生物质能的优缺点
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生物质能的优缺点范文第1篇
[关键词] 汽车新能源产业技术体系变革发展战略电动汽车
一、引言
汽车作为现代重化工业技术体系的代表产品,不仅是不可再生石油资源的主要消耗者,而且也是造成城市空气污染的主要祸首。汽车所排放的尾气中含有大量NOX(氮氧化物)、CO(一氧化碳)、PM(颗粒物)和HC(碳氢化合物)等有害物质,对城市大气环境造成了严重的污染和破坏。解决汽车的环境污染和石油的短缺问题需要寻找可替代石油燃料的洁净能源或改变传统的内燃机技术。然而,由于方法众多,每一种方法都存在各自的优缺点,众说纷纭,争执不下。究竟哪一种新能源适合我国汽车未来能源的发展方向呢?
我们认为,内燃机技术以及汽车产业在产业技术体系中占有核心地位,从整个产业技术体系的发展战略角度出发,分析现有的汽车各种替代能源的优缺点,分阶段实施汽车新能源的发展战略,对于我国实现产业技术的跨越发展具有十分重要的现实意义。
二、汽车代用能源的分类及特点
目前,可代替传统汽油和柴油的汽车代用能源有许多种,可将其归纳为三类:第一类是不可再生能源,包括液化石油气、天然气、煤基液体燃料、甲醇;第二类是可再生能源,包括乙醇、生物柴油、太阳能;第三类是性质不确定能源,其性质的归属取决于生产该能源的原料,包括燃料电池、电能和氢能。
1.不可再生能源
(1)液化石油气(LPG)。LPG分为石油炼制过程中的副产品和油田伴生气两种。
LPG的优点:①能效高。与汽油相比,LPG辛烷值较高;②减少污染。LPG可降低CO2排放25%、CH80%、SO270.5%、SO99.99%、Pb100%、CO89.72%、颗粒物41.67%、噪音40%;不需改变内燃机;石油废弃物利用,有一定的经济价值。
LPG的缺点:能量密度低;车用LPG的质量要求较高,需要提纯处理;存在一定的爆燃危险性,安全性较差;仍然以石油资源为依托,属于不可再生资源。
(2)天然气(NG)。汽车使用的天然气按储存方式主要分:压缩天然气(CNG )、液化天然气(LNG)和吸附天然气(ANG)三种。
①压缩天然气(CNG)。CNG是将常态下的天然气以20MPa以上压力压缩在高压罐内供汽车使用。
CNG的优点:污染排放低。天然气汽车尾气中NOX及CO2排放量很低,且无PM固体微粒排放;工艺简单。供汽车使用的CNG是用压缩机将天然气压缩储存,燃烧时通过减压装置减压释放,工艺比较简单;天然气储量相对丰富。我国目前天然气资源量约为54万亿立方米,探明的天然气地质储量为3.9万亿立方米,资源探明率为7.2%。并且,天然气的勘探潜力很大,储量较石油丰富。
CNG的缺点:存储体积较大,能量密度低;汽车充气时间较长,一次行驶里程短;储气钢瓶因压力大,有一定的危险性;车用充气源受天然气管网限制;属不可再生资源。
②液化天然气(LNG)。LNG是将天然气在-161℃的低温下液化,并进行净化处理而成。
LNG的优点:更洁净环保。LNG燃尽后无灰渣和焦油,主要排放物是二氧化碳和水蒸气,NO2、CO2等有害物质的含量极少;能量密度大。LNG液化后的体积仅是原气态体积的1/625,能量密度高于CNG三倍多;安全性能好。LNG无需高压,不易自燃自爆,安全性能好;车用充气源不受天然气管网限制;具有循环利用能源效应。LNG在汽化至常态过程中将释放出大量的冷能,可回收用于汽车空调或汽车冷藏。
LNG的缺点:生产与运输成本较高。LNG是在低温下液化、缩小体后装入特殊运输设备运送到目的地,并再次气化后方可使用。因此,LNG在中短途运输方面成本过高。属不可再生资源。
③吸附天然气(ANG)。吸附储气的原理是在储气容器中以特殊方法装填超级活性炭作为吸附剂。利用吸附剂表面分子与气体之间的作用力吸附气体分子。
ANG的优点:储存压力低。ANG的压力一般只有4~6MPa,有利于安全;不必使用笨重的钢瓶,减少储气设备重量。
ANG缺点:能量密度低;ANG技术难度较大,目前还处于研究阶段。
(3)煤基液体燃料。煤基液体燃料是将煤炭通过直接或间接方法液化成液体燃料油,俗称“煤变油”。
煤基液体燃料的优点:我国富煤少油,利用煤变油技术可缓解石油紧张。
煤基液体燃料的缺点:煤变成液态燃料单位成本高;煤转化成液态燃料的生产过程中要消耗大量的能源;煤变油技术仅是将一种不可再生能源转化为另一种形式,不符合能源发展方向;煤变成液体燃料只是将煤炭转变为汽油、柴油,依然不能降低环境污染。
(4)甲醇。甲醇是一种含氧化合物,溶解性强,可与汽油、柴油溶解混合为新型燃料。甲醇可从煤、天然气和油页岩中制取。
甲醇的优点:甲醇作为燃料具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点;作为车用燃料,甲醇的CO、HC和NOx排放较汽油和柴油低,几乎无碳烟排放;溶解性好,可与汽油、柴油混合使用。
甲醇的缺点:对环境即有正面影响也有负面影响。甲醇汽油可以减少尾气中CO、CH、NOx排放,但尾气中总醛排放增加;甲醇具有毒性。人摄入5～10毫升就会发生急性中毒,30毫升即可致死;甲醇对金属有腐蚀作用,对橡胶皮革有溶胀作用;制取甲醇要消耗不可再生资源。
2.可再生能源
(1)乙醇。乙醇是玉米、小麦、薯类、高粱、甘蔗、甜菜等经发酵、蒸馏、脱水后再在其中加入变性剂而成。车用乙醇汽油是将燃料乙醇和组分汽油按一定比例混配而成。
乙醇的优点:减少污染。使用乙醇汽油的汽车尾气中CO降低30%,NOX减少10%,苯系物质、氮氧化物、酮类等污染物浓度明显降低;属可再生能源。
乙醇的缺点:乙醇需要与汽油混合使用,不能成为汽油的完全替代品;燃烧乙醇会产生悬浮颗粒,不是完全的绿色燃料;消耗大量土地资源。
(2)生物柴油。生物柴油是采用动物或植物油脂与甲醇(或乙醇)经酯交换反应而得到的脂肪酸甲(乙)酯,是一种可以替代石油柴油的可再生清洁燃料。
生物柴油的优点:环保特性优良。根据美国科学家的研究结果,使用生物柴油可降低90%的空气毒性,二氧化碳排放要比柴油减少60%;车辆成本低。使用生物柴油的汽车与普通柴油车相同,车辆无须任何修改;安全性好。生物柴油的闪火点较高,毒性较低;是一种环境友好的可再生燃料。
生物柴油的缺点:燃烧效果差。生物柴油的粘度约为#2石化柴油的12倍,影响喷射时程,导致喷射效果不佳。由于生物柴油的低挥发性,造成燃烧不完全,影响汽车燃烧效率;制取生物柴油的成本较高;消耗大量耕地资源。
(3)太阳能。太阳能资源丰富,随处可得,无需运输,对环境无任何污染,是未来汽车能源的发展方向。
目前,制约太阳能汽车发展的主要障碍:一是汽车的动力常受时间、地点、季节、气候影响;二是太阳能的采集与转换效率难以满足汽车高速行驶所需要的足够动力;三是太阳能电池板造价昂贵。
3.性质不确定能源
(1)燃料电池。燃料电池是直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的一种装置。燃料电池常用的燃料有氢、天然气、甲醇等,常用的氧化剂有氧气、空气。
燃料电池的优点:洁净、污染低。纯氢和氧结合的燃料电池,可实现零放排。以甲醇、天然气为燃料的燃料电池汽车造成的大气污染仅为内燃机汽车的5%;燃料电池能量转换效率较高;噪音低。燃料电池属于静态能量转换装置,除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件,噪音小;燃料多样化。燃料电池所使用的燃料可以是氢、甲醇、天然气,也可以是丙烷、汽油、柴油、煤以及可再生能源;利用生物制氢、水制氢的燃料电池可实现能源再生化。
燃料电池的缺点:成本高。质子交换膜电池中的膜材料和催化剂均十分昂贵;燃料的质量不过关。质子交换膜燃料电池必须使用没污染的氢燃料,而目前纯净氢的制取技术还存在困难。
(2)电能。以电能为动力的汽车分为三种:纯电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCV)和混合动力电动汽车(HEV)。纯电动汽车是指以车载蓄电池为电源,用电动机驱动的车(本文中的电动汽车指的是纯电动汽车)。
电能是一种洁净能源,电动汽车完全可以实现零排放、无污染,但是,目前的电能还不属于可再生能源,主要是因为电能还有相当一部分是通过煤炭、石油等化石类能源转换而来。
电动汽车的优点:洁净无污染。目前,只有电动汽车完全符合零排放,而且电动汽车噪音很低;电能是取之不尽、用之不竭的能源。如果用再生能源(太阳能、水能、风能、生物质能、潮汐)发电,电能可永续使用;电能的利用技术成熟。人类利用电能已有很长一段历史,遍布全国的电网可为电动汽车的充电带来极大的方便;电动汽车结构简单,维修方便。
电动汽车的不足:电池性能还无法满足电动汽车产业化的要求。目前,电动汽车的蓄电池主要有:铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池等。铅酸蓄电池比能量低,质量和体积太大,一次充电行驶里程较短,且寿命短,污染严重;镍镉蓄电池中的重金属镉对环境有污染;镍氢蓄电池有高温使用电荷量急剧下降的缺点;锂离子的问题是安全性和稳定性,此外,大功率锂电池存在技术难度;价格昂贵。蓄电池的价格是目前制约电动汽车产业化的障碍;电池充电时间长,蓄电能力有限;动力性差;电能还没有解决完全可再生和无污染问题。电能的生产还大量依赖煤炭、石油等不可再生资源,此外,汽车废弃蓄电池还有污染问题。
(3)氢能。氢是自然界存在最普遍的元素,在自然界中多以化合物形态出现,主要贮存于水,特别是海水中富含大量的氢,石油、天然气、煤炭、动植物体也含氢。氢的发热值是所有燃料中最高的,而且燃点高,燃烧速度快,是十分优质的二次能源。以氢气为能源驱动汽车,主要有三种方法:汽车携带贮氢罐,以氢气在发动机中直接燃烧产生动力;汽车电池放电电解出氢作燃料;以氢作燃料电池的燃料,用电力驱动汽车。
氢能的优点:氢是洁净能源。氢燃烧非常清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生其他对环境有害的污染物质;氢是高效燃料。每公斤氢燃烧产生的能量为33.6kW・h,是汽油的2.8倍;不需要对现有的技术装备作重大的改造。现在的内燃机稍加改装即可使用氢。
氢能的缺点:廉价的制氢方法是氢能利用的一大障碍。目前,氢的制取需要大量能量,而且制氢效率很低;氢的安全性能差。氢气是一种无色无臭的气体,而且着火界限宽、着火能低、燃烧速度快,容易引发火灾及爆炸。此外,氢特别容易泄漏,加油站、管道和纯化工厂很难完全消除泄漏隐患。
三、发展我国汽车新能源的思路
汽车产业在整个工业体系中占有核心地位,汽车新能源的发展战略不仅关系到汽车产业的可持续发展,而且对于整个工业的发展方向具有举足轻重的作用,因此,我们还需要从产业技术体系角度考虑汽车新能源的发展战略。
产业技术体系是指在工业生产部门各个产业领域所使用的各种产业技术,因其生产过程中的必然联系而构成的统一的有机整体。产业技术体系中的产业技术因其在生产部门生产过程中的影响范围和程度不同而分为源技术、主干技术、旁支技术三个层次。其中,源技术是最核心的、最具影响力的技术,它决定整个工业部门产业技术体系的性质和本质特征,决定了工业部门内部其他产业部门核心技术的产生、变革和地位。而主干技术是在源技术之下,直接与源技术配套的工业部门内部各产业技术,它们只是对一个或几个工业部门有重大作用。而旁支技术则是为主干技术服务的、处于次要地位的各产业技术。
人类历史上的历次产业技术革命都因产业技术体系中的源技术发生重大变革,推动产业技术体系中各层次的产业技术逐步改变,最终导致整个产业技术体系发生变革。第一次工业技术革命正是因蒸汽机的出现,导致人类生产的重心从农业转向工业;第二次工业技术革命由于内燃机和电力技术的发明,使人类生产走上了重化工业道路,也导致今天的资源危机和环境恶化;以微电子、新材料、新能源、生物工程、航天技术、海洋技术等为代表的第三次工业技术革命,并没有改变第二次工业技术革命所奠定的重化工业技术体系性质,却使消耗不可再生资源、污染环境的重化工业技术体系加速发展。今天,人类经济社会面临的生存危机,在本质上是产业技术体系性质造成的,是迄今为止历次产业技术革命都在产业技术开发与应用上忽视了人与自然的关系,从而导致产业技术体系各层次的产业技术都消耗不可再生资源、排放污染环境的废弃物造成的。
当前的产业技术体系还属于重化工业技术体系。重化工业技术体系中的源技术――电力技术和内燃机具有消耗不可再生资源、破坏环境的性质,带动了汽车、钢铁、能源、化工、机械加工等主干技术以及旁支技术也具有同样的性质。因此,要实现人与自然和谐相处,必须从根本上针对重化工业技术体系的源技术――电力技术和内燃机进行革命。
传统的内燃机是直接建立在石油、天然气等不可再生能源结构上的工业动力,是现代大工业各种产品生产的母机。汽车发动机是内燃机最突出的代表。汽车不仅是不可再生资源主要消耗者,也是城市环境恶化的主要元凶,此外,汽车产业更是在整个产业技术体系中关联最多的产业。因此,汽车洁净能源的开发应朝着改变传统的内燃机技术,使其由消耗不可再生资源、污染环境向使用可再生资源、对环境无害的方向发展,以推动整个产业技术体系向生态化变革,从而实现可持续发展的目标。因此,未来汽车的新能源应具备如下条件:
第一,新能源必须是可再生资源。不可再生资源终究会枯竭,用较丰富资源替代紧张资源只能作为短期权宜之计。
第二,新能源必须是洁净的。新能源不应对环境产生任何污染,应完全实现零排放。
第三,新能源有利于变革传统的内燃机技术。变革传统的消耗不可再生资源的内燃机技术不仅对于汽车产业发展有利,也会推动整个产业技术体系向可持续发展的方向努力。
四、我国汽车新能源的发展战略
综上所述,我们认为电能是汽车未来最佳的能源。但是,用电动机取代目前广为使用的传统内燃机不是一蹴而就的事情,因此,汽车新能源的发展战略还需要分阶段实施。
1.用电动机取代使用化石类能源的传统内燃机可作为远期终极目标
选择电能作为汽车未来能源的理由是:第一,电能是完全洁净的能源,电动汽车完全可以实现零排放;第二,电能完全有可能转变为可再生能源。尽管目前电能还不是可再生能源,但是随着太阳能发电、风能发电、生物质能发电、潮汐发电等的普及,电能会迅速转变成可再生能源;第三,有利于产业技术体系变革。传统内燃机被电动机取代,将导致化工、石油、煤炭等行业逐步萎缩,而太阳能发电、风力发电、生物质能发电以及潮汐发电等产业将得到大力发展。层层推进,可推动整体产业技术体系发生变革,有望改变重化工业技术体系消耗不可再生资源、污染环境的本质。
2.发展燃料电池汽车是中期目标
将燃料电池汽车作为中期发展目标的理由是:第一,燃料电池汽车技术已相当成熟,极有可能先于电动汽车进入市场。近几年,世界各大汽车公司都纷纷推出以氢或甲醇为燃料的燃料电池汽车;第二,燃料电池汽车有利于环境保护和节省能源。氢燃料电池可实现零排放,即使使用其他燃料(如甲醇)的燃料电池汽车也是常规汽车排放的30%。另外,燃料电池能效高有利于节省能源;第三,燃料电池完全可能实现由不可再生能源向可再生能源的转化。水解氢燃料电池可以实现资源的循环使用,因为氢与氧的燃烧产物就是水,水可以循环使用,取之不尽,用之不竭。另外,可利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源制氢,实现能源可再生化。目前,制约燃料电池成为可再生能源的是水解氢的制取技术,但是,甲醇等燃料电池技术的使用与推广,可为氢燃料电池的发展奠定良好的基础。第四,燃料电池汽车发动机是传统内燃机的变革,可为电动机最终取代传统内燃机提供经验。
尽管,目前的甲醇燃料电池、通过煤或天然气制取氢的燃料电池与我们所倡导的能源的可再生化发展方向违背。但是,只要太阳能、风能、潮汐能发电技术、水解氢技术一旦成熟,燃料电池实现可再生能源的目标就十分容易。因此,我们将燃料电池作为中期发展目标。
3.液化天然气汽车可作为短期发展目标
液化天然气(LNG)属不可再生资源,不符合能源的发展方向,也与我们的倡导的终极目标相悖。我们将其作为短期发展目标的理由是:第一,液化天然气有助于解决汽车尾气的严重污染问题。液化天然气与汽油、柴油相比,更洁净环保;第二,液化天然气有助于解决目前的石油紧张问题。我国的天然气储量较石油丰富,而且天然气的探明储量在不断增加。此外,使用液化天然气不受天然气管网限制,可充分利用世界天然气资源,这对于我国的能源安全有利;第三,液化天然气使用技术与现存的内燃机技术衔接较好。
但是,天然气资源是不可再生资源,长期过量开发与使用将会导致与石油资源一样的命运。因此,发展液化天然气汽车只可作为短期发展战略。
参考文献:
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生物质能的优缺点范文第2篇
作者简介：徐礼德， 博士生， 主要研究方向为技术创新与可持续发展。
基金项目：国家自然科学基金项目（编号：70721017001）。
（1.清华大学经济管理学院 北京100084；2.清华大学绿色跨越研究中心 北京100084）
摘要 本文从我国农村地区发展清洁能源对于保护环境和促进农村社会经济可持续发展的现实意义入手，首先描述了当前阶段我国农村地区的能源消费结构和生产方式，分析了清洁能源在我国城市和农村地区发展不平衡的问题，进一步阐述了农村地区发展清洁能源在改变能源消费结构，合理利用能源，促进节能减排，改善农村生产生活条件，促进社会和谐发展等方面的重要性。随后介绍了现阶段我国农村清洁能源发展的基础设施和政策法规环境以及适合不同地区的清洁能源技术和发展情况。本文认为农村清洁能源可以分为三种主要发展模式，即自给自足的分散模式、可规模化生产的集中模式和与生态经济结合的循环模式，并从不同模式的表现形式、技术特点、地域特征、用能环境、基础设施、能源性质、发展阶段、投资规模、服务要求、创新侧重点等方面进行了比较分析。文章最后就当前农村地区清洁能源发展所面临的问题提出了有针对性的政策建议，并指出农村要基于当地当前生产生活条件，因地制宜地选取适合的清洁能源发展模式。
关键词 农村；清洁能源；发展模式；
中图分类号 F062.6文献标识码 A文章编号 1002-2104（2011）07-0020-08doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.07.004
随着人类社会发展对环境污染问题的日益重视以及日益临近的化石能源枯竭的潜在威胁，清洁能源的发展受到世界各国的普遍重视。确切地说，清洁能源并不是严格意义上的一种能源分类，而是指利用清洁技术通过清洁生产的方式，在生产和消费过程中对环境产生较小污染甚至不产生污染的一类能源或能源技术［1］。近年来，洁净煤技术，燃料汽车技术，第三代核能技术甚至氢能技术都得到了迅速发展和应用，可以说清洁能源代表了未来能源发展的方向。
由于我国发展清洁能源起步较晚，清洁生产技术水平还相对落后，清洁能源在城市和农村地区的发展极不平衡。比如生活用能，城市居民基本上实现了用电或天然气进行炊事、照明、洗浴或取暖，而在广大农村地区，特别是中西部落后地区，绝大部分居民的日常炊事还是依靠直接燃烧薪柴、秸秆、牲畜粪便等来解决。这种落后的用能方式，不仅造成大量能源浪费，对生活环境产生污染，而且会给人们的健康带来直接的危害，对农村妇女和儿童的危害尤为严重。不难想象，生火做饭的妇女和围绕在妈妈身边的孩子在面对灶前的烟熏火燎时，他们所感受到的绝不是诗人眼中的炊烟袅袅那种浪漫。因此，在中国农村地区加快发展清洁能源显得愈发重要。
目前适合我国农村地区发展的清洁能源主要有太阳能、风能、沼气、秸秆气化、水电等。其中太阳能既可以通过光电转换技术（光伏）转变成电能应用，也可以直接（光热）用于日常生活，比如用太阳能热水器洗浴，用太阳灶做饭，建造太阳房取暖等。风能在农村的应用主要通过风机发电将其转变成电能。在大规模风能实现并网发电之前，农村特别是农牧区小型分布式风机发电的优势十分明显。沼气和秸秆气化本质上都属于生物质能，是目前生物质能的两种主要清洁利用方式。
针对我国城乡清洁能源发展不平衡的事实和在农村地区发展清洁能源的重要性，本文接下来的几部分将分别阐述在我国农村地区发展清洁能源的现实意义；描述当前我国农村地区清洁能源的发展现状，主要包括政策法律环境和基础设施等；同时，分析我国农村地区目前清洁能源发展的三种主要模式（分散式、集中式和循环式）。文章最后就当前我国农村地区清洁能源的发展提出可行的政策建议。
1 农村清洁能源发展的现实意义
能源是制约一个国家社会、经济发展的重要因素。能源消费结构和发展模式直接关乎国家经济安全，并会影响到社会、经济、环境三者的和谐发展。尽管近年来我国城市化发展迅速，但统计数据显示：截至2008年，我国农村人口占全国总人口的比例仍高达54.32%［2］，有一半以上的人口仍然生活在农村地区。在我国总体能源消费结构中，虽然农村地区的人均能源消费量还不到城市人均能源消费量的一半，但由于我国农村人口基数较大，2004年全国农村能源消费总量已达到8.5亿t标准煤，占全国能源消费总量的42.7%。预计到2015年，我国农村能源消费总量将占到全国能源消费总量的一半以上［3］。因此，农村地区的能源消费结构和发展模式将会影响到我国能源发展的总体规划和布局。农村能源的合理利用以及能源消费结构的改变是我国未来一段时间能源工作中的重点内容。我国将绿色发展纳入了正在制定中的“十二五”发展规划， 并且要求通过技术进步来推动绿色发展， 以逐步调整我国的能源结构， 提高清洁能源在能源消费中所占的比重。
农村地区能源短缺和消费结构畸形发展，导致农村地区环境污染日益严重，农村污染问题越来越突出［4］。尤其是在工业化和城镇化程度较高的东部发达地区， 农村环境质量下降与经济社会发展已形成了强烈的反差。这里面的原因有很多：一方面，农村地区人们缺乏环保意识，生产生活方式相对落后导致农药、化肥的不正确使用和垃圾等随意堆放， 使得大气、地下水、土壤等受到了严重污染， 加之砍伐、植被破坏等对环境造成重大破坏［5-6］；另一方面，随着城市工业的快速发展大量工业污染向乡村转移也造成农村环境污染日益加重，乡镇企业粗放型生产经营方式也是农村环境污染的主要污染源点；除此之外，农村地区不合理的能源消费结构和落后的发展方式已经无法适应经济的快速发展所导致的用能污染也是造成农村环境污染加剧的一个重要的原因。统计数据显示，我国60%左右农村人口仍然靠传统的秸秆和薪柴等解决能源问题［7］。2004年，我国农村生活用能中煤炭占34%，生物质能（薪柴、秸秆）占56%，沼气仅占1%；在农村生产用能中，煤炭占53%，电力占16%［3］。如果农村环境污染问题得不到根本解决， 建设以和谐发展为主旨的社会主义新农村就不能顺利进行。
发展清洁能源可以改变农村能源消费结构，做好农村能源节约，改变农民传统生活能源发展模式，减少环境污染，改善农村生产生活条件，促进农村社会和谐发展。农村清洁能源主要包括太阳能、沼气、风力发电、微型水电、生物质能等，均属于洁净、无污染、可再生的能源，具有广阔的应用前景。我国可再生能源资源丰富：有关部门的统计显示，我国农业和林业剩余物（农作物秸秆、果树剪枝和薪柴等）每年可以提供的固体能源资源约有6亿 t-7亿 t，所含能量相当于3亿 t至3.5亿 t标准煤［8］。另外，在我国广大农村还存在着丰富的太阳能、风能和水能等可再生能源均可以作为清洁能源来加以利用。如果我国农村地区能够立足所拥有的能源条件，充分利用丰富的可再生能源资源，让农民成为清洁能源的生产者，利用新型清洁生产技术，大力发展农村清洁能源，减少煤炭等常规化石能源的消耗，不仅有利于节约农民的生活用能开支，提高生活质量，实现农业资源的再生增值，引导农民致富，还有利于农村环境乃至整个生态环境的改善，带动农村经济可持续发展。发展农村清洁能源不仅能解决农村能源问题，而且将农民的生产、生活有机地结合起来，是建设中国特色社会主义新农村的可持续发展之路。因此，发展清洁能源对我国农村社会经济可持续发展具有重大的现实意义。
2 农村清洁能源发展现状
我国清洁能源城乡发展不平衡，与城市相比农村地区清洁能源的发展水平还相对落后。但随着国家对“三农”问题的重视和社会主义新农村建设的开展，我国农村地区清洁能源最近几年得到了快速发展。一系列与发展清洁能源相关的法律法规颁布并实施，国家各级政府和部门制定出台了相关的发展规划和建设方案。农村地区基础设施有了很大发展，为进一步发展清洁能源、改善能源发展模式和消费结构提供了基础。
2.1 与清洁能源发展相关的政策、法规
由于发展起步较晚，我国清洁能源相关的配套法律规范还不完善。目前清洁能源的发展主要依靠政府行政政策、部门发展规划以及可再生能源领域、环境气候保护领域的法律法规等来调整。与清洁能源相关的政策、规定大多散见于可再生能源或者新能源有关的政策规范中。参照大气污染防治、环境保护、可再生能源等领域的法律法规，国家各个部门分别制定、了与清洁能源发展相关的规划和政策办法，地方政府分别就清洁能源发展的不同领域制定了清洁生产实施方案（见表1）［9-10］。
2000年修订的《中华人民共和国大气污染防治法》就推广清洁能源应用领域做出了规定，其中可以查找到我国鼓励、支持清洁能源发展最早的法律条文。2005年，我国颁布了《可再生能源法》为可再生能源的发展利用提供了原则性的指导。2006年，国家发改委在《可再生能源中长期发展规划》中提出到2020年建成500个绿色能源县。2007年，国家科技部制定了《节能减排全民科技行动方案》，对攻克可再生能源与非化石能源技术难关，大力发展农村循环经济技术等做出了相应的规划安排。同年农业部在《农业部关于加强农业和农村节能减排工作的意见》
表1 与清洁能源发展有关的法律、
法规、政策及规划
Tab.1 Clean energy development-related laws，
regulations， policies and planning
中提出将大力开发农村可再生能源作为农业农村节能减排工作重点领域。此外，农业部2007年的《全国农村沼气工程建设规划（2006-2010）》中还明确提出 “十一五”期间国家将加快建设农村沼气的步伐。2008年12月，国务院办公厅《关于搞活流通扩大消费的意见》，提出全面推进家电下乡工作，2009年太阳能热水器被补充到家电下乡政策补贴范围，当年2月起开始我国对太阳能下乡给予财政补贴，对太阳能下乡的补贴政策将使得太阳能这一清洁能源快速走进农村，并带来一场能源利用的升级。
2.2 农村清洁能源发展情况
农村能源主要包括秸秆、薪柴、太阳能（光热）、微型电源（小型风力发电、微水电、光伏电源）、其他生物质能等可再生能源以及煤炭、燃料油、液化石油气和传统电力等。生活用能在农村能源消费结构中占据很大比例， 2007年的统计数字显示，在中国农村居民生活用能结构中，秸秆占比为49%，薪柴占比为28%，煤炭占14%，电力占5%（此处电力指传统电力，不包括光伏、风电等清洁电力），清洁能源仅占3%不到（见图1）。
近年来农村居民生活用能有较大改变，使用天然气和液化石油气的农户越来越多，辅助能源以电为主。但对于中部和西部经济欠发达地区，大多数农村居民仍以薪柴、秸秆等为主要生活用能源。我国农村地区地域性差异较大，经济发展水平不均衡，不同区域的农村居民在能源消费水平和结构方面也存在着较大的差异。农区主要使用秸秆，牧区主要使用牲畜粪便，山地和林区主要使用薪柴。表2显示了我国不同地区农村沼气和太阳能（光热）的建设情况。
2.2.1 太阳能（光热）
太阳能可以直接利用，成本低，无污染，是理想的清洁能源。目前太阳能利用主要有光热转换和光伏发电两种
表2 全国分地区农村沼气和太阳能光热能源建设情况
Tab.2 Sub-regional rural biogas and solar
thermal energy building
资料来源:中国税务杂志社和国家税务总局计划统计司，2007。
形式。太阳能光热转换是对太阳能的直接利用，比如太阳能热水器、太阳灶、太阳房等。我国太阳能热水器从上个世纪末开始迅速发展，其主产量由2001年的820万m2增长到2007年2 300万m2，年均增长20%以上［11］。
2.2.2 沼气
沼气是一种可再生无污染的清洁能源，是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用而生成的一种可燃性气体，其主要成分是甲烷和二氧化碳。表3显示了自2000年以来我国农村户用沼气的发展情况（注：2005年前养殖场沼气工程统计数为大中型沼气工程）。
2.2.3 生物质能
生物质能是通过生物质转化技术将植物蓄存的光能与物质资源深度开发和循环利用。可以说生物质能是农村地区应用最为广泛，历史最为悠久的能源。目前在我国农村发展的主要有秸秆气化、生物质气化及发电、生物燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解与干馏等。
秸秆气化是近年来发展起来的一种清洁能源技术，使得秸秆清洁利用成为可能。通过高温裂解使得秸秆、柴草在炉内气化成可染气体，用来取暖和炊事。秸秆作为农业生产的副产品，一直以来都充当着农村生活用能和牲畜养殖饲料的主要角色。秸秆作为农村生活用能传统上采用直接燃烧的方式，产能效率很低，卫生条件很差。秸秆能源具有一定季节性，往往在农作物刚刚收获的季节，秸秆富裕，一时剩余的秸秆便会被直接在田地间焚烧掉，而在冬春季节秸秆又相对短缺。秸秆的直接燃烧会造成环境污染、损害人体健康、引发安全事故。秸秆气化在一定程度上可解决这些问题，实现秸秆的清洁利用。随着农村生活水平的提高，和对生活卫生条件的追求，节能炉具和清洁炉具受到农村居民的青睐。农村居民通过购置秸秆气化炉取代传统的土灶台、土炉具。焦油问题一直是困扰秸秆气化的关键，目前这一技术基本上还停留在实验室阶段。实际应用中的秸秆气化炉普遍都存在焦油问题，以及由此产生的二次污染。基于目前现实情况来看，秸秆气化作为清洁能源分散式发展重要方向还存在很多问题亟需解决。
生物质气化及发电最近几年来发展较为迅速，根据2009年《中国能源发展报告》统计结果，“十一五”期间国家“863计划” 支持建设了6Mw规模的生物质气化发电示范工程。2006年年底全国生物质能发电累计装机容量220万kW，当年核准生物质能直燃发电项目39个，合计装机容量128.4万kW，完成5.4万kW［11］。
2.2.4 微型分布式电源
（1）小型风力发电。我国小型风力发电机组的年生产能力达8万台，2006年生产20 kW以下小型风力发电机组50 052台，总装机容量5 740.8 kW，比2005年增长了50.5%［11］。
（2）微水电。微水电即微型水轮发电机组，是将小溪、小河流水的力量转换成符合民用用电要求的成套设备。我国所定义的微型水电是指100 kW以下的水力发电机组，简称微水电。微水电分为三个等级：1 kW及以下的为户用型微水电；1-10 kW以下的为村用型微水电；10-100 kW以下的为乡用型微水电。近年来，我国微水电的开发推广工作取得了新的进展和成绩。微水电作为分散的、清洁的可再生能源，将在农村能源发展中起着越来越重要的作用。
（3）光伏电源。光伏发电是通过光电转换装置实现太阳能到电能的转换，是目前间接利用太阳能的一种主要方式。近几年我国太阳能（光伏）产业发展迅速，产业规模和技术水平都有相应提高。在众多的新能源技术中，光伏发电具有明显的技术优势，非常适合于偏远地区使用，迄今农村和偏远地区系统装置拥有量估计在50万套以上［12］。
表3 农村户用沼气发展情况
Tab.3 Development of rural household biogas
资料来源：《全国农村可再生能源统计2001-2008》。
随着农村地区经济条件的改善，消费能力的提高，近年来农村地区居民对于能源的消费需求有所改变。除了追求较低的生活成本之外，对于能源的便捷性、卫生性、安全性等方面的需求也日益提高。我国幅员辽阔，各地区农村受限于所处地区的地理、气候和经济发展水平差异，以及生活习惯和住宅类型，农村清洁能源发展情况差异很大。从现实情况看我国农村地区清洁能源基本上遵循了因地制宜、因材发展的发展路径。
3 农村清洁能源发展的主要模式
能源的生产消费过程主要包括能量的生产、供应、消费和废弃物处理四个环节。清洁能源要求在能量传递过程所涉及的前三个环节都要尽可能少污染或无污染并对废弃物进行回收或者清洁处理。不同的能源发展模式对这四个环节的侧重点有所不同。从这个角度来归纳，我国农村地区的清洁能源发展模式主要可以分为三种：分散式、集中式和循环式。
3.1 分散模式：自给自足
分散式的发展模式是我国农村地区普遍采用的传统的能源发展方式。相对城市而言，多数农村地区经济基础比较薄弱，人口居住分散，基础设施落后，公共事业缺失，资源也相对贫乏。农村居民往往居住在平房小院，有专门的柴房用来存放柴草，或者可以将薪柴、秸秆直接堆放在房前屋后。日常炊事用的秸秆、薪柴占据了农村居民生活用能的主要部分。这种传统的分散式用能模式，符合农村的生活习惯，除了适应农村居民的居住条件，成本也比较低［13］。
可以采取分散形式发展的清洁能源主要以太阳能（光热、光伏）、沼气、秸秆气化为主。农村地区在安放太阳能灶或太阳能热水器，建造小型户用沼气池方面有先天的便利条件。如果在城市楼房安装太阳能热水器，要么只能安放在整幢楼的楼顶，要么是安放在专门为太阳能热水器设计的阳台上，安装过程比较复杂，施工成本也相对较高，而且随便安装太阳能设施还可能遭到物业管理的限制。
在农村太阳能热水器可以直接放置在平房的屋脊上，安装过程比较简便，费用也较低，安装过程一般也不会受到邻居或其他利益相关方的干涉。户用沼气池在城市居住环境下基本上是无法实现的，而农村的沼气池一般是单独一家农户建造一个，一般容积约为8-10 m3左右大小，可供一户炊事、照明之用［14］。分散式户用沼气池往往会结合农户自家的养殖生产条件，建成微循环的形式：农作物秸秆、牲畜家禽等粪便作为生产沼气的原料，将生成的沼气用来做饭照明，提供生活用能，而沼液、沼渣可用于田间施肥或者用于喂猪、喂鱼、饲养家禽等［15］。
分散式能源发展的最大特点是，农户单独安置产能设备，比如太阳能热水器、秸秆气化炉、沼气池。产能设备重在维护，减缓设备老化，防止事故发生而造成二次污染。如何防治二次污染是清洁能源分散式发展模式中的难点。比如秸秆气化是一种清洁能源，秸秆气化的分散式发展中的核心环节是气化炉，气化炉的技术、性能表现和价格水平直接影响秸秆气化作为清洁能源的分散式发展模式的成败。秸秆气化过程中产生的煤灰和焦油的处理，是分散式遇到的最大问题。沼气池的沼液和废水的处理在一定程度上对农村环境也会造成二次污染。薪柴、秸秆的堆放往往条件简陋，甚至露天堆放，这种情况下造成很大的能源浪费。对农民的技术要求也很高，无法自行维修，造成潜在危险。
随着新农村建设的开展，全国各地许多地方已经开始进行村庄改社区，集中居住，居住条件由过去的平房搬迁楼房，造成传统的分散式发展模式受到挑战，分散式能源模式只能适合于过渡阶段。
3.2 集中模式：规模化生产
集中式发展模式是指产能中心与用户之间通过传输网络连接起来，能源生产与消费在空间上相分离。这种模式中生产与供应环节相对独立，其中生产环节通常采用现代化大工厂的组织方式实现能源的集中生产，获得能源生产的规模效益和管理优势。清洁能源用户不需要考虑能源的产生和维护。集中式能源发展模式，可以实现能源的生产、服务的规模经济。比如通过大型养殖场实现沼气集中供气模式，新农村社区的中心村可以运营大规模集中式秸秆气化站等。
农村清洁能源的集中化表现在对能源的现代大工业化生产方式的利用上，即集中化、技术化和装备化［16］。集中化就是将农村清洁能源集中到一起，集中处理、加工、转换、传输和使用；技术化就是农村清洁能源利用不再是顺手用材、靠天吃饭，而是借助一定的物理、化学和生物技术，实现可清洁能源的有效转化和贮存;装备化就是农村清洁能源的转化、贮存、传输和使用往往需要一定装备和工具。农村清洁能源集中化、技术化和装备化需要新型农民和新型农村的生产生活方式。
这一模式运行过程中的难点是产能调控。受到农村清洁能源原材料来源限制，在原料旺季，比如农作物收割季节，原料容易保证，但在枯草季节，由于原材料存储问题，在一定程度上会导致原料不足，产能下降，在用能高峰时会出现无法用能的问题。集中式发展模式，实现多种能源配套较为困难。在分散式情况下，能源的调配是各家各户自行调配的。集中模式中能量输送网络建设本较高，一旦发展起来，会造成单一能源的过度依赖。
3.3 循环模式：生态经济
当前在农村适宜采用循环式发展模式的清洁能源主要是沼气和秸秆气化，这两种清洁能源本质上都属于生物质能，可以采用循环式发展模式的重要原因在于原料本身的自然属性。生物质能的本质是太阳能通过光合作用在植物内的蓄存，生物质能的产能过程需要一系列物理和化学的变化，最后实现能量和残余物质的分离。在这一过程中的残余物质，比如产生沼气后的沼液、沼渣，秸秆气化后的灰烬等都是可以通过循环途径重新进入生物质生产链，作为饲料或者肥料参与到生物质重新固化太阳能的生物化学过程。
生物质能的循环发展模式，涉及能源的生产、供应和消费全链条。该模式的能源生产端即可以采用分散式又可以采用集中式。与庭院经济相配套的户用沼气池的推广应用可以看做是分散模式与循环模式结合的典型，是目前农村生物质能利用最成功的模式，这是一种最小的农村自给自足的循环利用模式， 适合于目前农村仍然是以个体农户经营为主， 种植养殖都有的农作方式［15］。但是相对而言，集中式比分散式在废料收集方面有更大优势，规模化的循环模式都是与集中模式配套的，实现循环经济。 例如，有“中国第一生态村”之称的北京大兴区长子营镇留民营村，以沼气为中心，发展农业循环经济，用种植业提供饲料发展养殖业，禽畜粪便为生产沼气提供原料。
3.4 三种主要发展模式的比较
分散、集中和循环这三种主要模式分别侧重于能量清洁传递的不同环节。分散式的发展模式侧重的是清洁能源的消费环节，集中式发展模式侧重的是清洁能源的生产和供应环节而循环式发展模式则是侧重清洁能源传递的全部环节。总体上说，农村地区清洁能源发展的三种主要模式各有优缺点，不同的能源发展模式适应性受到地域特征、用能环境、配套设施和能源性质等因素影响。同一种能源在不同的地域，不同的发展阶段可能会采用不同的发展模式。分散式模式适合于居住分散、基础设施落后地区，具体适用能源种类有太阳能、沼气和秸秆气化等；集中式模式适合于经过旧村改造，特别是进行集中居住的新农村建设发展较快的地区，这些地区基础设施、服务体系完善，适合的能源种类有风能、小水电、秸秆气化以及沼气等；而循环式发展模式则适用于经济相对发达、城镇化程度较高的农村地区，这种发展模式对于资金和管理要求相对较高。三种清洁能源发展模式从基础设施要求、投资规模、服务要求、创新侧重点和能源性质等方面都有所不同（见表4）。
一种能源的发展具体采用什么样的发展模式取决于当地经济发展水平、消费能力、居住环境、生活习惯以及基础设施配套情况等多种因素的共同作用。基础设施属于公共品的范畴，一般来说需要较大投资，并受到当地经济水平发展限制。当地农村的经济发展水平比较高，农民可以有足够的消费能力支付相对昂贵的能源，比如炊事采用液化气或电能而替代燃烧薪柴。在经济水平发展比较高的农村地区，基础设施配套相对完善，生活环境适合于集中式的能源发展模式。相反，经济发展水平比较低的地区，无论生活环境还是基础设施往往都不适合于集中式能
表4 清洁能源发展模式比较
Tab.4 Comparison of clean energy development modes
源发展，只能采用各户独立的分散式发展。循环式发展往往对以上因素要求更为苛刻，很大程度上还需要政策的指引和补贴行为。基础设施条件是影响能源发展模式的首要因素。比如，农村地区因为缺乏燃气管网，同样要消费燃气能源的话，就只能采用煤气罐分散到户。更为明显的一个例子是沼气，沼气的生产是可以通过大规模沼气池集中生产也可以单户建立沼气池自给自足。很显然如果缺乏输送沼气的管道，农民只能采用分散的方式自行挖建沼气池。在农牧地区对家用风机发电和小电源有着分散式发展的独特需求，小型风电、微水电受到自然条件、技术和投资门槛的制约很少被农户单独采用。
4 针对农村清洁能源发展的建议
农村清洁能源的发展既要考虑到新农村的发展要求，又要照顾到清洁能源发展的自身规律。清洁能源发展的难题是如何保证能源与环境的可持续发展。清洁能源领域虽然有《可再生能源法》及陆续出台相应的一系列政策法规可供遵循，但具体到农村清洁能源发展的实际情况，是还需要一系列更为具体的政策、标准和法规才具有可操作性，在此提出清洁能源政策建议如下:
清洁能源的集中化建设必须纳入规划。太阳能、微型风电、微水电、沼气和秸秆气化等清洁能源的集中化建设必须纳入国家绿色能源的建设规划，并报请国家主管部门批准，避免无序建设和盲目发展。避免出现清洁能源发展过程中的环境破坏和能源利用过程中的二次污染。
加强宣传、教育，开展农村清洁能源培训。在开发利用农村清洁能源上，要协调经济增长和资源环境的和谐发展；协调农村清洁能源开发利用和生态环境建设，实现可持续发展。针对农村群众对清洁能源建设缺乏认识、缺乏技能的现状，应该加强媒体宣传力度，将清洁能源利用的新产品、新成果信息深入到村、组、农户，让清洁用能思想深入人心，提高农民利用清洁能源的自觉性。农村清洁能源不仅技术含量较高，还需具备一定的安全知识。要有组织有计划地开展农村清洁能源培训工作，提高农民利用清洁能源的技能水平。
加强农村清洁能源服务体系的建设。我国农村清洁能源基础设施落后，不同地区发展模式并不一致，甚至同一地区存在多种模式共存的现象，不同能源种类所采用的发展模式也因地而异。我国农村清洁能源在科研、技术推广、产业开发、社会化服务等方面都没有形成自己的发展体系。存在服务范围窄，工作力度小的问题。县级农村能源办行政级别低，缺乏配套的乡、镇级服务站。建议农村清洁能源发展利用要与新农村建设相结合，加强农村新能源的科研和技术服务体系建设。
加强农村清洁能源基础建设。目前我国农村许多地区都在进行以“集中居住”为主要形式的新农村建设，农村生活环境得到改造。加快发展农村清洁能源，应该借机新农村建设，加强农村清洁能源基础设施建设，在有条件的农村地区开展生态循环模式的清洁能源工程，实现清洁能源由自给自足的分散模式跨越到以生态循环为特征的循环模式，促进生态保护、发展循环经济。
进一步增加农村清洁能源生产、消费补贴。可以通过财政税收、金融等方面的优惠政策，引导企业与农村、农民之间组织合作社或形成经济联合体。这不仅能有效解决生清洁能源分散性与大工业生产集中性、连续性的矛盾，还能促进农村清洁能源产业发展，增加农民收入。2009年我国对太阳能下乡实行财政补贴政策，效果显著。建议国家设立专项资金，加大投入，扩大农村清洁能源消费补贴范围，提高清洁能源普及程度。
5 结 语
我国是农业大国，农村人口在一定时期仍将占很大比重。农村地区生活条件和生活方式相对落后，居民环境保护意识较为淡薄。随着农村城市化发展，农村居住条件得到了很大改善，许多地区的新农村建设使得农民改变了过去的平房小院的生活环境。城市化建设的发展为我国农村地区发展清洁能源提供了难得的历史机遇。农村清洁能源的发展由小规模分散式向大规模工厂化生产的集中式发展模式以及最终实现生态经济的循环发展模式将是清洁能源可能的发展路径。发展农村清洁能源不仅开发沼气、太阳能、秸秆气化等清洁能源，促进资源的循环利用，而且治理农村污染，改善和保护生态环境，是社会主义新农村建设的基础性工程，具有较好的开发前景和发展潜力。国家及地方政府应通过组织实施示范工程，加大市场开拓力度，制定产业发展规划，拓宽融资渠道，积极支持农村清洁能源的发展；应加快清洁能源立法，完善立法体系。同时，清洁能源的发展要结合农村地区实际情况，具体不同地区的能源发展模式有其特殊性，每一种发展模式又有其针对性，具体采用什么样的发展模式要结合不同地区农村的实际情况，要因地制宜针对不同的能源种类采用适合于当地农村当前生产生活条件的发展方式。
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Analysis of and Recommendations for Clean Energy
Development in Rural China
XU Li-de1 TONG Yun-huan1，2
（1. School of Economics and Management， Tsinghua University， Beijing 100084,China；
2. Center for Green Leap Research， Tsinghua University， Beijing 100084,China）
生物质能的优缺点范文第3篇
关键词：光伏支架；单立柱；双立柱；结构设计；太阳能发电
中图分类号： S611 文献标识码： A
1.太阳能发电产业的前景
太阳能由于其安全、无污染和资源无限等优良属性，成为人类发展所必需的清洁能源。尽管目前与风能、生物质能相比，太阳能开发利用的成本还很高，但太阳能的潜力巨大，前景非常广阔，随着其技术的不断进步和成本降低，太阳能，尤其是光伏发电的竞争力开始显现，使其成为继风电和生物质发电之后，又一个可以大规模开发利用的可再生能源技术。从我国资源禀赋来看，就资源的可获得性而言，与水电、核电和风电等技术相比，太阳能发电资源几乎没有限制。太阳能资源的利用与所用的技术、方式和面积有关。截至2010年年底，中国已有建筑面积约450亿m2，屋顶和南立面至少有50亿m2，20%的可利系统；中国有大约120万km2的戈壁和荒漠面积，开发利用5%的荒漠可安装超过50亿kW（5 000 GW）太阳能光伏发电系统，年发电量可以达到6万亿kWh，是美国2010年发电量总和的1.5倍，相当于我国2015年预测的发电量总和。可见，太阳能发电将成为将来新能源发展的主流方向，在不断进步的科学技术推动下，必将为人类社会能源问题解觉走出一条可持续发展的道路。
2.太阳能光伏组件支架系统概述
光伏支架系统产业，是太阳能电站的服务性产业，主要为太阳能电池板的安装提供稳定，可靠，满足使用寿命并与项目地自然条件相关的一系列要求的支撑结构。随着太阳能发电产业的发展，带动了光伏支架行业的共同发展。为了提高太阳能电站发电的实际效率，节省电站投资成本，对光伏支架的设计提出了更高的要求，既要满足结构上的要求，又要实现太阳能电池板实际发电效率的提升，光伏支架有固定支架、可调角度支架、跟踪系统等形式。目前阶段，国内光伏电站项目，还是以固定支架应用最为广泛。由于太阳能电池板的规模化生产技术水平提升很快，生产工艺逐渐成熟，其制造成本也在逐步下降，相比而言，使得光伏支架占太阳能电站总投资的比重在加大。为适应整个光伏发电行业的发展趋势，光伏支架应在结构上不断的进行优化设计，控制成本，综合考虑支架结构对设计整个电站建设施工过程的影响，因此，光伏组件支架设计者应该站在全局的高度来进行支架设计。
3.地面固定单、双柱支架设计比较
地面固定光伏支架大体上分为两种结构形式，双柱支架系统和单柱支架系统。目前大多数的国内电站项目光伏支架均采用双柱支架系统，少量采用单柱系统，因同条件下，单柱比双柱系统用钢量要大，所以单柱支撑系统的应用有一定的局限性。国外项目单柱系统则比较多见。本文主要对于两种支架系统的特点进行客观比较，以在实际应用中根据不同项目的特点进行最优选择。
为了直观的进行单柱支架系统与双柱支架系统的优缺点对比，现举例说明，以供读者参考：
例：某太阳能光伏电站支架设计基本资料：
基本风压：0.55KN/m2 基本雪压：0.25KN/m2
组件安装角度：30°组件规格尺寸：1640X992X45mm 方阵排布：2X20方阵支架单榀跨距：2800mm
方案一、采用双柱结构设计支架，如图（1）：
图（1）
经设计计算，选择各构件参数如表（1）。
主要构件规格材料：
双柱支架结构主要构件参数表表（1）
方案二：采用单柱结构设计方案，如图（2）：
图（2）
经设计计算，选择各构件参数如表（2）。
主要构件规格材料：
单柱支架结构主要构件参数表 表（2）
由于两种结构中，次梁参数均相同，故不予比较
比较结果：单立柱结构单榀用钢量高于双立柱结构5.2kg/榀；
由PKPM软件设计计算结果得出：
两种结构支架对基础反力对比：
单立柱结构：轴力N=13.9KN剪力V=5.8KN（取最不利点）
双立柱结构：轴力N=10.3KN剪力V=4.3KN（取最不利点）
则单立柱支架系统同种条件下对于水泥基础的设计要求高于双立柱系统，因此水泥基础设计会有一定差异，但基础数量相应减少一倍。
单柱支撑系统有以下特点：
1.可减少基础使用量，节省基础材料成本和施工成本；
2.较容易控制基础的精度，这对于支架安装施工速度，基础的施工质量控制，有积极的影响；
3.若基础形式为混凝土浇筑形式，减少开挖量可最大限度的保护当地地貌，减少自然环境的破坏程度。
4.结构件和安装节点相对较少，可加快支架构件生产和安装速度，有利于保证工程进度，施工周期缩短；如有必要，可以进行工厂单榀支架预安装，减少现场施工工作量的人工成本，对于国外欧美市场人力成本偏高的地域来说，更具有竞争优势。
5.支架用钢量有一定程度的增加。
4.单立柱支架系统设计要点解析：
（1）立柱的水平位置设置：
现对两种情况下，对支架受力状态进行分析。
原结构，支架系统弯矩弯矩如图（3）所示（单位KN.m），立柱最大弯矩为底部，弯矩-3.0KN.m，斜梁最大弯矩位于立柱顶部位置，为±1.1KN.m；
第二种结构，将立柱位置向前部移动一定距离（300mm），支架系统弯矩图如图（4）所示：立柱最大弯矩仍然在底部为-4.3KN.m；斜梁最大弯矩处位于立柱顶部位置，为±0.6KN.m；
图（3）弯矩图
图（4）弯矩图
原结构在风荷载作用下的简图如图（5）所示，风荷载作用相对于立柱底部支点位置是平衡的；
第二种结构在风荷载作用下简图如图（6）所示，相对于立柱底部支点位置，风荷载是不平衡的。
图（5）
图（6）
结论：一般以风荷载占主导的受力条件下，将立柱位置设置在风荷载对于立柱柱底弯矩平衡的位置，可增加系统的稳定性，减小立柱规格。但就举例案例来说，斜梁的部分节点的弯矩增大，材料规格可能会相应增加。所以要综合考虑结构优化的利弊。
（2）前支撑位置设置：
原结构中，前支撑下部节点设置在柱底支座处，由应力比简图如图（7）所示，前支撑最大应力比为0.27，立柱最大应力比为0.73；斜梁最大应力比0.91；
另一种结构，前支撑下部节点上移一定距离（200mm），支撑位置在立柱上，由应力比简图如图（8）所示，前支撑最大应力比0.91；立柱最大应力比已经超限，达到1.14；斜梁最大应力比0.83；
图（7）应力比图
图（8）应力比图
结论：一般情况下前支撑下部节点应设置在柱底基础支点上，这样有利于改善前支撑于立柱的受力状态，但斜梁的应力会有小幅度的增加。
（3）后支撑位置设置：
原结构中，后支撑下部节点设置在立柱的中部，由应力比简图如图（7）所示，后支撑最大应力比为0.39，立柱最大应力比为0.73；斜梁最大应力比为0.91；
另一种结构，后支撑下部节点设置在立柱柱底，由应力比简图如图（9）所示，后支撑最大应力比达到了0.72，立柱最大应力比0.72，斜梁最大应力比达到0.97。
结论：后支撑下部节点设置位置，对于立柱的受力状态影响较小，因为计算长度的增加，使后支撑稳定性愈加不利，斜梁也受到一定程度影响，因此，后支撑下部节点位置的选择，以尽可能的减少其长度为宜。
图（9）应力比图
5.结束语:
太阳能电站光伏支架单柱系统的设计，需综合考虑各个构件之间相互关联的影响，以达到最佳的平衡点进行方案的优化设计，使其有更好的经济性和实用性。单双柱系统各有优缺点，根据每个项目的实际不同情况，可以进行灵活的选择设计，综合各方面的因素总体考虑。
参考文献：
生物质能的优缺点范文第4篇
纸,联系工程实际做好施工计划,并依据现行规范要求进行全过程管理控制。而暖通技术存在的问题包括:
1.集中供热目前正受到其他采暖能源和供应方式的有力竞争。
2.氧化硫污染的问题。以前我国的供热锅炉主要以中小燃煤锅炉为主,量大面广。由于中小锅炉烟气排放高度低,对城市环境空气的污染相对较大,控制中小燃煤锅炉造成的低空污染是改善城市环境空气质量的关键之一。因而应积极寻求脱硫效率高、运行费用低、一次投资少的好技术项目。
3.在施工方面存在的问题。很多非专业人员从事暖通工作,在施工中遇到调整方案问题不能及时正确的处理,最终导致系统出现无法挽回的不良后果,给系统的运行、管理留下隐患。
4.对节能方案的评价方法存在的问题。随着对节能和环保要求的不断提高,很多新技术和方案出现,但每种技术方案都存在各自的优缺点。面对如此众多的方案,从不同的角度看问题,评价结构有很大差异,甚至完全不同。错误的评价方法将会起到误导作用,势必造成极其严重损失。
3.运行管理中存在的问题。很多工程实施过程当中,在暖通技术施工完成之后就投入了运行,不注意对暖通技术操作人员的培训,很多操作人员不具备必要的暖通技术基本理论常识,也不懂得根据室外参数的变化进行相应的调节。
二.筑节能产业发展中暖通技术分析
目前建筑节能实施主要对建筑规划、建筑外墙、屋顶、门窗等围护结构的保温隔热以及采暖、通风、空调系统等方面进行控制,建筑节能的发展带来了新的建筑技术,这些技术实施不仅可以降低建筑物本身的能耗,同时也提高了室内居住的舒适性,大大提高了生活的品质。
三.城市供热技术未来发展展望
预计今后十年,集中供热企业将实现由粗放型经营到质量、效益型的转变,集中供热效率的提高有赖于技术发展的创新与推广,具体表现在以下几个方面:
1.供热自动化控制水平提高
锅炉自动控制、换热站自动控制、无人值守自动供热机组等将得到广泛应用、自动化控制水平的提高,不仅保证了供热的可靠性,而且提高了供热效率。
2.城市热、电、冷联产快速发展
随着城市建设的发展,既需供热又供冷的公用建筑大量增加,一些城市以热电厂为热源,实行热、电、冷联供。夏季热负荷的增加,使热电厂的综合效益明显提高。
3.开始使用洁净燃料
随着人们生活水平的提高和环境意识的加强,以油、气、水煤浆等洁净的燃料代替煤炭而作为都市使用的主要一次能源已成为必然趋势。部分城市开始发展燃气一蒸汽联合循环发电热电厂,已达到高效、节能、减少污染、提高电网调峰能力的目的。
4.供热新能源开发方兴未艾
地热能、核能、热泵、垃圾焚烧、生物质能等新能源的开发利用日益得到重视,促进了供热能源结构的调整,环保效益和经济效益十分明显。
能源为经济发展提供了动力,但是由于各种原因,能源的发展往往滞后于经济的发展。具有关分析,近几年,中国的国民生产总值的增长率维持在约10%,但能源的增长率只有3%-4%。在我国的能源利用的能源率只30%左右。这样的形势要求我们必须节能。建筑节能是建筑发展的基本趋势,也是当代建筑科学技术的一个新的增长点。
四.改善措施
1.注意绿化
建筑旁边的绿化不但有防风、隔声、防尘和美化环境的作用,而且对于建筑节能也有重要作用。树木可通过叶面蒸发,从而降低空气温度;树木有很好的遮阳作用,使建筑物直接受到的太阳辐射及从地面得到的辐射热减少;树木有引导风及挡风的作用。地面会反射太阳辐射,而且其本身温度升高后又会成为新的热辐射源。夏季由于太阳光照射,屋面温度比气温高得多,最高达80℃以上;寒冷的冬季之夜,屋顶将大量的热量散射到大气中,因此它的温度比气温低,最低可达-20℃。由此可见。全年屋顶的温差就可达100℃左右,给暖通空调系统产生了很大负荷。水分蒸发需要大量的热量,所以夏季绿化屋顶表面的温度仅有20-25℃。绿化屋顶上的大部分太阳热量消耗在蒸发水分上,因此这部分热量就不会使屋顶结构表面的温度继续升高,房屋内的温度也不会上升很高。
2.热泵 技术 所谓热泵,前是靠位能拖动,迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。顾名思义。热泵也就是像泵那样,可以把不能直接利用的热能(如空气、土壤、水时热以及太阳能、工业废热等)转换为可利用的高位热能,从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气、电能等)的目的。因此,利用低位能的热泵技术是一条极重要的
节能途径。
3.使用热回收装置节能
夏季气候炎热,空调排风温度要比室外新风温度低,室内的含湿量也比室外新风的含湿量低。这时可以采用热回收装置来实现新风与排风的热交换,这样能够使新风的湿度和温度有效降低。反之,由于冬季气候寒冷,空调排风温度比室外新风温度高,排风的含湿量也比室外新风的含湿量高,这时可以利用热回收装置对新风进行加湿和预热,使新风的湿度和温度快速上升。在绿色生态建筑中利用热回收装置来实现节能的具体做法如下:将热交换器安装在排风出口处,这样新风与排风就能通过各自的管道实现间接接触换热对新风进行预热可以通过利用排风余热来实现,这样排风余热就得到了有效利用,从而达到了节能的最终目的。
该产品不仅节能,而且还能对建筑物室内的空气质量进行极大的改善,它可以在生态建筑的中央空调系统中使用,同时也能够在使用家庭空调器的普通建筑中使用。
4.采用变流量技术节能
采用变流量技术能够有效实现绿色生态建筑的节能,在对空调暖通系统进行设计时,需按照当地气象条件来设计,因此空调暖通系统在绝大部分时间里,它的设计负荷要比实际负荷大,并且实际负荷是时刻变化的。在最大限度节约能源,同时满足时刻变化的负荷要求的前提下,能够对空调暖通系统进行有效地动态控制是最近几年空调暖通技术领域的重点研发方向。
生物质能的优缺点范文第5篇
关键词：园林景观 覆盖物 土壤
中图分类号：K928.73 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着我国城市化进程的加快，城乡绿化美化工作日益受到重视，但绿化覆盖率和人均公共绿地面积远远落后于发达国家。受传统思想的束缚，景观设计师往往由于造价因素忽略园林绿地的裸土覆盖，的园林绿地地表成为扬尘的主要来源，严重影响了人居环境，亟待采取有效措施解决。
在欧美发达国家，采用铺设覆盖物的方式解决园林绿地中露地扬尘问题已有几十年历史，美国农业部自然资源保护司早在1996年曾提出地表覆盖物可保护土壤免受侵蚀、保持水分、大大减少浇水的频率、维持相对平稳的土壤温度等[1]。目前，使用最多的地表覆盖物主要分为两种：一种是无机覆盖物，如沙砾、卵石、煅烧陶粒等；另一种是有机覆盖物，来源大多是农林废弃物，如园林废弃物、炭化树皮、松针、草屑等。与无机覆盖物相比，有机覆盖物种类丰富，植物体的任何部分都可以用作覆盖物的生产，如树皮、树枝、树叶、树根、果壳等。有机地表覆盖物作为一种新兴的覆盖材料，能显著的改善土壤功能、促进林木生长，同时有良好的环境美化效果，在城市绿化建设中得到越来越广泛的应用[2]。
目前，我国大部分城市采取的措施是硬化铺装和种植地被植物，但是硬化铺装往往会对环境及土壤理化性质带来负面影响，不利于树木的生长发育；地被植物对土壤各方面条件有一定的要求，栽培耗时耗力，且后期养护管理较为繁琐，而且，这两种方法前期的投入都较大。所以以上两种覆盖方法往往不能满足甲方及施工方的利益需求，在园林景观设计中逐渐被淘汰。本文综述了目前常见国内外覆盖物的种类及其功能，分析景观设计师选用覆盖物应注意的问题，以其为覆盖物在我国园林绿化建设中的推广应用提供参考。
2 覆盖物的常见种类
2.1有机覆盖物
2.1.1 生态垫
“生态垫”是利用棕榈树的残渣等加工制作成的可降解网状草垫物。曾由北京与马来西亚的生态垫防治沙尘合作研究项目引入我国，现已推广用于困难立地造林、防风治沙和园林覆盖等。作为再生环保产品，生态垫具有明显的保持土壤水分、增加土壤肥力、抑制杂草和提高微生物活性的作用[3]，但加工生态垫不能就地取材，导致运费高，大面积铺设成本过于昂贵，景观设计时往往不敢考虑使用。
2.1.2农林废弃物
随着农业生产规模增大及园林绿地面积（如住宅小区绿地、市政公园和花园）的增加，农林废弃物的数量越来越多，成为固体废弃物的主要组成之一。长期以来，弄林废弃物的处理方式通常是填埋或焚烧，这不仅增加了土地占用面积及垃圾处理成本，还浪费了宝贵的生物质能源。事实上，农林废弃物含有一定量的营养元素、大量的木质素、纤维素及一些有机物质。有研究认为将枝叶或秸秆等各种农林废弃物现场粉碎后可以直接用于城市绿地的覆盖，可实现了农林产业链内废弃物资源化利用的最大化[4]。另外，像松树树皮，主要是长白松、樟子松等的外皮，经炭化处理杀灭病菌后，也可用于园林覆盖。
2.1.3食品加工废弃物
核鳞，即山核桃壳，长期以来作为食品加工废料丢弃，带来环境二次污染，现通过再加工清洗，作为园林覆盖物应用，尖锐的外形可以帮助园林植物免受爬虫类、宠物的破坏[5]。
2.2无机覆盖物
无机覆盖物，主要包括沙子、卵石、陶粒等，因其维护费用低，不易腐烂，往往受到甲方青睐。但其容重大，会使土壤通气性变差，影响植物生长。
2.3硬质铺装
硬质铺装设计手法简便，不需要考虑植物配置，工程实施中可以直接铺装，容易满足甲方及施工方的利益需求，但往往对环境及土壤理化性质带来负面影响，不利于植物生长发育。陈祥等[6]通过研究松树皮、园林废弃物、透水砖分别作为覆盖材料对绿地土壤和杂草的影响，结果表明：3种覆盖物对于绿地杂草均具有很好的抑制作用，但透水砖由于热容较小、吸收热量快，会导致土壤的温度变化幅度最大、pH值和容重明显增加，同时透水砖制作过程中使用的水泥和砂石含有碱性物质,淋洗到土壤中，会增加土壤pH值，使土壤由碱性土壤变为强碱性土壤，进而会影响植物可以吸收的土壤有效养分含量，而覆盖树皮和园林废弃物对绿地土壤具有一定的调温、保水、增肥的作用，且随覆盖厚度的增加，其改良效果也随之增加。
3 覆盖物的主要功能
3.1 改良土壤
地表覆盖物的铺设，可以有效避免人对土壤的直接踩踏，降低土壤容重，提高土壤透气性。另外，郭城等利用园林废弃物、海泡石绒、沸石作为复合滤盐层覆盖天安门油松土壤表层阻隔融雪剂下渗带来的次生盐害，对土壤起到了很好的保护作用。此外，覆盖物还可以调节土壤温度[7],减少土壤水分蒸发[8]，增强土壤保水能力，提高水分利用率,增加土壤微生物，促进土壤呼吸[9]，防止土壤板结。有机废弃物半腐解材料进行地面覆盖后可以明显增加土壤中有机质和养分含量，可以减少化肥的使用量。
3.2防止水土流失
地表覆盖物能够减弱雨水和径流对土壤的直接冲击，增加雨水的下渗时间,研究指出地面径流导致美国一年损失20亿吨表土，而施用覆盖物后土壤损失减少86%-99%，水分渗透增加125%。
3.3防治杂草，促进植物生长
覆盖物的应用为杂草的防治提供了一种新型、有效途径，高甲荣等人研究表面覆盖物铺设以后，可以有效地防止杂草的生长，有机废弃物半腐解材料地面覆盖抑制杂草效果非常理想，如果覆盖厚度适宜，基本可以完全抑制杂草的生长[10]。
另外，覆盖物通过增加土壤有机质和养分含量，增强土壤的保肥、保水、保温性能，对植物生长会有很好的促进作用。
3.4对园林景观的美化功能
采用覆盖物铺设在的地表，形成具有艺术表现力的特色园林景观，能够为公众带来视觉美感。目前，市场上还出现了染色加工后发荧光的有机覆盖物，与园林小品、植物自然搭配后，有趣味、新颖的创意观赏效果[2]，夜间还可减少由景观照明带来的电力资源消耗。
3.5拉动经济增长
覆盖物的使用可以降低园林绿地管护成本，节约劳动力资源，缩减开支。有机覆盖物，作为一种具有很好的美观性和生态效益的地表覆盖物，将成为地表覆盖物的主力军。其来源广泛，生产工艺较为简单，可以规模化生产，带动新兴生态环保产业的兴起，促进有林木资源优势的贫困地区脱贫致富。
4 结论与展望
覆盖物在改善土壤性质、抑制杂草生长、美化园林景观等方面都有很好的效果。景观设计中对于覆盖物的选择有诸多问题需要引起景观设计师的注意，设计时应根据不同覆盖物类型施用不同覆盖量，并注意与其他园林景观要素的搭配优化效果；尽量选用有机覆盖材料，就地取材，降低材料成本等。
另外，有很多问题有待进一步研究，例如：（1）园林覆盖物施工使用技术规程，即针对不同园林绿地类型及不同植被应采取的覆盖措施、覆盖厚度和覆盖方式等；（2）园林覆盖物种类、颜色、规格选择；（3）覆盖物与其他环境因素的交互作用；（4）覆盖物的粒径、铺设密度等对土壤呼吸的影响等。
园林覆盖物技术在我国起步较晚，应用及推广力度不够，尚未受到人们的广泛认可，这对有机覆盖物原料收集及建成后覆盖物保护养护有一定的阻碍。有关部门应加大宣传力度，开发多形式的有机覆盖物，同时制定相关的覆盖物选用及施工标准，形成园林覆盖物利用的完整体系，以达到改善环境，美化家园的效果。
参考文献：
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[3]韩向忠，孙向阳，胡剑非.生态垫对造林地土壤水分及养分的影响研究[J].华南热带农业大学学报,2006,12(2):23-26.
[4]吕子文,方海兰.园林废弃物的利用[J].园林,2008(5):23-26.
[5]黄钊.新型园林覆盖材料——核鳞（硬壳型）[N]．中国花卉报,2007-05-12:004.
[6]陈祥,包兵,胡艳燕.不同覆盖物对绿地土壤和杂草的影响[J].北方园艺，2012（13）：83-86.
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[8]王慧杰，冯瑞云，张志军，等．不同有机覆盖物对土壤水分蒸发的影响[J].山西农业科学．2009，37(6)：42-44,49．
