沼气池能分解粪便中的盐吗?
不能。
首先,看一下沼气反应原理。人们经常看到,在沼泽地、污水沟或粪池里,有气泡冒出来,如果我们划着火柴,可把它点燃,这就是自然界天然发生的沼气。从科学定义角度看,沼气是各种有机物质,在隔绝空气(还原条件),并在适宜的温度、PH值下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源,并且是可再生能源。
其次,再看一下粪便主要成分。粪便的形成与食物无重要关系,禁食和正常喂养的动物粪便无显著区别,只是粪量减少。粪便组成都一样:含有食物中不消化的纤维素、结缔组织、上消化道的分泌物,如粘液、胆色素、粘蛋白、消化液、消化道粘膜脱落的残片,上皮细胞和细菌。如不吃蔬菜和粗糙谷类粪便组成常是一致的,即65%水分,35%固体。固体部分细菌最多可达50%,但大半细菌排出时己死亡。
另外2~30%是含氮物质,10~20%是无机盐(钙、铁、镁)。脂肪占10~20%,有2种,分解的脂肪是食物未被吸收的,中性脂肪由细菌和上皮残片而来的。另有胆固醇、嘌呤基和少量维生素。正常粪便呈圆柱形,长10~20厘米,直径2~4厘米,重100~200克。食用蛋白质的粪便为棕黄色或黄色,有臭味,硬而成块,含有很多革兰氏阳性细菌。食用碳水化合物的粪便为棕绿色、恶臭味、软或半液体状、酸性、含有很多革兰氏阴性细菌。正常粪便稍有棕色,这是因有粪胆素和尿胆素,粪便颜色因食物而不同,某些药物可改变颜色。正常便为碱性,其高低与在结肠存留时间长短成正比。稀便呈酸性可刺激肛门周围皮肤而疼痛。食用辣椒或饮酒可引起肛门直肠反应性充血使痔疮急性发作。
所以,粪便里面的盐分,更多是作为电解液排出体外。而沼气池中的细菌,无法继续是这些盐分再次产生化学反应,也会作为电解液进行利用。保持了原盐分的结构。
可再生能源:是指可以再生的能源总称,包括生物质能源、太阳能、光能、沼气等。生物质能源主要是指雅津甜高粱等,泛指多种取之不竭的能源,严格来说,是人类历史时期内都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源,如化石燃料和核能。
用途:
太阳能:使用太阳电池,通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能;使用太阳能热水器,利用太阳光的热量加热水;利用太阳光的热量加热水,并利用热水发电;利用太阳能进行海水淡化。生物质能源: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。沼气:是各种有机物质,在隔绝空气(还原条件),并必适宜的温度、湿度下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。它含有少量硫化氢,所以略带臭味。发酵是复杂的生物化学变化,有许多微生物参与。反应大致分两个阶段:(1)微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质,如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。(2)由甲烷菌种的作用,使一些简单的物质变成甲烷。要正常地产生沼气,必须为微生物创造良好的条件,使它能生存、繁殖。沼气池必须符合多种条件。首先,沼气池要密闭。有机物质发酵成沼气,是多种厌氧菌活动的结果,因此要造成一个厌氧菌活动的缺氧环境。在建造沼气池时要注意隔绝空气,不透气、不渗水。其次,沼气池里要维持20~40℃,因为通常在这种温度下产气率最高。第三,沼气池要有充足的养分。微生物要生存、繁殖,必须从发酵物质中吸取养分。在沼气池的发酵原料中,人畜粪便能提供氮元素,农作物的秸秆等纤维素能提供碳元素。第四,发酵原料要含适量水,一般要求沼气池的发酵原料中含水80%左右,过多或过少都对产气不利。第五,沼气池的pH值一般控制在7~8.5。
可再生能源是重要的能源资源,开发利用可再生能源具有以下重要意义:1、开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社 会、实现可持续发展的基本要求。充足、安全、清洁的能源供应是经 济发展和社会进步的基本保障。我国人口众多,人均能源消费水平低, 能源需求增长压力大,能源供应与经济发展的矛盾十分突出。从根本 上解决我国的能源问题,不断满足经济和社会发展的需要,保护环境, 实现可持续发展,除大力提高能源效率外,加快开发利用可再生能源 是重要的战略选择,也是落实科学发展观、建设资源节约型社会的基 本要求。 2、开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。 目前,我国环境污染问题突出,生态系统脆弱,大量开采和使用化石 能源对环境影响很大,特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高,二 氧化碳排放增长较快,对气候变化影响较大。可再生能源清洁环保, 开发利用过程不增加温室气体排放。开发利用可再生能源,对优化能源结构、保护环境、减排温室气体、应对气候变化具有十分重要的作用。 3、开发利用可再生能源是建设社会主义新农村的重要措施。农 村是目前我国经济和社会发展最薄弱的地区,能源基础设施落后,全 国还有约 1150 万人没有电力供应,许多农村生活能源仍主要依靠秸 秆、薪柴等生物质低效直接燃烧的传统利用方式提供。农村地区可再 生能源资源丰富,加快可再生能源开发利用,一方面可以利用当地资 源,因地制宜解决偏远地区电力供应和农村居民生活用能问题,另一 方面可以将农村地区的生物质资源转换为商品能源,使可再生能源成 为农村特色产业,有效延长农业产业链,提高农业效益,增加农民收 入,改善农村环境,促进农村地区经济和社会的可持续发展。 4、开发利用可再生能源是开拓新的经济增长领域、促进经济转 型、扩大就业的重要选择。可再生能源资源分布广泛,各地区都具有 一定的可再生能源开发利用条件。可再生能源的开发利用主要是利用 当地自然资源和人力资源,对促进地区经济发展具有重要意义。同时, 可再生能源也是高新技术和新兴产业,快速发展的可再生能源已成为 一个新的经济增长点,可以有效拉动装备制造等相关产业的发展,对 调整产业结构,促进经济增长方式转变,扩大就业,推进经济和社会 的可持续发展意义重大。 当前,国际石油价格一再飙升,能源消费大国苦不堪言,因此发展可再生能源成为许多国家关切的问题。
不可再生能源:泛指人类开发利用后,在现阶段不可能再生的能源资源,叫“非可再生能源”。如煤和石油都是古生物的遗体被掩压在地下深层中,经过漫长的演化而形成的(故也称为“化石燃料”),一旦被燃烧耗用后,不可能在数百年乃至数万年内再生,因而属于“不可再生能源”。除此之外,不可再生能源还有,煤、石油、天然气、核能、油页岩。
不可再生能源的用途很多了,比如煤可以用于直接取暖,化工原料,工业燃料,可以发电,现在正在研究煤转化石油的工艺,以期待通过我国储存的大量煤炭资源取代能源安全存在巨大隐患的石油。石油的各种转化产品包括汽油、煤油,航天用油等等。天然气可以发电,可以用作汽车燃料,现在很多公交车都是燃气的了,还有就是很大程度的居民用气,清洁无污染,但是不可再生。核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。
这种畜禽粪污处理方式的优势在于粪污收集、处理、储存设施成本低,畜禽粪污中的有机物得以全量收集,养分利用率高。但是粪污储存周期一般要达到半年以上,占地面积大,需要大量土地建设氧化塘及储存设施,并且需要配套专业化的施肥机械、农田施用管网、搅拌设备等辅助设施;另外,对于远距离运输的养殖场,粪污运输费用高、污染道路,所以这种方法只能在一定范围内使用。
(2)粪便堆肥:以养殖厂的固体粪便为主,经过高温好氧堆肥无害化处理后,进行农田利用或生产有机肥。需配套固液分离机对畜禽粪污进行初步加工,长时间高温好氧发酵后,畜禽粪污生成相对干燥的有机肥,养殖场可以进行有机肥销售或还田利用,这种处理方法包括条垛式、槽式、筒仓式、高(低)架发酵床、异位发酵床。
这种畜禽粪污处理方式的优势在于好氧发酵温度高,粪便无害化处理较彻底,发酵周期短,发酵过程中不产生臭气,堆肥处理提高粪便的附加值。但是同样需要基础建设及固定场地进行发酵,这种方法多用于牛粪、鸡粪、羊粪等污水产量较少的养殖厂,对于水泡粪等污水产量大的养殖场则需要另外加入污水处理系统。
(3)粪水肥料化:这种方式通常和粪污全量还田方式搭配使用,养殖场产生的粪水经氧化塘处理储存后,在农田需肥和灌溉期间,将无害化处理的粪水与灌溉用水按照一定比例混合,进行水肥一体化施用。
这种畜禽粪污处理方式的优势在于粪水进行氧化塘无害化处理后,可以为农田提供有机肥水资源,解决粪水处理压力。但是无论在发酵阶段还是氧化塘发酵储存阶段还是水肥一体化施用阶段,都需要消耗大量的土地作为配套支撑,并且需配套建设粪水输送管网或购置粪水运输车辆,对于采用这种方式的养殖场,远距离的粪水运输,无论是从上路运输还是高额的运输费用,都成为了新的问题。
(4)粪污能源化:对畜禽粪污进行收集,建设大型沼气工程,进行厌氧发酵,最终产生沼渣、沼液、沼气,利用沼气发电或提纯生物天然气,沼渣生产有机肥农田利用,沼液农田利用或深度处理达标排放。
这种处理方式主要以专业生产可再生能源为主要目的,依托专门的畜禽粪污处理企业,收集周边养殖场粪便和粪水,对养殖场的粪便和粪水集中统一处理,减少小型养殖场粪污处理设施的投资;专业化运作,能源化利用效率高。但是这种方法一次性投入成本很高,能源产品利用难度大沼液产生量大集中,处理成本较高,需配套后续处理利用工艺。目前多见于大型规模养殖场或养殖密集区,具备沼气发电上网或生物天然气进入管网条件,需要地方政府配套政策予以保障。
二、采用清洁回用模式处理畜禽粪污
(5)粪便基质化:主要以畜禽粪污、蘑菇菌渣及农作物秸秆等有机物作为原料,进行堆肥发酵。利用畜禽粪污、蘑菇菌渣、农作物秸秆三者结合,生产基质盘和基质土应用于栽培水果蔬菜等经济作物。实现农业生产链零废弃、零污染的生态循环生产,形成一个有机循环农业综合经济体系,提高资源综合利用率。
这种畜禽粪污处理方式生产链较长,精细化技术程度高,要求生产者的整体素质高,培训期实习期较长,对于生态农业企业及生态农场更为适用。
(6)粪便垫料化:这种处理方式可以说是奶牛场的专属,基于奶牛粪便纤维素含量高、质地松软含水量少的特点,先将奶牛粪污固液分离,然后对固体粪便进行高温好氧堆肥发酵,发酵完成的牛粪就可以作为牛床垫料使用,污水贮存后也可以作为肥料进行农田利用。
这种畜禽粪污处理方式用牛粪替代了传统的沙子和土作为垫料,不仅可以节省奶牛场的运营成本,更为松软舒适的牛床垫料还可以增加奶牛的卧床时间,提高奶牛的产奶量,采用这种方法一定要注意牛粪中病虫害的杀死率,作为垫料如无害化处理不彻底,则会存在一定的生物安全风险。
(7)粪便饲料化:这种方法的“饲料化”并不针对于畜禽粪污本身,而是将在畜禽养殖过程中的干清粪与蚯蚓、蝇蛆及黑水虻等动物蛋白进行堆肥发酵,生产有机肥用于农业种植,发酵后的蚯蚓、蝇蛆及黑水虻等动物蛋白用于制作饲料等。
这种畜禽粪污处理方式改变了传统利用微生物进行粪便处理的理念,可以实现集约化管理,成本低、资源化效率高,无二次排放及污染,实现生态养殖。但实际操作复杂,动物蛋白饲养对于养殖环境的温度、湿度、透气性要求非常严格,不仅要防止鸟类等天敌的偷食,后期的有机肥、动物蛋白分离同样耗费精力。
(8)粪便燃料化:畜禽粪便经过搅拌后脱水加工,进行挤压造粒,生产生物质燃料棒。畜禽粪便制成生物质环保燃料,作为替代燃煤生产用燃料,成本比燃煤价格低,减少二氧化碳和二氧化硫排放量,但是粪便脱水干燥能耗较高,后期维护费用更为高昂。
三、污水达标排放
(9)粪水达标排放:这种方法针对于养殖场的污水处理,对养殖场产生的粪水采用UASB+A202技术进行深度处理,逐步处理成沼液、农田灌溉用水、达标排放水,而固体粪便进行堆肥发酵就近肥料化利用或委托他人进行集中处理。
这种畜禽粪污处理方式对粪水深度处理后,可实现达标排放不需要建设大型粪水贮存池,可减少粪污贮存设施的用地。但是投入成本巨大,对污水每加深一步处理,投入成本也随之加大,普通养殖场难以支撑如此大规模投入。
生物质能是世界上最广泛的一种可再生能源。在我国农村到处可以看到许多生物质的废弃物,如人畜粪便、秸秆、杂草和不能食用的水果、蔬菜等等。将这些废弃物收集起来,经过细菌发酵可以产生沼气,沼气具有很高的热值,因此可以用来充当燃料和照明。
(2)灶前沼气压强p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m=600Pa=0.6kPa,
因为p>1.5kPa,所以此时能使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭.
(3)沼气所放出的热量:Q放=Vq=0.13m3×1.9×107J/m3=2.47×106J,
水吸收的热量:Q吸=c水m水△t水=4.2×103J/(kg?℃)×2.5kg×(100℃-20℃)=8.4×105J,
沼气灶烧水的效率:η=
| Q吸 |
| Q放 |
| 8.4×105J |
| 2.47×106J |
(4)推广使用沼气的好处有:节能、环保.
故答案为:(1)可再生;(2)能;(3)沼气灶烧水的效率为34%;(4)节能或环保.
二十世纪50年代,太阳能利用领域出现了两项重大技术突破:一是1954年美国贝尔实验室研制出6%的实用型单晶硅电池,二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。
70年代以来,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年,美国制定了政府级的阳光发电计划,1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投入达8亿多美元。1992年,美国政府颁布了新的光伏发电计划,制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”,1993年将“月光计划”(节能计划)、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议,讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约,设立国际太阳能基金等,推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动,成为各国制定可持续发展战略的重要内容。
太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的热核反应,以E=MC2 (M为物质的质量,C为光速)的关系进行质能转换(1克物质可转化为9´ 1013焦耳能量),并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量。太阳每秒钟向太空发射的能量约3.8´ 1020 MW,其中有22亿分之一投射到地球上。投射到地球上的太阳辐射被大气层反射、吸收之后,还有约70%投射到地面。尽管如此,投射到地面上的太阳能一年中仍高达1.05´ 1018kWh,相当于1.3´ 106亿吨标煤,其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4´ 104亿吨标煤。按照目前太阳质量消耗速率计,太阳内部的热核反应足以维持6´ 1010年,相对于人类发展历史的有限年代而言,可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。
地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量(单位为千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年)和全年日照总时数表示。就全球而言,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大,为世界太阳能资源最丰富地区。
三、地热能
一、地热资源概念
地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下,地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。
地热资源按其在地下的赋存状态,可以分为水热型、干热岩型和地压型地热资源;其中水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源。
各种类型地热资源,均要通过一定程序的地热地质勘查研究工作,才能查明地热资源数量、质量和开采技术条件以及开发后的地质环境变化情况。从技术经济角度,目前地热资源勘查的深度可达到地表以下5000m,其中2000m以浅为经济型地热资源,2000m至5000m为亚经济型地热资源。资源总量为;可供高温发电的约5800MW以上,可供中低温直接利用的约2000亿吨标煤当量以上。总量上我国是以中低温地热资源为主。
二、成生与分布
地热资源的成生与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系,特别是与更新世以来构造应力场、热动力场有着直接的联系。从全球地质构造观点来看,大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘,如板块的碰撞带,板块开裂部位和现代裂谷带。小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。
地热资源赋存在一定的地质构造部位,有明显的矿产资源属性,因而对地热资源要实行开发和保护并重的科学原则。
通过地质调查,证明我国地热资源丰富,分布广泛,其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤当量以上。全国已发现地热点3200多处,打成的地热井2000多眼,其中具有高温地热发电潜力有255处,预计可获发电装机5800MW,现已利用的只有近30MW。
目前全国29个省区市进行过区域性地热资源评价,为地热开发利用打下了良好基础。几十年来地矿部门列入国家计划,进行重点勘探,进行地热储量评价的大、中型地热田有50多处,主要分布在京津冀、环渤海地区、东南沿海和藏滇地区。全国已发现:
1)高温地热系统,可用于地热发电的有255处,总发电潜力为5800MW·30A,近期至2010年可以开发利用的10余处,发电潜力300MW。
2)中低温地热系统,可用于非电直接利用的2900多处,其中盆地型潜在地热资源埋藏量,相当于2000亿吨标准煤当量。主要分布在松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地等以及众多山间盆地如太原盆地、临汾盆地、运城盆地等等,还有东南沿海福建、广东、赣南、湘南、海南岛等。目前开发利用量不到资源保有量的千分之一,总体资源保证程度相当好。
四、海洋能
海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源,主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因,潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化,其他均源于太阳辐射。海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中,潮汐能、海流能和波浪能为机械能,海水温差能为热能,海水盐差能为化学能。
近20多年来,受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动,作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展,在相关高技术后援的支持下,海洋能应用技术日趋成熟,为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景。
我国有大陆海岸线长达18000多公里,有大小岛屿6960多个,海岛总面积6700平方公里,有人居住的岛屿有430多个,总人口450多万人。沿海和海岛既是外向型经济的基地,又是海洋运输和开发海洋的前哨,并且在巩固国防,维护祖国权益上占有重要地位。改革开放以来,随着沿海经济的发展,海岛开发迫在眉睫,能源短缺严重地制约着经济的发展和人民生活水平的提高。外商和华侨因海岛能源缺乏,不愿投资;驻岛部队用电困难,不利于国防建设;特别是西沙、南沙等远离大陆的岛屿,依靠大陆供应能源,因供应线过长,诸多不便,非常艰苦。为了保证沿海与海岛经济持久快速地发展及人民生活水平的不断提高,寻求解决能源供应紧张的途径已刻不容缓。
我国海洋能开发已有近40年的历史,迄今建成的潮汐电站8座,80年代以来浙江、福建等地对若干个大中型潮汐电站,进行了考察、勘测和规化设计、可行性研究等大量的前期准备工作。总之,我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验,小型潮汐发电技术基本成熟,已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小,单位千瓦造价高于常规水电站,水工建筑物的施工还比较落后,水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发现存的问题。其中关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题没有完全解决,电站造价急待降低。
我国波力发电技术研究始于70年代,80年代以来获得较快发展,航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化,现已生产数百台,在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置,已向国外出口,该技术属国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站,第一台装机容量3kW的装置,1990年已试发电成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20kW的岸式波力试验电站和8kW摆式波力试验电站,均已试建成功。总之,我国波力发电虽起步较晚,但发展很快。微型波力发电技术已经成熟,小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国,小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。
潮流发电研究国际上开始于70年代中期,主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究,至今尚未见有关发电实体装置的报导。我国潮流发电研究始于70年代末,首先在舟山海域进行了8kW潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究,目前正在采用此原理进行70kW潮流试验电站的研究工作。在舟山海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站,在国际上居领先地位,但尚有一系列技术问题有待解决。
海洋被认为是地球上最后的资源宝库,也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用,而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性,可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析,海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用;波浪能将逐步发展成为行业。近期主要是固定式,但大规模利用要发展漂浮式;可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展,并将与海洋开发综合实施,建立海上独立生存空间和工业基地;潮流能也将在局部地区得到规模化应用。
潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程,在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此,应重视对可行性分析的研究。目前,还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面,可以考虑中央、地方及企业联合投资,也可参照风力发电的经验,在引进技术的同时,由国外贷款。
波浪能在经历了十多年的示范应用过程后,正稳步向商业化应用发展,且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展,波浪能利用的成本可望在5—10年左右的时间内,在目前的基础上下降2—4倍,达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。
中国在波能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5-10倍,以及中国在制造成本上的优势,因此发展外向型的波能利用行业大有可为,并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此,当前应加强百千瓦级机组的商业化工作,经小批量推广后,再根据欧洲的波能资源,设计制造出口型的装置。由于资源上的差别,中国的百千瓦级装置,经过改造,在欧洲则可达到兆瓦级的水平,单位千瓦的造价可望下降2—3倍。
从21世纪的观点和需求看,温差能利用应放到相当重要的位置,与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展,解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为:基础方面,重点研究低温差热力循环过程,解决高效强化传热及低压热力机组以及相应的热动力循环和海洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展相应的数值分析研究,提供设计技术;在技术项目方面,应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置,并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合,作为海上独立环境的能源、淡水以人工环境(空调)和海上养殖场的综合设备。
中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一,发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置,解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样,可以发展“机群”,以一定的单机容量发展标准化设备,从而达到工业化生产以降低成本的目的。
五、生物质能
生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源,通常包括以下几个方面:一是木材及森林工业废弃物;二是农业废弃物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工业有机废弃物;六是动物粪便。在世界能耗中,生物质能约占14%,在不发达地区占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易,污染少,灰分较低;缺点是热值及热效率低,体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10%一30%。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能:
1.热化学转换法,获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品,该方法又按其热加工的方法不同,分为高温干馏、热解、生物质液化等方法;
2.生物化学转换法,主要指生物质在微生物的发酵作用下,生成沼气、酒精等能源产品;
3.利用油料植物所产生的生物油;
4.把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料),以便集中利用和提高热效率。
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
目前,生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、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,其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前,国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度,实现了规模化产业经营,以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和 l0%。在美国,生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦,单机容量达10—25兆瓦;美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2 OOO万美元,采用湿法处理垃圾,回收沼气,用于发电,同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了 l兆瓦的稻壳发电示范工程,年产酒精2500吨。
我国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。
1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。