我国生物质能的开发利用有哪些

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，这些植物以生物质作为媒介储存太阳能，属再生能源。据计算，生物质储存的能量比目前世界能源消费总量大2倍。

生物质能从广义层面讲，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。

从狭义和法律层面讲，生物质能是指利用自然界的植物、粪便以及城乡有机废物转化成的能源。依据来源不同，可将适合于能源利用的生物质分为林业剩余物、农业剩余物、生活污水、工业有机废渣废液、城乡固体废物和畜禽粪便等六大类。

发展生物质能的意义：

目前，生物质能在我国可再生能源消费总量中占比不到10%。当前的“小产业”若政策得当，方向正确，未来则是可再生能源领域的“巨人”。每年若对城乡各类有机废弃物进行无害化、减量化和资源化利用，将对我国环境、能源和粮食安全发挥巨大作用。

随着生物质能产业发展规模不断壮大，将会逐步改变我国农业农村生产生活方式，实现新时代县域经济绿色低碳循环可持续发展新业态，进而推动我国新型城镇化、乡村振兴战略和碳中和目标尽早实现。

以上内容参考：百度百科-生物质能

我只说我觉得和我认知的，也许不对，勿念。

生物质能就是所谓的破枝烂叶秸秆等等植物经过压缩而成的燃料。

优点：可持续性高，因为就是树枝树叶枯草秸秆，这些本来都是要烧荒烧掉的，现在做成燃料。

本来还有一个优点是成本低，但是，现在看来也不是很低。

燃烧可以更充分，简单来说就是产生更少的烟和粉尘。

缺点：燃烧设备比较贵。

含氢氧比重还是略大，简单来说就是燃值不太高，相对煤和油等化石能源来说。如果能把生物质能燃料做成机制炭反而变废为宝，极大的减少烧炭带来的污染问题，也能大大降低炭的价格，如果再进一步，就可以把制成的炭经过压合变成煤，极大降低煤炭污染问题，当然，成本比较高。

其实，生物质能燃料是折中办法

生物质能是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。

生物质能的广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。

生物质能的狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。特点：可再生、低污染、分布广泛。

生物质能的优点可分为以下几点

①生物质能可再生，生物质能根本就是来源于太阳能，而太阳能是无穷无尽的，并且通过植物的光合作用，将太阳能转化成化学能，然后储存在生物体内，因此只要确保植物光合作用顺畅进行，就能生产出源源不断的能量。所以说生物质能是可以再生的。

②环境污染小，通常生物质能中含有对环境有害物质的含量非常低，而在植物光合作用过程中，又吸收了大量的二氧化碳，减少了温室气体，并且释放氧气，因此，提倡生物质能的应用，一定程度上促进了大自然的碳循环，对自然界就要很大的益处。

③原料丰富。生物质能源资源丰富，分布广泛。根据世界自然基金会的预计，全球生物质能源潜在可利用量达350EJ/年（约合82.12 亿吨标准油，相当于2009年全球能源消耗量的73%）。

虽然说生物质能的优点如此突出，但是缺点也不是说没有的。

首先，生物质能的生产周期很长，依靠生物自己来获取能源，这个时间本来就不短，而且在后期加工处理中，经常是通过发酵提取等耗时耗力的手段来最终生成能源物质。样的生产效率远远比不上挖掘石油和采集天然气。

其次，生物质能的生产过程复杂，为什么这么说呢，就比如像生产乙醇，使用的是废弃的农作物进行发酵，首先要收购（最好是已经超过了保质期的）农作物，然后再将其放置于发酵罐中进行发酵，在这期间要实时监控发酵罐中的温湿度，发酵出来的原液还需进行多次过滤，提纯，最终才得到目标产物，这样看来，生产过程比单纯的采集天然气等传统的能源生产更加复杂。所以相应的资金投入就会大大增长。

还有，生物质能受地域限制，像一些农业并不太发达的地区，所能利用起来的生物质能就很少，相应的在该地区推广使用生物质能就困难重重，而且又想要在该地区用上生物质能，所需的运输成本也会大大提高。

总的来说，现在大面积推广生物质能还是有很大的困难，但相信在以后 科技 日益发展的情况下，像生物质能这类清洁能源一定会普及到千家万户的。

生物质能是可再生能源，并且最大的优势是变废为宝。如果不处理，秸秆废弃物和畜禽粪污会污染环境，处理好了，可以变成清洁能源以及有机肥。有机肥还田之后实现循环经济。缺点方面就是从经济性角度，如果没有补贴，还不足以实现盈利。当然主要还是因为环保意识以及环保处罚力度不足导致的。

生物质是地球上最广泛存在的物质，也是迄今已知在宇宙行星表面生存的特有的一种生命现象，它包括所有的动物、植物和微生物，以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。随着科学技术的发展，人们已经知道，各种生物质都有一定的能量，所以由生物质产生的能量就叫生物质能。例如，人们肉眼看不到的微生物，其能量却很惊人，它能够引起有机质发酵，进而酿成酒，提炼出乙醇，成为可以燃烧的液体燃料，这比薪柴燃烧时发出的热能要大得多。因此，世界上究竟蕴藏着多少生物质能?恐怕谁也说不清楚。科学家们从研究中发现，尽管生物质千变万化，形态不一，然而其产生都离不开太阳的辐射能。这就找到了能源之本。据气象学家分析，进入大气层的太阳辐射能，起码有万分之二是被植物吸收进行了光合作用。这万分之几，其实折算起来就有400多亿千瓦的能量。据生物学家估算，现在地球上每年生长的植物总量约为1400亿～1800亿吨(干重)，把它换算成燃料，大约相当于目前世界总能耗的10倍。然而，人类自从发明火以来，至今仍在大量消耗薪柴等生物质，特别是发展中国家的农村，由于技术落后，生物质能的利用率极低，所以每年白白浪费了不知多少生物质，从目前世界总能耗的比重来看，生物质能按能量计算仅占15%左右。但是生物质资源巨大，技术潜力更大，这是生生不息的可再生能源，足够人类很好地开发利用。

现在已知世界上的生物多达25万多种，生物质能的种类也很繁多，目前人们可以利用的大致分为六大类：木质素，主要包括木块、木屑、树枝和根、叶等；农业废弃物，主要是秸秆、果核、玉米芯、蔗渣等；水生植物，如藻类、水葫芦等；油料作物，如棉籽、麻籽、乌桕、油桐等；加工废弃物，包括食品、屠宰、酒厂、纸厂的排泄物和垃圾等；粪便。这些东西看来都是很不起眼的，甚至是无用的废物，对环境也有污染，但从能源角度看，却能变废为宝。

生物质是讨论能源时常用的一个术语，是指由光合作用而产生的各种有机体。光合作用即利用空气中的二氧化碳和土壤中的水，将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气的过程，光合作用是生命活动中的关键过程，植物光合作用的简单过程如下： 植物 水 + 二氧化碳 ----->有机体 + 氧

太阳能

生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系：品种、生长周期、繁殖与种值方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等，在太阳能直接转换的各种过程中，光合作用是效率最低的，光合作用的转化率约为0.5％-5％，据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5％-2.5％，整个生物圈的平均转化率可达3％-5％。生物质能潜力很大，世界上约有250000种生物，在提供理想的环境与条件下，光合作用的最高效率可达8～15%，一般情况下平均效率为0.5%左右。

据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t，含能量达3x1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大，但地球上每个国家都有某种形式的生物质，生物质能是热能的来源，为人类提供了基本燃料。

生物能具备下列优点:

* 提供低硫燃料；

* 提供廉价能源(於某些条件下)；

* 将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如，垃圾燃料)；

* 与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。

至於其缺点有:

*小规模利用；

*植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物；

*单位土地面的有机物能量偏低；

*缺乏适合栽种植物的土地；

*有机物的水分偏多(50%～95%)。

生物能大致可以分为两类——传统的和现代的。现代生物能是指那些可以大规模用于代替常规能源亦即矿物类固体、液体和气体燃料的各种生物能。巴西、瑞典、美国的生物能计划便是这类生物能的例子。现代生物质包括：1、木质废弃物（工业性的）；2、甘蔗渣（工业性的）；2、城市废物；3、生物燃料（包括沼气和能源型作物）。传统生物能主要限于发展中国家、广义来说它包括所有小规模使用的生物能，但它们也并不总是置于市场之外。第三世界农村烧饭用的薪柴便是其中的典型例子。传统生物质包括：1、家庭使用的薪柴和木炭；2、稻草，也包括稻壳；3、其他的植物性废弃物；4、动物的粪便。 世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物，尤其是为了生产能源而种植的能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活污水和水生植物等等（中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面），下面举一些例子说明：

薪柴:至今仍为许多发展中国家的重要能源，仍需依赖柴薪来满足大部分能量需求.不过由于日益增加薪柴的需求，将导致林地日减，需适当规划与植林方可解决这一问题。

农作物残渣:农作物残渣遗留於耕地上也有水土保持与土壤肥力固化的功能，因此，农作物残渣不可毫无限制地供作能源转换。

牲畜粪便:牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理，会产生甲烷和可供肥料使用之淤渣。若用小型厌氧消化糟，仅需三至四头牲畜之的粪便即能满足发展中国家中小家庭每天能量的需要。

制糖作物:对具有广大未利用土地的国家而言，如将制糖作物转化成乙醇将可成为一种极富潜力的生物能。制糖作物最大的优点，在於可直接发酵变成乙醇。

水生植物:如一些水生藻类，主要包括海洋生的马尾藻、巨藻、海带等，淡水生的布袋草、浮萍、小球藻等。利用水生植物化成燃料也为增加能源供应方法之一。

光合成微生物：如硫细菌、非硫细菌等等。 城市垃圾:将城市垃圾直接燃烧可产生热能,或是经过热解体处理而制成燃料使用。

城市污水:一般城市污水约含有0.02～0.03%固体与99%以上的水分。下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。

生物质不同的用途使生物质有不同的价值，因此如要统一确定生物质的经济性是十分困难，大规模商业化应用生物质会对其他市场，如食品市场和造纸市场产生重大影响。在评价生物质的经济性时，必须考虑生产生物质的成本和能源投资，所需的水和肥料以及开发利用生物质对土地利用和人口分布形式的总体影响等。生物质常常最适于分散应用，如在人口密度低的地区使用。典型的生物质能开发利用设备均比较小。生物质是到2020年唯一能极大地影响运输行业（不包括电车）燃料利用状况的可再生能源，然而，若大规模开发利用生物质资源，必须注意保护生物多样性，保护自然风景区和环境敏感区，同时还要注意控制废水和废气。

生物能的开发和利用具有巨大的潜力。

下面的技术手段目前看来是最有前途：

*直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能。

*利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。

*生产木炭和炭。

*生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机（BIG/STIG）联合发电装置。

*对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避免用错误的方法处置这些物质，以免引起环境危害。

而根据生物质能的作用和我国的现状，目前重点发展的项目如下：

（1）近期优先发展项目

*生物质气化供气

*生物质气化发电

*大型沼气工程

*生物质直接燃烧供热

（2）中长期化发展项目

*生物质高度气化发电项目（BIG/CC）

*生物质制氢等优质燃气

*生物质热解液化制油

生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的l%。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放，回到自然界中。事实上，生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源。生物质燃烧是传统的利用方式，不仅热效率低下，而且劳动强度大，污染严重。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力。而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。

1.2能源与环境

人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗多，尤其是化石燃料消费的增加，就有两个突出问题摆在我们面前：一是造成环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算，世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年，也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际，世界石油资源大概所剩无几。另一方面，由于过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧层破坏，全球气候变暖，酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说，如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位，在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机，是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。

1.3国家安全

固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径，人类可以采用高技术手段获得核能源，甚至从外太空获得能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境；其次，各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发，将不可避免地引发新的争夺或争端，其祸福不言自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产因体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等等。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

2.国外生物质能技术的发展状况

生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划，在日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。

2.1沼气技术

主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水，是发展较早的生物质能利用技术。80年代以前，发展中国家主要发展沼气池技术，以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料。如印度和中国的家用沼气池；而发达国家则主要发展厌氧技术，处理禽畜粪便和高浓度有机废水。目前，日本、丹麦、荷兰、德国、法国、美国等发达国家均普遍采取厌氧法处理禽畜粪便，而象印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。采用新的自循环厌氧技术。荷兰IC公司已使啤酒废水厌氧处理的产气率达到10m3/m3.d的水平，从而大大节省了投资、运行成本和占地面积。美国、英国、意大利等发达国家将沼气技术主要用于处理垃圾，美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，日产26万m3沼气，用于发电、回收肥料，效益可观，预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18MW，今后10年内还将投资1.5亿英镑，建造更多的垃圾沼气发电厂。

2.2生物质热裂解气化

早在70年代，一些发达国家，如美国、日本、加拿大、欧共体诸国，就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发，到80年代，美国就有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发；加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究；此外，菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展明家也先生开展了这方面的研究。芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典建立一座废木材气化发电厂，装机容量为60MW,产热65MW,1996年运行：瑞典能源中心取得世界银行贷款，计划在巴西建一座装机容量为20-3OMW的发电厂，利用生物质气化、联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源。

2.3生物质液体燃料

另一项令人关注的技术，因为生物质液体燃料，包括乙醇、植物油等，可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，70年代中期，为了摆脱对进口石油的过度依赖，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，到1991年，乙醇产量达到130亿升，在980万辆汽车中，近400万辆为纯乙醇汽车，其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料，也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50%以上。1996年，美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程：年处理稻壳12，000吨，年发电量800万度，年产酒精2，500吨，具有明显的经济效益。

2.4其它技术

此外,生物质压缩技术可书固体农林废弃物压缩成型,制成可代替煤炭的压块燃料。如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料：泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料。

3.我国的生物质能源

我国基本上是一个农业国家农村人口占总人口的70%以上，生物质一直是农村的主要能源之一，在国家能源构成中也占有益要地位。

3.1生物质能资源

我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷，理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上（在但第平方公里土地面积上，植物经过光合作用而产生的有机碳量，每年约为158吨）。以平均热值为15,000千焦/公斤计算，折合理论资源最为33亿标准煤，相当于我国目前年总能耗的3倍以上.

实际上，目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。据调查，目前我国秸秆资源量已超过7.2亿吨,约3.6亿吨标准煤，除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外其余6亿吨可作为能源用途：薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林，一项调查表明：我国年均薪柴产量约为1.27亿吨，折合标准煤0.74亿吨：禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤；城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右，并以每年8%-10%的速度增，据估算，我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。

3.2生物质能源和利用

我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源，极少部分用于乡镇企业的工业生产：而利用方式长期来一直以直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源，但规模较小。普及程度较低，在国家，甚至农村的能源结构中占有极小的比例。

生物质直接燃烧方式不仅热效率低下，而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化，严重损害了妇女、儿童的身心健康。此外，还对生态、社会和经济造成极其不利的影响：

1．在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下，必然对森林等自然资源进行不合理采伐，破坏了自然植被和生态平衡；

2．对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利用，不仅造成资源浪费，而且使其成为主要的有机污染源，除造成严重的大气和水污染之外，还排放大量的温室气体，加剧了全球温室效应；

3．同时，随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高，能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经济的持续发展的重大问题，必须予以足够的重视，并采取有效措施着力加以解决。

事实上，大力开发和利用生物质能源，对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义，产生诸多利益；

4．减少污染，改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题，这也是大部分生物质利用的首要目标。

5．解决农村能源供应问题，提高农民生活水平。

我国农村能源供应紧张，而生物质源丰富，所以可利开展利用生物质能，可以改善农村的能量供应。提高他们的生活水平。

6．改善能源结构，减轻对对环境的压力。我国可开发的生物资源达7亿吨，如果能充分开发，可以在我国的能源消费中占重要的地方，这对改善我国能源结构，减少我国对石化燃料的依赖，进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放，最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义。

3.3市场需求

可以预计，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔。主要依据：

1．目前，绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田，不仅浪费了大量的能源，而成了严重的环境污染，给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流机场和首都机场的烟尘事件。逐渐富裕起来的农民，随着生活水平的提高，迫切改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面，以生物质可燃气作为他们的生活能源，就会改善其卫生环境，提高生活质量，减轻劳动强度。

2．众多粮食、木材、茶叶、果类等加工厂，每天都有大量的谷壳、锯末、木屑、果壳等废弃物产出堆放，利用生物质气化技术将其转换成可燃气，生产出优质能源，变废为宝，可谓一举两得。

3．禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源，随着大型畜牧场的不断建成和发展，所产生的环境污染也日趋严重。应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意义。

4．随着我国社会经济的迅速发展，城市人口的增多和居民生活的改善，城市的垃圾处理问题便显得日益突出。我国的以北京为例，1995年，年垃圾产量均已突破400万吨，1996年北京的垃圾量则达485万吨。采用厌氧技术处理有机垃圾，不仅可获得能源，而且达到低费用治理污染的目的。

5．我国的边远地区，生物质资源丰富，多属于缺电、少电地区，可将生物质气化发电，或供热可自产自用。

6．事买上，生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景，其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源，而且具有保护环境，节省资源的功能。

3.4我国生物质能技术发展现状与问题

我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视，国家几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用。国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目，涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如产用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等，取得了可观的社会效益和经济效益。同时，我国已形成一支高水平的科研队伍，包括国内有名的科研院所和大专院校：拥有一批热心从事生物质热裂解气化技术研究与开发的著名专家学者。

a．沼气技术是我国发展最早、曾晋遍推厂的生物质能源利用技术。70年代，我国为解决农村能源短缺的问题，曾大力开发和推广户用沼气地技术，全国已建成525万户用沼气池。在最近的连续三个五年计划中，国家都将发展新的沼气技术列为重点科技攻关项目，计划实施了一大批沼气及其利用的研究项目和示范工程。至今，我国已建设了大中型沼气池3万多个，总容积超过137万m3，年产沼气5，500万m3，仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处，其中集中供气站583处，用户8.3万户，年均用气量431m3，主要用于处理禽畜粪便和有机废水。这些工程都取得了一定程度的环境效益和社会效益，对发展当地经济和我国厌氧技术起到了积极作用。在“九五”计划中，应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目，分别由中科院成都生物研究所和杭州能源环境研究所承担实施，现已取得预期的进展。

我国厌氧技术及工程中存在的主要问题：相关技术研究少、辅助设备配套性差、自动化程度低、非标设备加工粗糙、工程造价高、开放式前后处理的二次污染严重等。

b．我国的生物质气化技术近年有了长足的发展，气化炉的形式从传统上吸式、下吸式到最先进的流化床、快速流化床和双床系统等，在应用上除了传统的供热之外，最主要突破是农村家庭供气和气化发电上。“八五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关专题，取得了相当成果：采用氧气气化工艺，研制成功生物质中热值气化装置；以下吸式流化床工艺，研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置：以下吸式固定床工艺，研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置；以流化床干馏工艺，研制成功1000户生物质气化 集中供气系统与装置。“九五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题，重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。目前全国已建成农村气化站近200多个，谷壳气化发电100多台套，气化利用技术的影响正在逐渐扩大。

c．“八五”期间，我国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术，并在“九五”期间进入中间试验阶段。我国已对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步研究：如植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等方面进行了初步试验研究。“九五”期间，开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。我国的生物质液化也有一定研究，但技术比较落后，主要开展高压液化和热解液化方面的研究。

d．此外，在“八五”期间，我国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关，引进国外先进机型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。我国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上，属国际先进水平。

虽然我国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩，技术水平却与发达国家相比仍存在一定差距，如：

a．新技术开发不力，利用技术单一。我国早期的生物质利用主要集中在沼气利用上，近年逐渐重视热解气化技术的开发应用，也取得了一定突破，但其他技术开展却非常缓慢，包括生产酒精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育等，都没有突破性的进展。

b．由于资源分散，收集手段落后，我国的生物质能利用工程的规模很小；为降低投资，大多数工程采用简单工艺和简陋设备，设备利用率低，转换效率低下。所以，生物质能项目的投资回报率低，运行成本高，难以形成规模效益，不能发挥其应有的、重大的能源作用。

c．相对科研内容来说，投入过少，使得研究的技术含量低，多为低水平重复研究，最终未能解决一些关键技术，如：厌氧消化产气率低，设备与管理自动化程度较差；气化利用中焦油问题没有彻底解决，给长期应用带来严重问题；沼气发电与气化发电效率较低，相应的二次污染问题没彻底解决。导致许多工程系统常处于维修或故障的状态，从而降低了系统运行强度和效率。

此外，在我国现实的社会经济环境中，还存在一些消极因素制约或阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用，主要表现为：

a．在现行能源价格条件下，生物质能源产品缺乏市场竟争能力，投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性，而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。

b．技术标准未规范，市场管理混乱。在秸杆气化供气与沼气工程开发上，由于未有合适的技术标准和严格的技术监督，很多未具备技术力量的单位和个人参与了沼气工程承包和秸杆气化供气设备的生产，引起项目技术不过关，达不到预期目标，甚至带来安全问题，这给今后开展生物质利用工作带来很大的负面影响。

c．目前，有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性，各级政府应尽快制定出相关政策，如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。

d．民众对于生物质能源缺乏足够认识，应加强有关常识的宣传和普及工作。

e．政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视，开发生物质能源是一项系统工程，应视作实现可持续发展的基本建设工程。

4.发展方向与对策

4.1发展方向

我国的生物质能资源丰富，价格便宜，而经济环境和发展水平对生物质技术的发展处于比较有利的阶段。根据这些特点，我国生物质的发展既要学习国外先进经验，又要强调自己的特色，所以，今后的发展方向应朝着以下几方面：

a．进一步充分发挥生物质能作为农村补充能源的作用，为农村提供清洁的能源，改善农村生活环境及提高人民生活条件。这包括沼气利用、秸杆供气和小型气化发电等实用技术。

b．加强生物质工业化应用，提高生物质能利用的比重，提高生物质能在能源领域的地位。这样才能从根本上扩大生物质能的影响，为生物质能今后的大规模应用创造条件，也是今后生物质能能否成为重要的替代能源的关键。

c．研究生物质向高品位能源产品转化的技术，提高生物质能的利用价值。这是重要的技术储备，是未来多途径利用生物质的基础，也是今后提高生物质能作用和地位的关键。

d．同时，利用山地、荒地和沙漠，发展新的生物质能资源，研究、培育、开发速生、高产的植物品种，在目前条件允许的地区发展能源农场、林场，建立生物质能源基地，提供规模化的木质或植物油等能源资源。

4.2对策

根据上面的主要发展方向，今后我国生物质利用技术能否得到迅速发展，主要取决于以下几个方面：

a．在产业化方面：加强生物质利用技术的商品化工作，制定严格的技术标准，加强技术监督和市场管理，规范市场活动，为生物质技术的推广创造良好的市场环境。

b．在工业化生产与规模化应用方面：加强生物质技术与工业生产的联系，在示范应用中解决关键的技术在技术研究方面：既重点解决推广应用中出现的技术难题，在生产实践中提高并考验生物质能技术的可靠性和经济性，为大规模使用生物质创造条件。

c．在技术研究方面：既重点解决推广应用中出现的技术难题，如焦油处理，寒冷地区的沼气技术等，又要同时开展生物质利用新技术的探索，如生物质制油，生物质制氧等先进技术的研究。

d．制定一项生物质能源国家发展计划，引进新技术、新工艺，进行示范、开发和推广，充分而合理地利用生物质能资源。在21世纪，逐步以优质生物质能源产品（固体燃料、液体燃料、可燃气、由、执等形式）取代部分矿物燃料，解决我国能源短缺和环境污染等问题。

4.3优先领域

．秸秆能源利用

．有机垃圾处理及能源化

．工业有机废渣与废水处理及能源化

．生物质液体燃料

4.4重大关键技术

．高效生物质气化发电技术

．有机垃圾IGCC发电技术

．高效厌氧处理及沼气回收技术

．纤维素制取酒精技术

．生物质裂解液化技术

．能源植物培育及利用技术

5.结语

生物质能源在未来世纪将成为可持续能源重要部分。我国幅员辽阔，但化石能源资源有限，生物质资源丰富，发展生物质能源具有重要的战略意义和现实意义。采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源，开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。希望得到社会各界、各级政府、专家学者的广泛关注与支持，为我国的生物质能源事业创造有益的发展环境。

动植物的生长、人类的活动都无法离开太阳。这个发光发热的大火球已经存在了50亿年之久。你是否了解太阳？人类是否能够从距离地球1.5×108km的太阳上获取所需的能源？

答案是肯定的。

地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能等能源都来自于太阳，即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等），从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。

世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球攫取的太阳辐射能通量为1.7×1014kW，比核能、地热和引力能储量总和还要大5000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间，47%转变为热，以长波辐射形式再次返回空间，约23%是水蒸发、凝结的动力以及风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接收的太阳能总量为10×1018kW?h，相当于5×1014bbl原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍，正如通常所说的“取之不尽、用之不竭”。虽然太阳辐射能的通量密度较低，太阳光通过大气层会进一步衰减，还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响呈现间歇性质，但如果系统配置储热装置，做到热能能级的合理匹配，就可以使太阳能发挥最佳效益。在能源和环境问题日益凸现的今天，太阳能作为一种可再生的清洁能源被人们誉为21世纪最有希望的能源（赵斌等，2012）。

太阳能是指太阳的热辐射能，主要表现形式为太阳光线。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。太阳能是由太阳内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的辐射能量。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳；植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳，并将太阳能转变成化学能在植物体内储存下来；煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的。此外，水能、风能等也都是由太阳能转换来的。

生命自地球上诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

一、太阳能的特点

（一）太阳能的优点

（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制。无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。

（2）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130×1012t煤，其总量为现今世界上可以开发的最大能源。

（4）长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，其氢的储量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

（5）经济：太阳能的长期发电成本低，是21世纪最清洁、最廉价的能源。

（二）太阳能的缺点

（1）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1m2面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能量密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的收集和转换设备，造价较高。

（2）不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即将晴朗白天的太阳辐射能尽量储存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

（3）效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低、成本较高，总的来说经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约（闫云飞等，2012）。

二、太阳能的分布

我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为50×1015MJ。全国各地太阳辐射总量为3350～8370MJ/cm2，平均值为5860MJ/cm2。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。青藏高原地区的太阳辐射总量最大，四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小（王峥等，2010）。

我国太阳能资源分布的主要特点有：太阳辐射总量的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆地区之外，基本上是南部低于北部；由于南方多数地区云、雾、雨多，在北纬30°～40°地区，太阳辐射总量的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增加。按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为5类地区（表4-1）。

表4-1　我国太阳能分布状况（据王峥，2010）

一类地区：年日照时数为3200～3300h，年辐射总量为6690～8360MJ/cm2。相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。这是我国太阳能资源最丰富的地区，与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。特别是西藏，地势高，太阳光的透明度也好，太阳辐射总量最高值达9210MJ/cm2，仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位，其中拉萨是世界著名的阳光城。

二类地区：年日照时数为3000～3200h，年辐射总量为5852～6690MJ/cm2，相当于200～225kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地，此区为我国太阳能资源较丰富区。

三类地区：年日照时数为2200～3000h，年辐射总量为5016～5852MJ/cm2，相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。

四类地区：年日照时数为1400～2200h，年辐射总量为4180～5016MJ/cm2。相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。

五类地区：年日照时数约1000～1400h，年辐射总量为3344～4180MJ/cm2。相当于115～140kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。

一、二、三类地区，年日照时数大于2000h，年辐射总量高于5852MJ/cm2，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件，四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。

三、太阳能的利用

太阳能的利用是指太阳能的直接转化和利用。中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目前，我国已是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家以及重要的太阳能光伏电池生产国。

（一）利用太阳能的方式

太阳能的利用主要包括光—热转换、光—电转换和光—化学转换三种方式。

1．光—热转换

太阳能的光热利用是最主要的利用方式，其基本原理是将太阳辐射能收集起来，直接或间接转化成热能加以利用。其中太阳能的收集装置——太阳能集热器（图4-1），是太阳能热利用的核心。目前使用最多的太阳能集热器为平板型集热器和聚焦型集热器。

图4-1　太阳能集热器的原理

太阳光热利用根据所能达到的温度和用途的不同，又分为低温利用（＜200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（＞800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等；中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等；高温利用主要有高温太阳炉等。

太阳辐射光源透过玻璃盖板，被太阳能热水器集热板吸收后沿肋片和管壁传递到太阳能热水器吸热管内的水。太阳能热水器吸热管内的水吸热后温度升高，密度减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终太阳能热水器整箱水都升高至一定的温度。现有的平板式太阳能热水器集热器，基本上都采用结合良好的多管组合方式，如滚压或压延方法等，其中走水管子与吸热板之间的热阻几乎可以忽略。影响平板式集热器板芯性能的主要因素，一是结构设计，二是表面吸收涂层。

太阳能热水器的技术要求不高，但其经济性、实用性却很高。近年来在中国，太阳能热水器生产企业已超过千家，年产值超过1000万元的较大型企业约100家，从事生产的职工包括营销人员超过50万人。中国已成为全世界太阳能热水器年产销量及保有量最大的国家。但家庭太阳能热水器全国平均普及率仍未超过10%，所以很有市场前景（官贞珍等，2009）。

2．光—电转换

未来太阳能的大规模利用是太阳能发电。利用太阳能发电的方式有多种，目前已经使用的主要有以下两种：（1）光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。（2）光—电转换。其基本原理是借助光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，即太阳能光伏发电，其转换元件为太阳能电池（图4-2）。

将太阳能转化为电能，一直是人类美好的理想。1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一块单晶硅太阳能电池，从此，人类这一理想就逐渐转变为现实。太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，是由各种具有不同电子特性的半导体材料制成的平面器件，具有强大的内部电场。内部电场在太阳光的照射下，发生了电子和空穴的分离，电子和空穴分别向两个相反的方向移动，正、负电荷分别聚集而产生电动势，即在太阳能电池的正面和背面之间产生电压，接通外电路后就能输出直流电流。近年来，太阳能电池已发展为以硫化镐、砷化稼等新型半导体材料为基础的无机太阳能电池和以份菁（又称都花菁）、酞菁及叶绿素等为基础的有机太阳能电池。太阳能电池的效率（即光能转化为电能的比例）也得到很大的提高，例如单晶硅太阳能电池的效率从最初的6.0%提高到24.7%；薄膜碲化镉太阳能电池的效率为16.4%；在单晶硅片上、下表面分别沉积P型和N型非晶硅薄膜制成的HIT型电池，效率已达21.0%。当今世界上光电转化效率最高的当属砷化镓多结太阳能电池，它在聚光265倍的阳光条件下，光电转化效率已高达35.0%，并向40.0%的高峰攀升。

图4-2　太阳能电池及其原理

太阳能电池的应用非常广泛，可较好地应用于交通工具。美国研制了一种新型的太阳能电池驱动的飞行器，称“太阳神原型机”。该机质量只有700kg，翼展74m，机翼上面装有6.5万块太阳能电池板，首次试飞就成功地升到24.7km的高空，理论飞行高度可达30.9km。该飞行器的研制是航天航空技术领域的一次革命，显示了太阳能电池在飞行器上的广阔应用前景。太阳能电池在车、船上的应用研究也相当成功，例如，日本京瓷株氏会社和Kitami理工学院共同研制开发的太阳能汽车“蓝鹰”号，在第五届世界太阳能汽车拉力赛上表现非常突出。澳大利亚的太阳能汽车Aurora101，外形新颖别致，像个飞碟，行程3010km，仅耗时41.1h，平均速度达72.96km/h。2013年12月15日，中国首辆月球车“玉兔号”顺利在月球着陆，玉兔号就是通过太阳能电池板（由两个太阳电池阵、一组锂离子电池组、休眠唤醒模块、电源控制器组成），利用太阳能为车上仪器和设备提供电源，耐受月球表面真空、强辐射、-180～150℃极限温度等极端环境，显示了太阳能电池在我国航空航天事业上的应用，为中国探月科技发展进步做出重大贡献。这都充分显示了太阳能电池的广阔应用前景（胡赛纯等，2003）。

太阳能电池也能向建筑供电，其形式非常灵活，既可安装太阳能电池屋顶，也可将房屋的墙壁做成太阳能幕墙，或将窗台做成太阳能窗沿。安装在美国纽约第四时代广场3548层的太阳能幕墙为整栋大楼提供了1.5%的电力，而目前太阳能利用最常见的形式是将太阳能电池铺设在倾斜的屋顶上。

太阳能电池的应用远不止上述各方面，自1973年能源危机爆发后，太阳能电池的应用领域不断扩展。目前，已建立了很多完全由太阳能电池供电的设施，如微波中转站、航海灯塔、路灯、捕虫器、公共汽车站牌等等，太阳能电池的应用可见一斑。

由于太阳辐射的能量密度低且不稳定，易受地域和气候条件影响，导致其收集、存储装置制造成本高，且转换效率低，太阳能发展经过多次的高潮低谷。而光电作为唯一一种能满足全球长期能源需求又不会排放温室气体及污染物的能源技术，必将带来太阳能的持续繁荣。随着人类对能源需求的日益增加以及环保压力的不断增大，相信不久的将来，人们对化石类能源的依赖性将逐步转向太阳能（段晓飞，2010）。

3．光—化学转换

光化学过程是地球上最重要的化学过程之一，它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。其中光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质和能源来源，其实质是植物、藻类和某些细菌通过叶绿素，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物（如淀粉），并释放出氧气的过程（图4-3）。所谓“万物生长靠太阳”，光合作用对制造有机物（为人类和动物提供食物）、储存太阳能、维持地球碳氧平衡和生物进化具有重要意义。

光合作用是把太阳能以化学能形式储存在生物中的一种生物能，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像相当于目前人类消耗矿物能的20倍。在各种可再生能源中，生物质能是储存的太阳能，更是唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。据估计，地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t，含能量达3×1021J。由此可见生物能具有巨大的潜力，只要充分开发利用，能源问题将不再是难题。

光电化学反应是指光照后就能引发的电化学反应。光电材料经光线照射后，如果光的能量大于光电材料本身的电子能隙，就能把光电材料的价带中受束缚的电子激发至传导带，产生电子电洞对，进而跃迁至材料的表面，与环境进行氧化还原的电化学反应。整体运作牵涉两个重要的过程：首先是材料照光后产生电子电洞对的光电效应，其次是光电效应产生的电子电洞对与环境产生氧化还原作用的电化学反应。符合上述机制的反应，基本上都称为光电化学反应。

图4-3　光合作用过程

光电化学反应和传统电化学反应有相同的氧化还原反应特色，但传统电化学反应须由外界给予电能来提供反应所需的能量，光电化学反应则直接利用太阳能代替电能，是一种完整结合太阳能及电化学反应的设计，类似植物进行光合作用，对于人类在太阳能应用上具有显著的影响。光电化学装置种类繁多，目前的主要应用不外乎照光生电的太阳能电池、照光分解水生主氢气的装置、照光后可分解污染物和病菌的光触媒。此外，近年来也有许多生化科技和光电化学结合的研究。

四、太阳能产业发展

（一）太阳能产业发展存在的问题

1．太阳能技术发展不平衡，光伏发电技术落后

太阳能热能利用虽然在我国发展较为成熟，在同类技术、市场上都处于世界领先地位，但是利用主要集中在传统的热水器方面，在发电、高分子材料、太阳能与建筑相结合等技术应用领域没有突破，与发达国家的产业发展相比，产业强而不大。在光伏发电方面，笼罩在“高科技”“新能源”等诸多光环之下的中国太阳能光伏企业在全球产业链中仍只是“加工厂”而已。

2．产业畸形发展，远未形成良性循环式的产业结构

在发展迅速的太阳能热能利用方面，我国上千家相关产业厂家还大多集中在太阳能集热器生产方面，用一句形象的话说“遍地是造真空管的”，而很少在环境保护、楼宇智能温控系统、生物孕育与孵化等各领域进行卓有成效的探索，结果造成集热器生产企业竞争激烈，不能实现利润效益最大化。

在光伏发电产业方面只能说是用半条腿走路。近年来，虽然我国光伏发电产业的发展已初具规模，但在总体水平上同国外相比还有很大差距。太阳能企业自主研发能力很弱，关键技术基本掌握在外企手里，国内企业目前还处在来料加工的组装阶段，仅承担了产业链中污染高、耗能高的生产环节，赚取的仅为5%～6%的加工利润。由于国内企业目前技术水平较低，电池效率、封装水平同国外存在一定差距，结果造成我国电池组件成本较高，缺乏市场竞争力（王峥等，2010）。

（二）太阳能产业前景展望

在煤炭、石油、天然气等常规能源日益减少，而人类对能源的需求越来越大的情况下，太阳能作为取之不尽、用之不竭、清洁环保的可再生能源，备受各国政府重视。国际太阳能利用技术和产品的日趋成熟，更为太阳能推广利用创造了条件。目前，可持续发展观念被普遍接受，太阳能开发、利用的研究也将掀起热潮。世界范围内的能源问题、环境问题的最终解决将依靠可再生洁净能源特别是太阳能的开发利用，随着越来越多国家的政府和有识之士的重视，太阳能的利用技术也有望在短期内获得较大进展。

近几年在全球变暖、低碳经济等的推动下，太阳能等新能源的开发利用备受关注。为应对全球气候变化，中国政府已承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%～45%，新能源约占一次能源消费比重的15%。纵观世界及中国对太阳能的开发和利用，为促进太阳能产业的高效发展，应从以下几方面采取相应措施：

（1）太阳能热利用技术相对更为成熟，应以太阳能热利用为主，光伏为辅的策略推广太阳能利用市场。适度降低太阳能热水器、太阳灶、太阳能空调、太阳能路灯等太阳能产品的价格，不断开发新产品，实现产业升级换代，并促进太阳能与建筑的结合。

（2）加大科技投入与攻关，培养研发人才，围绕太阳能利用关键技术、绿色生产工艺、系统集成技术等重要问题层层攻关，形成具有自主知识产权的太阳能利用核心技术，增强竞争力。

（3）大力发展中、低温太阳能集热器，努力研发高温太阳能集热器；促进太阳能能源的综合梯级利用，提升太阳能能源品位；加强太阳能和其他能源系统互补的综合利用研究。

（4）健全太阳能资源利用相关法规，加强可再生能源领域的国际合作。从国外经验来看，太阳能行业的发展离不开政策支持，特别是在发展初期政府提供的法律约束、电价补贴、财政资助等保障措施和激励政策，极大地推动了其规模化发展。作为发展中国家，我国太阳能利用行业总体还处于起步阶段，而太阳能发电成本也远远高于传统方式发电的成本，市场竞争力弱，且能源消费总量将进一步增加。因此，为实现可再生能源发展和节能减排目标，我国必须加快开发利用太阳能等新能源技术，学习和借鉴国外的成功经验，强化中国可再生能源法规及制度体系，促进太阳能利用行业的发展。

（5）加快太阳能相关产业链的发展。太阳能产业的发展必然会涉及电网、建筑、物管等相关产业。目前我国缺乏太阳能产业与其相关产业的统筹安排与规划，相关产业链发展滞后，导致我国虽然有强大的生产能力，但约有90%的产品却只能销售到国外市场，急需尽快引导相关产业链的形成，拓宽国内市场，使太阳能真正成为我国重要的新能源之一（闫云飞等，2012）。

人类对能源需求的增长将越来越快，对能源的可持续性和清洁程度的要求将越来越高，而对使用能源引起的负面效应，例如污染环境、破坏地球的生态平衡等，将有越来越严格的限制和要求。因此，加大对太阳能利用的研究和开发，缩短研究—开发—应用的周期，重点扶持和支持一批有实际应用前景的太阳能研究项目已属当务之急。在我国人口密度不大、居住分散、地域广大且太阳能资源丰富的西部地区，更应加大太阳能研究和开发的速度，并尽快进行区域性试点。例如，利用沙漠边缘地域成本低和太阳能资源充足的独特优势，进行小型太阳能热力发电，以解决居住分散、地域广大造成的输送电困难的问题，并不断提高太阳能热力发电量在总电力中的比例。在太阳光发电方面，应研制能够作为家用电器、通信器材电源的太阳能电池以替代干电池，利用光化学转换产生二次清洁能源，例如氢能源等。在我国西部大开发中，应使太阳能开发利用与工业、商业等其他行业的发展同步，并以西部为重点，带动我国太阳能开发利用的整体水平和规模（宫自强等，2000）。

新的世纪需要新的能源。可以预言，21世纪将开始一个以太阳能为主要能源的新世纪。

现状：起步阶段。十一五期间，在石元春院士的倡导下，北京已经有部分公司进行了产业化的探索，并取得了不错的效益；十二五期间列入重点发展项目，用整整的一章进行了详尽阐述，这几年一定会是生物质飞速发展的一个五年。

前景：前途无量。传统化石能源日渐枯竭，新的能源必须开发。核能，太阳能，风能，生物质能都是新的清洁能源，而在这几种清洁能源中生物质能的基元物质的量是最大的。

问题：沼气这种生物质能已经比较成熟；生物乙醇是生物质能非常大的一块儿，其还是有很大的问题要解决：1，淀粉发酵，粮食危机的影响造成粮食发酵酒精不太现实。2，通植物纤维素发酵，副产物的抑菌作用和菌类的转化效率都是要解决的问题。