的总和,是“九五”期间完成投资的1.92倍,其中公路建设完成了19505亿元,使高速公路的建设实现了历史性突破,高速公路总里程达到了4.1万公里,“两纵两横三个重要路段”全部建成;新建农村等级客运站3232个,停靠站点10.2个,新增农村客车1.23万辆,乡镇客车通达率98%,建制村通车率81%。同时根据国家统计局的权威数字,截至2005年底,中国民用汽车保有量为3160万辆,其中私人汽车保有量为1852万辆,占总量的58.6%。私人汽车中,载货汽车452万辆,载客汽车1384万辆。博士论文,环境保护措施。
二、交通发展对环境的影响
交通事业的迅猛发展,给国民经济的发展带来巨大的动力的同时也给环境带来了巨大的压力,具体表现在:
1、交通建设期间对环境的影响
(1)、地形地貌的变化,导致生态循环系统的改变
高速公路的路线一般较长,与地方的道路和管渠等交叉在一起,由于高速公路的运营是处于一个全封闭状态下的,因此高速公路的标高或高于原地面或低于原地面,致使大量的开挖或回填不同程度地对周围的地形地貌产生破坏,相应的破坏了土体原有的自然结构和水循环路径,改变了沿线生物的生存环境,影响了其生长、活动的规律,可能会导致某些生物或植物的生存危机,在一定程度上破坏了当地的生态循环系统。
(2)、植被的破坏,造成大量的水土流失
因公路建设过程中不可避免的大开大挖,破坏了原地表植被,导致了土表裸露、土质松软,增加了水土冲刷量,造成河流、沟渠淤积、积水淹漫农田等水土流失灾害。据不完全统计,全国水土流失面积解放初期为17.4亿亩,到1980年约治理6亿亩。由于治理赶不上破坏,水土流失面积却扩大到22.5亿亩,约占国土总面积的1/6,涉及近千个县。全国山地丘陵区有坡耕地约4亿亩,其中修梯田约1亿亩,而另外3亿亩坡地正遭受水土流失的危害。
(3)、水资源的污染,导致水中生物的大量死亡
沿河公路的修建过程中,部分单位的环保意识差,将钻孔桩用泥浆直接排放到河水中,导致河道淤塞,影响船只正常通行;同时由于泥浆中添加了Na2CO3(俗称碱粉或纯碱)、NaOH(氢氧化钠)等化学材料,对河水的水质也产生一定的影响,导致水中生物的大量死亡。
2、交通运营期间对环境的影响
(1)、汽车尾气的排放对环境的影响
以汽油、柴油为燃料的汽车开动时会产生废气和固体微粒。废气中含有水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、硫化物、甲烷、乙烯、醛和铅颗粒等污染物, 这些污染物排放到大气中, 渗透到水、土壤中, 并逐渐积累, 会对沿线的人类和动植物产生不良影响,使其生活环境进一步恶化, 甚至会造成全球气候异常, 这种污染的程度随着公路运营时间的增长及交通量的增加而不断加重。
(2)、汽车所产生的噪音对人类及其他生物的影响
公路运营过程中,汽车车体振动、发动机运转、轮胎与路面摩擦、鸣喇叭以及公路沿线提供各种服务设施、设备均会产生噪声, 在公路沿线形成一条噪声带, 这些噪声对附近的人群产生心理(失眠等) 和生理(血管收缩、听力受损等) 上的影响,降低人们的工作效率,尤其对公路两侧人口密度较大的敏感区域(学校、住宅区、商业区、医院等) 干扰较为突出,而野外区域的干扰则较小。
(3)、汽车产生的油污染
汽车在运行过程中滴、漏油和车辆在维修过程中产生的污油都会随着水的流动而渗入土壤中从而对当地的生态环境产生影响。
(4)、汽车在夜间运行过程中产生的光污染
光污染是一类特殊形式的污染,它包括可见光、激光、红外线和紫外线等造成的污染。可见光污染比较多见的是眩光。例如每当夜晚在马路边散步时,迎面而来的机动车前照明灯把行人晃得眼都睁不开,这就是一种光污染,叫做眩光。博士论文,环境保护措施。
三、保护措施
1、全球环保措施的发展
由于在前期的人类活动中,人们只是将经济利益最大化作为追求目标,忽视了对自然环境的保护工作,现在大自然已经开始了“回报”人类了。1952年伦敦烟雾事件、臭氧层空洞、海平面上升、土地沙漠化和各地酸雨现象等的频频发生给人类敲响了警钟,,使越来越多的国家和社会开始关注环境保护工作,并提出了可持续发展的口号。
可持续发展 (SustainableDevelopment) 是八十年代提出的一个新概念。1987年世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中第一次阐述了可持续发展的概念,得到了国际社会的广泛共识。全球可持续发展五大要点:①发展援助:发达国家向发展中国家增大经济援助的力度,其援助比例达到其国家生产总值的0.7% ;② 环境保护:工业化国家应当恪守“京都议定书”官员限制温室气体排放量的规定,保护地球环境,防止全球继续变暖;③ 清洁水源:节约用水,并到2015年实现一半以上缺乏清洁饮用水源的人口提供洁净饮用水;④ 能源开发:大力推广清洁能源及电能的提高,提高可再生能源在能源消费结构中的比例;⑤绿色贸易:促进世界生产及贸易过程中的环保意识和社会责任感。
2、我国交通环保措施
我国根据可持续发展战略,制定了《中国21世纪初可持续发展行动纲要》,并针对交通事业的发展提出了交通行业由能源消耗型的行业向节约型行业转变的口号。在资源、能源和资金约束日趋明显的情况下,必须采取更加有效的措施,节约土地,节能降耗,以保证实现“十一五”发展目标。节约土地就是要落实最严格的耕地保护制度,最大限度地保护环境,从严把关,尽量利用荒地和废弃耕地。节能降耗就是要努力降低交通建设、运输管理各个领域、各个环节的建设成本和管理成本,发展循环交通经济,推进节约型行业建设。要进一步完善投融资机制,进一步拓宽筹资渠道,鼓励和引导社会资本进入基础设施建设领域。博士论文,环境保护措施。博士论文,环境保护措施。
公路建设必然会造成对环境的影响,要全然避免和杜绝是不可能的,因此我们必须要在《中国21世纪初可持续发展行动纲要》的指引下,合理规划、设计和施工以及后期的使用过程中尽量予以控制,使这种危害降低到最小。
(1) 做好路网的合理规划
我们在确定路网规划时,要从全局出发,树立公路建设与自然协调发展的系统观念,必须考虑将拟建设公路占用农田数量减少到最少,将公路对自然景观、文物古迹及国家自然保护区所造成的影响降到最低,对不可避免的环境影响要做出全面合理的评价,为以后阶段的公路环保设计提供依据。
(2) 进行公路建设项目预可、工可的环境评价
在路网规划或线位选定后,都应按照交通部1996年颁布了《公路建设项目环境影响评价规范(试行)》规范进行环境影响评价,超过规范和相关规定的方案要坚决摒弃。
(3) 做好施工过程中的环保宣传工作,同时制定严格的环保控制方法
通过宣传,使得环保观念深入到每个单位每个人的心中,形成“人人为环保”的态势;同时制定严格的奖罚措施,对于不按照环保办法执行,严重影响当地生态环境的单位予以重罚。
(4) 采用各种手段,减小噪音污染
研究表明:交通状况,音源、声音传播与噪声量密切相关。因此,防治噪声的主要方法有以下几种:一是加强交通管理, 上路前进行车辆噪声监测, 管制重车百分比,交通量及行车速度;二是调整纵坡,减少纵坡过大可能导致汽车爬坡时增加的噪声量;三是改进路面结构类型,改善面层混合料成分,适度修正横向刮纹间距或改作纵向拖纹处理,以谋求降低交通噪声;四是尽可能采用降噪效果好的路堑型式,尤其是路线通过敏感区时;五是适当设置遮蔽物,可在公路两侧设置隔声林带、隔音墙、隔音堤等,以降低噪声位准;六是实施减少噪声最直接有效的方法——改善车辆本身构造。
(4)汽车排放污染的防治
汽车排放的废气与固体微粒对大气的污染最为严重,这些污染会引起金属腐蚀,对建筑物和雕塑品造成破坏,抑制动植物生长,给经济、文化领域造成损失。因此,必须制定相关的汽车排放标准,机动车上路前需进行尾气检测;完善汽车的自身结构,改进发动机,采用电子控制燃油喷射,发明使用电动车、太阳能汽车和其它不污染环境的新型能源车;采用现代燃料,优先使用无铅汽油,增加以液化石油气或压缩天然气为燃料的气瓶车,推广气体燃料,使用符合规定的剂和燃油添加剂;研制和推广废气减毒装置,完善汽车保养和修理制度,推广节油装置。通过以上的措施,可将汽车排放物造成的污染降到最低的程度。博士论文,环境保护措施。
四 结语
环境与发展是不可分割的,它们相互依存,密切相关。博士论文,环境保护措施。因此我们在发展交通时必须坚持可持续发展的战略思想,清楚的认识到自身的位置和处境、优势和不足,进一步处理好发展与环境之间的关系,为我国综合国力的的增强和人类社会的发展作出贡献。.
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3、廖新辉张阳浅谈高速公路建设对环境的影响及保护措施广西交通科技1999,12
论文关键词:新能源汽车,发展现状,发展趋势,经验总结
一、新能源汽车定义及分类
根据我国《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》,新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(包括太阳能汽车)、燃料电池汽车、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等各类别产品。
二、国际新能源汽车发展态势分析
(一)发展环境分析
1.能源危机成为新能源汽车发展的动力。石油资源的日益枯竭和石油价格的巨幅波动,不仅对世界各国经济造成了重要影响,更引起各国汽车产业的深刻变革:大排量、高油耗的汽车不再受到大多数消费者的青睐,燃油节约型汽车逐渐成为汽车市场的主流。世界各国欲借发展新能源摆脱其对石油的依赖发展趋势,逐步形成了新的世界经济增长模式。
2.金融危机提供新能源汽车发展的机遇龙源期刊。全球金融危机的爆发给新能源汽车的产业化发展提供了新的机遇。为了摆脱经济低谷,拉动经济复苏,获得市场[1]竞争先机,并使自己在未来的产业竞争格局中占据有利位置,发展新能源汽车成为世界各大汽车企业共同的战略选择。
3.环境污染呼唤新能源汽车时代的到来。随着汽车产业的快速发展,汽车已经成为城市的污染源之一。汽车尾气主要成分是CO、HC、NOX和颗粒物等,在城市中心,交通排放的CO形成的污染物浓度占CO总浓度的90%~95%,HC和NOX占80%~90%,而这些排放物正是造成地球气候变暖的重要原因之一。
4.技术变革促进新能源汽车的研发和生产。除了常规的化石能源(煤、石油)以外,新能源与可再生能源(太阳能、风能、水能、生物能等)的开发和利用比例逐渐提高,并由此产生了相应的多种新技术。能源的多样化发展给汽车新技术的应用带来了无限可能,各类新能源汽车的研发和生产必然会将汽车产业领域延伸、拓展到更加广泛的产业范畴。
(二)发展特点分析
新能源汽车在全球刚刚起步,代表着汽车产业未来的发展方向。混合动力作为新型汽车能源动力技术共性平台发展趋势,继承了先进内燃机技术,结合了高效洁净的电力驱动方式,既充分利用现有燃料基础设施,又能包容各种代用燃料,已成为新型动力系统汽车产业化的典型代表,开始大规模产业化发展,其中插电式混合动力汽车越来越受到重视;纯电动汽车借助各种高新技术特别是新型动力电池技术的进步找到了新的发展机遇,开始进入市场,并有快速增长的趋势;燃料电池作为一种新兴能量转换装置,尽管目前还存在很多需要克服的技术障碍,但其作为新一代汽车能源动力系统的远期解决方案仍然被看好,各种资助和示范验证正在进行,真正进入市场将还有一个较长的时期;代用燃料汽车可以用天然气、液化石油气、生物柴油、合成燃料、醇类燃料、醚类等多种清洁替代能源,成为解决石油资源短缺的重要途径。
(三)发展战略比较
美国长期侧重降低石油依赖、确保能源安全的战略发展趋势,将发展新能源汽车作为交通领域实现根本上摆脱石油依赖的重要措施,并以法律法规的形式确定其战略定位。美国从20世纪80年代起在不同的阶段提出了不同的车用能源发展战略,克林顿时期以提高燃油经济性为目标,混合动力是其主要的技术解决方案;布什时期追求零排放和对石油的零依赖,氢燃料电池汽车是其主要的技术解决方案,后期还计划用10年时间实现20%的石油替代和节约,主要措施是使用生物质燃料;近期奥巴马大力发展电动汽车,实施了总额48亿美金的动力电池以及电动汽车的研发和产业化计划,其中40亿美金用于动力电池的研发。
日本长期坚持确保能源安全、提高产业竞争力的双重战略,通过制订国家目标引导新能源汽车产业的发展,同时高度重视技术创新龙源期刊。日本在2006年“新国家能源战略”中明确提出,通过改善和提高汽车燃油经济性标准、推进生物质燃料应用、促进电动汽车应用等途径,到2030年交通领域对石油的依赖能够降低20%。重视生物燃料和燃料电池等技术开发,拟在2011年单年度生产生物燃料5万千升发展趋势,计划在五年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池,以及氢燃料电池科技。近期又将大力发展电动汽车作为低碳革命的重要内容,计划到2020年以电动汽车为主体的下一代汽车能够达到1350万辆。日本的混合动力汽车已形成产业化,丰田、本田、日产等日本厂商的混合动力汽车不仅在国内热销,在国际市场上也令其他国家厂商望其项背。
欧洲更加侧重于温室气体减排战略,将满足日益严格的二氧化碳排放限制要求作为发展新能源汽车的主要驱动力。欧洲新能源汽车发展的主要目标在早期以生物质燃料和天然气为主,在本世纪初期提出到2020年实现23%的石油替代,主要是生物质燃料、CNG以及氢燃料,但近期对于电动汽车给予高度关注。欧洲在发展电动汽车方面起步较晚,但是国家规划非常细致、系统,从基础研发做起,分阶段从研发产业化、基础设施方面给予统筹布局。2009年下半年德国的电动汽车计划以纯电动汽车为重点,分别提出了2015年、2020年的产业化和市场化的发展目标。
(四)产业政策分析
上世纪90年代以来,美日欧等国先后出台了一系列法律、规划、政策文件发展趋势,加强了对形成本国电动汽车产业的有效支持,主要体现在以下几方面:高度重视产业初创期的政策扶持;主要采用税收和补贴等政策支持措施;税收、补贴政策往往与油耗控制政策及尾气排放控制政策相结合;注重加强对降低整车重量的政策引导。2008年国际金融危机爆发以来,世界各国加强了对本国汽车产业的扶持力度,尤其是针对培育形成本国的新能源汽车产业出台了一系列扶持政策,关注点重在两个方面:大力支持先进电池等技术的研发和鼓励购买电动汽车。
2009年1月,韩国颁布“新增长动力规划及发展战略”,将绿色技术、尖端产业融合、高附加值服务等三大领域共17项新兴产业确定为新增长动力,在绿色运输系统方面,提出重点开发油电混合动力汽车等自主核心技术,实现关键零部件和材料国产化,2013年进入绿色汽车世界4强。2009年9月,美国“美国创新战略:推动可持续增长和高质量就业”,提出拨款20亿美元,支持汽车电池技术等的研发和配件产业的发展发展趋势,尽快生产出全球最轻便、最廉价和最大功效的汽车电池,使美国电动汽车、生物燃料和先进燃烧技术等站在世界前沿。
2009年4月1日,日本开始实施“绿色税制”,免除消费者在购买纯电动汽车、混合动力汽车、清洁柴油汽车时的多项税收,还提出在2009年11月后的一年时间里再提供2300亿日元左右的资金用于支持节能环保车型的补贴龙源期刊。2009年7月1日,美国政府提出了总额10亿美元的“汽车折价退款机制”——以旧换新补贴政策,计划为期一年;“美国创新战略:推动可持续增长和高质量就业”提出,为鼓励消费者购买电动汽车,美国政府将提供总额高达7500亿美元的税收抵免。英国政府在2010年度预算案中提出“绿色复苏”计划,其核心是挑选2~3个城市作为仅适用电动汽车的纯绿色城市,重点推动普及电动汽车;在全国范围内建立一个充电网络,保证电动汽车能在路边充电站及时充电;对放弃污染较高旧车、购买清洁能源车的消费者,提供每车2000英镑的补贴。
(五)发展趋势分析
在车用动力电池领域,混合动力和纯电动车用动力电池负责储存并为电动机提供电能发展趋势,其性能、成本和安全性很大程度上决定着混合动力汽车和纯电动汽车的发展进程。从当前的技术水平以及发展趋势来看,镍氢电池是目前应用最为广泛的车用动力电池,由于其技术成熟度和成本上的优势,在短期内仍将是混合动力汽车的首选动力。锂离子电池具有无记忆性、低自放电率、高比能量、高比功率、环保等诸多优点,应用前景较好,一旦成本问题得到解决,将成为纯电动汽车和插电式混合动力汽车的主要动力选择。
在车用驱动电机领域,永磁无刷电动机结构灵活、设计自由度大、性能较好,适合成为电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动,已经在混合动力轿车上进行较多应用,但是受永磁材料工艺影响和限制较大,而且控制系统复杂,造价很高;开关磁阻电动机调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点,结构简单、维护修理容易、可靠性好、转速和效率高、调速范围宽、控制灵活发展趋势,如果其技术瓶颈(转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、结构复杂性较大等)得到突破,将更适合电动汽车动力性能要求,被视为最具潜力的电动车电气驱动系统。
电子控制技术在新能源汽车中发挥着极其重要的作用,应用在汽车的各个领域,包括动力牵引系统控制、车辆行驶姿态控制、车身控制和信息传送。随着集成控制技术、计算机技术和网络技术的发展,汽车电子控制技术已明显向集成化、智能化和网络化三个主要方向发展。
三、国际新能源汽车发展经验总结
从国际经验看,各国政府都制定和实施了系统的激励性政策,在发展规划、关键技术研发投入、消费政策、环境标准、道路交通管理等方面,都为新能源汽车产业的发展提供了宽松的环境。
1.发展规划制定。美国、日本、韩国、欧盟等根据产业发展所处阶段的实际需要,制定分阶段、分类别发展规划,动态调整新能源汽车产业发展的扶持政策,使电动汽车产业顺利实现由政府推动过渡到市场推动。
2.基础研究资助。美国、日本、欧盟等地政府组织科研大攻关,协调全境范围内甚至全球范围内的政府机构、科研单位、汽车和燃料厂商,对未来新能源汽车技术进行大规模的基础研究发展趋势,并对新能源汽车的示范运行直接补贴龙源期刊。
3.财税政策激励。各国政府通过财税政策降低消费环节新能源汽车的购车成本和使用成本,从经济上激励消费者购买、使用新能源汽车,主要措施包括:购置税减免、返还以及直接补贴,许多欧盟国家基于燃油效率和环保性能制定车辆税费,针对消费者购置新型、清洁和高能效汽车给予税收减免;征收燃油税,欧盟实施高税率燃油税激励消费者选用节能环保的先进柴油车。
4.技术法规限制。美国、日本、欧盟等普遍采用强制性技术法规限制燃油消耗和尾气排放,并逐步提高技术标准,促使汽车生产商加大研发投入,生产新能源汽车。各国和地区的法规主要有:美国的CAFE标准和Tier标准、日本燃料经济性标准和尾气排放标准、欧洲自愿协议和欧盟尾气排放标准。
5.交通管理奖罚。为鼓励新能源汽车的发展,美国、日本、欧盟等地在交通管理措施中也有所体现,给予新能源汽车交通优先和停车免费等奖励,对高油耗、污染大的汽车采用惩罚性的措施。
参考文献
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[2]程广宇.国外新能源汽车产业政策分析及启示[J].中国科技投资,2010,(5).
[3]张进华.节能与新能源汽车发展战略的国际比较[J].环境保护,2010,(18).
这项成果引起了广泛的关注,有人拿它跟当年名噪一时的“人造叶片”比较,并认为其前途更加光明。这项成果也使以色列政府近年来倾力打造的“脑力回流”科研平台I-CORE格外引人注目。近日,笔者专访了以色列理工学院太阳能燃料集优研究中心该项目首席研究员阿夫纳·罗斯柴尔德教授。
纳米材料技术带来的革命
“用集成串联光伏电池实现光解水制氢完全可行,光伏发电的同时制氢、储氢,氢燃料再用于补充黑夜和阴天的发电需要。”罗斯柴尔德告诉笔者,“我们已找到一种方式来捕捉光,用超薄铁氧化物薄膜,也就是用比办公用纸还薄5000倍的铁锈,即三氧化二铁来储存光,这是实现高效率和低成本的关键。”他们的研究成果发表在《自然材料》上,论文题目是《用超薄材料捕获共振光实现水裂解》。
氧化铁是一种常见的半导体材料,生产成本低,在水里不易氧化、耐腐蚀、耐分解,比其他半导体材料表现更稳定。但它较低的导电性是研究人员面临的最大挑战。科研人员为此奋斗多年,努力找寻光吸收分离和光生载荷收集之间的折衷方案。
“我们的光捕获方案打破了这个瓶颈,氧化铁超薄薄膜能够有效地吸收光生电荷。”罗斯柴尔德说,“类似镜面的薄膜被置于反射基板上,光线中的四分之一波长或更深的子波长被薄膜捕获。同时向前和向后传播的光波之间增强了吸收表面,光生电荷载体的吸收效率更好。”
谈到这项发现的重大意义,罗斯柴尔德认为,这项科研成果使光伏发电和制氢同时进行成为可能。人们可以设计制造出相对廉价的结合有超薄氧化铁光电极的太阳能电池,这种太阳能电池完全可以采用基于硅材料或其他材料的传统产品,但能同时实现光伏发电和制氢。他称,这些电池实现了太阳能储存,让光伏发电不再受黑夜和阴天影响,这是传统的光伏发电无法比拟的。
这项发明还能减少第二代光伏电池对极稀有金属的用量,理论上讲,在不牺牲发电性能的基础上,这种太阳能电池能节约90%的碲和铟等稀有元素。
水的消耗也是这样的光伏电厂无法回避的问题,罗斯柴尔德称,目前他们使用淡水的试验测算结果,其水的用量以及经济性和传统发电相差无几。他们还将开展使用海水进行光解制氢的研究,并对此充满信心。他称,自去年底他们的科研成果以来,他们在提高制氢效率方面又取得了很大进步,理论上讲,基于这种技术的光伏电厂已经可以匹敌传统发电,其成本不相上下,如果考虑到绿色、环保、低碳等因素,这样的光伏电厂已经具备优势。
占用大量土地则是光伏电厂面临的另一个难题。罗斯柴尔德对此并不十分担心,他说,每个国家都有大量不能耕作但光照充分的土地,它们是建设光伏电厂的天然选择,而且相对于其他用途占地,全面解决能源问题的用地需要并不过分。他以以色列为例,以色列全国道路占用土地是国土面积的3%,而通过这种新型光伏电厂完全解决以色列电力需求只要国土面积的1%,就能彻底实现国家能源独立,并完全放弃石化能源。
实现清洁能源三步走
罗斯柴尔德分析了实现人类清洁能源梦想的各种可能性,他认为相比风能、地热能、核能、潮汐能等,太阳能光伏发电是迄今为止最为成功的清洁能源解决方案,这种20年前仅用于军事和太空的昂贵的能源技术,现在已经变得非常成熟和普及,产业化程度很高。虽然有人还在质疑它的发电成本,但就目前技术水平,在以色列光伏发电的单价已经与传统电厂的电价趋同。如果将运行周期放在30年的时间段进行对比,光伏电厂的发电成本将低于现行电价。这其中还不包括传统电厂存在的生产安全成本和付出的环境污染代价。罗斯柴尔德称,有一位以色列财政部前副总司长计算出的传统电厂的真实价格是现在光伏发电的两倍。
罗斯柴尔德并不看好生物燃料,他认为生物燃料的发电效率不高,自然界的光合作用需要很多土地。大规模发展生物燃料,人类会面临用有限土地生产食物或者生产燃料的两难选择,能源危机与粮食危机将交织在一起。
事实上,许多国家已经把发展可再生能源的目标大幅度提高,如以色列现在是7%,2020年要达到20%;德国的目标是到2050年将可再生能源提高到80%。相比较风能和氢能,光伏发电现在发展最快。但光伏的致命伤是黑夜和阴天不能发电,如果小规模的光伏电厂可以通过其他发电方式进行补偿和平衡,大规模光伏发电则必须解决太阳能燃料储存问题。
应运而生的纳米氧化铁超薄膜制氢技术是一种高效人造光合作用,制氢能力10倍于自然界,嫁接现在非常成熟的光伏技术,则可实现光解水制氢和光伏发电的完美结合。
本书共有46章:1.云层状况对太阳辐射质量的比较研究;2.以满足基本负荷为目标的可再生能源集成系统探索;3.可变混合物的有机朗肯循环性能研究4.以双地热为基础的集成制氢系统测评;5.基于两种可再生能源的多能源系统遗传算法优化;6.综合能源系统的性能评估;7.两段式热泵干燥系统的性能评估;8.基于核能的混合硫循环和使用HEEP方法的高温蒸汽电解系统比较评估;9.固体氧化物燃料电池和基于生物质气化微型燃气轮机的热力学分析;10.工作液可变的朗肯循环能量分析;11.热化学储能系统:设计,评估和基于充电温度的参数研究;12.季节性分层热能储藏系统的热力学评估;13.基于太阳能的微型热电发电系统发展;14.单效吸收式储能器的瞬态过程分析;15.全球变暖与建筑物形貌对地源热泵系统性能的影响;16.拉贾斯坦邦的聚光太阳能发电现状;17.带有贮热水箱的太阳能喷射式制冷系统动态性能分析;18.宿舍供电用光伏太阳能电池和燃料电池联合系统;19.低能耗示范用住宅的空气源热泵和太阳能热联合供暖系统研究;20.零下低温区的太阳能热水器;21.恒定输入功率的定日镜场中央接收器系统建模;22.无吸收器单通道太阳能空气集热器;23.带有短距散射器的太阳能发电站;24.甘油水相化可再生能源制氢与水滑石衍生物提取铜镍催化剂的利用;25.混合结构成分与官能团的热解条件;26.阿尔及利亚太阳能分布图;27.带有真空管太阳能集热器并集成加湿和除湿功能的太阳能海水淡化系统研究;28.海上风电场的选址优化;29.小型风力发电机叶片设计;30.基于液体浸没等离子体的笼形水合物变形制氢方法;31.伊朗家用、商用和农业部门中基于风能的便利分布式发电选择系统;32.麦克默里堡住宅楼地热空间加热系统的综合监测;33.地热系统中的热传输特性分析;34.阿尔及利亚地热应用前景分析;35.垂直地埋管换热器的季节性热流变化分析;36.面向家庭供暖与供冷的垂直管道地热泵系统;37.地源热泵系统中能源桩热响应试验分析;38.纵向和横向片式散热器的性能比较;39.新加坡能源系统的建模分析;40.低温热源驱动的发电供热集成系统分析;41.压缩天然气和柴油功能的垃圾收集车可靠性评估;42.厌氧混合堆中垃圾渗滤液的厌氧处理和沼气生产系统;43.对帕多瓦城市热岛的实验调查;44.微波增强型橡胶树热解;45.提高水电双供厂的装机容量和效率;46.水电双供厂的建模仿真分析。
本书第1作者Ibrahim Dincer是安大略理工大学机械工程系教授,也是工程和应用科学学院的项目负责人。他独自撰写或合作撰写过几十本书,发表过的期刊和会议论文被引用超过1000次,还发表过很多技术报告。他曾多次主持国内与国际会议、担任会议主席。他还参与了很多国际知名会议的初创工作,包括国际能源与环境专题讨论会等。他曾经担任过300余次主题演说,还担任着多种国际期刊的主编和编辑,如《国际能源研究期刊》,《国际燃烧热力学期刊》,以及《全球变暖研究》等。
本书采用独特的方式,融合了最新的技术信息、研究成果和成功示范应用,旨在吸引大量工程师、学生、工程实践人员、科学家和研究人员,为他们展现可持续能源技术的最新发展。
宁圃奇,博士,研究员
(中国科学院电工研究所)
Puqi Ning,Associate Professor
(Institute of Electrical Engineering,CAS)Giovanni Petrecca
Energy Conversion and
Management
2014
http:///book/
10.1007/978-3-319-06560-1
执著创新
现任天津大学教授、博士生导师及内燃机燃烧学国家重点实验室副主任的姚春德有着丰富的研究经历和实践经验。他于1993—1994年赴德国亚琛工业大学师拜国际著名的内燃机专家皮辛格教授进修学习柴油机高效、低污染燃烧技术,并于1995年赴美国威斯康星州先进发动机技术发展公司工作一年。
多年来,姚春德一直从事内燃机燃烧基础理论和内燃机新燃料方面的研究,研究领域覆盖发动机设计、排放控制、节油添加剂、燃烧化学反应动力学、多元燃料燃烧理论和技术等诸多内容。
近年,姚春德针对柴油紧缺而开展的柴油机应用替代燃料的研究,已取得突破性进展。众所周知,我国的石油需求量大,但资源却不丰富,每年内燃机需要消耗大量石油燃料,为此我国的进口石油量逐年递增,这给经济发展带来了极大压力。为了能缓解石油紧张的局面,寻找合适的内燃机替代燃料,已成为业界一个急需解决的难题。经过反复比较分析,姚春德选择了甲醇作为重要突破口。之所以选择甲醇,按姚春德自己的解释是:一方面甲醇的生产技术成熟,产能高,此外,甲醇的生产资源广泛,煤炭、天然气、生物质、焦炉气都可以用于生产,而我国也是煤炭资源丰富的国家。可以说,选择甲醇就为内燃机燃料,将为我国经济的可持续发展打下良好的基础。
然而,甲醇的特性决定了其一般不能用于柴油机,如何用到柴油机上目前尚是一个科学难题。为此,姚春德经过十余年的艰苦努力,终于在柴油机应用甲醇燃料的技术方面取得了突破。他提出了柴油/甲醇二元燃烧理论,发明了柴油/甲醇组合燃烧的方法,实现了在柴油车中可用甲醇替代30%的柴油,燃料效率提高10%以上的目标,最终使甲醇成功应用于柴油机上。目前,该方法已通过在发动机台架和整车道路方面的试验,并被工信部指定为柴油机应用甲醇燃料的唯一方式。
硕果累累
现今,在低碳、节能的大背景下,我们完全有理由相信,甲醇/柴油组合燃烧方法的推广应用,不仅可以大幅度提高燃料的经济性,提升发动机的排放品质,同时对增加国家石油能源安全,改变依赖石油大量进口的被动局面和减少二氧化碳排放都将起到重要的作用。
正是在这种社会价值的追求中,姚春德实现了自己的人生价值。除了本职工作外,他还兼任中国工程热物理学会常务理事,中国汽车工程学会理事和特聘专家,中国内燃机学会中小功率柴油机分会副主任,《工程热物理学报》编委,《燃烧科学与技术》、《汽车安全与节能学报》、《小型内燃机与摩托车》等刊物编委,《Applied Thermo Energy》、《Energy and Fuel》等国际刊物的论文评审专家。
[关键词]循环流化床;锅炉;发展趋势
中图分类号:TK229.66文献标识码:A文章编号:1009-914X(2018)03-0298-01
1.我国循环流化床锅炉发展现状
循环流化床(CFB)锅炉因为其燃料适用性广、负荷调节性强以及环保性能优良而得到了越来越多的重视。在我国能源与环境的双重压力下,循环流化床锅炉在我国得到了快速的发展。据全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网(CFB协作网)统计,我国现有不同容量的循环流化床锅炉近3000台,约63000MW的容量投入商业运行,占电力行业中锅炉总台数的三分之一强。可以预见,循环流化床锅炉将会在我国得到更大的发展。大量循环流化床锅炉机组的装备对于优化我国电力结构、改善电力供应品质、提高我国整体资源利用效率以及降低污染物排放方面发挥出了不可替代的作用。
2.循环流化床锅炉的特点
循环流化床(CFB)锅炉最为突出的特点主要有以下几个方面:燃料适用性广、环保性能优良以及负荷调节性强。
2.1循环流化床锅炉的燃料适应性
循环流化床锅炉机组的燃料适应性广的主要含义是指对于循环流化床这种锅炉来说,它可以适应很多种燃料,比如各种燃煤、煤矸石、石油焦、生物质以及有机垃圾等,但是对于一台已经设计好的锅炉来说,它的燃料是一定的,也就是说在燃用这种设计燃料的时候,其性能发挥最为出色,而随着燃料特性与设计特性的偏离,其性能会有很大的限制,因此不能够将循环流化床锅炉的燃料适应性无限夸大。当然,与此相对比,煤粉锅炉如果燃料特性与设计特性相差太远,可能会面临无法运行的状况,这也是循环流化床对煤粉锅炉的优势之一。
2.2循环流化床锅炉的环保性能
循环流化床锅炉由于能够采用低温燃烧以及炉内脱硫技术,所以其烟气中NOx以及SO2的产生量都很低。循环流化床锅炉机组不仅污染物的排放浓度低,而且随着人们环保意识的加强,烟气中污染物的排放浓度有进一步下降的趋势。
2.3循环流化床锅炉的负荷调节性
循环流化床锅炉由于炉内布风板上有大量的循环床料积蓄大量的热量,因此其在小负荷的状况下也能够点燃进炉燃煤,所以也就能够在低负荷下较好的保持运行状态。
3s循环流化床锅炉技术的发展前景
近十年,经过科研的不断发展与创新,创造出下排气旋风分离器循环流化床锅炉、旋风扇和百叶窗两级分离器循环流化床锅炉、异型水冷分离器循环流化床锅炉。我国循环流化床技术朝着超临界大型化、深度脱硝和脱硫、防磨技术提高、综合利用能源的方向发展。
3.1超临界大型化的发展方向
循环流化床超临界的发展方向,与其自身固有的燃烧特性具有重要的联系。常规的循环流化床锅炉煤粉热流往往高于循环流化床锅炉,可降低对水冷壁的要求。在循环流化床锅炉中,固体的传热系数和固体的浓度与炉中的温度呈反比,有利于水冷壁的温度控制。采用超临界锅炉和具有污染物排放少、运行效率高、煤炭损耗量低的优点。
循环流化床锅炉技术采用的是一级飞灰分离循环燃烧技术,锅炉采用的系统较为简单,易于采用大型化的生产技术。另外,不论是国内开发的下排旋风分离器和水冷异型分离器,还是国外开发的方型分离器,都能夠很好地和锅炉本体融为一体,使大型化的机型得以实现。
3.2深度脱硝和脱硫
循环流化床锅炉具有空气分级供给燃烧和低温燃烧的特性,故而有利于氧氮化物的形成,与同期的锅炉相比,能降低20%左右的氧氮含量,一氧化氮的浓度控制低于300mg/m3,随着国家对其排放标准的进一步提高,对锅炉进行深度脱硝是循环流化床锅炉技术发展的趋势。
尽管我国拥有世界上最多的CFB锅炉数量,但是CFB锅炉脱硫技术并不尽如人意。随着环境问题的日益严峻,煤炭的深度脱硫成为今后锅炉技术发展中亟待解决的问题。我国新公布的火电厂污染物排放标准中,将二氧化硫的排放标准降至400/m3,和传统的湿化脱硫相比,在循环硫化床中添加石灰石的脱硫方式效果更好。但是,此种方式还需处理灰渣,在实际运用的过程中,总体的竞争力正在降低,因此,对CFB锅炉进行深度脱硫是循环流化锅炉发展的题中之义。
3.3防磨损技术的提高
锅炉在高温中运行,且炉中是高速运动的高温固体材料,因此热冲击对炉内受力面的磨损十分地严重。因此,研究锅炉的防磨损技术对于延长设备的使用寿命意义重大。目前最有效的防磨方法是使用高性能的耐火材料,保证金属的使用寿命,确保流化床的安全运行。
3.4综合利用能源
能源短缺是世界性的问题,因此,开展能源的综合利用是今后循环流化床发展的另一个重要的方向。综合利用能源包含的范围较广,主要表现在以下三个方面:
首先,利用循环流化床锅炉技术对一些非高级的能源进行全面的整合利用。我国在这方面取得的成就较好,不仅开发出废旧垃圾、泥质等低级能源的处理锅炉,也开发出了石油焦煤、生物质的处理锅炉,在实际运用中取得了成功经验。
其次,利用其他原材料和能源与循环流化床锅炉技术对其进行加工和综合利用,在CFB技术中,这是一个重要的研究方向。
最后,对循环流化床锅炉燃烧产生的灰渣进行综合利用。就目前循环流化床锅炉技术的发展而言,这是其发展的难点。一方面,在锅炉内部添加石灰石进行脱硫,能够产生良好的脱硫效果;另一方面,却增加了灰渣的数量,又由于其化学形态和其他物质的化学性质具有差异,故而难以使用常规的方式对灰渣进行统一处理。因此,开发能够解决硫化过程中产生的灰渣,是目前我国甚至是国外综合探究循环流化床锅炉技术发展的发展趋势。
结论
循环流化床锅炉尽管在我国的起步较晚,但是发展非常迅速,在缓解我国能源与环境双重压力、调整我电力供应结构等方面发挥了重要作用。会效益非常显著。循环流化床锅炉因为采用炉内脱硫的方式,使得排烟中SOx含量较低,因此为开展烟气余热利用提供了基础,这有助于大幅度提高锅炉效率。循环流化床锅炉可以考虑把石灰石系统作为系统备用,以降低投资、运行与维护费用。利用活动面代替固定面有可能是解决煤仓搭桥的一个有效方法。
参考文献
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【论文关键词】 森林 低碳经济 发展
引言
低碳经济就是要求能源利用水平、产业结构、经济结构、经济质量、环境保护水平都有质的提升和转变,是对传统能源利用、产业结构的挑战。森林在低碳经济模式中具有特殊的作用。林产加工等可通过新技术、循环经济、绿色经济和开发生物质能源来达到低排放,减少因非法采伐等引起的森林破坏、森林火灾和病虫害等;通过科学规划增加森林面积,利用科学经营提升森林质量,增强碳汇功能;建立造林与更新长效机制,处理好生态效益和经济效益的关系,使经营主体保持积极性,使森林经营与林农致富紧密结合,实现持续碳汇。本文就森林低碳经济的发展谈几点粗浅认识。
1. 发展森林低碳经济的作用
1.1森林是陆地生态系统中最大碳库
森林在生长过程中通过光合作用,吸收大气中的二氧化碳,并将其固定在森林植物体内和森林土壤中。同时,森林固定二氧化碳持久而稳定。同样,木材及木制品也是十分重要的碳库,固碳的时间可达几十年、上百年。统计分析表明,通过植树造林方式吸收固定二氧化碳,其成本要远低于核能、风能和生物质燃料等各种工业活动减排的成本。
1.2森林是地球表面利用太阳能的最大载体
森林每年固定的太阳能总量占陆地生态系统每年固定太阳能总量的多一半,这是一个取之不尽、用之不竭的巨大能源宝库。树苗长成大树,不仅吸收、固定了大量二氧化碳,同时吸收和储藏了太阳能。因此,选用那些易繁殖、萌发力强、能固氮、生长快、热值高、用途多和抗性强的树种,以大密度造林的方法,使薪炭林最大限度地利用空间和阳光,就可以达到固碳储能的目的。
1.3消除各种污染源排放
很多森林植物由于结构复杂,树叶表面不平,多绒毛,分泌粘性油脂及汁液,能够吸收有害气体和吸附大量飘尘。杜鹃、木槿、紫薇等植物能够吸收二氧化硫、氯气、氯化氢、氧化锌等有害气体。松属、圆柏属、云杉属、桦木等许多森林植物能放出大量杀菌素,可杀死各种疾病的病原菌。采用人工措施或者喷洒各种杀虫剂或杀菌药来消除环境污染,不仅要付出能耗,而且需要较高的成本。
1.4减少了人工措施的土石方工程
人们投资、投劳耗用水泥、钢材以及其他材料和化石能耗修建各种拦水、蓄水工程,不仅耗费了大量化石能源,而且产生了污染。当使用寿命结束时,清理报废工程仍然需要消耗能源。森林拦蓄降水,调节径流,减少洪涝灾害的成本远低于修建水库的成本。森林蓄水的同时,减少了水土流失和土壤养分损失,从而大大降低了农林业发展对化工产品和化石燃料的需求,减少了化石燃料使用量和温室气体排放。
1.5降低生态系统调控的物质与能源消耗
近年来,气象灾害发生的频率有增加的趋势。采用人工措施增雨、调水、防洪、减灾,不仅需要投入较多的劳动力,更需要大量的物质与能量投入。森林能够调节气候,降低或减缓洪涝、干旱灾害,保持和维护有利的生产环境,减少了化石养分或能耗投入,使农作物和畜牧业在比较自然的状态下发展并获得高收益,从而降低了灾害控制和恢复成本,减少了生态系统调控的物质和能源消耗。
1.6改善人类生活环境
森林所形成的自然和人文环境对人类生存有着良好的影响,森林生态环境直接作用于人的视觉、听觉、嗅觉,使人精神放松,增进人体健康。同时,森林也是人们旅游、爬山、远足,甚至探险的场所。生活在山清水秀的自然环境条件下,意味着用于调温、调湿、滞尘的各种人工设备使用数量和时间的减少及其能耗和温室气体排放数量的降低。
1.7林产品是低碳经济的重要组成部分
作为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大战略性能源资源,森林具有可再生、可降解的特点,而且还有占地少、一次种植持续利用的优势,是大有希望的新兴的绿色能源。森林提供的木材作为生物类的材料,以及各种非木质林产品,不论作为能源,还是作为生产、生活资料,都是一种低碳经济材料。在石油、煤日益枯竭的情况下,发展林业生物质能源已经成为世界各国能源替代战略的重要选择。
2. 促进森林低碳经济发展的有效途径
2.1加快造林绿化步伐
围绕《应对气候变化国家方案》和《应对气候变化林业行动计划》,加大生态建设投入。继续实施天然林保护、退耕还林、“三北”及长江和沿海防护林体系、防沙治沙、湿地及野生动植物和自然保护区、商品林基地建设等林业重点工程。制定和实施造林绿化规划纲要,发展林业生物质能源、油茶等木本粮油等林业重点工程。健全生态效益补偿机制,开展湿地生态效益补偿试点,实行木材加工产品“下乡”补贴试点,推动低碳经济和劳动密集型产业发展。在增加森林面积的同时,增加森林碳汇。
2.2实施森林经营工程
目前,我国大多数森林属于生物量密度较低的人工林和次生林,森林蓄积很低,这是增加森林碳汇的最大潜力之所在。在当前及今后一个时期,将森林经营作为我国林业建设的重中之重,这既符合国际林业发展的趋势和要求,也是未来气候谈判增汇减排的重要筹码。因此,应尽快启动《全国森林经营工程》,同时应积极发展农林复合经营,提高森林蓄积量,增加森林碳汇。
2.3开展碳汇造林试点
在现有造林规划的基础上,开展碳汇造林试点。碳汇造林即在设定了基线的土地上,对造林和森林经营以及林木生长的全过程都进行碳汇计量和监测的营造林活动,探索具有中国特色并与国际规则接轨的营造林模式。建立与“三可”(可测量、可报告、可核查)相匹配的碳汇计量监测技术体系,为中国森林生态系统增汇固碳和中国温室气体减排开展“三可”奠定基础。
2.4提供科技支撑
深入开展森林对气候变化响应的基础研究。加强林业减排增汇的技术潜力与成本效益分析;继续加强森林灾害发生机理和防控对策研究;加强气候变化情景下森林、湿地、荒漠、城市绿地等生态系统的适应性问题研究并提出适应技术对策;加强森林作为重要可再生能源库的研究和开发利用。通过科研,推进科技兴林、科技富林、科技强林的进程,为建设创新型国家作出积极贡献。
2.5引导全社会参与低碳发展
森林在维护气候安全、生态安全、物种安全、木材安全、淡水安全、粮食安全等方面具有特殊作用,在全球高度关注气候变化的背景下,林业被提到了事关人类生存与发展、前途与命运的战略高度。联合国粮农组织前总干事萨乌马指出:“森林是人类之前途,地球之平衡”。因此,应广泛宣传林业在发展低碳经济的优势,充分调动企业、公众参与植树造林、保护森林等活动的积极性,通过林业措施,实践低碳生产和低碳生活。
【论文关键词】 森林 低碳经济 发展
引言
低碳经济就是要求能源利用水平、产业结构、经济结构、经济质量、环境保护水平都有质的提升和转变,是对传统能源利用、产业结构的挑战。森林在低碳经济模式中具有特殊的作用。林产加工等可通过新技术、循环经济、绿色经济和开发生物质能源来达到低排放,减少因非法采伐等引起的森林破坏、森林火灾和病虫害等;通过科学规划增加森林面积,利用科学经营提升森林质量,增强碳汇功能;建立造林与更新长效机制,处理好生态效益和经济效益的关系,使经营主体保持积极性,使森林经营与林农致富紧密结合,实现持续碳汇。本文就森林低碳经济的发展谈几点粗浅认识。
1. 发展森林低碳经济的作用
1.1森林是陆地生态系统中最大碳库
森林在生长过程中通过光合作用,吸收大气中的二氧化碳,并将其固定在森林植物体内和森林土壤中。同时,森林固定二氧化碳持久而稳定。同样,木材及木制品也是十分重要的碳库,固碳的时间可达几十年、上百年。统计分析表明,通过植树造林方式吸收固定二氧化碳,其成本要远低于核能、风能和生物质燃料等各种工业活动减排的成本。
1.2森林是地球表面利用太阳能的最大载体
森林每年固定的太阳能总量占陆地生态系统每年固定太阳能总量的多一半,这是一个取之不尽、用之不竭的巨大能源宝库。树苗长成大树,不仅吸收、固定了大量二氧化碳,同时吸收和储藏了太阳能。因此,选用那些易繁殖、萌发力强、能固氮、生长快、热值高、用途多和抗性强的树种,以大密度造林的方法,使薪炭林最大限度地利用空间和阳光,就可以达到固碳储能的目的。
1.3消除各种污染源排放
很多森林植物由于结构复杂,树叶表面不平,多绒毛,分泌粘性油脂及汁液,能够吸收有害气体和吸附大量飘尘。杜鹃、木槿、紫薇等植物能够吸收二氧化硫、氯气、氯化氢、氧化锌等有害气体。松属、圆柏属、云杉属、桦木等许多森林植物能放出大量杀菌素,可杀死各种疾病的病原菌。采用人工措施或者喷洒各种杀虫剂或杀菌药来消除环境污染,不仅要付出能耗,而且需要较高的成本。
1.4减少了人工措施的土石方工程
人们投资、投劳耗用水泥、钢材以及其他材料和化石能耗修建各种拦水、蓄水工程,不仅耗费了大量化石能源,而且产生了污染。当使用寿命结束时,清理报废工程仍然需要消耗能源。森林拦蓄降水,调节径流,减少洪涝灾害的成本远低于修建水库的成本。森林蓄水的同时,减少了水土流失和土壤养分损失,从而大大降低了农林业发展对化工产品和化石燃料的需求,减少了化石燃料使用量和温室气体排放。
1.5降低生态系统调控的物质与能源消耗
近年来,气象灾害发生的频率有增加的趋势。采用人工措施增雨、调水、防洪、减灾,不仅需要投入较多的劳动力,更需要大量的物质与能量投入。森林能够调节气候,降低或减缓洪涝、干旱灾害,保持和维护有利的生产环境,减少了化石养分或能耗投入,使农作物和畜牧业在比较自然的状态下发展并获得高收益,从而降低了灾害控制和恢复成本,减少了生态系统调控的物质和能源消耗。
1.6改善人类生活环境
森林所形成的自然和人文环境对人类生存有着良好的影响,森林生态环境直接作用于人的视觉、听觉、嗅觉,使人精神放松,增进人体健康。同时,森林也是人们旅游、爬山、远足,甚至探险的场所。生活在山清水秀的自然环境条件下,意味着用于调温、调湿、滞尘的各种人工设备使用数量和时间的减少及其能耗和温室气体排放数量的降低。
1.7林产品是低碳经济的重要组成部分
作为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大战略性能源资源,森林具有可再生、可降解的特点,而且还有占地少、一次种植持续利用的优势,是大有希望的新兴的绿色能源。森林提供的木材作为生物类的材料,以及各种非木质林产品,不论作为能源,还是作为生产、生活资料,都是一种低碳经济材料。在石油、煤日益枯竭的情况下,发展林业生物质能源已经成为世界各国能源替代战略的重要选择。
2. 促进森林低碳经济发展的有效途径
2.1加快造林绿化步伐
围绕《应对气候变化国家方案》和《应对气候变化林业行动计划》,加大生态建设投入。继续实施天然林保护、退耕还林、“三北”及长江和沿海防护林体系、防沙治沙、湿地及野生动植物和自然保护区、商品林基地建设等林业重点工程。制定和实施造林绿化规划纲要,发展林业生物质能源、油茶等木本粮油等林业重点工程。健全生态效益补偿机制,开展湿地生态效益补偿试点,实行木材加工产品“下乡”补贴试点,推动低碳经济和劳动密集型产业发展。在增加森林面积的同时,增加森林碳汇。
2.2实施森林经营工程
目前,我国大多数森林属于生物量密度较低的人工林和次生林,森林蓄积很低,这是增加森林碳汇的最大潜力之所在。在当前及今后一个时期,将森林经营作为我国林业建设的重中之重,这既符合国际林业发展的趋势和要求,也是未来气候谈判增汇减排的重要筹码。因此,应尽快启动《全国森林经营工程》,同时应积极发展农林复合经营,提高森林蓄积量,增加森林碳汇。
2.3开展碳汇造林试点
在现有造林规划的基础上,开展碳汇造林试点。碳汇造林即在设定了基线的土地上,对造林和森林经营以及林木生长的全过程都进行碳汇计量和监测的营造林活动,探索具有中国特色并与国际规则接轨的营造林模式。建立与“三可”(可测量、可报告、可核查)相匹配的碳汇计量监测技术体系,为中国森林生态系统增汇固碳和中国温室气体减排开展“三可”奠定基础。
2.4提供科技支撑
深入开展森林对气候变化响应的基础研究。加强林业减排增汇的技术潜力与成本效益分析;继续加强森林灾害发生机理和防控对策研究;加强气候变化情景下森林、湿地、荒漠、城市绿地等生态系统的适应性问题研究并提出适应技术对策;加强森林作为重要可再生能源库的研究和开发利用。通过科研,推进科技兴林、科技富林、科技强林的进程,为建设创新型国家作出积极贡献。
2.5引导全社会参与低碳发展
森林在维护气候安全、生态安全、物种安全、木材安全、淡水安全、粮食安全等方面具有特殊作用,在全球高度关注气候变化的背景下,林业被提到了事关人类生存与发展、前途与命运的战略高度。联合国粮农组织前总干事萨乌马指出:“森林是人类之前途,地球之平衡”。因此,应广泛宣传林业在发展低碳经济的优势,充分调动企业、公众参与植树造林、保护森林等活动的积极性,通过林业措施,实践低碳生产和低碳生活。