生物質發電的缺點精選(九篇)

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第1篇：生物質發電的缺點范文

【關鍵詞】 生物質發電廠 化學水處理系統 設計特點

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

1 工程概況

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

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

2 化學水處理系統設計

2.1 化學水處理系統工藝選擇

根據水源水質和機組參數，化學水處理系統擬采用工藝為：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）優點

（a）水質變化適應性強；

（b）出水水質好，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，環境污染小；

（d）運行維護簡單，自動化程度高，要求運行人員少；

（e）設備布置緊湊，占地面積少。

（2）缺點

（a）系統水回收率較低；

（b）設備投資稍高；

（c）運行能耗較高。

經比較，由于全膜法具有產水水質好，出水水質穩定，無酸堿廢水排放、環保，操作控制簡單，運行維護人員少，占地面積少等優點，選擇全膜法作為化學水處理系統的處理工藝。

2.2 化學水處理系統出力選擇及運行

根據機組水汽損失量7.7t/h，化學水處理系統出力設計為8t/h。其中設備選用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，各啟動一套設備即滿足用水量的要求，根據需要，也可兩套設備同時啟動。整套系統的運行為PLC全自動控制。

2.3 化學水處理系統出水質量控制指標

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

3 化學水處理布置設計

本工程化學水處理室并未設置獨立的廠房，而是在主廠房外側建一毗屋與主廠房構成聯合建筑。采用與主廠房聯合布置，具有以下優點：（1）布置更集中、緊湊，減少了獨立建筑物數量；（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至用水點的連接管道；（5）節約投資。

該水處理系統設備布置分室內布置和室外布置兩部分，其中室內廠房為24m×9m的建筑，占地面積216m2。設備除了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布置。超濾、反滲透裝置均組合式框架結構，其中一二級反滲透組合在一個框架內，設備安裝和管道連接都非常簡便。根據生物質發電廠水處理系統設備出力小的特點，超濾水箱和一二級淡水箱容積均不大，為室內布置提供可行性。超濾水箱、淡水箱室內布置使水處理系統的設備布置更緊湊，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約投資上均具有極大優勢。

4 結語

在該化學水處理系統運行的一年中，出水水質穩定，出水水質情況為：硬度=0μmol/L，電導率（25℃）=0.08～0.15μs/cm，二氧化硅=5～12μg/L，滿足鍋爐用水水質要求。設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保，水質適應性強，出水水質好，運行操作簡便，設備占地少等優點，在工藝和布置上均可實現優化設計，在生物質發電廠化學水處理設計中值得推廣和應用。

參考文獻：

第2篇：生物質發電的缺點范文

【關鍵詞】新能源，發電，現狀，情景

引言

在我國，充足保障電力供應對經濟的持續發展必將起到決定性作用，在現有大電網的基礎上，大力發展新能源發電技術將是我國電力系統發展的趨勢。新能源發電是指某些中小型發電裝置靠近用戶側安裝，它既可以獨立于公共電網直接為少量用戶提供電能，也能直接接入配網，與公共電網一起為用戶提供電能。它是以資源和環境效益最大化、能源利用效率最優化來確定方式和容量的新型能源系統。

一、我國能源和發電技術的現狀

我國作為工業大國和人口大國，對能源的消耗量非常大。近年來，消耗總量的增長速度也非?？欤簶藴拭簭?001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，集中發電、遠距離輸電和大電網互聯的電力系統是我國電能生產、輸送和分配的主要方式。這種大電網的弊端主要有：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短時不足；另外，電力系統龐大，事故發生頻率高，在這種大型互聯電力系統中局部事故極易擴散， 導致大面積的停電，而一旦發生電網崩潰，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的根基，因此無論是從能源角度，還是電力系統自身方面來看，研究新能源發電技術對于我國的現代化建設和人民生活都具有相當大的現實意義和戰略意義。

二、我國的新能源發電技術及其現狀

目前我國用于發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用起步時間及其對技術的要求不同，其發展程度也各有深淺，下面坐著就其中幾種主要的性能源的應用現狀進行具體分析。

2.1 風力發電的應用及現狀

風力發電系統由槳葉、機械傳動系統、發電機、電力電子裝置、升壓變壓器等組成，風力發電系統的發電過程是一個能量轉換過程，風的動能先被風機的槳葉捕獲轉換為機械能，再經過機械傳動系統傳遞給發電機，由發電機實現機械能到電能的轉換，直接接入電網或通過電力電子裝置接入電網。目前風機的輸出電壓多為690 伏，需要經變壓器升壓到滿足電網要求的電壓，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電的風機，到現在為止，風機技術發展越來越成熟，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展的激勵政策等，促進了風電技術的快速發展。目前已經出現了幾種成熟的主流技術， 包括失速型恒速風機，主動失速型恒速風機，雙饋變速風機，直驅變速風機，半直驅變速風機。

現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發電，1989 年起全國各地陸續引進風機建設風電場，裝機容量逐年增長，規模在1000千瓦以上的電場有新疆達坂城、內蒙古輝騰錫勒、廣東南澳等地的風電場。2009年底我國風電并網總容量為1613萬千瓦，同比增長92．26%，截至2010 年底，風電并網總量已超過2000萬千瓦，而我國風電開發潛力超過25億千瓦。

2.2 太陽能發電技術的應用及現狀

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 以上的地區年日照時數大于2000h,日照得熱量在5×106kJ/ ( m2•a)以上。我國、青海、新疆、甘肅、寧夏、內蒙古高原的年太陽輻射得熱量和日照時數均較高，屬太陽能資源豐富地區；除四川盆地、貴州等地太陽能資源稍差外，東部、南部及東北等地區均為太陽能資源較豐富和中等地區。

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

太陽能光伏發電技術已日趨成熟，2004 年全球安裝的太陽能發電系統裝機容量已超過1000GW。中國第一座大功率的太陽能發電站建于內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，累計發電量達131280 kW•h，日平均發電量達240kW•h。

2.3 生物質能發電技術的應用及現狀

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

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

2.4 核能發電技術的應用及現狀

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

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模，能夠自行設計制造300MW壓水堆核電站的成套設備，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，我國現有機組11臺、裝機容量900萬kW。

2004 年國務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，占全國發電總裝機容量比例由目前的1.7%上升到4%。

2.5 地熱發電的應用及現狀

地熱發電是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然后帶動發電機發電，這一點和火力發電的原理是一樣的，不同的是，地熱發電不像火力發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， 因此地熱發電可分為蒸汽型地熱發電和熱水型地熱發電兩大類。

20世紀70年代初，我國各地涌現出大量的地熱電站，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，全球年地熱發電量將達到3180億千瓦時。我國要發展地熱發電，還必須加大對地熱資源的勘查，加強對地源熱泵技術的研究。

三、新能源發電在中國的應用前景

目前，新能源發電在中國剛剛起步不久，其特點適應中國電力發展的需求與方向，在中國有著廣闊的發展前景，具體體現在：

（1）新能源發電是中國發展可再生能源的有效形式。國家“十二五”規劃將積極推動和鼓勵可再生能源的發展作為中國的重點發展戰略之一。一方面，充分利用可再生能源發電對于中國調整能源結構、保護環境、開發西部、解決農村用能及邊遠地區用電、進行生態建設等均具有重要意義；另一方面，中國可再生能源的發展潛力十分巨大。然而，可再生能源容量小，功率不穩定，獨立向負荷提供可靠供電的能力不強以及對電網造成波動，影響系統安全穩定的缺點將是其發展中的極大障礙。若能將負荷點附近的分布式能源發電技術、儲能及電力電子控制技術等很好地結合起來構成微電網，則可再生能源，充分發揮其重要潛力。例如，對于中國未通電的偏遠地區，充分利用當地風能、太陽能等新能源，設計合理的微電網結構，實現微電網供電，將是發揮中國資源優勢，加快電力建設的重要舉措。

（2）由新能源組成的微電網在提高中國電網的供電可靠性，改善電能質量方面具有重要作用。中國的經濟已進入數字化時代，優質、可靠的電力供應是經濟高速發展的重要保障。在大電網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，設計合適的電路結構和控制，為這些負荷提供優質、可靠的電力，不僅可省去提高整體可靠性與電能質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濟損失，吸引更多的高新技術在中國發展。

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

四、結束語

總之，科學技術的不斷發展促進了發電技術的進步，新能源在我國未來的應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用電危機，這對于實現社會經濟可持續發展也具有重要的實際作用。

參考文獻

[1] 趙異波.新能源發電技術的最新進展[J].電工技術, 2004.

第3篇：生物質發電的缺點范文

【關鍵詞】沙特；發電；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，石油儲量和產量均居世界之首，石油和石化工業是其經濟命脈。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 沙特發電行業的發展趨勢

2.1 天然氣發電將占據主導地位

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

2.1.1 發電成本低

根據沙特King Fahd University of Petroleum & Minerals 2004年的一份分析報告（此報告的數據采集時間為：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電的成本明顯低于燃油發電。

2.1.2 利于環保、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，燃燒天然氣產生的有害物質大幅度減少。另外天然氣還具有安全的特點，燃燒時不會產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

以聯合循環運行的燃氣輪機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公司根據已生產的燃氣輪機的運行經驗認為，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，天然氣發電較重油發電可以提高經濟效益、降低能源消耗、減輕勞動強度、改善生態環境。因此在可再生能源發電技術尚未發展成熟之前，將由擁有成熟技術的天然氣發電占據沙特發電行業的主導地位。

2.2 可再生能源發電將是發展趨勢

環境污染、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，大力發展可再生能源，已成為世界可持續發展和培育新的經濟增長點的最佳選擇?？稍偕茉窗ㄌ柲?、水能、生物質能、氫能、風能、波浪能以及海洋表面與深層之間的熱循環等。根據沙特的地理條件，沙特最具有發展優勢的可再生能源是風能和太陽能。

2.2.1 風能發電

據GWEC（全球風能委員會）數據顯示，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%。

風能發電的優點在于：風能為潔凈的能量來源，且是可再生能源；風能設施日趨進步，大量生產降低成本，在適當地點，風力發電成本已低于發電機；風能設施多為不立體化設施，可保護陸地和生態。

風能發電的缺點在于：風力發電在生態上的問題是可能干擾鳥類；在一些地區、風力發電的經濟性不足。

風能發電對風速的要求：一般而言，若當地10m高度的年平均風速在3.5m/s以上，便可以進行可行性研究；但從經濟合理的角度出發，風速大于4m/s才適宜于發電，且風力愈大，經濟效益也愈大。

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

2.2.2 在岸風能發電

沙特政府1970～1982年對其20個城市地區進行了風力數據采集并對此進行了研究，并對風能發電成本作出了測算，發電成本包括：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：風能轉換成本、附加設備成本、輸電網連接成本及計劃、行業準入成本；運營、維護成本包括：維修成本、保險成本、監測成本和管理成本；資本成本包括利息及償還貸款的成本。

經監測，無論采用2500kW、1300kW還是600kW風機，Yanbo的發電成本最低，次之是Qaisumah。據相關資料顯示，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，達到發電要求的風速占全年的50%以上；而位于內陸的Qaisumah，符合發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電，在Yanbo建立風場是最為適宜的。

2.2.3 離岸風能發電

在沙特相關的研究資料中，研究人員選擇了Abu Ali Island （位于北緯27°18′03″，東經49°41′57″）和Jebel Abu Kharuf（位于北緯27°22′26″，東經49°10′21″）進行對比，監測時間自1993.05～1995.11。經對比得出，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，更適合發電。

2.2.4 在岸風能發電與離岸風能發電對比

2011年有媒體報道，離岸風能發電比在岸風能發電的成本高出30%～50%，原因在于離岸發電設備費用、運輸費用和海上安裝費用。但是離岸風能發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、風速較高，因此隨著技術的不斷發展，其高成本問題將會被解決，離岸風能發電將逐漸被市場認可。

2.3 太陽能發電

太陽能發電分為太陽能光伏發電和太陽能光熱發電兩大類，因為太陽能光伏發電的技術已較為成熟，且已投入商業運營中，其技術在商業運營中不斷完善、發展，故短期內太陽能光伏發電仍是太陽能發電的主力軍。但從長期看，隨著太陽能光熱發電的技術不斷成熟，且在商業運營中不斷實踐，其建設成本將不斷降低，有機構預測，預計未來10年內，技術相對成熟的槽式系統的建設成本仍有望下降30%～40%，而其他技術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電帶給沙特的將是雙贏的結果，不僅可以發電還可以淡化海水。

2.3.1 太陽能光熱發電

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

拋物面槽式表所使用的技術以非常成熟，建設風險較小，但缺點是耗水量大，發電效率較低；集熱塔式工作溫度較高，可達800～1000℃，使其年度發電效率可以達到17%～20%；由于管路循環系統較槽式系統簡單的多，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，但定日鏡的跟蹤系統在結構和控制上比槽式系統復雜；線性菲涅爾式結構簡單、能夠直接使用導熱介質產生蒸汽，故其建設和維護成本相對較低，但聚光器效率低，致使年發電效率僅能達到10%左右；拋物面式蝶式發電效率比其他三種方式高，可實現靈活部署的模塊化，既適合以數百千瓦的規模進行分布是部署，又可以構建數百兆瓦的大型電站，發電過程中不需要用水進行冷卻或導熱，僅需要少量水用于設備清潔，但較難配置儲能系統，在使用該技術建設大規模電站時，所輸出電力的可調度性將會較低。

從圖1中我們可以看出，拋物面槽式因技術成熟度高，在運行和建設的CSP電站中的權重分別接近94%和95%，而技術成熟也意味著其進一步提升效率的空間已十分有限，只能通過更大規模的生產降低一些成本。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換效率，且其技術也逐漸獲得認可，采用這兩項技術的多座商用電站（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，在已完成規劃的項目中，集熱塔式和拋物面蝶式的權重迅速攀升至30%和18%，其價格競爭里也正逐漸接近拋物面槽式系統的水平。隨著集熱塔式和拋物面蝶式系統設備生產規模的擴大，加之他們的系統效率仍有相當的提升空間，此兩類CSP電站的建設和發電成本下降的速度將明顯快于拋物面槽式系統，最終呈現出明顯的價格競爭力應當只是時間問題。

綜上，太陽能光熱發電中集熱塔式和拋物面蝶式系統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電行業的主力軍。

3 結論

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

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

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電，但是沙特政府很早就對本國適合風能發電的地點進行了風力測試，測試結果表明若以風力衡量Yanbo是最適合建設在岸風場的地點。同時，沙特的研究人員還監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電。遺憾的是因沙特沒有風能發電，故本文2.2.1中沒有對在岸風能發電和離岸風能發電在沙特當地的發電成本進行比較。目前在世界上離岸發電的成本高于在岸發電的成本，而離岸發電成本的降低僅是時間問題。

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

第4篇：生物質發電的缺點范文

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境污染日漸引起人們的關注，并已成為制約我國經濟社會又快又好發展的瓶頸。改善能源結構，利用現代科技開發生物質能源來緩解能源動力，減少污染物排放等問題刻不容緩。我國政府及有關部門對生物質能源利用也極為重視，已將“大力發展生物質能”列入國家“十二五”規劃。

2、我國生物質能產業發展現狀及前景

現階段我國的生物質能應用主要集中在沼氣利用，生物質直燃發電，工業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、大中型沼氣共同發展的新格局。沼氣開發利用現在不僅能解決農民的燒柴問題，更重要的是我國的沼氣發展正從分散式農戶經營向產業化方向轉變。2008年山東民和牧業建成了一個利用雞糞為原料的3MW熱電聯產沼氣工程；2009年安陽貞元集團通過與丹麥技術資金伙伴合作，以養殖場，公共污糞和秸稈為原料在安陽建立了一個年產400萬m3的車用氣的沼氣項目。從目前情況看，通過生物發酵產沼氣的技術相當成熟，但是現階段還存在沼氣工程總體規模較小效益不高，產氣不是很穩定，特別是在北方冬季產氣明顯不足，和沼氣副產品市場需求不足等因素約束。

2.2　生物質直燃發電

生物質直燃發電是最早采用的一種生物質開發利用方式，也是消耗量最大、最直接、最容易規模化和工業化的能源利用方式。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直燃發電的試點示范，而2006年《可再生能源法》的施行更極大促進了生物質直燃發電行業的發展，年投資額增長率都在30％以上，到2010年我國生物質直燃發電量已達到550萬千瓦。其中，我國生物質最大的企業國能生物發電集團有限公司在2010年投入運營和在建生物質發電項目近40個，總裝機容量100萬千瓦。到2013年，該公司規劃生物質發電裝機數量達到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，年消耗農林剩余物可達3000萬噸，每年可為農民增收約80億元，每年可減排二氧化碳1500萬噸以上。

生物質直燃發電技術比較成熟，而且它是增加農民收入、促進農民增收的直接載體，是實現工業反哺農業、加快農村經濟發展的重要途徑。需要注意的是生物質直燃發電還存在項目投資和運營成本較高，原料供應季節性強，需要政府補貼，受國家政策影響風險大等問題。

2.3　工業替代燃料

生物質作為工業替代燃料主要包括生物質成型燃料、生物質可燃氣和生物質裂解油。

生物質成型燃料一般以木塊、木粉、木屑和秸稈等農業生物質廢棄物為原料，用作工業鍋爐的燃料。生物質成型燃料的技術研究開發始于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，發展停滯不前。進入2000年以來，生物質成型技術得到明顯的進展，成型設備的生產與應用已初步形成了一定規模。國家發改委規劃到2010年，生物質成型燃料生產量可達100萬t。生物質成型燃料多用在一些中小型的工業蒸汽鍋爐、有機熱載體鍋爐和商業蒸汽鍋爐方面。其中，珠海紅塔仁恒紙業有限公司的“生物質固體成型燃料替代重油節能減排項目”項目是目前全國最大的生物質成型燃料節能減排項目，該項目2011年投入運行，以兩臺40t／h生物質成型燃料專用低壓蒸汽鍋爐，代替現有的六臺燃油鍋爐。

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

生物質裂解油是指將秸稈、木屑、甘蔗渣等農業廢棄物通過高溫快速加熱分解為揮發性氣體，再經冷卻后提煉出的一種液體。生物質裂解油的熱值一般為16～18MJ／kg，產油率可達70％，它可直接用作鍋爐和窯爐的燃料，也可進一步加工轉換成化工產品。我國在生物質裂解油這方面的研究起步較晚，但近年來發展較快。浙江大學，中國科技大學，山東理工大學等高校在生物質熱解液化裝置優化和油品的應用、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。在生物質裂解油的工業化應用過程中，2007年廣州迪森公司在廣州蘿崗開發區成功建設了一套年產3000噸的生物油工業實驗裝置并一直連續運行。易能生物公司則使生物油邁入了工業應用的新階段，從2007年在安徽合肥建立起第一套年產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園分別投產了第兩套和第三套的年產萬噸的生物油裝置，這也標志著生物質裂解油的產業化進入了實質性階段。生物質裂解油與生物柴油、燃料乙醇相比生產成本較低，但是它熱值較低，又具有一定的酸性，需要對燃燒設備進行少量改造。生物質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多種化學品，開發利用的市場潛力巨大，具有十分廣闊的發展前景。

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、木薯等經濟類作物加工燃料乙醇的技術比較成熟，但基于對國家糧食安全的擔心，和發展經濟類作物會發生品種單一，種性退化較嚴重等問題，國家一直有意保持國內燃料乙醇的產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，我國的企業和科研院校正加大力度地投入研發纖維素等新的燃料乙醇的生產。據了解，中國擁有發展纖維素乙醇的原料優勢。纖維素廣泛分布于農作物秸稈、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3000t和一套年產5000t燃料乙醇工業化示范裝置。中糧集團與中石化、丹麥諾維信公司聯手建造的中國規模最大的年產萬噸的纖維素TU將于2011年正式投建。纖維素乙醇的生產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力度，突破技術瓶徑，降低生產成本，加快商業化生產的速度。

生物柴油主要應用于運輸業和海運業，是一種重要的交通運輸燃料。生物柴油在國內的發展狀況與燃料乙醇相似，用油類植物生產生物柴油的技術比較成熟，但是它受原料的制約嚴重。要發展大力生物柴油產業，必須要有穩定的原料來源。據了解，歐美國家主要以菜籽油、大豆油為原料生產生物柴油，但我國人多地少的國情決定了我國生物柴油產業不宜以食用油為原料，只能大力發展丘陵鹽堿等非糧用地發展麻風樹、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的6萬t生物柴油項目正式投產運行，其采用的是高壓酯交換(SRCA)生物柴油生產工藝的裝置，產品已在海南島內的柴油零售批發網點推廣使用，這是我國首個麻風樹生物柴油產業化的示范項目。

近年來，利用微藻制備生物柴油受到了國內外的廣泛關注，因為微藻繁衍能力高，生長周期短，可大量培養而不占用耕地，能有效解決原料來源不穩定的問題。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年每天產出百萬桶生物燃油，實現藻類產油的工業化。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~-英鎊將用于發展相關技術和基礎設施，該項目預計到2020年實現商業化。我國的科研人員也在政府和企業的大力支持下加緊研發這項新技術，希望能早日實現產業化。雖然現在較高的生產成本制約著微藻生物柴油產業的發展，但通過今后技術的不斷改進，相信微藻生物柴油產業的前景是十分廣闊的。

第5篇：生物質發電的缺點范文

【關鍵詞】太陽能；熱水器；凸透鏡；聚光；光伏效應

1.太陽能的概念

太陽能是太陽內部連續不斷的核聚變反應過程產生的能量，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利用，無需開采和運輸；而且太陽能不會污染環境，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點外，還有一些缺點，表現在能量密度低，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太陽能發動機，采用平板集熱器和低沸點工質。

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，為光伏發電大規模應用奠定了基礎；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動機問世。在這一階段里，加強了太陽能基礎理論和基礎材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術上的重大突破，平板集熱器有了很大的發展，技術上逐漸成熟。

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，難以與常規能源競爭，因而得不到公眾、企業和政府的重視和支持。

第五階段，1973年10月爆發中東戰爭，石油危機使許多國家，尤其是工業發達國家，重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術發展的支持，在世界上再次興起了開發利用太陽能熱潮。1973年，美國制定了政府級陽光發電計劃，促進太陽能產品的商業化。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驗交流大會”，進一步推動了中國太陽能事業的發展。

第六階段，70年代興起的開發利用太陽能熱潮，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費，其中美國最為突出。導致這種現象的主要原因是：世界石油價格大幅度回落，而太陽能產品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能技術沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標沒有實現，以致動搖了一些人開發利用太陽能的信心；核電發展較快，對太陽能的發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，造成了全球性的環境污染和生態破壞，1992年聯合國在巴西召開“世界環境與發展大會”，把環境與發展納入統一的框架，確立了可持續發展的模式。這次會議之后，世界各國加強了清潔能源技術的開發，將利用太陽能與環境保護結合在一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強。

1996年，聯合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會后發表了《哈拉雷太陽能與持續發展宣言》，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》，《世界太陽能戰略規劃》等重要文件。這次會議進一步表明了聯合國和世界各國對開發太陽能的堅定決心，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，通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用，這種光熱利用方式逐漸改變人們的生活，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—熱利用方式技術最成熟，產品也比較多，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電，利用光—熱—電轉換，一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然后由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前一過程為光—熱轉換，后一過程為熱—電轉換。

4.2光—電利用方式

太陽能發電的另一種方式是光—電轉換，其基本原理是利用半導體器件的光伏效應原理光生伏效應將太陽輻射能直接轉換為電能，所謂光伏效應指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象。它首先是由光子（光波）轉化為電子、光能量轉化為電能量的過程；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。完成光電轉換的太陽能電池是陽光發電的關鍵，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將太陽能轉換成為生物質的過程。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：生物質發電的缺點范文

【關鍵詞】餐廚垃圾；無害化處理

1.項目建設背景及必要性

1.1項目建設背景

2012年4月19日，國務院辦公廳印發了《“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃的通知》（[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，全國城鎮新增生活垃圾無害化處理設施能力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上，繼續推動餐廚垃圾單獨收集和運輸，以適度規模、相對集中為原則，建設餐廚垃圾資源化利用和無害化處理設施”的建設任務。

1.2項目建設必要性

在相當長的一段時期內，國內餐廚垃圾主要作為城市近郊養豬的飼料。由于其來源復雜，極有可能引起疾病的傳播，現已被政府明令禁止。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電的發熱量要求（即5000kJ/kg以上），反而會導致燃燒爐燃燒不充分而產生二英；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、化學性質分別見表。

以上數據分析表明，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，各處理方式的優缺點對比分析見表3。

根據表中各種餐廚垃圾處理方式優缺點的比較，結合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在重金屬催化條件下生成二英，若處理不當易對環境造成嚴重的二次污染。

（3）堆肥適合于處理易腐有機質含量較高的垃圾，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，空氣無法進入內部，致使微生物處于厭氧狀態，使降解速度減慢并產生硫化氫等臭氣。

（4）結合我國國情及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勢，主要體現在以下幾個方面：

① 厭氧消化后產生的沼氣是清潔燃料。

② 固體物質被消化以后，可以得到高質量的有機肥料或土壤改良劑。

③ 在有機物質轉變成甲烷的過程中實現了垃圾的減量化。

④ 厭氧消化產生的沼氣可以利用進行發電，減少了溫室氣體的排放量。

⑤可實現分離油脂資源化，厭氧微生物耐鹽毒性較強，且節省能耗。

以上分析表明：應用厭氧消化技術處理餐廚垃圾在生態環境方面具有突出的優勢，從能量需求、排放產物和運行過程對周圍環境衛生影響的角度看，厭氧消化技術能夠實現環境、社會和經濟效益的協調統一，對環境和經濟的可持續發展都具有重要的意義。

基于上述技術分析，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。

2.3厭氧消化工藝的選擇

按照厭氧發酵反應罐的操作條件，餐廚垃圾厭氧消化處理技術可分為以下幾類：

（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。

根據以上濕式和干式厭氧消化的對比分析，結合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：生物質發電的缺點范文

循環制氫和利用生物質轉化制氫等， 不僅對各項技術的基本原理做了介紹， 也對相應

的環境， 經濟和安全問題做了探討. 對可再生氫能系統在香港的應用前景做了展望.

關鍵詞: 可再生能源， 氫能， 電解水， 光伏電池， 太陽能熱化學循環， 生物質

引言

技術和經濟的發展以及人口的增長， 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， 導致了溫室效應的產生和

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年內就會耗盡! 而作為能源需求大國的中國， 目前已

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

基于以上所述環境污染和能源短缺的雙重危機， 發展清潔的， 可再生的新能源的

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

生的優點， 今年來受到了國際社會的廣泛關注. 尤其以太陽能， 風能以及生物質能，

更被視為未來能源的主力軍. 根據簡單估算， 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電， 就足以

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

儲存和運輸的特點. 氫， 以其清潔無污染， 高效， 可儲存和運輸等優點， 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費用于發展氫能源系統. 在中國， 清

華大學已經進行了在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， 可再生氫能源系統在香港的可行性研究也已經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容， 主要歸納總結了利用可再生資源制氫技術的基本原

理， 分析了各項技術的經濟性， 對環境的影響以及安全性等關鍵問題. 通過對比分析

并結合香港的實際情況， 對于香港發展可再生氫能源系統進行了展望.

基于經濟因素的考慮， 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換制取.

利用太陽能電池和風力發電驅動的電解水反應， 利用太陽能的熱化學反應和利用生物質

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

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

很早期的發展階段， 其技術發展， 經濟性等都還不明朗， 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換為氫的技術. 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.

電解水由分別發生在陰極和陽極的兩個化學反應組成， 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， 氫離子通過電解質和隔膜到達陰極， 與電子結合生成氫氣.

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

最早的電解水現象是在1789 年被觀測到. 之后， 電解水技術得到了較快的發展. 到

1902 年， 世界上就已經有超過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. 總結和對比了這三

種電解槽技術的特點.

表1. 不同電解槽技術的對比

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化的電解槽技術， 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， 尤其是在大規模制氫工業中. 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， 很多國家已經提出要禁止石棉

在堿性電解槽中的使用. 據報道， 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.

發展新的電極材料， 提高催化反應效率， 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].

質子交換膜電解槽由于轉換效率很高而成為很有發展前景的制氫裝置. 由于采用

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

日本， 效率達94.4%的質子交換膜電解槽已經研制成功 [11]. 但由于質子交換膜(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子交換膜材料. 目前這個兩個領域都已

經取得了一定成效. 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， 有可能被用到質子交換膜電解槽中用

做電解質. 可以預見， 隨著質子交換膜電解槽技術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. 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. 優點是較高的反應溫度

使得電化學反應中，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

冷系統等回收利用時， 系統效率可達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， 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， 并且通常電解槽的電極電勢超過了產生氯氣所需的電勢，

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

影響， 但產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生氧氣， 而抑制氯氣的產生.

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. 由可再生資源產生電能， 比如通過光

伏系列和風機發電， 具有資源豐富， 可再生， 并且整個生命周期影響較小等優點， 是

未來的發展趨勢.

光伏電池在吸收太陽光能量后， 被光子激發出的自由電子和帶正電的空穴在PN結

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換效率

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

由于采用了薄膜技術， 使用較少的材料， 并且易于批量生產， 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換效率[18]. 由于光伏電池產生的是直

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， 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)和相應的控制器.

風能發電由于具有較高的能量利用效率和很好的經濟性， 在最近幾年得到了很快

發展. 風力發電機組利用風的動能推動發電機而產生交流電. 根據Betz law， 風力發電

的最大效率理論上可達59% [19]. 在風力充足的條件下， 風力發電的規模越大， 其經濟

性越好. 因此， 近幾年風力發電朝著大規模的方向發展. 另外， 由于海上風力較陸地

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

流-直流轉換即可與電解槽相接產氫， 經濟性較好， 目前不少風力資源充足的國家都將

風能-電解槽系統列為重點發展的方向.

另外， 地熱能， 波浪能所發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

制氫和開發氫能汽車最為有名的公司. 他們開發的HESfp系統包括一個能日產氫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燃機車. 他們用于汽車的

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

槽開發制造商， 他們的ES系列利用PEM電解槽技術， 可以每小時產氫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，

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

時 [11].

1.5. 電解水技術的環境， 經濟和安全問題

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， 會對人構成嚴重的危害. PEM電解槽使用質子

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

發生分解， 產生有毒氣體. 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生燃燒甚至爆炸的危險， 需要引起注意.

此外， 電解槽生產， 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動時， 光伏電池可能含有有毒物質(比如CdTe PV)， 將帶來

一定的環境污染和危險性. 尤其當系統發生短路出現火情， 有毒物質將會釋放出來，危

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

以考慮. 風能-電解槽系統和光伏-電解槽系統相比， 則對環境的影響要小很多， 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聯合制氫時， 制氫成本將

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

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

2. 太陽能熱化學循環制氫

太陽能熱化學循環是另一種利用太陽能制取氫燃料的可行技術. 首先， 由太陽能

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

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

(2) H2S的熱分解和(3) 熱化學循環水分解.

2.1. 水的熱分解制氫

由太陽能聚光器產生的高溫可以用于對水進行加熱， 直接分解而產生氫氣和氧氣.

反應式如(4)

2H2O 2H2 + O2 (4)

在這個反應中， 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

見提高反應溫度， 可以有效產氫量. 然而， 反應所需的高溫也帶來了一系列的問題.

由于溫度極高， 給反應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. 由于該反應可逆， 高溫下氫和氧可能會重新結合

生成水， 甚至發生爆炸. 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注.

2.2. H2S的熱分解

H2S是化學工業廣泛存在的副產品. 由于其強烈的毒性， 在工業中往往都要采用

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

應式見(6)

2H2S 2H2 + S2 (6)

該反應的轉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. 據報

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

時， 轉化率可達70% [24]. 由于反應在1000K以上的高溫進行， 硫單質呈氣態， 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以固態形式析出. 同樣，

這種方法也會導致大量的能量損失.

2.3. 熱化學循環分解水制氫

水的直接熱分解制氫具有反應溫度要求極高， 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階

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

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

1000K左右， 也大大減輕了對反應器材料的限制. 典型的2步熱化學循環反應式見

(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， MxOy 或1 1 y x O M 則分別為相應的金屬氧化物. 適合用做水的熱化學

循環反應的金屬氧化物有TiO2， ZnO， Fe3O4， MgO， Al2O3， 和 SiO2等. ZnO/Zn 反應溫度較

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. 經研究發現， 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溫度 [4]， 因而更具發展

前景.

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

IS(iodine/sulfur)循環是典型的3 步水分解循環， 該循環的反應式見(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 循環中，影響制氫的主要因素就是單質硫或硫化氫氣體的產生等副反應的發生. 為

盡量避免副反應的發生， x 的值往往設置在4.41 到11.99 之間[30]. UT-3 則是典型的

4 步循環[31]. 其反應式見(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)

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

高溫下為氣態并且會和氧氣發生氧化還原反應而重新生成金屬氧化物， 因此， 需要將

金屬單質從產物混合物中分離出來. 金屬單質的分離一般采用快速冷卻使金屬很快凝

固從而實現分離. 同樣， 在3 步循環中， 氫和碘也需要及時的分離. 采用的分離技術都

類似.

2.4. 熱化學循環分解水制氫的現狀

熱化學循環制氫在歐洲研究較多， 但由于產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化的階段. 在Swiss Federal Institute of

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

產物的分離以及分解水反應的機理方面 [32]. Swiss Federal Office 則已經啟動了一個

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

反應器的設計， 將于2004 年夏季進行測試[33].

2.5.太陽能熱化學循環制氫的環境， 經濟和安全問題

太陽能熱化學循環采用太陽能聚光器聚集太陽能以產生高溫， 推動熱化學反應的

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 循環和

UT-3 循環中， 都使用了強烈腐蝕性或毒性的物質， 比如H2S， H2SO4. 這些物質的泄漏

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

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

心處理.

由于熱化學循環制氫尚未商業化， 相關的經濟信息都是基于估算. Steinfeld

(2002)[29]經過估算指出， 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 – 電解水系統制取氫氣的成本則約為

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

化學循環制氫和天然氣重整制氫相比雖然沒有經濟優勢， 但和其他可再生制氫技術相

比則在經濟性方面優于太陽熱電-電解水和光伏-電解水技術.

3. 利用生物質制氫

生物質作為能源， 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， 使得整個循環的CO2 排放量幾乎為零. 目前對于生物質的利用， 尤其

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

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

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

3.1. 生物質熱裂解制氫

生物質熱裂解是在高溫和無氧條件下對生物質的熱化學過程. 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. 得到的產物

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

的固體產物[34]. 為了最大程度的實現從生物質到氫的轉化， 需要盡量減小焦碳的產量.

這需要盡量快的加熱速率和傳熱速率和適中的溫度.

熱裂解的效率和產物質量除與溫度， 加熱速率等有關外， 也受反應器及催化劑的

影響. 目前國內外的生物質熱裂解決反應器主要有機械接觸式反應器， 間接式反應器

和混合式反應器. 其中機械接觸式反應器包括燒蝕熱裂解反應器， 旋轉錐反應器等，

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

質而達到快速升溫裂解. 這類反應器原理簡單， 產油率可達67%， 但易造成反應器表面

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

質顆粒進行加熱， 由于生物質顆粒及產物對熱輻射的吸收存在差異， 使得反應效率和

產物質量較差. 混合式反應器主要以對流換熱的形式輔以熱輻射和導熱對生物質進行

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

目前國內外廣泛采用的反應器， 主要有流化床反應器， 循環流化床反應器等[35]. 這

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

研制出了固定床， 流化床反應器.

催化劑的使用能加速生物質顆粒的熱解速率， 降低焦炭的產量， 達到提高效率和

產物質量的目的. 目前用于生物質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以得

到和提高氫的產量. 如下式所示:

合成氣 + H2O H2 + CO (18)

CO + H2O CO2 + H2 (19)

利用生物質熱裂解聯同重整和水氣置換反應制氫具有良好的經濟性， 尤其是當反

應物為各種廢棄物時， 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

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

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 相比還沒有任何優勢， 但Carlo 等[40]指出， 當熱裂解制氫的規

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

質制氫， 將會是非常有潛力的發展方向.

3.2. 生物質氣化制氫

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

程. 氣化和熱裂解的區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

下對生物質的部分氧化過程. 首先， 生物質顆粒通過部分氧化生成氣體產物和木碳，

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.

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

產物的質量， 還容易阻塞和粘住氣化設備， 嚴重影響氣化系統的可靠性和安全性. 目前

處理焦油主要有三種方法. 一是選擇適當的操作參數， 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

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

床生物質氣化爐， 在其喉部采用特殊結構形式的噴嘴設計， 在反應區形成高溫旋風動力

場， 保證了焦油含量低于2g/m3.

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

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

了生物質氣化制氫和天然氣重整制氫的經濟性， 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. 如果將環境因素考慮進去，

由于天然氣不可再生， 且會產生CO2， 而生物質是可再生資源， 整個循環過程由于光合

作用吸收CO2 而使CO2 的排放量幾乎為0， 這樣， 利用生物質制氫從經濟上和環境上的

綜合考慮， 就已經比天然氣重整更有優勢了.

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. 生物質制氫與天然氣制氫經濟性的比較

Fig. 2. Comparison of hydrogen cost between biomass

gasification and natural gas steam reforming

以上分析的利用生物質高溫裂解和氣化制氫適用于含濕量較小的生物質， 含濕量高

于50%的生物質可以通過光合細菌的厭氧消化和發酵作用制氫， 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的氣化方法是利用超臨界水的特

性氣化生物質， 從而制得氫氣.

3.3. 生物質超臨界水氣化制氫

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， 水的性質與常溫常壓下水的性

質相比有很大的變化.

在超臨界狀態下進行的化學反應， 通過控制壓力， 溫度以控制反應環境， 具有增強

反應物和反應產物的溶解度， 提高反應轉化率， 加快反應速率等顯著優點， 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的催化氣化， 生物質的氣化

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

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

所需溫度和壓力對設備要求比較高， 這方面的研究還停留在小規模的實驗研究階段. 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在不同反應條件下進行實

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

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

停留時間， 以及反應器形式的影響.

表3. 近年來關于生物質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]

生物質的主要成分是纖維素， 木質素和半纖維素. 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產品， 而木質素和半纖維素在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

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

率也有所不同. 溫度對生物質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， 生物質在超臨界水中氣化停

留時間與溫度相關， 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]. 反應器的選擇也會影響生物質氣化過程， 目前的反應

器可以分為間歇式和連續式反應器. 其中間歇式反應器結構簡單， 對于淤泥等含固體的

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

的壓力和溫度， 也不能實現連續生產，. 連續式反應器則可以實現連續生產， 但反應時間

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

制出更加有效的反應器以及尋求不同生物質在不同參數下的最佳氣化效果， 實現高效，

經濟的氣化過程.

4. 其他制氫技術

除熱化學方法外， 生物質還可以通過發酵的方式轉化為氫氣和其他產物. 此外，

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

化學能-氫. 這些生物制氫技術具有良好的環境性和安全性， 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制氫也是目前廣泛研究的制氫技術. 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 等都經研究發現能夠在一定光照條件下催化分解水從而產生氫氣.

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

率太低， 距離大規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. 制氫技術總結以及在香港的應用前景

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. 這些技術的特點，

經濟性， 環境和安全方面的特點總結于表4.

表4. 利用可再生資源制氫技術比較

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， 生物質氣化技術和風能-電解制氫技術具有良好的經濟性. 對于環境的污染

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

術則目前還未顯示出經濟優勢. 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. 太陽

能熱化學循環也是可行的制氫技術， 今后的發展方向是進一步降低分解產物的能量損

耗以及發展更為經濟的循環.

香港地少人多， 沒有自己的煤， 石油， 天然氣， 也沒有大規模的農業， 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.

香港總人口681 萬， 總面積2757km2， 其中陸地面積1098 km2， 海洋面積1659 km2.

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

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! 這說明發展光伏技術在香港有很大潛力. 考慮到香港市區人

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

水成本很高， 這一技術還難以大規模應用， 如果光伏成本能大幅度降低， 則在香港發

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

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 的風力發電機組， 可

以實現年發電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， 在這些島嶼發展大規模的風力機組也是值得

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

解制氫. 這些技術在香港的成功應用還需要更深入的研究， 本文不作深入探討.

6. 小結

本文綜述了目前利用可再生資源制氫的主要技術， 介紹了其基本原理， 也涉及到

了各項技術的經濟性和環境以及安全方面的問題. 對各項制氫技術進行了對比分析，

總結出利用風能發電再推動電解水， 以及利用生物質的熱化學制氫具有良好的經濟性，

對環境的污染較小， 技術成熟， 可以作為大規模制氫的選擇. 利用光伏-電解水技術具

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

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

廢物制氫是可行的制氫技術， 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

特別行政區政府資助， 在此表示感謝!

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第8篇：生物質發電的缺點范文

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、法規或條例，從法律上保證可再生能源（RE）的發展，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能發電技術上進入世界的先進行列，一個重要原因是RE技術的發展很久以來就得到國家法律和政策的技術和保護。如早在1978年美國"公用事業管制政策法"中就規定電力公司必須按可避免成本購買熱電聯產和可再生能源生產的電力。這一政策為RE發電技術與化石燃料發電技術的公平競爭創造了條件，到1992年，在"能源政策法"中，進一步對RE發展提出了要求，即要求到2010年RE提供的能量應比1988年增加75%；同時規定對RE資源的開發利用給予投資稅額減免，并授權能源部資助RE的示范和商業化項目。;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"風力發電并網運行的管理規定"。無疑這些政策措施對促進RE的發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的具體規定）。否則這些條文和要求將無法變為現實。UO_

美國的特點是：即有宏觀性的論述，又有具體政策的規定，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，聯邦政府和州政府的緊密配合，既有聯邦政府全國性的統一規定和要求，又有各地區和州政府的特殊、具體的規定和要求。如根據聯邦政府的"能源政策法"的精神，有些州政府又制定了"系統效益收費制"和"可再生能源設備通行權"等適用本地區的政策和規定。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，隨時調整。即根據客觀實際需要和形勢變化而不斷地調整或制定新的政策，這一特點在其他幾類政策上亦有體現。如為了適應目前電力工業資產重組和反管制改革所帶米的影響和變化，有些地區及時地提出了可再生能源發展的"配額制"（RenewableProtfolioStandard)的政策規定等。}w

1.2經濟激勵政策的比較與分忻/v.

盡管經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的投資即屬于此類。美國過去對風力發電投資者曾實行過15%投資補貼，但現在已停止使用。對投資者進行補貼的優點是可以調動投資者的積極性。增加生產能力。擴大產業規模；缺點是這種補貼與企業生產經營狀況無關，不能起到刺激更新技術、降低成本的作用。5o2TZ

第二種是產出補貼，即根據RE設備的產品產時進行補貼。中國目前還沒有這種補貼政策。這種補貼的優點是顯而易見的，即有利于增加產品產量降低成本。提高企業的經濟效益。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備、微型風力發電設備中廣泛采用外．在農村戶用沼氣池，高效率柴灶和其他生物質能技術試點示范也曾廣泛采用。美國加州對購買PV系統的用戶也采取了類似的鼓勵措施。這一政策的理論依據是：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的。]dEsbQ

但是，不管怎么說現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模和水平，同該項政策的作用則是不可低估的。然而，從總結經驗角度來看，補貼政策的實施應解決好以下兩個問題：^n)

補貼資金來源問題。根據美國和西歐的經驗。一是通過系統效益收費來籌；另一個是征收化石燃料稅，中國主要由政府財政支付；而中國是個發展中國家，財政收入有限。需要補貼支援的事業很多，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規模，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）應用最多的經濟政策，實際上有兩種不同的稅收政策：一種是稅收優惠政策，如減免關稅、減免形成固定資產稅，減免增值稅和所得稅（企業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產業規模小，不會構成對全國稅收平衡的影響，因而易于實施。只是由于大多數稅種不進入生產成本（關稅例外），只影響企業產品的銷售價格和企業的經濟效益，因而，實際上對鼓勵企業改進生產制造技術，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和產業，一旦這種優惠政策取消企業便生存不下去的原因所在。如美國的太陽能熱水器的生產和銷售。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，生產企業減少了近200家，又加世界聞名LUZ太陽能熱發電裝置也面臨著聯幫政府和州政府稅收優惠取消后破產的威脅。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。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利用這類資源的作用，還能促進企業采用先進技術，提高技術水平的作用。因而也是一種不可或缺的刺激措施.m8Nf

應指出的是，稅收減兔政策的目的在于促進技術進步和技術的商業化，因而應對什么企業減免和減免稅收后應達到什么樣的目標（經濟的和技術的目的）．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產品成本一般高于常規能源產品，所以世界上許多國家都采取了對RE價格實行優惠的政策。在美國"能源政策法"中規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惠的措施，在中國，原電力部也就風力發電上網電價制定了較優惠的政策。$

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惠政策覆蓋了所有的可再生能源發電技術，中國僅限于風力發電；另一方面美國的規定是由聯邦政府以法律的形式而簽發的，而中國的規定尚屬部委一級批準實施的計劃，而且未經過國務院和人大委員會的審議批準。:tn

理論分析和實踐都已證明，價格優惠是一項非常有效的激勵措施，只要應用得當，可以起到促進技術進步和降低成本的作用。其關鍵性的問題有兩個：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?，F階段由于RE產業規模小，補貼資金需求量小，這種做法是一種比較現實的辦法。z|q%轉貼于 EN

另一個是價格優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）貸款可以減輕企業還本期利息的負擔，有利于降低生產成本；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，貸款數量越大，貼息量越大，需要籌集的資金也越多。因此，資金供應狀況是影響這一政策持續進行的關鍵性因素。目前美國已沒有這類的貸款政策，中國的實施規模也很小，完全在可以承受的范圍內。y

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

1.3研究開發政策的比較和分析*cR{/+

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

（1）從70年代以來兩國部實施了一大批科學研究與開發計劃；cZ/

（2）兩國政府投入巨額資金用以支持RE的研究和發展;，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"國家科技攻關項目的經費不足1.0億元人民幣，而美國 政府投入RH研究和開發項目卻高達14.56億美元。兩者的差距不言而喻。盡管中美兩國經濟基礎不同，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。美國不僅有聯邦政府的投入，還有工業界、企業家和個人的投賢，一些州政府還設立了專門的研究開發項目和計劃。

應當特別指出的是，目前美國的可再生能源技術整體上己處于世界領先地位并擁有世界最大的規模的風電場。太陽能熱發電站和生物質能發電系統，在這種情況下，美國依然對其研究和開發給予極大的關注和支持，提出并實施了一批新的規模宏大的開發計劃，這不是偶然的，這跟該國宏偉的社會經濟目標、環境目和可再生能源技術的發展現狀以及對研究、開發的巨大作用的認識有著深刻的關系 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驗；但是從RE技術商業化發展的需要來說，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發展的眾多因素中，運行機制是一個比技術問題和經濟成本更難以解決的問題。從技術來說，目前RE所遇到的各種技術障礙幾乎都可以利用現有科學技術而加以解決，經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予加強和改善的方面。6cqL`

2 認識和建議 NHLs@F

?清潔能源技術論壇 -- 論壇討論主要圍繞清潔能源技術、位為專業技術論壇。

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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技術的進步和發展，已在各自的能力范圍內，盡其所能，采取一系列的技術、經濟、法律、市場和研究開發的政策和措施，大大推動了可再生能源的發展，并取得顯著成效，這己是人所共知的事實。但是，從兩國長遠的發展目標和現實需要來說，RE技術還必須有一個更大的發展。這樣就需要兩國政府（特別是中國政府）應在總結過去國內外工作經驗的基礎上，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"節能法"都己肯定RE的戰略地位，在明了政府熱情支持和鼓勵的態度?，F在關鍵的問題是，政府的有關部門應立即根據法律上的相關規定，研究、制定具體的實施方案和細則。要進一步明確各地RE發展的合理的比例。明確亨受國家優惠政策的對象應具備的條件以及亨受優惠條件后應達到的經濟目標和技術目標。#，

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94（461）號文件形式向全國各大電網，省、市、區供電部門發了風力發電并網運行的管理規定。該規定明確提出電網必須就近收購風電場的電量，其上網電價按生產成本加還本利息和合理利潤的原則確定。超出電網平均電價的部分，采取均攤方式，由全網共同負擔。近幾年的實踐證明這是一項行之有效的辦法。但是，這一規定也有其不足之處，即沒有定義全網的范圍，由此在如何承擔風電差價問題容易產生爭論。建議將這規定修改和完善后，上報國務院，進一步明確風電上網電價高出電網平均價格的部分，由區域性電網廳覆蓋的地區的電力用戶承擔，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品。如沼氣發電稻殼發電，生物質發電以及生物質氣化集中供氣的并網問題，均應按此原則辦理。 .WiK

2.3 繼續實施現有的減兔稅政策，但運作方式應加以改進。具體建議是：;

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

（2）現階段可再生能源發電成本較高，征收增值稅后的上網電價將更高，以風力發電為例。通常將超過0.7元／kwh，這是電網難以接受的，另外，可再生能源發電不消耗燃料，沒有進項稅或進項稅少，增值稅不能抵扣或抵扣很少。因而可再生能源發電的增值稅實際征收額遠遠高于常規能源發電。按全國統一的增值稅率（17％〕征收是不合理的，也不利于與常規能源發電技術的公平競爭。建議實行與小水電一樣的增值稅稅率，即6.0％。Z9^6

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

2.4 增加財政投入和銀行信貸，加速RE技術的進步和國產化。在這方面，美同等先進國家已先行一步，注入了數10億美元的研究、開發和示范推廣經費。中國RE技術基礎薄，國產化能力低。要大模地發展風力發電、光伏發電和生物質能的高效利用，某些關鍵技術的攻關和國產化是不可缺少的。結合中同的條件和需要，建議設立以下扶持政策：G~K

（1）增加RE技術攻關和國產化資金，其財政撥款應隨國民經濟的快速發展而成倍增加； ~9`M

（2）將RE技術列入國家基本建設和技術改造投資的重點扶持計劃；Q!

（3）設立專用于RE技術的信貸資金，其中貼息貸款應在目前每年用于農村能源利可再生能源技術開發貸款1.2億元的基礎上有所增加；5T[;{Z

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

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

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第9篇：生物質發電的缺點范文

關鍵詞：風力發電；現狀；技術發展

能源、環境是當今人類生存和發展所要解決的緊迫問題。常規能源以煤、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利用，特別是對風能的開發利用，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，大力發展風電這一清潔能源已成為世界各國的戰略選擇。我國風能儲量很大、分布面廣，開發利用潛力巨大。近年來我國風電產業及技術水平發展迅猛，但同時也暴露出一些問題?？偨Y我國風電現狀及其技術發展，對進一步推動風電產業及技術的健康可持續發展具有重要的參考價值。

1我國風力發電的現狀

2005年2月，我國國家立法機關通過了《可再生能源法》，明確指出風能、太陽能、水能、生物質能及海洋能等為可再生能源，確立了可再生能源開發利用在能源發展中的優先地位。2009年12月，我國政府向世界承諾到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，把應對氣和變化納入經濟社會發展規劃，大力發展包括風電在內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。隨著新能源產業成為國家戰略新興產業規劃的出臺，風電產業迅猛發展，有望成為我國國民經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化運行開始，經過二十幾年的發展，我國的風電市場已經獲得了長足的發展。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]?？梢钥闯觯覈L電產業正步入一個跨越式發展的階段，預計2010年我國累計裝機容量有望突破4000萬kW。

從技術發展上來說，我國風電企業經過“引進技術—消化吸收—自主創新”的三步策略也日益發展壯大。隨著國內5WM容量等級風電產品的相繼下線，以及國內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能力。同時，我國風電裝備制造業的產業集中度進一步提高，國產機組的國內市場份額逐年提高。目前我國風電機組整機制造業和關鍵零部件配套企業已能已能基本滿足國內風電發展需求，但是像變流器、主軸軸承等一些技術要求較高的部件仍需大量進口。因此，我國風電裝備制造業必須增強技術上的自主創新，加強風電核心技術攻關，尤其是加強風電關鍵設備和技術的攻關。

2風力發電的技術發展

風力發電技術是涉及空氣動力學、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系統工程。目前在風能發電領域，研究難點和熱點主要集中在風電機組大型化、風力發電機組的先進控制策略和優化技術等方面。

2.1風力發電機組機型及容量的發展

現代風力發電技術面臨的挑戰及發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電效率的有效途徑，風力發電機單機容量不斷向大型化發展。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品。2004年德國Repower即研制出第一臺5MW風電機，Enercon開發出第二代直驅式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年比例已經上升到86.86%[4]。這表明容量風電機組已經成為我國風電市場上的主流產品。

2.2風力發電機組控制技術的發展

控制技術是風力發電機組安全高效運行的關鍵技術[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動慣量。

3）自動控制在風力發電機組的并網和脫網、輸入功率的優化和限制、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得到很好的利用。

4）風力資源豐富的地區通常環境較為惡劣，在海島和邊遠的地區甚至海上，人們希望分散不均的風力發電機組能夠無人值班運行和遠程監控。這就對風力發電機組的控制系統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電的控制技術和控制系統，這些研究工作對于風力發電機組優化運行有極其重要的意義。計算機技術與先進的控制技術應用到風電領域，并網運行的風力發電控制技術得到了較快發展，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展，甚至向智能型控制發展。

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，使槳葉的表面產生渦流，將發電機的功率輸出限制在一定范圍內。失速調節型的優點是簡單可靠，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節而控制系統不做任何控制，使控制系統大為簡化。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，也使得這些關鍵部件更容易疲勞磨損。 轉貼于

變速恒頻風力發電機組是近年來發展起來的一種新型風力發電系統，其轉速不受發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子轉速的影響。與恒速風電機組相比，它的優越性在于：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速的變化調節風力機槳距角，在保證風電機組安全穩定運行的同時，使輸出功率更加平穩。變速恒頻風力發電機組通過勵磁控制和變槳距調節來實現最佳運行狀態。變槳距是根據風速和發電機轉速來調整葉片槳距角，從而控制發電機輸出功率，由傳動齒輪箱、伺服電機和驅動控制單元組成。隨著風電控制技術的發展，當輸出功率小于額定功率狀態時，變槳距風力發電機組采用OptitiP技術，即根據風速的大小，調整發電機轉差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比，以得到理想的輸出功率。變槳距風力發電機組的優點是：輸出功率平穩，在額定點具有較高的風能利用系數，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風力發電機組控制策略的發展

風能是一種能量密度低、穩定性較差的能源，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生變化，影響了風電系統的發電效率并引起轉矩傳動鏈的振蕩，會對電能質量及接入的電網產生影響，對于小電網甚至會影響其穩定性。風力發電機組通常采用柔性部件，這有助于減小內部的機械應力，但同時也會使風電系統的動態特性復雜化，且轉矩傳動模塊會有很大振蕩。目前，對風力發電機的控制策略研究根據控制器類型可分為兩大類：基于數學模型的傳統控制方法和現代控制方法。傳統控制采用線性控制方法，通過調節發電機電磁轉矩或槳葉節距角，使葉尖速比保持最優值，從而實現風能的最大捕獲。對于快速變化的風速，其調節相對滯后。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并不適用。

現代控制方法主要包括變結構控制、魯棒控制、自適應控制、智能控制等[7，8]。變結構控制因具有快速響應、對系統參數變化不敏感、設計簡單和易于實現等優點而在風電系統中得到廣泛應用。魯棒控制具有處理多變量問題的能力，對于具有建模誤差、參數不準確和干擾位置系統的控制問題，在強穩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驗表示為語言規則用于控制，不依賴于被控制對象的精確的數學模型，能夠克服非線性因素的影響，對被調節對象有較強的魯棒性。由于風力發電機的精確數學模型難以建立，模糊控制非常適合于風力發電機組的控制，越來越受到風電研究人員的重視。人工神經網絡是以工程技術手段來模擬人腦神經元網絡的結構與特征的系統。利用神經元可以構成各種不同的拓撲結構的神經網絡，它是生物神經網絡的一種模擬和近似。利用神經網絡的學習特性，可用于風力機的低風速的節距控制。

3存在的問題及展望

盡管近年來我國風電產業得到了迅猛的發展，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計及制造技術。在設計技術方面，我國不僅每年需支付大量的專利、生產許可及技術咨詢費用，在一些具有自主研發能力的風電企業中，其設計所需的應用軟件、數據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、逆變系統需要大量進口，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品相比其質量、壽命及可靠性尚有很大差距。其次，我國風電發展規劃與電網規劃不相協調，上網容量遠小于裝機容量。風電發展側重于資源規劃，風電場的建設往往沒有考慮當地電網的消納能力，從而造成裝機容量大，并網發電少的現狀。2009年新增裝機容量中1/3未能上網，送電難已經成為制約風電發展的瓶頸。最后，我國風電的技術標準和規范不健全，包括風機制造、檢測、調試、關鍵零部件生產及電場入網等相關標準亟需建立和完善。因此，展望我國未來的風電產業發展，必須加強自主創新掌握核心技術；必須加大電網建設力度，合理規范風電開發；必須加大政策扶持力度，建立健全完善統一的風電標準規范體系。

參考文獻

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