前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的生物質能的缺點主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
生物質能的分類及其發展
生物質包括植物光合作用直接或間接轉化產生的所有產物,從這個概念出發,生物質能就是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量。生物質主要有4類:農作物秸稈及其他殘余物、林產品和木材加工殘余物、動物糞便、能源植物。但是,從作為可以產生能源的資源角度看,城市和工業有機廢棄物和有機廢水也是生物質能資源。
生物質能具有可再生性、低污染性、廣泛分布性等特點。根據技術手段可分為直接燃燒技術、熱化學轉換技術、生物轉換技術、液化技術和有機垃圾處理技術等。依據這些技術手段,生物質能可分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料。
直接燃燒和發電
直接燃燒發電的過程是:生物質與過量空氣在鍋爐中燃燒后,得到的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱,產生出的高溫高壓蒸氣在蒸汽輪機中膨脹做功發電。
直接燃燒是使用最廣泛的生物質能源轉化方式,技術成熟。在發達國家,生物質直接燃燒發電站可再生能源發電量的70%。與燃煤發電相比,生物質直接燃燒發電的規模較小,鍋爐負荷大多在20兆瓦~50兆瓦,系統發電效率大多為20%~30%。目前,美國生物質發電裝機容量已達10500兆瓦,70%為生物質一煤混合燃燒工藝,單機容量10兆瓦~30兆瓦,發電成本3~6美分/千瓦時,預計到2015年,裝機容量將達16300兆瓦。
國外生物質直接燃燒發電技術已基本成熟,進入推廣應用階段。該技術規模效率較高,單位投資也較合理,但它要求生物質資源集中,數量巨大,如果考慮生物質大規模收集或運輸的支出,則成本較高,比較適合現代化大農場或大型加工廠的廢物處理等,不適合生物質較分散的發展中國家。我國目前農業現代化程度較低,生物質分布分散,采用大規模直接燃燒發電技術有一定困難。
生物質氣化及發電
生物質氣化的基本原理是在不完全燃燒條件下,將生物質原料加熱,使較高分子量的有機化合物裂解為低分子量的CO、CH4等可燃氣體。轉化過程的氣化劑有空氣、氧氣、水蒸氣等,但以空氣為主。氣化原料是農作物秸稈或林產加工廢棄物。生物質氣化產出氣的熱值根據氣化劑的不同存在很大差異,當以空氣為氣化劑時,產出氣的熱值在4200千焦/立方米~5300千焦/立方米之間,該氣體可以作為農村居民的生活能源,也可以通過內燃機發電機組發電。
生物質氣化發電技術在國際上已受到廣泛重視。國外小型固定床生物質氣化發電已商業化,容量為60千瓦~240千瓦,氣化效率70%,發電效率為20%,以印度農村地區的應用比較成功。發達國家如奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典和美國等,比較關注的是生物質氣化聯合循環發電技術(BIGCC)。該技術的系統效率可達40%,有可能成為生物質能轉化的主導技術之一。這一技術存在的問題是單位投資額非常高,并且技術穩定性不夠。
我國有著良好的生物質氣化發電基礎,在上世紀60年代就開發了60千瓦的谷殼氣化發電系統。目前已開發出多種固定床和流化床小型氣化爐,以秸稈、木屑、稻殼、樹枝等為原料,生產燃料氣,主要用于村鎮級集中供氣。
生物質致密(壓縮)成型燃料技術
將生物質粉碎至一定的粒度,不添加粘接劑,在高壓條件下,可以得到具有一定形狀的固體燃料。成型燃料可再進一步炭化制成木炭。根據擠壓過程是否加熱,生物質致密(壓縮)成型燃料有加熱成型和常溫成型兩種;根據最后成型的燃料形狀可以分為棒狀燃料、顆粒燃料和塊狀燃料三種。生物質致密(壓縮)成型技術解決了生物質能形狀各異、堆積密度小且較松散、運輸和貯存使用不方便的缺點,提高了使用效率。
成型燃料在國外很受重視,開始研究時的著眼點以代替化石能源為目標。上世紀90年代,歐洲、美洲、亞洲的一些國家在生活領域大量應用生物質致密成型燃料。后來,以丹麥為首開展了規模化利用的研究工作。丹麥著名的能源投資公司BWE率先研制成功了第一座生物質致密成型燃料發電廠。隨后,瑞典、德國、奧地利先后開展了利用生物質致密成型燃料發電和作為鍋爐燃料等的研究。美國也已經在25個州興建了樹皮成型燃料加工廠,每天生產的燃料超過300噸。但生物質成型燃料仍以歐洲的一些國家如丹麥、瑞典、奧地利發展最快。
我國生物質成型燃料技術基礎好,設備水平與世界先進水平差別不很大,不足的是我國成型燃料的應用水平還不高。
沼氣技術
有機物在厭氧及其他適宜條件下,經過微生物分解代謝,產生以甲烷為主要氣體的混合氣體,即沼氣。一般沼氣中甲烷含量為50%~70%,每立方米沼氣的熱值為17900千焦~25100千焦。生產沼氣的原料可以是高濃度的有機廢水,也可以是畜禽糞便、有機垃圾和農作物秸稈等。
在發達國家,主要發展厭氧技術處理畜禽糞便和高濃度有機廢水。目前,日本、丹麥、荷蘭、德國、法國等發達國家均普遍采取厭氧法處理畜禽糞便。美國、英國、意大利等發達國家的沼氣技術主要用于處理垃圾。美國紐約斯塔藤垃圾處理站投資2000萬美元,采用濕法處理垃圾,日產26萬立方米沼氣,用于發電、回收肥料,效益可觀,預計10年可收回全部投資。英國以垃圾為原料實現沼氣發電18兆瓦,今后10年內還將投資1.5億英鎊,建造更多的垃圾沼氣發電廠。
在發展中國家,沼氣池技術主要使用農作物秸稈和畜禽糞便生產沼氣作為生活炊事燃料,如印度和中國的家用沼氣池。同時,印度、菲律賓、泰國等發展中國家也建設了大中型沼氣工程和處理禽畜糞便的應用示范工程。我國是利用生物質生產沼氣最多的國家。
燃料乙醇
生物質可以通過生物轉化的方法生產乙醇。目前在生物能源產品產業規模方面,發展最快的就是燃料乙醇。生產燃料的乙醇主要有甘蔗乙醇、玉米乙醇和木薯乙醇三種,燃料乙醇的消耗量已超過世界乙醇產量的60%以上。
巴西是世界上最早利用甘蔗生產燃料乙醇的國家。以甘蔗為原料,工藝相對簡單,既節能又節省投資,生產成本較低。目前,巴西有520多家燃料乙醇生產廠,年產燃料乙醇1200萬噸,有1550萬輛汽車以乙醇汽油作為燃料。
美國從上世紀70年代末開始用玉米生產燃料乙醇,到2005
年產量已經超過1200萬噸。盡管目前乙醇的生產成本較高,但在美國,玉米燃料乙醇已成為一種成熟的石油替代品。
我國從2002年開始用陳化糧生產燃料乙醇,生產規模達102萬噸,主要以玉米和小麥為原料。其背景是在1996年~1999年連續4年糧食總產量穩定5億噸左右,糧食供過于求,糧食階段性過剩并出現大量積壓的情況下提出的。實踐證明,糧食燃料乙醇生產技術成熟、工藝完善,是目前比較現實的石油替代燃料。
但面對我國人多地少的實際,大規模推廣應用糧食燃料乙醇顯然存在著原料供應的瓶頸問題,長遠來說必須開發非糧食為原料的乙醇燃料。“十五”期間,國家開展了非糧食能源作物――甜高粱培育等關鍵技術的研究與開發,包括利用甜高粱莖稈汁液和纖維素廢棄物等生物質制取乙醇的技術工藝。對第一種技術工藝,我國初步具備了規模化開發的基礎,但纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術還存在技術不成熟、諸多關鍵技術尚未解決等問題。
生物柴油
生物柴油是利用動植物油脂生產的一種脂肪酸甲(乙)酯。制造柴油的原料很多,既可以是各種廢棄的動植物,也可以是含油量比較高的油料植物。實踐證明,生物柴油不僅具有良好的燃燒性能,還有良好的理化特性和動力特性。
國外通常采用大豆和油菜籽生產生物柴油,但成本稍高。為降低成本,一些國家開始用廢棄食用油和專門的木本油料植物生產生物柴油。目前,生物柴油在歐盟已經大量使用,進入商業化發展階段。2004年歐盟生物柴油產量為224萬噸,并計劃到2010年達到800萬噸~1000萬噸。
我國人多地少,發展生物柴油只能靠非食用油料資源。因此,我國目前生產生物柴油的原料主要是餐飲廢油、工業廢油、某些植物油和菜籽油、棉籽油的下腳料等。利用這些原料既回收利用了資源,又解決了環境污染問題。我國生物柴油的生產起步晚,但發展較快。目前已有30多家生物柴油生產廠。
除了上述生物質能利用技術外,還有生物制氫技術、熱裂解技術等,基本處于研究階段。
我國發展生物質能的必要性
開發生物質能具有能源與環境雙重效益,有可能成為未來可持續發展能源系統的主要能源之一。因此,許多國家都高度重視生物質能源開發,并制定了相應的開發研究計劃,如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場和巴西的乙醇能源發展計劃等。聯合國開發計劃署(UNDP)、歐盟和美國(DOE)的可再生能源開發計劃中也都把生物質能列為重點發展方向。
目前,生物質能是僅次于煤炭、石油和天然氣的世界第四大能源。據估算,地球陸地每年生產1000億噸~1250億噸干生物質;海洋年生產500億噸干生物質。生物質能源的年生產量遠遠超過全世界總能源需求量,相當于目前世界總能耗的10倍。
我國的生物質資源也相當豐富。目前我國生物質能年獲得量達到3.14億噸標準煤,到2050年資源潛力可達到9.04億噸標煤且潛力巨大。
根據發達國家的經驗可知,現今正是我國實現工業化的關鍵時期。大部分發達國家在此期間(此時人均GDP在3000美元左右)都經歷了人均能源、資源消費量快速增長和能源、資源結構快速變化的過程。這對能源安全等問題提出了更高的要求。據預測,2020年中國一次能源的需求為25億噸~33億噸標準煤,最少將是2000年的2倍;2050年的一次能源需求估計將在50億噸標準煤左右。根據我國現在的能源需求增長趨勢推算,到2020年,我國僅石油的缺口就將達1.3億噸~1.5億噸。能源供應不足問題已成為我國經濟社會發展的主要矛盾之一。因此,要從根本上解決我國能源供應不足的問題,必須實施多元化能源發展戰略,積極開發生物質能源是出路之一。
從保護環境角度看,我國SO2,排放量已居世界第一位,CO2排放量僅次于美國居第二位。2006年,SO2排放量達2550萬噸,其中約85%是燃煤排放的。酸雨面積已超過國土面積的1/3。SO2和酸雨造成的經濟損失約占GDP的2%。生物質能屬于清潔能源,生物質中有害物質(硫和灰分等)的含量僅為中質煙煤的1/10左右。同時,生物質二氧化碳的排放和吸收構成自然界碳循環,其能源利用可實現二氧化碳零排放,擴大生物質能利用是減排CO2,最重要的途徑。
另外,生物質一直是我國農村的主要能源之一。因地制宜開展生物質能利用技術及產品的研究、推廣和使用,可以把農民從煙熏火燎中徹底解放出來,既節約資源,又可以改善農民的居住環境,減少水土流失,提高其生活水平。
我國發展生物質能存在的問題
【關鍵詞】可再生能源;存在問題;解決措施
1.能源資源狀況
(1)小水電:全縣有大小河流7條,大多數屬平原季節性人工河流,主要作用是抗旱排漬,自然落差不大,水能理論蘊藏量不大,只有2100kw,可開發量1700kw。
(2)太陽能:全縣年日照1995小時左右,日照率為46%,太陽能年總輻射量0.45MJ/cm
(3)風能:年平均風速2.3米/秒,相當于2級風,開發利用價值不高。
(4)生物質能:農作物秸稈仍是吉水縣農民生活用能的主要來源,每年用作生活用能的農作物秸稈16.8萬t,占總量的68.7%,返田作肥料占31.3%;薪柴是農村廣泛使用的傳統生物質能,薪柴資源包括薪炭林、防護林、速生用材林、灌木林、疏林和“四旁”樹等,全縣薪柴開發總量為3.99萬t,隨著國家封山育林及林業加工業的發展,薪柴可用作農村生活用能量日趨減少;全縣生豬存欄9.35萬頭,雞10.6萬羽,年產生畜禽糞便9.1萬t,可利用量為15.1萬t。
從以上可以看出,吉水縣能源資源構成特點是:煤炭等化石能源極度缺乏,生物質能、太陽能等可再生能源資源豐富,新能源開發潛力大。
2.農村能源消費特點
生活用能的需求與生活水平密切相關,長期以來,農村地區生活用能主要靠當地秸稈和薪柴,采取直接燃燒方式,能源有效轉換率僅有10~30%,造成能源利用的低效和浪費,能源缺乏與浪費之間矛盾突出。隨著農村社會經濟發展,吉水縣農村生活能源使用出現了新趨勢,呈現出“三減三增”特點:一是自及自足能源消費減少,商品能源消費增加;二是秸稈能源消費比例減少,液化氣、煤等化石能源消費比例增加;三是高能耗用能方式逐步減少,可再生能源利用不斷增加。
3.可再生能源開發利用現狀
我國農村地區生物質能、太陽能資源豐富,蘊含著發展新能源的巨大潛力。經過多年發展,可再生能源開發利用已經取得了很大的進展,太陽能和沼氣等可再生能源在吉水縣農村已經得到廣泛應用。
3.1生物質能開發
(1)沼氣。沼氣是我國廣大農村地區開發應用的一種技術成熟的可再生能源,到2010年底,全國已經累計建成戶用沼氣超過4000萬戶,受益人口達1.55億人。沼氣是有機物在缺氧條件下通過厭氧微生物的發酵作用產生的混合氣體,其中甲烷約占55~75%,1m3沼氣相當于0.7~0.8kg標煤,熱值較高,燃燒后只產生和CO2和H2O,是一種高品位的清潔能源。
二氧化碳和甲烷是產生溫室效應的主要氣體,每年可減少二氧化碳排放1.07萬t,甲烷0.102萬t。
沼渣中含有豐富的有機質、腐殖酸和礦物質灰分,改良土壤功效十分明顯,其中有機質含量36.9%~49.9%,腐殖酸10%~24%,粗蛋白5%~9%,全N0.8%~1.5%,全P0.4%~0.6%,全K0.5%~1.2%;沼液含有多種速效營養成分。
沼渣沼液可廣泛用于作物浸種、葉面噴肥、基肥或用于防治作物病蟲害,也可作為家畜添加劑和魚鉺料,具有較高經濟價值。用沼液浸種,水稻增產9.4%,玉米增產9.35%;沼液作葉面噴肥,密柑單株增產20.2公斤,茶葉噴施沼液能夠促進茶葉株高增長,增加茶葉的百芽重和單葉重,促進茶樹增產,增產率為9.0%。沼液、沼渣綜合利用已成為農業增收、農民增效的一個新亮點。
(2)農作物秸稈及薪柴。
秸稈及薪柴具有體積大、密度小、熱值不高的缺點,遠距離輸運成本大,堆放在房前屋后影響村容村貌,將其進行氣化或壓縮處理做為燃料是提高利用效率可行辦法。
①秸稈氣化。秸稈氣化是采用一種生物質熱解技術,先將農作物秸稈等生物質原料切碎,在缺氧條件下,使秸稈不充分燃燒,產生大量的氫氣、甲烷和一氧化碳等可燃氣體。一個4口之家每月需要燃燒秸稈130kg,每100kg燃料費用為13~15元,每農戶月燃料費16.9~19.5元,秸稈氣化成本明顯低于其他常規燃料。秸稈的平均含硫量只有0.38%,遠低于煤的含硫量(約1%),秸稈氣化使用方便,清潔衛生,可以部分代替高品位商品能源。
②固化成型。將秸稈或薪柴干燥粉碎后,經過成型機械擠壓成密度為0.8~1.2t的柱狀或顆粒狀燃料,1t成型燃料相當于0.429~0.571t標煤。是一種能代替燃煤的新型低碳、節能、環保燃料,具有燃燒熱效率高、使用安全、清潔環保、節省空間等優點。
3.2太陽能利用
①太陽能熱水器。在太陽能利用方面,應用最廣泛、技術最成熟的是太陽能熱水器,已經實現了產業化和市場化。每平方米太陽能熱水器年可替代標煤150~180kg,2009年全國農村太陽能熱水器保有量2955.56萬臺,面積已達4997.06萬m2, 嘉魚縣農村太陽能熱水器普 及率已達11%。一臺太陽能熱水器全年可節電1.8GJ(約512kwh),按本地農村電價0.6元/度計,每臺熱水器全年可節約307.2元,農戶6~7年就可收回投資,而太陽能熱水器使用壽命可達15a。
②太陽能路燈。太陽能路燈主要是通過太陽能板的光生伏特效應原理,白天吸收太陽能光子能量產生電能儲存,夜幕降臨時產生照明。太陽能路燈不需要架設輸電線路,不用專人管理和控制,技術和經濟效益上可行,一次性成本回收較快,節能效果顯著。
③太陽能溫室大棚。不僅在瓜果蔬菜、花木苗圃等種植業上廣為應用,在水產養殖、畜禽飼養等方面的應用也不斷擴大,對提高農牧業產量、增加農民收入起了很大作用。
4.新農村發展可再生能源的現實意義
在新農村建設中,因地制宜,合理開發利用農村可再生能源,對促進農村經濟社會發展有重要意義。
4.1有利于構建資源節約型環境友好型社會,促進生態文明建設
以沼氣為紐帶的農業生態建設,使農業廢棄物得到循環利用,延長了農業生態鏈,既生產了清潔能源,又提高了農業經濟效益;開發利用太陽能,既能有效提供安全、無污染的清潔能源,又能促進農業生產,改善生態環境,因此發展包括太陽能、生物質能等在內的可再生能源,不僅使農村資源得到有效利用,而且促進了生產、生活、生態協調發展。
4.2有利于優化農村用能結構,促進節能減排
農村廣泛使用沼氣、秸稈氣、太陽能等清潔能源,是農民現代文明生活的一個縮影。目前形勢下,越來越多的國家面臨著減排問題,逐步會將減排成本納入考量的范疇,傳統能源的成本將顯著上升,發展可再生能源,符合減排趨勢。
4.3有利于發展農業循環經濟,轉變農業增長方式
大力推廣豬—沼—菜(糧、魚、果)生態利用模式,以沼氣為紐帶,把養殖業和種植業有機結合起來,把養殖業產生的廢棄物轉換成清潔能源和高效有機肥料,既解決農村燃料問題,又減少了農藥使用,培肥了地力,還提高了農產品品質,增加了農民收入。
關鍵詞:新能源綠色建筑
中圖分類號:J59文獻標識碼: A
前言:目前,中國建筑普遍存在耗能大,效率低,圍護結構的保溫隔熱性能不高等問題,并具有夏季空調用電量大,冬季采暖能耗高等特點。能源的短缺和環境污染的加劇促使我們必須采取新的發展戰略。現今我國建筑能耗約占總能耗的25%~40%,隨著人民生活水平的提高,單位建筑面積的能耗還會增長,而我國正處于經濟快速發展時期,一味采取減少能源消耗的手段難以保證社會經濟的可持續發展。因此設計建筑時,在以節能為本,推進清潔能源的開發和利用的同時,進一步發展新能源勢在必行。
1.新能源的特征
新能源是相對于常規能源,特別是相對于石油,天然氣和煤炭化石能源而言的。在廣義上他們通常應具有以下特征。
(1)尚未大規模作為能源開發利用,有的甚至還處于初期研發階段。
(2)資源賦存條件和物理化學特征與常規能源有明顯區別。
(3)可再生與持續發展,但開發利用或轉化技術較復雜,成本尚高的能源。
(4)清潔環保,可實現二氧化碳等污染物零排放或低排放的各類節約型能源。
(5)這類能源通常資源量大,分布廣泛,但大多具有能源密度低和發熱量小的缺點,根據技術發展水平和開發利用程度,不同歷史時期以及不同國家和地區對新能源的界定也會有所區別。
新能源主要有:太陽能、核能、海洋能、風能、生物質能、地熱能、氫能、海洋滲透能、水能等,而在建筑中主要利用的是太陽能、地熱能、風能、生物質能。
2.太陽能在建筑中的應用
太陽能是指地球所接受的來自太陽的輻射能量。每年到達地球表面的太陽輻射能約為1.8X10^14t標準煤,即約為目前全世界所消費的各種能量總和的一萬倍。并且太陽能具有資源豐富、取之不盡、用之不竭、處處均可開發應用、無需開采和運輸、不會污染和破壞生態平衡等特點。因此所以在建筑中利用好太陽能來減少和替代常規能源的消耗有著十分重要的意義。
太陽能的應用主要有兩種形式:一是通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成熱能,屬太陽能熱利用技術;而是通過裝置把太陽輻射能轉換成電能,屬太陽能光伏發電技術。
(1)太陽能熱利用技術
現代的太陽熱能科技將陽光聚合,并運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當的科技來收集太陽能外,建筑物亦可利用太陽的光和熱能,方法是在設計時加入合適的裝備。太陽能熱利用技術主要包括太陽能熱水器、太陽房、太陽能熱發電、太陽能溫室、太陽灶等。目前使用最廣泛、太陽熱能應用發展中最具經濟價值、技術最成熟且已商業化的一項應用則是太陽能熱水器,它是利用太陽能集熱器,收集太陽輻射能把冷水加熱給人們提供環保、安全、節能、衛生的新型節能設備。
(2)太陽能光伏發電技術
太陽能光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件,再配合功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。光伏發電系統應用在建筑物上一般采用光伏與建筑集成和光伏在屋頂附著兩種形式。目前光伏與建筑集成即建筑一體化應用較為廣泛,如在北京奧運會和上海世博會建筑中均得到了很好的應用,這也代表著未來光伏發電裝置的發展趨勢即越來越多的應用到城市大型標志性建筑。
3.地熱能在建筑中的應用
地熱能大部分是來自地球深處的可再生性熱能,它主要起于地球的熔融巖漿和放射性物質的衰變。地熱資源是我國蘊藏比較豐富的一種無污染的清潔能源。隨著石油、煤炭等傳統能源逐漸枯竭,地熱資源將成為未來能源的一個重要組成部分。能源專家普遍認為在2100年地熱利用將在世界能源總值中占30%~80%。我國利用地熱資源的方式主要是高溫地熱發電中溫地熱直接利用。
地熱能的應用主要有地熱發電、地熱供暖、地熱務農、地熱行醫。而地熱發電是地熱利用的最重要方式。地熱能實質上是一種以流體,高溫流體應首先應用于發電。地熱發電和火力發電的原理相似,都是根據能量轉換原理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。熱水型地熱發電是地熱發電的主要方式。目前熱水地熱電站有兩種循環系統:閃蒸系統和雙循環系統。
而將地熱能直接用于采暖、供熱和供熱水是僅次于地熱發電的地熱利用方式。因為這種利用方式簡單、經濟性好,備受各國重視,特別是位于高寒地區的西方國家。多數應用中,例如地源熱泵,它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣,是一種理想的“綠色技術”。從能源角度來說,它是一種用之不盡的可再生能源。
4.風能在建筑中的應用
風能是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量。它十分豐富、近乎無盡、廣泛分布、干凈與緩和溫室效應。全球的風能約為2.74X109MW,其中可利用的風能為2X107MW,比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。在發達國家,風能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視。到2008年為止,全世界以風力產生的電力約有 94.1 百萬千瓦,供應的電力已超過全世界用量的1%。風能雖然對大多數國家而言還不是主要的能源,但在1999年到2005年之間已經成長了四倍以上。風能利用形式主要是將大氣運動時所具有的動能轉化為其他形式的能量,主要利用有風力提水、風力發電風帆助航風力制熱等,而利用最廣泛的則是風力發電。風力發電主要發展方向是將其并入常規電網運行,向大電網提供電力。常常是一處風場安裝幾十臺甚至幾百臺風力發電機。
5. 生物質能在建筑中的應用
生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式,即以生物質為載體的能量,它直接或間接地來源于光合作用,取之不盡、用之不竭。生物質能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。一直以來,生物質能是我國農村生活能源消費的最主要構成,在經濟社會發展中起到了重大作用。生物質資源豐富,而且可再生易獲取,農民一直將其作為免費且廉價的能源。
生物質能的利用主要有直接燃燒、熱化學轉換和生物化學轉換等3種途徑。主要可分為直接燃燒、生物質氣化、液體生物燃料、沼氣生物制氫、生物質發電技術和原電池等。而生物質能在建筑中的應用主要是沼氣的應用。沼氣是人畜糞便、秸稈、污水等各種有機物在密閉裝置中利用特定微生物分解代謝產生的可燃性混合氣體,戶用沼氣在我國農村廣泛使用。隨著我國經濟發展人民生活水平提高,工業、農業、養殖業的發展,大廢棄物發酵沼氣工程仍將是我國可再生能源利用和環護的切實有效的方法。沼氣發電是隨著大型沼氣池建設和沼氣綜合利用的不斷發展而出現的一項沼氣利用技術,它具有創效、節能、安全和環保等特點,是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。
結語:近年來新能源在建筑中應用的比例相對于傳統能源正在逐漸提高。盡管對它的研究與開發已引起我國的重視,但總體來看,無論科研水平,開發利用層次,轉換設備規模還是產業發展,市場營銷等方面,與先進的國家仍有不小的差距。高效利用新能源以滿足建筑的使用功能,實現安全,便利,舒適,健康的環境以及實現“綠色建筑”,減少能耗,節約能源,保護環境是新能源建筑設計的目標。隨著人類對環境保護意識的日益增強,傳統能源儲備的減少和開發技術的不斷革新,新能源建筑必將在未來新式建筑中占有重要地位。
參考文獻:
《有色冶金設計與研究》,2010年8月刊
一、高平市秸稈產量及秸稈利用傳統技術現狀
據測算,我國現有的各類農作物秸稈每年約產生7億多噸,但是被棄置和焚燒的就有一半還多。高平市作為全國商品糧基地縣,全市耕地58萬畝,年產秸稈約20萬噸,其中飼料用去約6.2萬噸(主要用于飼喂牛、羊、兔),秸稈粉碎直接還田約6萬噸,整稈覆蓋2.4萬噸,我市每年尚有5.4萬噸的農作物秸稈被廢棄或焚燒,可資利用開發清潔能源,緩解居民生活用能,實現綜合利用。我市的秸稈利用率達到了73%,遠高于全國平均水平的33%,但其中大部分未經技術處理,綜合利用的潛力巨大。
我市自古以來就盛產煤炭,相比較煤炭匱乏地方的人們利用秸稈直接燃燒炊事取暖來說,當地人從來就沒有燃用秸稈的習慣。但改革開放以前,常常使用麥秸作為建筑材料的添加物的習慣,曾經家家戶戶尋常見的草編產品,都已隨著生活水平的提高而蕩然無存。曾經輝煌的造紙廠,名噪一時的糠醛廠也都因為環境污染的問題或關門大吉,或遷移他鄉。遍數秸稈利用的傳統產業,唯余農業。整稈覆蓋3萬畝,免耕保墑,培肥地力,改良土壤;秸稈粉碎還田17萬畝,機械操作,簡單易行;過腹還田,既作了飼料,又提供了有機肥。
秸稈能源化利用拉開序幕。從2007年起,戶用沼氣受原料制約,便首次引進試驗戶用秸稈沼氣,終因費時誤工,沒能推廣開來。受此啟發,有農民沼氣工自創割青草加蠶沙生產沼氣效果良好的例子發生。同年引進試驗戶用高效低排秸稈氣化爐,可惜習慣了使用燃煤的農民不能適應需要燒火的爐子,項目擱淺。秸稈氣化集中供氣技術的應用,我市共建設該類工程23處,卻多因玉米芯價格上漲,達到了1000元/噸,運行成本太高,被迫停用。純秸稈連續發酵技術的試驗示范,則為我市秸稈能源化利用涂上了一抹亮色。歷經5年的時間,現在共建成已運行的該類工程7處,在建的2處,使我市成為全國秸稈沼氣工程規模最大,數量最多,效果最好的典范(農業部專家語)。
二、我市秸稈能源化利用技術類型及特點
1、戶用秸稈沼氣
技術比較成熟,成本相對較低,日常管護方便易行,不受有無養殖產業限制,但因采用“大進大出”方式,一年需2次大換料,原料預處理時間較長,誤工較多,按區域建設規模配套戶用秸稈沼氣專用機械和成立相應的服務組織方可大面積推廣。
2、戶用高效低排生物質氣化爐
技術較成熟,成本低,安裝簡易,操作簡便,但無法解決使用中產生的焦油問題,對環境有二次污染,需要配套秸稈粉碎成型專用設備,可在經濟欠發達、無養殖習慣的無煤地區適當發展。每戶約需投資1000~1300元(不包括成型料廠建設投資),可以有效解決秸稈焚燒問題,減少環境污染。
3、秸稈氣化集中供氣工程
技術成熟,原料充足,建設條件寬,便于建后管理,可以實現“兩人燒火,全村炊事”。但存在焦油處理和廢水的二次污染問題,運行經濟性差,目前其原料多是玉米芯,成本較高,如能配套秸稈粉碎成型料廠則可按區域規劃限制性發展。每戶每天約需2.5~3kg玉米芯,每戶每年約需2.5~3畝玉米秸稈。
4、大中型秸稈沼氣工程
技術日漸成熟,工藝日臻完善,運行較穩定,運行成本低,原料來源充足,建設條件寬,施工周期短,便于建后管理,可以實現禁止焚燒秸稈和使用清潔能源的完美統一。不過存在原料儲備占地面積大,儲備周期長,施工工隊少,不能滿足大范圍建設的需要等問題。這項技術如能解決秸稈與畜禽糞便原料的兼容問題,則其適應性更廣,更具發展潛力。每戶每天僅需2kg秸稈,攤入電費和人工費,1.2~1.5元/戶*天,每戶年可節省燃煤費400~450元,另外,還可為農業生產提供大量的沼渣優質有機肥,社會、經濟、生態效益顯著。
三、秸稈能源化利用技術前景展望
1、秸稈直燃發電,技術成熟,優勢諸多
秸稈是一種很好的清潔能源(每兩噸秸稈的熱值就相當于近1噸標準煤,而其含硫量遠低于煤),適用于村鎮范圍內的分布式發電。再者,其輸出穩定,不會像風電、光伏等新能源發電對電網造成沖擊,也不需要為此配置大容量的儲能電池。但近年來,生物質發電也面臨著諸多長期未徹底解決的問題。比如,秸稈大規模收集、運輸和跨季節儲存非常困難;如何保證秸稈的質量又是一大難題。國家最早建設的山東單縣的秸稈發電廠還要到鄰近的河南、安徽去收集秸稈;江蘇的秸稈發電廠之間也早已爆發了秸稈爭奪戰。一臺可以滿足人口在15到25萬城鎮的居民日常用電的25MW的機組,一年就需要秸稈15~20萬噸,等于我市年產秸稈的總和。因此,該技術適合在秸稈資源豐富且利用率低的地區適度推廣。不適合在我市落戶。
2、秸稈液化-生產纖維素乙醇前景廣闊
以農作物秸稈為原料商業化生產纖維素乙醇,一直是沒有得到解決的難題。該難題有望被中國生物質行業代表企業圣泉集團借助丹麥諾維信公司提供的酶制劑并采用全球獨有的同步發酵工藝攻克,從而創造出一個推進產業升級、加快民生改善、深化綠色發展的循環經濟產業鏈。在不生產纖維素乙醇的情況下,還可以根據原料不同和市場需要,通過技術性調節生產紙漿、木糖或糠醛,深加工后可替代石油類高分子化合物高活性木質素等。生產過程中產生的大量生物碳,可用于生產增碳劑、活性炭、炭黑、炭纖維等產品,產生的沼氣可直接用于生產生活,剩余的成分還可以做有機肥。綜合測算,1噸秸稈可以有效轉化成0.9噸左右高價值的產品。技術起點高,需要政府筑巢引鳳。
3、秸稈固化成型技術,技術成熟,適用面廣
在一定溫度和力作用下,將農作物秸稈縮為棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料的技術。秸稈成型后,體積縮小6~8倍,密度為1.1~1.4噸/m3,能源密度相當于中質煙煤,燃燒特性明顯得到改善,使用時火力持久,爐膛溫度高。秸稈固化后,可以有效地提高運輸和儲存能力,擴大應用范圍。秸稈成型燃料既可代替木材、煤碳為農村居民提供炊事或取暖用能,也可以用在城市中,作為鍋爐燃料,替代天然氣、燃油。機械分散作業,能夠有效解決秸稈收獲集中、收集儲運困難進而影響秸稈利用率的難題,適于優先發展。缺點是固化成型機械投資大,使用時間短,閑置期長,如能開發與農村普遍使用的三輪車和拖拉機動力配套的被動式固化成型機械,則可以大幅提高秸稈收集利用率。
4、秸稈生物氣化-秸稈沼氣,技術成熟,經濟性好,市場潛力大,可以重點發展
該技術以秸稈為原料,通過生物發酵,生產沼氣和優質有機肥。有效地解決了沼氣推廣過程中人畜糞便原料不足的問題,并能使不養豬的農戶也能用上沼氣這種清潔能源。秸稈產氣后剩余的沼渣是很好的肥料,可作為有機肥料還田,進一步提高了秸稈資源的利用效率,實現了秸稈的二次利用。對環境友好,無污染。
經前期廣泛調研發現,隨著我國現階段加快能源建設的力度,國內目前需要更多的是能源動力行業運行、維護與管理方面的技術人才[3],對于高端人才如設計研究類人才雖然稀缺,但由于能動專業實踐性強的特性,一般難以由高校直接培養此類人才,即高端技術人才亦需要從工程實踐中磨礪而出。所以作為地方院校,尤其新開設能動專業的地方高校,不能一味照搬985、211高校以及部分經過幾十年專業建設已經具備自己鮮明特色和專業實力的高校的人才培養模式,必須緊跟行業需求,以培養應用型人才為主線,并充分利用和發揮高校自身的特色和優勢。
2三峽大學能動專業人才培養模式改革
三峽大學的能動專業于2010年底才開始立項建設,并于當年從我校2010級機械設計制造及其自動化專業中分流出53位學生按照能源與動力專業人才進行培養,2011年開始以能源與動力工程專業獨立招生,故截至目前實際上已有一屆學生畢業(2010級),且2015年度即將畢業的學生目前絕大部分已經簽訂了就業協議。近五年來,學校在專業本專業建設過程中積極探索,對兄弟高校及能動相關的企事業單位進行了廣泛調研,并緊密結合我校能動專業“新開設、新起點”的現實情況,培養和提煉自己的專業特色,并對本專業的人才定位和培養進行了以下改革:(1)在人才培養與定位方面,以培養“高素質、強能力、應用型”人才為指導,制定了專業人才培養方案,著重提煉專業所覆蓋知識體系的共性,拓寬專業口徑、增厚專業基礎、突出方向共性、弱化專業方向、提升就業能力,擴大就業口徑。具體為:1)以流體機械動力學為基礎,設置適用于水力發電、熱力發電、風力發電中能量轉換動力裝備的動力學相關系列必修基礎課程,突出水力發電專業課,并輔以風力發電等專業課程;2)以熱-力轉換原理為基礎,設置適用于火力發電、生物質能發電、核電等熱動力學、熱交換、熱傳輸相關的系列必修基礎課程,專業課設置方面突出火電、核電,輔以生物質能相關課程。即將動力工程專業分為流體機械和熱力機械兩個方向,但在培養過程中,大大拓寬了專業基礎必修課的范圍,增加學生后續就業時行業選擇的范圍。(2)在實驗/時間教學方面,以厚基礎、寬口徑、應用型人才培養為指導,建設和整合實驗、實踐教學條件。取消零散的課程實驗/實踐,開設系列綜合實驗/實踐課程,使實驗/實踐教學具有層次性、連貫性、交叉性、系統性和良好的可操作性。避免以課程為單位開設實驗時的連續性差、重復度高、綜合性不強、效果差的缺點,同時在一定程度上降低建設成本。此外,學校還積極開發校外實踐基地,挖掘學校所在地區及周邊區域廣泛的能源動力行業/企業資源,作為本專業有效的實踐基地。(3)以校外實踐基地建設為抓手,開發專業初期就業資源。任何一個高校新專業就業時其情況都或多或少存在不確定性,其原因主要在于社會和行業對于特定高校新專業的認識度不高。因而打開就業工作局面難度大,故無論從短期還是長遠來看,都需要充分利用所建立的校外實踐基地作為就業渠道,使基地發揮更大作用,這需要在基地建設過程中同時做好基地管理制度建設,以協議的形式為本新專業向基地輸送人才提供保證。
3改革效果
近五年來,學校在建設能動專業過程中不斷探索,最終形成以上建設意見和改革措施,并取得了顯著成效:(1)制定了科學合理的能動專業人才培養方案,確定以掌握能源轉換裝備運行及轉換機理為基礎,在傳統的專業基礎課程中,將《流體機械原理》、《水輪機及調節器》、《汽輪機》等增設為專業公共基礎課,在專業拓展模塊課程中按水電、熱電、流體機械、新能源發電等設置小學分模塊供學生選修,但不限制選擇模塊數量。目前學生就業反饋情況表明,在弱化專業方向、增厚專業基礎課程后,學生在擇業過程中即使不在個人專業方向上就業,只要未跨出能動行業,就能很快適應新領域的工作。(2)整合實驗/實踐教學計劃和條件。如將以往隨理論課程開設的《流體機械原理》、《流體力學》、《液壓傳動與控制》、《泵站工程》、《水輪機及調節器》等的課程實驗進行專門設計,整合成32學時的《流體綜合實驗》課程;將《熱力學》、《傳熱學》、《汽輪機》、《熱電廠動力工程》、《鍋爐原理》等課程的實驗內容整合成32學時的《熱工綜合實驗》;將《測試技術》、《控制工程》、《電廠自動化》等課程實驗整合成16學時的《測控綜合實驗》等,并根據相關理論課開設時間將綜合實驗課內容分為兩個學期開設。這樣學生能夠得到更為系統的、連貫的實踐訓練,相比隨理論課程開設的零散實驗,綜合實驗教學效果更好隨(3)目前已在學校所在地區及周邊能動企業建立本專業的實踐/實習基地,且已經有效運行,如安能(宜昌)熱電(生物質能發電)、長江電力(葛洲壩)、安能(襄陽)火電、三峽電廠、清江的隔河巖電站、高壩洲電站、向家壩電站、黃龍灘(十堰)電站、湖北宜化集團、宜昌安琪酵母、黑旋風工程機械等20多家能源企業和流體機械設計制造企業,可完全滿足學生畢業實習、生產實習及其他培訓的接待需求,極大地緩解了專業實踐條件建設需要大投入的困難。(4)專業就業情況良好,第一屆畢業生(2010級,共53人)就業率達100%,其中除4人繼續攻讀碩士研究生外,15人進入水力發電廠,17人進入火電、生物質能電廠,6人進入電力部門事業單位,11人進入與流體機械及能源裝備設計、制造相關企業。其中17人(32.1%)在本專業校外實踐基地相關企業就職。截止2015年3月中旬,第二屆畢業生(2011級,共81人)已簽就業協議的達72人,已確定攻讀碩士研究生5人。學校以專業調研、畢業生就業企業回訪等多種形式,進一步拓寬和加深了與行業內相關企事業單位的聯系,并就用人單位對我校畢業生在生產實踐過程中的綜合素質和表現進行跟蹤回訪,結果表明學生的綜合能力水平總體較高。
4結語
作者簡介:徐禮德, 博士生, 主要研究方向為技術創新與可持續發展。
基金項目:國家自然科學基金項目(編號:70721017001)。
(1.清華大學經濟管理學院 北京100084;2.清華大學綠色跨越研究中心 北京100084)
摘要 本文從我國農村地區發展清潔能源對于保護環境和促進農村社會經濟可持續發展的現實意義入手,首先描述了當前階段我國農村地區的能源消費結構和生產方式,分析了清潔能源在我國城市和農村地區發展不平衡的問題,進一步闡述了農村地區發展清潔能源在改變能源消費結構,合理利用能源,促進節能減排,改善農村生產生活條件,促進社會和諧發展等方面的重要性。隨后介紹了現階段我國農村清潔能源發展的基礎設施和政策法規環境以及適合不同地區的清潔能源技術和發展情況。本文認為農村清潔能源可以分為三種主要發展模式,即自給自足的分散模式、可規模化生產的集中模式和與生態經濟結合的循環模式,并從不同模式的表現形式、技術特點、地域特征、用能環境、基礎設施、能源性質、發展階段、投資規模、服務要求、創新側重點等方面進行了比較分析。文章最后就當前農村地區清潔能源發展所面臨的問題提出了有針對性的政策建議,并指出農村要基于當地當前生產生活條件,因地制宜地選取適合的清潔能源發展模式。
關鍵詞 農村;清潔能源;發展模式;
中圖分類號 F062.6文獻標識碼 A文章編號 1002-2104(2011)07-0020-08doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.07.004
隨著人類社會發展對環境污染問題的日益重視以及日益臨近的化石能源枯竭的潛在威脅,清潔能源的發展受到世界各國的普遍重視。確切地說,清潔能源并不是嚴格意義上的一種能源分類,而是指利用清潔技術通過清潔生產的方式,在生產和消費過程中對環境產生較小污染甚至不產生污染的一類能源或能源技術[1]。近年來,潔凈煤技術,燃料汽車技術,第三代核能技術甚至氫能技術都得到了迅速發展和應用,可以說清潔能源代表了未來能源發展的方向。
由于我國發展清潔能源起步較晚,清潔生產技術水平還相對落后,清潔能源在城市和農村地區的發展極不平衡。比如生活用能,城市居民基本上實現了用電或天然氣進行炊事、照明、洗浴或取暖,而在廣大農村地區,特別是中西部落后地區,絕大部分居民的日常炊事還是依靠直接燃燒薪柴、秸稈、牲畜糞便等來解決。這種落后的用能方式,不僅造成大量能源浪費,對生活環境產生污染,而且會給人們的健康帶來直接的危害,對農村婦女和兒童的危害尤為嚴重。不難想象,生火做飯的婦女和圍繞在媽媽身邊的孩子在面對灶前的煙熏火燎時,他們所感受到的絕不是詩人眼中的炊煙裊裊那種浪漫。因此,在中國農村地區加快發展清潔能源顯得愈發重要。
目前適合我國農村地區發展的清潔能源主要有太陽能、風能、沼氣、秸稈氣化、水電等。其中太陽能既可以通過光電轉換技術(光伏)轉變成電能應用,也可以直接(光熱)用于日常生活,比如用太陽能熱水器洗浴,用太陽灶做飯,建造太陽房取暖等。風能在農村的應用主要通過風機發電將其轉變成電能。在大規模風能實現并網發電之前,農村特別是農牧區小型分布式風機發電的優勢十分明顯。沼氣和秸稈氣化本質上都屬于生物質能,是目前生物質能的兩種主要清潔利用方式。
針對我國城鄉清潔能源發展不平衡的事實和在農村地區發展清潔能源的重要性,本文接下來的幾部分將分別闡述在我國農村地區發展清潔能源的現實意義;描述當前我國農村地區清潔能源的發展現狀,主要包括政策法律環境和基礎設施等;同時,分析我國農村地區目前清潔能源發展的三種主要模式(分散式、集中式和循環式)。文章最后就當前我國農村地區清潔能源的發展提出可行的政策建議。
1 農村清潔能源發展的現實意義
能源是制約一個國家社會、經濟發展的重要因素。能源消費結構和發展模式直接關乎國家經濟安全,并會影響到社會、經濟、環境三者的和諧發展。盡管近年來我國城市化發展迅速,但統計數據顯示:截至2008年,我國農村人口占全國總人口的比例仍高達54.32%[2],有一半以上的人口仍然生活在農村地區。在我國總體能源消費結構中,雖然農村地區的人均能源消費量還不到城市人均能源消費量的一半,但由于我國農村人口基數較大,2004年全國農村能源消費總量已達到8.5億t標準煤,占全國能源消費總量的42.7%。預計到2015年,我國農村能源消費總量將占到全國能源消費總量的一半以上[3]。因此,農村地區的能源消費結構和發展模式將會影響到我國能源發展的總體規劃和布局。農村能源的合理利用以及能源消費結構的改變是我國未來一段時間能源工作中的重點內容。我國將綠色發展納入了正在制定中的“十二五”發展規劃, 并且要求通過技術進步來推動綠色發展, 以逐步調整我國的能源結構, 提高清潔能源在能源消費中所占的比重。
農村地區能源短缺和消費結構畸形發展,導致農村地區環境污染日益嚴重,農村污染問題越來越突出[4]。尤其是在工業化和城鎮化程度較高的東部發達地區, 農村環境質量下降與經濟社會發展已形成了強烈的反差。這里面的原因有很多:一方面,農村地區人們缺乏環保意識,生產生活方式相對落后導致農藥、化肥的不正確使用和垃圾等隨意堆放, 使得大氣、地下水、土壤等受到了嚴重污染, 加之砍伐、植被破壞等對環境造成重大破壞[5-6];另一方面,隨著城市工業的快速發展大量工業污染向鄉村轉移也造成農村環境污染日益加重,鄉鎮企業粗放型生產經營方式也是農村環境污染的主要污染源點;除此之外,農村地區不合理的能源消費結構和落后的發展方式已經無法適應經濟的快速發展所導致的用能污染也是造成農村環境污染加劇的一個重要的原因。統計數據顯示,我國60%左右農村人口仍然靠傳統的秸稈和薪柴等解決能源問題[7]。2004年,我國農村生活用能中煤炭占34%,生物質能(薪柴、秸稈)占56%,沼氣僅占1%;在農村生產用能中,煤炭占53%,電力占16%[3]。如果農村環境污染問題得不到根本解決, 建設以和諧發展為主旨的社會主義新農村就不能順利進行。
發展清潔能源可以改變農村能源消費結構,做好農村能源節約,改變農民傳統生活能源發展模式,減少環境污染,改善農村生產生活條件,促進農村社會和諧發展。農村清潔能源主要包括太陽能、沼氣、風力發電、微型水電、生物質能等,均屬于潔凈、無污染、可再生的能源,具有廣闊的應用前景。我國可再生能源資源豐富:有關部門的統計顯示,我國農業和林業剩余物(農作物秸稈、果樹剪枝和薪柴等)每年可以提供的固體能源資源約有6億 t-7億 t,所含能量相當于3億 t至3.5億 t標準煤[8]。另外,在我國廣大農村還存在著豐富的太陽能、風能和水能等可再生能源均可以作為清潔能源來加以利用。如果我國農村地區能夠立足所擁有的能源條件,充分利用豐富的可再生能源資源,讓農民成為清潔能源的生產者,利用新型清潔生產技術,大力發展農村清潔能源,減少煤炭等常規化石能源的消耗,不僅有利于節約農民的生活用能開支,提高生活質量,實現農業資源的再生增值,引導農民致富,還有利于農村環境乃至整個生態環境的改善,帶動農村經濟可持續發展。發展農村清潔能源不僅能解決農村能源問題,而且將農民的生產、生活有機地結合起來,是建設中國特色社會主義新農村的可持續發展之路。因此,發展清潔能源對我國農村社會經濟可持續發展具有重大的現實意義。
2 農村清潔能源發展現狀
我國清潔能源城鄉發展不平衡,與城市相比農村地區清潔能源的發展水平還相對落后。但隨著國家對“三農”問題的重視和社會主義新農村建設的開展,我國農村地區清潔能源最近幾年得到了快速發展。一系列與發展清潔能源相關的法律法規頒布并實施,國家各級政府和部門制定出臺了相關的發展規劃和建設方案。農村地區基礎設施有了很大發展,為進一步發展清潔能源、改善能源發展模式和消費結構提供了基礎。
2.1 與清潔能源發展相關的政策、法規
由于發展起步較晚,我國清潔能源相關的配套法律規范還不完善。目前清潔能源的發展主要依靠政府行政政策、部門發展規劃以及可再生能源領域、環境氣候保護領域的法律法規等來調整。與清潔能源相關的政策、規定大多散見于可再生能源或者新能源有關的政策規范中。參照大氣污染防治、環境保護、可再生能源等領域的法律法規,國家各個部門分別制定、了與清潔能源發展相關的規劃和政策辦法,地方政府分別就清潔能源發展的不同領域制定了清潔生產實施方案(見表1)[9-10]。
2000年修訂的《中華人民共和國大氣污染防治法》就推廣清潔能源應用領域做出了規定,其中可以查找到我國鼓勵、支持清潔能源發展最早的法律條文。2005年,我國頒布了《可再生能源法》為可再生能源的發展利用提供了原則性的指導。2006年,國家發改委在《可再生能源中長期發展規劃》中提出到2020年建成500個綠色能源縣。2007年,國家科技部制定了《節能減排全民科技行動方案》,對攻克可再生能源與非化石能源技術難關,大力發展農村循環經濟技術等做出了相應的規劃安排。同年農業部在《農業部關于加強農業和農村節能減排工作的意見》
表1 與清潔能源發展有關的法律、
法規、政策及規劃
Tab.1 Clean energy development-related laws,
regulations, policies and planning
中提出將大力開發農村可再生能源作為農業農村節能減排工作重點領域。此外,農業部2007年的《全國農村沼氣工程建設規劃(2006-2010)》中還明確提出 “十一五”期間國家將加快建設農村沼氣的步伐。2008年12月,國務院辦公廳《關于搞活流通擴大消費的意見》,提出全面推進家電下鄉工作,2009年太陽能熱水器被補充到家電下鄉政策補貼范圍,當年2月起開始我國對太陽能下鄉給予財政補貼,對太陽能下鄉的補貼政策將使得太陽能這一清潔能源快速走進農村,并帶來一場能源利用的升級。
2.2 農村清潔能源發展情況
農村能源主要包括秸稈、薪柴、太陽能(光熱)、微型電源(小型風力發電、微水電、光伏電源)、其他生物質能等可再生能源以及煤炭、燃料油、液化石油氣和傳統電力等。生活用能在農村能源消費結構中占據很大比例, 2007年的統計數字顯示,在中國農村居民生活用能結構中,秸稈占比為49%,薪柴占比為28%,煤炭占14%,電力占5%(此處電力指傳統電力,不包括光伏、風電等清潔電力),清潔能源僅占3%不到(見圖1)。
近年來農村居民生活用能有較大改變,使用天然氣和液化石油氣的農戶越來越多,輔助能源以電為主。但對于中部和西部經濟欠發達地區,大多數農村居民仍以薪柴、秸稈等為主要生活用能源。我國農村地區地域性差異較大,經濟發展水平不均衡,不同區域的農村居民在能源消費水平和結構方面也存在著較大的差異。農區主要使用秸稈,牧區主要使用牲畜糞便,山地和林區主要使用薪柴。表2顯示了我國不同地區農村沼氣和太陽能(光熱)的建設情況。
2.2.1 太陽能(光熱)
太陽能可以直接利用,成本低,無污染,是理想的清潔能源。目前太陽能利用主要有光熱轉換和光伏發電兩種
表2 全國分地區農村沼氣和太陽能光熱能源建設情況
Tab.2 Sub-regional rural biogas and solar
thermal energy building
資料來源:中國稅務雜志社和國家稅務總局計劃統計司,2007。
形式。太陽能光熱轉換是對太陽能的直接利用,比如太陽能熱水器、太陽灶、太陽房等。我國太陽能熱水器從上個世紀末開始迅速發展,其主產量由2001年的820萬m2增長到2007年2 300萬m2,年均增長20%以上[11]。
2.2.2 沼氣
沼氣是一種可再生無污染的清潔能源,是有機物在厭氧條件下經微生物的發酵作用而生成的一種可燃性氣體,其主要成分是甲烷和二氧化碳。表3顯示了自2000年以來我國農村戶用沼氣的發展情況(注:2005年前養殖場沼氣工程統計數為大中型沼氣工程)。
2.2.3 生物質能
生物質能是通過生物質轉化技術將植物蓄存的光能與物質資源深度開發和循環利用。可以說生物質能是農村地區應用最為廣泛,歷史最為悠久的能源。目前在我國農村發展的主要有秸稈氣化、生物質氣化及發電、生物燃料乙醇、生物柴油、生物質裂解與干餾等。
秸稈氣化是近年來發展起來的一種清潔能源技術,使得秸稈清潔利用成為可能。通過高溫裂解使得秸稈、柴草在爐內氣化成可染氣體,用來取暖和炊事。秸稈作為農業生產的副產品,一直以來都充當著農村生活用能和牲畜養殖飼料的主要角色。秸稈作為農村生活用能傳統上采用直接燃燒的方式,產能效率很低,衛生條件很差。秸稈能源具有一定季節性,往往在農作物剛剛收獲的季節,秸稈富裕,一時剩余的秸稈便會被直接在田地間焚燒掉,而在冬春季節秸稈又相對短缺。秸稈的直接燃燒會造成環境污染、損害人體健康、引發安全事故。秸稈氣化在一定程度上可解決這些問題,實現秸稈的清潔利用。隨著農村生活水平的提高,和對生活衛生條件的追求,節能爐具和清潔爐具受到農村居民的青睞。農村居民通過購置秸稈氣化爐取代傳統的土灶臺、土爐具。焦油問題一直是困擾秸稈氣化的關鍵,目前這一技術基本上還停留在實驗室階段。實際應用中的秸稈氣化爐普遍都存在焦油問題,以及由此產生的二次污染。基于目前現實情況來看,秸稈氣化作為清潔能源分散式發展重要方向還存在很多問題亟需解決。
生物質氣化及發電最近幾年來發展較為迅速,根據2009年《中國能源發展報告》統計結果,“十一五”期間國家“863計劃” 支持建設了6Mw規模的生物質氣化發電示范工程。2006年年底全國生物質能發電累計裝機容量220萬kW,當年核準生物質能直燃發電項目39個,合計裝機容量128.4萬kW,完成5.4萬kW[11]。
2.2.4 微型分布式電源
(1)小型風力發電。我國小型風力發電機組的年生產能力達8萬臺,2006年生產20 kW以下小型風力發電機組50 052臺,總裝機容量5 740.8 kW,比2005年增長了50.5%[11]。
(2)微水電。微水電即微型水輪發電機組,是將小溪、小河流水的力量轉換成符合民用用電要求的成套設備。我國所定義的微型水電是指100 kW以下的水力發電機組,簡稱微水電。微水電分為三個等級:1 kW及以下的為戶用型微水電;1-10 kW以下的為村用型微水電;10-100 kW以下的為鄉用型微水電。近年來,我國微水電的開發推廣工作取得了新的進展和成績。微水電作為分散的、清潔的可再生能源,將在農村能源發展中起著越來越重要的作用。
(3)光伏電源。光伏發電是通過光電轉換裝置實現太陽能到電能的轉換,是目前間接利用太陽能的一種主要方式。近幾年我國太陽能(光伏)產業發展迅速,產業規模和技術水平都有相應提高。在眾多的新能源技術中,光伏發電具有明顯的技術優勢,非常適合于偏遠地區使用,迄今農村和偏遠地區系統裝置擁有量估計在50萬套以上[12]。
表3 農村戶用沼氣發展情況
Tab.3 Development of rural household biogas
資料來源:《全國農村可再生能源統計2001-2008》。
隨著農村地區經濟條件的改善,消費能力的提高,近年來農村地區居民對于能源的消費需求有所改變。除了追求較低的生活成本之外,對于能源的便捷性、衛生性、安全性等方面的需求也日益提高。我國幅員遼闊,各地區農村受限于所處地區的地理、氣候和經濟發展水平差異,以及生活習慣和住宅類型,農村清潔能源發展情況差異很大。從現實情況看我國農村地區清潔能源基本上遵循了因地制宜、因材發展的發展路徑。
3 農村清潔能源發展的主要模式
能源的生產消費過程主要包括能量的生產、供應、消費和廢棄物處理四個環節。清潔能源要求在能量傳遞過程所涉及的前三個環節都要盡可能少污染或無污染并對廢棄物進行回收或者清潔處理。不同的能源發展模式對這四個環節的側重點有所不同。從這個角度來歸納,我國農村地區的清潔能源發展模式主要可以分為三種:分散式、集中式和循環式。
3.1 分散模式:自給自足
分散式的發展模式是我國農村地區普遍采用的傳統的能源發展方式。相對城市而言,多數農村地區經濟基礎比較薄弱,人口居住分散,基礎設施落后,公共事業缺失,資源也相對貧乏。農村居民往往居住在平房小院,有專門的柴房用來存放柴草,或者可以將薪柴、秸稈直接堆放在房前屋后。日常炊事用的秸稈、薪柴占據了農村居民生活用能的主要部分。這種傳統的分散式用能模式,符合農村的生活習慣,除了適應農村居民的居住條件,成本也比較低[13]。
可以采取分散形式發展的清潔能源主要以太陽能(光熱、光伏)、沼氣、秸稈氣化為主。農村地區在安放太陽能灶或太陽能熱水器,建造小型戶用沼氣池方面有先天的便利條件。如果在城市樓房安裝太陽能熱水器,要么只能安放在整幢樓的樓頂,要么是安放在專門為太陽能熱水器設計的陽臺上,安裝過程比較復雜,施工成本也相對較高,而且隨便安裝太陽能設施還可能遭到物業管理的限制。
在農村太陽能熱水器可以直接放置在平房的屋脊上,安裝過程比較簡便,費用也較低,安裝過程一般也不會受到鄰居或其他利益相關方的干涉。戶用沼氣池在城市居住環境下基本上是無法實現的,而農村的沼氣池一般是單獨一家農戶建造一個,一般容積約為8-10 m3左右大小,可供一戶炊事、照明之用[14]。分散式戶用沼氣池往往會結合農戶自家的養殖生產條件,建成微循環的形式:農作物秸稈、牲畜家禽等糞便作為生產沼氣的原料,將生成的沼氣用來做飯照明,提供生活用能,而沼液、沼渣可用于田間施肥或者用于喂豬、喂魚、飼養家禽等[15]。
分散式能源發展的最大特點是,農戶單獨安置產能設備,比如太陽能熱水器、秸稈氣化爐、沼氣池。產能設備重在維護,減緩設備老化,防止事故發生而造成二次污染。如何防治二次污染是清潔能源分散式發展模式中的難點。比如秸稈氣化是一種清潔能源,秸稈氣化的分散式發展中的核心環節是氣化爐,氣化爐的技術、性能表現和價格水平直接影響秸稈氣化作為清潔能源的分散式發展模式的成敗。秸稈氣化過程中產生的煤灰和焦油的處理,是分散式遇到的最大問題。沼氣池的沼液和廢水的處理在一定程度上對農村環境也會造成二次污染。薪柴、秸稈的堆放往往條件簡陋,甚至露天堆放,這種情況下造成很大的能源浪費。對農民的技術要求也很高,無法自行維修,造成潛在危險。
隨著新農村建設的開展,全國各地許多地方已經開始進行村莊改社區,集中居住,居住條件由過去的平房搬遷樓房,造成傳統的分散式發展模式受到挑戰,分散式能源模式只能適合于過渡階段。
3.2 集中模式:規模化生產
集中式發展模式是指產能中心與用戶之間通過傳輸網絡連接起來,能源生產與消費在空間上相分離。這種模式中生產與供應環節相對獨立,其中生產環節通常采用現代化大工廠的組織方式實現能源的集中生產,獲得能源生產的規模效益和管理優勢。清潔能源用戶不需要考慮能源的產生和維護。集中式能源發展模式,可以實現能源的生產、服務的規模經濟。比如通過大型養殖場實現沼氣集中供氣模式,新農村社區的中心村可以運營大規模集中式秸稈氣化站等。
農村清潔能源的集中化表現在對能源的現代大工業化生產方式的利用上,即集中化、技術化和裝備化[16]。集中化就是將農村清潔能源集中到一起,集中處理、加工、轉換、傳輸和使用;技術化就是農村清潔能源利用不再是順手用材、靠天吃飯,而是借助一定的物理、化學和生物技術,實現可清潔能源的有效轉化和貯存;裝備化就是農村清潔能源的轉化、貯存、傳輸和使用往往需要一定裝備和工具。農村清潔能源集中化、技術化和裝備化需要新型農民和新型農村的生產生活方式。
這一模式運行過程中的難點是產能調控。受到農村清潔能源原材料來源限制,在原料旺季,比如農作物收割季節,原料容易保證,但在枯草季節,由于原材料存儲問題,在一定程度上會導致原料不足,產能下降,在用能高峰時會出現無法用能的問題。集中式發展模式,實現多種能源配套較為困難。在分散式情況下,能源的調配是各家各戶自行調配的。集中模式中能量輸送網絡建設本較高,一旦發展起來,會造成單一能源的過度依賴。
3.3 循環模式:生態經濟
當前在農村適宜采用循環式發展模式的清潔能源主要是沼氣和秸稈氣化,這兩種清潔能源本質上都屬于生物質能,可以采用循環式發展模式的重要原因在于原料本身的自然屬性。生物質能的本質是太陽能通過光合作用在植物內的蓄存,生物質能的產能過程需要一系列物理和化學的變化,最后實現能量和殘余物質的分離。在這一過程中的殘余物質,比如產生沼氣后的沼液、沼渣,秸稈氣化后的灰燼等都是可以通過循環途徑重新進入生物質生產鏈,作為飼料或者肥料參與到生物質重新固化太陽能的生物化學過程。
生物質能的循環發展模式,涉及能源的生產、供應和消費全鏈條。該模式的能源生產端即可以采用分散式又可以采用集中式。與庭院經濟相配套的戶用沼氣池的推廣應用可以看做是分散模式與循環模式結合的典型,是目前農村生物質能利用最成功的模式,這是一種最小的農村自給自足的循環利用模式, 適合于目前農村仍然是以個體農戶經營為主, 種植養殖都有的農作方式[15]。但是相對而言,集中式比分散式在廢料收集方面有更大優勢,規模化的循環模式都是與集中模式配套的,實現循環經濟。 例如,有“中國第一生態村”之稱的北京大興區長子營鎮留民營村,以沼氣為中心,發展農業循環經濟,用種植業提供飼料發展養殖業,禽畜糞便為生產沼氣提供原料。
3.4 三種主要發展模式的比較
分散、集中和循環這三種主要模式分別側重于能量清潔傳遞的不同環節。分散式的發展模式側重的是清潔能源的消費環節,集中式發展模式側重的是清潔能源的生產和供應環節而循環式發展模式則是側重清潔能源傳遞的全部環節。總體上說,農村地區清潔能源發展的三種主要模式各有優缺點,不同的能源發展模式適應性受到地域特征、用能環境、配套設施和能源性質等因素影響。同一種能源在不同的地域,不同的發展階段可能會采用不同的發展模式。分散式模式適合于居住分散、基礎設施落后地區,具體適用能源種類有太陽能、沼氣和秸稈氣化等;集中式模式適合于經過舊村改造,特別是進行集中居住的新農村建設發展較快的地區,這些地區基礎設施、服務體系完善,適合的能源種類有風能、小水電、秸稈氣化以及沼氣等;而循環式發展模式則適用于經濟相對發達、城鎮化程度較高的農村地區,這種發展模式對于資金和管理要求相對較高。三種清潔能源發展模式從基礎設施要求、投資規模、服務要求、創新側重點和能源性質等方面都有所不同(見表4)。
一種能源的發展具體采用什么樣的發展模式取決于當地經濟發展水平、消費能力、居住環境、生活習慣以及基礎設施配套情況等多種因素的共同作用。基礎設施屬于公共品的范疇,一般來說需要較大投資,并受到當地經濟水平發展限制。當地農村的經濟發展水平比較高,農民可以有足夠的消費能力支付相對昂貴的能源,比如炊事采用液化氣或電能而替代燃燒薪柴。在經濟水平發展比較高的農村地區,基礎設施配套相對完善,生活環境適合于集中式的能源發展模式。相反,經濟發展水平比較低的地區,無論生活環境還是基礎設施往往都不適合于集中式能
表4 清潔能源發展模式比較
Tab.4 Comparison of clean energy development modes
源發展,只能采用各戶獨立的分散式發展。循環式發展往往對以上因素要求更為苛刻,很大程度上還需要政策的指引和補貼行為。基礎設施條件是影響能源發展模式的首要因素。比如,農村地區因為缺乏燃氣管網,同樣要消費燃氣能源的話,就只能采用煤氣罐分散到戶。更為明顯的一個例子是沼氣,沼氣的生產是可以通過大規模沼氣池集中生產也可以單戶建立沼氣池自給自足。很顯然如果缺乏輸送沼氣的管道,農民只能采用分散的方式自行挖建沼氣池。在農牧地區對家用風機發電和小電源有著分散式發展的獨特需求,小型風電、微水電受到自然條件、技術和投資門檻的制約很少被農戶單獨采用。
4 針對農村清潔能源發展的建議
農村清潔能源的發展既要考慮到新農村的發展要求,又要照顧到清潔能源發展的自身規律。清潔能源發展的難題是如何保證能源與環境的可持續發展。清潔能源領域雖然有《可再生能源法》及陸續出臺相應的一系列政策法規可供遵循,但具體到農村清潔能源發展的實際情況,是還需要一系列更為具體的政策、標準和法規才具有可操作性,在此提出清潔能源政策建議如下:
清潔能源的集中化建設必須納入規劃。太陽能、微型風電、微水電、沼氣和秸稈氣化等清潔能源的集中化建設必須納入國家綠色能源的建設規劃,并報請國家主管部門批準,避免無序建設和盲目發展。避免出現清潔能源發展過程中的環境破壞和能源利用過程中的二次污染。
加強宣傳、教育,開展農村清潔能源培訓。在開發利用農村清潔能源上,要協調經濟增長和資源環境的和諧發展;協調農村清潔能源開發利用和生態環境建設,實現可持續發展。針對農村群眾對清潔能源建設缺乏認識、缺乏技能的現狀,應該加強媒體宣傳力度,將清潔能源利用的新產品、新成果信息深入到村、組、農戶,讓清潔用能思想深入人心,提高農民利用清潔能源的自覺性。農村清潔能源不僅技術含量較高,還需具備一定的安全知識。要有組織有計劃地開展農村清潔能源培訓工作,提高農民利用清潔能源的技能水平。
加強農村清潔能源服務體系的建設。我國農村清潔能源基礎設施落后,不同地區發展模式并不一致,甚至同一地區存在多種模式共存的現象,不同能源種類所采用的發展模式也因地而異。我國農村清潔能源在科研、技術推廣、產業開發、社會化服務等方面都沒有形成自己的發展體系。存在服務范圍窄,工作力度小的問題。縣級農村能源辦行政級別低,缺乏配套的鄉、鎮級服務站。建議農村清潔能源發展利用要與新農村建設相結合,加強農村新能源的科研和技術服務體系建設。
加強農村清潔能源基礎建設。目前我國農村許多地區都在進行以“集中居住”為主要形式的新農村建設,農村生活環境得到改造。加快發展農村清潔能源,應該借機新農村建設,加強農村清潔能源基礎設施建設,在有條件的農村地區開展生態循環模式的清潔能源工程,實現清潔能源由自給自足的分散模式跨越到以生態循環為特征的循環模式,促進生態保護、發展循環經濟。
進一步增加農村清潔能源生產、消費補貼。可以通過財政稅收、金融等方面的優惠政策,引導企業與農村、農民之間組織合作社或形成經濟聯合體。這不僅能有效解決生清潔能源分散性與大工業生產集中性、連續性的矛盾,還能促進農村清潔能源產業發展,增加農民收入。2009年我國對太陽能下鄉實行財政補貼政策,效果顯著。建議國家設立專項資金,加大投入,擴大農村清潔能源消費補貼范圍,提高清潔能源普及程度。
5 結 語
我國是農業大國,農村人口在一定時期仍將占很大比重。農村地區生活條件和生活方式相對落后,居民環境保護意識較為淡薄。隨著農村城市化發展,農村居住條件得到了很大改善,許多地區的新農村建設使得農民改變了過去的平房小院的生活環境。城市化建設的發展為我國農村地區發展清潔能源提供了難得的歷史機遇。農村清潔能源的發展由小規模分散式向大規模工廠化生產的集中式發展模式以及最終實現生態經濟的循環發展模式將是清潔能源可能的發展路徑。發展農村清潔能源不僅開發沼氣、太陽能、秸稈氣化等清潔能源,促進資源的循環利用,而且治理農村污染,改善和保護生態環境,是社會主義新農村建設的基礎性工程,具有較好的開發前景和發展潛力。國家及地方政府應通過組織實施示范工程,加大市場開拓力度,制定產業發展規劃,拓寬融資渠道,積極支持農村清潔能源的發展;應加快清潔能源立法,完善立法體系。同時,清潔能源的發展要結合農村地區實際情況,具體不同地區的能源發展模式有其特殊性,每一種發展模式又有其針對性,具體采用什么樣的發展模式要結合不同地區農村的實際情況,要因地制宜針對不同的能源種類采用適合于當地農村當前生產生活條件的發展方式。
參考文獻(References)
[1]貢光禹.規劃新能源的未來發展(上、下)[J].能源政策研究, 2003,(3):63-68;(4):67-72.[Gong Guangyu. Planning the Future Development of New Energy Sources(I,II) [J]. Energy Policy Research, 2003,(3) :63-68;(4): 67-72.]
[2]國家統計局.中國統計年鑒2009[M].北京:中國統計出版社, 2009.[National Bureau of Statistics of China. China Statistical Yearbook 2009[M]. Beijing: China Statistics Press, 2009. ]
[3]王奇,向筱.我國農村生物質能的利用與陽光經濟發展模式的構建[J].農業經濟問題,2007,(6): 97-100.[Wang Qi, Xiang Xiao. The Use of Rural Biomass Energy and the Building of Development Model of Solar Economy[J]. Issues in Agricultural Economy, 2007, (6): 97-100. ]
[4]蘇楊.農村現代化進程中的環境污染問題[J].宏觀經濟管理,2006,(2):50-52.[Su Yang. Issues in Environmental Pollution During the Process of Rural Modernization[J]. Macroeconomic Management, 2006, (2):50-52. ]
[5]楊智明.2005河北省環境狀況公報[J].河北環境保護,2006,7(2): 1-23.[Yang Zhiming. The State of Environment in Hebei Province in 2005[J]. Hebei Environment Protection, 2006,7 (2): 1-23. ]
[6]張笑歸, 劉樹慶,竇鐵嶺,等.白洋淀水環境污染防治對策[J].中國生態農業學報,2006,14(2): 27-31.[Zhang Xiaogui, Liu Shuqing, Dou Tieling, et al. Strategies for Controlling Water Environmental Pollution in the Area of Baiyangdian Lake[J]. Chinese Journal of Eco-agriculture, 2006, 14 (2): 27-31.]
[7]杜秀珍,趙夢.多能互補重視生物質能發展[J].農業工程技術(新能源產業),2010,(4):10-13.[Du Xiuzhen, Zhao Meng. Emphasis on Multi-Energy Complementary for Biomass Energy Development[J]. Agriculture Engineering Technology(New Energy Industry), 2010,(4):10-13. ]
[8]農村新能源產業前景廣闊[J].農業工程技術(新能源產業),2009,(9):1-2.[Broad Prospects for New Energy Industries in Rural Areas[J]. Agriculture Engineering Technology(New Energy Industry), 2009, (9):1-2.]
[9]趙振宇, 范磊磊. 可再生能源法規、政策分析及其對發電結構的影響[J].可再生能源, 2010,(4) :5-9.[Zhao Zhenyu, Fan Lei lei. Renewable Energy Policies Analysis and Its Impact on Power Generation Structure[J]. Renewable Energy Resources, 2010, (4):5-9. ]
[10]焦思明.北京農村新能源利用模式與節能減排效果研究[D].北京:建筑工程學院,2010.[Jiao Siming. A Study on the Utilization Models and Effects on Emission Reductionof New Energy in Rural Areas of Beijing[D].Beijing: Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture, 2010.]
[11]崔民選主編.中國能源發展報告2009[M]. 北京: 社會科學文獻出版社, 2009.[Cui Minxuan(ed.).Annual Report on China's Energy Development (2009) [M]. Beijing: Social Sciences Academic Press (China), 2009. ]
[12]白金明.中國農村能源年鑒(2000-2008)[M]. 北京:中國農業出版社, 2008.[Bai Jinming. Rural Energy Yearbook of China(2000-2008) [M]. Beijing: China Agriculture Press, 2008. ]
[13]劉新宇.城市和農村沼氣發展模式的比較分析[J]. 中國人口?資源與環境,2010,20(3):302-305.[Liu Xinyu. Comparative Analysis of Urban and Rural Biogas Development Modes[J]. China Population, Resources and Environment, 2010, 20 (3):302-305.]
[14]朱軍平,黃振俠,鄒昌諄,蔣英華,伍玉.吉安縣農村小型沼氣工程集中(聯戶)供氣模式[J]. 中國沼氣, 2008, 26 (1): 34-36.[Zhu Junping and Huang Zhenxia, et al.the Centralized Gas Supply Model for Small Biogas Engineering (joint-household) in rural areas of Jian County[J]. China Biogas, 2008, 26(1):34-36. ]
[15]胡啟春.農村生物質能利用發展模式分析[J]. 生物質化學工程,2008,42(3):26-30.[Hu Qichun. Analysis on Development Models for the Utilization of Rural Biomass Energy[J]. Biomass Chemical Engineering, 2008, 42(3):26-30.]
[16]楊宇,虞華. 農村能源消費結構及新能源的開發利用――基于鹽城市第二次農業普查資料[J]. 中國發展觀察,2008,(9):37-40.[Yang Yu,Yu Hua. Energy Consumption Structure and Exploitation in Rural Areas-Based on the Data from the 2nd Agricultural Census of Yancheng[J]. China Development Observation.2008,(9):37-40.]
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)
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。現階段由于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。
0"qxJs
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。現在關鍵的問題是,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
C
關鍵詞:新能源發電技術;教學內容;教學方法;實驗環節
作者簡介:馬海嘯(1980-),男,回族,江蘇南京人,南京郵電大學自動化學院,副教授。(江蘇 南京 210023)
基金項目:本文系南京郵電大學教改項目(項目編號:JG00512JX59)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)30-0106-02
能源危機與環境污染已成為制約人類社會進步和發展的兩大障礙。新能源發電技術因其環保、低碳等諸多優勢,能夠有效應對能源與環境問題,已日漸成為發電技術的主要發展方向。[1]于是為社會輸送掌握新能源相關技術的各種科技人才已成為當今高校的重要任務,不少高校近年來紛紛增設“新能源發電技術”課程,但對于該課程的教學內容和教學方式均處于摸索階段。
“新能源發電技術”是南京郵電大學電氣工程及其自動化和智能電網兩個專業的課程體系中一門重要的專業課。筆者根據四年的教學實踐,發現該課程具有“多”、“新”和“實”的特點。[2]“多”是指課程涵蓋內容多,涉及電氣、動力、材料、機械、控制等多個學科,因此概念多、推導多、計算多。“新”是指該課程是一門“新”的綜合性課程,一些單一傳統的教學方法并不能滿足課程的教學需求,所以需要用“新”的教學方法和手段來適應課程的教學需求。另外新能源利用的過程也是科技不斷探索的過程,因此教學內容也需要更新,不能一成不變。“實”是指課程與工程實踐密切相關,所學內容大多是實實在在的工程裝置,授課時不能只談原理不談應用,理論和實踐必須做到高度的統一,才能增強學生的學習熱情。這三個特點對學生學習、教師教學和學校的實驗設備都提出了較高的要求,因此摸索出一種適合該課程的教學模式勢在必行。[3-5]
針對上述問題,本文對“新能源發電技術”課程的教學做了較為系統的研究,主要針對教學內容、教學方法、實驗設計等方面進行了革新與優化,其目的在于提高選修課教學質量、促進學生綜合能力的發展。
一、遴選教學內容
“新能源發電技術”課程內容涉及新能源基礎知識、太陽能發電、風能發電、生物質能發電、氫能發電、天然氣、燃氣發電、小水力發電、地熱能發電和海洋能發電等內容,充分體現了“多”的特點。但本校授課學時僅為48學時,內容多課時少,形成了一組矛盾。那么如果想充分利用有限的時間,使學生有效掌握有用的重要的知識,就必須對教學內容進行遴選。
教學內容的選擇應該結合我國新能源產業的實際發展情況。未來我國新能源發電的發展思路是:
第一,積極有序發展風電。風電開發要實現大中小、分散與集中、陸地與海上開發相結合的原則。
第二,促進發展太陽能光伏發電,示范推進太陽能熱發電。光伏發電按照“大規模集中開發、中高壓輸送”與“分散開發、低電壓就地消納”并舉的思路發展。在內蒙古、甘肅、青海、新疆、等地選擇荒漠、戈壁、荒灘等空閑土地,建設太陽能熱發電示范項目。
第三,因地制宜發展生物質能發電。有序發展農林生物質直燃發電,合理發展垃圾發電,積極發展生物質燃氣發電。
第四,試點研究地熱能和海洋能發電。
第五,加快電網骨干網架建設,合理布局建設調峰電源,研究應用儲能技術,提高系統對新能源的消納能力。[6]
可以看到以上5條中,第3條生物質能的利用方式主要是燃燒的方式發電,這與火力發電類似,技術較為成熟。第4條地熱能和海洋能發電受地理條件的約束,發展相對緩慢。第5條主要是針對電網的改造,嚴格意義上講跟新能源發電的核心內容聯系不夠緊密。因此風力發電和太陽能發電就顯然成為新能源發電方式的代表,況且風力發電和太陽發電目前占據新能源發電總裝機容量的91.5%,市場份額較大。[6]于是應將風力發電和太陽能發電作為主要的先進發電形式進行主講,其他發電形式用較少的課時泛講。具體課時安排如下:新能源基礎知識2學時,風力發電18學時,太陽能發電18學時,生物質能發電、氫能發電、天然氣/燃氣發電、小水力發電、地熱能發電和海洋能發電共10學時。其中風力發電中重點講風力發電機組及其工作原理、風力發電機組的控制策略、風力發電機組的并網運行和功率補償,泛講風的特性、葉片空氣動力原理和風力發電經濟技術性評價;太陽能發電重點講太陽能電池及光伏發電原理、最大功率點跟蹤控制技術、蓄電池充電技術和光伏并網逆變器原理與控制策略,泛講太陽輻射特性、太陽能轉換與應用、光伏發電制約因素與經濟技術評價。
二、優化教學方法和手段
為了適應“新能源發電技術”課程“新”的特點,教學中需要積極探索,發掘與課程特點相匹配的“新”的教學方法。注重知識性和趣味性相結合;注意理論與實際相結合;強調知識的系統性、完整性;重視研究興趣的激發、最新科研動態的傳遞及科研方法的引導。
1.列舉事實,激發學生興趣,調動學生學習積極性
“新能源發電技術”課程所講授的一些主要新能源發電方式在目前逐漸得到越來越多的應用,與人們的日常生活也越來越緊密。例如,許多城市的市民廣場已安裝太陽能草坪燈,高速公路兩邊已出現風光互補的交通信號設施,部分城市出現了光伏建筑,部分沿海地區出現了海上風力發電廠,寶馬公司的氫燃料電池概念車已在車展中展出等。通過列舉這些新鮮的事物,比課本上教條的說詞更能吸引學生的眼球,引導學生思索學習新能源發電技術的必要性,也可以讓他們充分認識到所學知識的實際價值,明確學習目標,從而激發學生的興趣,引領學生去深入理解課程內容。
2.多媒體教學為主,網絡資源共享為輔
授課過程全部使用多媒體教學,基本不使用板書形式,這樣可以節省大量時間,增加課程容量。多媒體課件制作避免使用大段的文字,盡量多使用圖片、動畫和視頻來增加課件的渲染力。例如在介紹各種新能源發電形式的時候,可以使用各種新能源電站的外觀圖片,加強學生對不同發電形式的區分能力;在講解光伏發電光電轉換原理時,可以使用光電子生成及移動的動畫,增強學生對轉換原理的理解;在講解風力發電機組結構時,可以使用風力發電機組安裝的視頻,使學生更清晰看到風力發電機組的內部結構。
此外由于新能源發電技術的研究屬于前沿科學,其科技發展日新月異,教學內容可適當增加最新的科研成果。采用有說服力的權威材料,如新能源發電領域的期刊文章、學術專著作為講授內容。告訴學生一些與新能源有關的網站,如中國新能源網、中國新能源發電網,鼓勵有興趣的學生在課余時間通過網絡進一步獲取知識,使本課程的教學不局限于課堂的授課方式,營造自主學習的條件,拓寬學生的視野。
3.啟迪式、比較式和討論式等不同的教學方法相結合
啟迪式教學方法的理念是啟發和引導學生對問題進行思索,從而讓學生掌握知識并對知識進行升華。這種以學生為主體、以教師為導向的啟發式教育,能充分調動學生學習的主動性和積極性,在“新能源發電技術”這門課程中非常適用。例如在講異步發電機發電原理時,教師可以先引導學生回憶“電機學”中講過的異步電動機工作原理,當異步電動機的原理理清以后,鼓勵學生用逆推的方式,推導出異步發電機的工作原理。
比較式教學方法通過歸納總結不同事物的主要特點后進行分析,形成對比圖表,具有形象直觀的特點。例如在講發展新能源的必要性時,就可以將常規能源和新能源的主要指標列成對比表格,使學生輕松直接認識到學習本課程的重要性。
討論式/辯論式教學方法由教師給定題目,學生通過查閱資料,對給定的題目進行學習和理解,并形成自己的觀點,然后在課堂上以討論、辯論等形式對知識形成深刻的認識。這不但鍛煉了學生檢索文獻、查閱資料的能力,同時也鍛煉了學生分析和歸納總結的能力,并加深他們對所學內容的理解和掌握。例如在講太陽能發電時,可將太陽能發電分為太陽能熱發電和太陽能光伏發電,將班上學生分成兩組,一組對太陽能熱發電進行調研,另一組對太陽能光伏發電進行調研,在課堂上各組派出代表總結調研結果,陳述各自發電的原理及所具有的優缺點等,討論完最后由教師進行補充。
三、設計實驗環節
“新能源發電技術”課程具有很強的實用性和實踐性,即“實”的特點。因此在做好理論教學的同時,加強實驗教學非常重要。實驗教學對幫助學生理解和鞏固課堂理論知識,培養學生的操作技能、創新意識和探索精神具有重要的作用。
目前市面上很難買到專門為“新能源發電技術”課程開發的實驗教學平臺,只能買到一些新能源發電裝置,但這些裝置的系統都已集成,基本不具備開放性,不適合學生進行實驗。因此如何設計“新能源發電技術”課程的實驗環節,也是決定課程能否取得良好教學效果的重要因素。
南京郵電大學“新能源發電技術”課程共三個實驗,由于場地、經費和實驗平臺等制約因素,將三個實驗均開成綜合性實驗是不現實的,因此將三個實驗分別設計為光伏系統最大功率點跟蹤仿真、風力發電系統仿真和光伏系統逆變器性能實驗,其中前兩個實驗采用MATLAB仿真做驗證性實驗,學生通過了解實驗指導書介紹的實驗內容、原理、步驟、方法,按照實驗步驟一步步操作就能夠完成實驗,得到仿真數據,達到驗證理論分析結果的目的。而最后一個實驗采用自制實驗板用實物做綜合性實驗。實驗室有針對性地自制了一些實驗板,例如電力電子器件模塊、驅動模塊、控制模塊、電源模塊、保護模塊等。學生根據需要選取適當的模塊進行組合,做到真正自己動手搭建和調試電路,既能激發學生做實驗的興趣,培養學生的創新思維和動手能力,又提高了學生分析問題、解決問題的能力,還改變了傳統的照葫蘆畫瓢式的實驗教學,使實驗變得生動有趣。
四、結論
本文基于“新能源發電技術”課程“多”、“新”和“實”的特點,首先根據新能源產業的發展方向,遴選了授課內容,解決了授課內容“多”與課時少的矛盾;其次通過優化教學方法和手段,用“新”的方法和手段去適應“新”的課程和“新”的內容;最后根據自身的實驗條件,精心設計課程實驗環節,利用驗證性實驗和綜合性實驗相結合的方法滿足課程“實”的需要,為“新能源發電技術”課程的教學摸索出一條可行之路。
參考文獻:
[1]惠晶.新能源轉換與控制技術[M].北京:機械工業出版社,2008.
[2]馬海嘯.“新能源發電技術”課程建設與教學改革[J].中國電力教育,2011,(27).
[3]孫欣,黃永紅.“新能源發電技術”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育,2011,(35).
[4]陳春香,李嘯驄,梁志堅,等.“新能源發電技術”課程教學改革與探索[J].中國電力教育,2013,(5).
關鍵詞:我國;現代生物技術;發展趨勢
1現代生物技術在農業中的應用
現代生物技術在農業方面有著極廣的應用。典型的成功事例諸如袁隆平教授培育的雜交水稻,他是利用生物基因重組將高產水稻和抗病水稻的優點集于一身。當前應用較為廣泛的轉基因技術,極大的提高了糧食的產量,尤其是我國較為稀缺的蔬菜的產量產量有了顯著的提升。現代生物技術在農業中的應用也極大的豐富了農業種類,諸如新培育出的太空辣椒、轉基因黃金大米等一系列新物種。這些新物種的形成在很大程度上改變了大自然生存法則,也加速了物種之間基因的交流。另外,生物技術對于農業最偉大的想法是將植物的基因植入到動物體內,實現動物的光合作用,徹底解決人類的溫飽問題,但是這種設想還是停留在最初階段,但是隨著科學技術的發展,很可能在某一天轉換為現實。最后,農業是我國生物技術未來發展的一大趨勢,對于提高糧食產量,促進物種間基因交流有著十分深刻的現實意義。
2現代生物技術在工業中的應用
生物技術和工業看似沒有聯系,但是實際聯系較為廣泛。現代生物技術在工業中最廣泛的使用就是制藥生產線,通過生產線的紐帶將生物技術和工業緊密聯系在一起。其次;生物發電也是生物技術在未來發展的一大趨勢,生物質能發電已經成為今天電廠供電組成系統中的一部分,但是,生物發電迄今為止還是停留在理論階段,并沒有真正的試驗成功。但是隨著生物技術的不斷發展和對重大難題的不斷突破,終有一天生物發電也將變為現實。
3現代生物技術在醫療行業中的應用
生物技術在醫療方面的應用最廣,生活中也最為常見。從之前胰島素蛋白的生成,到現階段抗青素的制造,無一離不開生物技術而存在。在現代的醫療行業發展中,生物技術的存在極大的推動了現代醫學的發展,例如;先進的神經中樞替代技術,采用生物電位差原理有效的將人體的神經中樞替代,而正確的傳達神經信號,在人體出現神經中樞受損或者神經中樞疾病時,醫生完全可以借助現代生物技術用電位差原理將人體神經中樞有效代替,從而使患者身體康復。生物技術在醫療行業中更為先進但也飽受爭議的就是克隆技術,克隆技術的存在使世界上生物不用實現繁衍而產生下一代,克隆羊多利就是很好的一個證明。現在在醫學上克隆人體心臟,種植人體耳朵、人工受孕、DNA鑒定等,這種先進的生物技術打破了傳統的醫療體系,為我國醫學的發展打開了新的一扇門。
4現代生物技術在軍事中的應用
生物技術在軍事中的應用較為廣泛,從古老的帝國時代的造船是模仿魚的姿態,并將其體態擴大,建造出了無堅不摧的戰艦。現代高科技的雷達技術,是蝙蝠回聲定位技術的重要應用,對于世界各個國家的國防做出了重要貢獻。為了減少水的阻力,核潛艇設計借鑒了魚兒流線型的身姿,從而可以潛居世界海底。美國日本的千里眼監控,則借鑒了蒼蠅的眼睛結構設計。世界各國的軍事技術都離不開生物技術而存在,并且生物技術的存在極大的推動了世界軍事的前進步伐,為軍事發展做出了重要貢獻。但是,生物技術在軍事運用上也具有其兩面性。尤其是在戰爭中,生物技術的運用將對人體和世界和平產生極大的威脅,諸如細菌武器的應用。這種極端的生物技術在軍事上的發明,有效的增強了國家的戰斗力,但是這種有悖于道德的生物技術在軍事上的運用,將對人類乃是世界環境產生極大的危害,甚至是破壞生態環境。因此,生物技術在軍事運用上要發揮其優點回避其缺點,從而真正的將生物技術運用到軍事領域上來保衛世界和平而不是滅絕性的殺害。
結束語
現代生物技術有著較高的技術優勢,對我國社會進步有著重要影響。現代生物技術的發展趨勢受到社會各界的普遍關注。并且,現代生物技術對我國的農業、工業、醫療、軍事等行業都有著重要影響。分析我國現代生物技術的發展趨勢對生物技術的發展與我國社會的進步都有著重要意義。
參考文獻:
[1]趙錦芳,龍聰平,趙萌,王金華.應用型本科院校生物技術專業實踐教學體系的改革與探索[J].科教文匯(下旬刊).2015(08).