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关键词:生物质 生物质能发电 技术状况
中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)05(b)-0120-01
1 生物质概述
生物质,从广义上讲,是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括了所有的动植物和微生物。生物质所蕴含的能量称为生物质能,是一种可再生能源,它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用。
生物质能是地球上最古老的能源,一直以来是人类赖以生存的重要能源之一。在目前世界能源消耗中,生物质能占总能耗的14%,仅次于石油、煤和天然气,是世界第四大能源。在生物质能的利用过程中产生的二氧化碳可被等量的植物通过光合作用所吸收,从而实现二氧化碳的零排放和生物质能的循环利用,同时生物质能也是一种含硫量低的可再生能源,可以转化得到气态、液态和固态燃料,从而补充和替代化石燃料,减少对矿物能源的依赖。
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,以达到保护矿产资源,保障国家能源安全,实现二氧化碳减排,保持国家经济可持续发展的目的。
2 生物质能的利用转化方式
目前,我们对生物质能的利用主要有生物质直接燃烧、气化、液化、固化和沼气技术等方式。
生物质直接燃烧是通过燃烧将化学能转化为热能,从而获取热量。直接燃烧可分为锅炉燃烧、炉灶燃烧、炉窑燃烧和炕连灶燃烧。
生物质气化是在一定的热力学条件下,将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。气化过程不同于燃烧过程,一方面,燃烧过程中需供给充足的氧气,使原料充分燃烧,从而获取热量,而气化过程希望尽可能多地将能量保留在反应后得到的可燃气体中,所以只供给较少的氧气以满足热化学反应的需要;另一方面,燃烧后产生的是水蒸气和二氧化碳等不可再燃烧的烟气,而气化后的产物是含氢、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体。
生物质液化是生物质热裂解技术的一部分。生物质热裂解是生物质在完全无氧供给的条件下热降解为可燃气体、液体生物油和固体生物质炭三种成分的过程。其中,反应产生的生物油可进一步分离,制成燃料油和化工原料。
在生物质能转化利用的各种途径中,利用生物质能转化后的热能来发电具有高效、环保等优势,在丹麦、瑞典、芬兰、荷兰以及巴西和印度等国家已得到广泛应用。近年来,随着能源和环保压力的增大,我国生物质能发电得到快速发展。
3 生物质能发电技术
生物质发电的主要形式有:生物质直接燃烧发电、生物质混合燃烧发电、生物质气化发电、沼气发电和垃圾发电。
生物质直接燃烧发电与燃煤火力发电在原理上没有本质区别,主要区别体现在原料上,火力发电的原料是煤,而直接燃烧发电的原料主要是农林废弃物和秸秆。直接燃烧发电是把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定蒸汽锅炉中,产生蒸汽,驱动蒸汽机转动从而带动发电机发电。直接燃烧发电对原料预处理技术、蒸汽锅炉的多种原料适用性、蒸汽锅炉的高效燃烧、蒸汽轮机的效率等方面都有较高要求。
生物质混合燃烧发电,顾名思义,即为生物质与煤混合作为燃料发电。混合燃烧的方式主要有两种:一种是将生物质原料直接送入燃煤锅炉,与煤共同燃烧;另一种是先将生物质原料在气化炉中气化生成可燃气体,再通入燃煤锅炉与煤共同燃烧,最后发电。可见,在混合燃烧方式中,对生物质原料的预处理过程显得尤为重要。一般情况下,通过改造现有的燃煤电厂就可以实现混合燃烧发电,只需在厂内增加储存和加工生物质燃料的设备和系统,同时对原有燃煤锅炉燃烧系统进行适当改造就可以了。
生物质气化发电是利用生物质气化技术产生的气体燃料,经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电的过程,可以分为内燃机发电、燃气轮机发电、燃气―蒸汽联合循环发电和燃料电池发电。生物质气化发电是生物质能最有效、最洁净的利用方式之一,它不仅能解决生物质难于燃用、分布分散等缺点,还能充分发挥燃气发电设备紧凑和污染小的优点。
沼气发电是一种新型的发电方式,也是沼气能量利用的一种有效形式。在沼气发电中,驱动发电机组发电的是沼气而非蒸汽。
垃圾发电包括垃圾焚烧发电和垃圾气化发电,简而言之,垃圾发电就是将垃圾直接作为燃料或者将垃圾制成可燃气体作为燃料来进行发电的方式。垃圾发电不仅能够回收利用垃圾中的能量,达到节约资源的目的,同时还解决了垃圾的处理问题。
我国的生物质能资源及其发电的状况
我国作为传统的农业大国,生物质资源非常丰富。我国农作物秸秆年产量约为6.5亿吨,2010年达到7.26亿吨;薪柴和林业废弃物资源中,可开发量每年达到6亿吨以上。近年来,高产的能源作物如甘薯、甜高粱、巨藻、绿玉树、木薯、芭蕉芋等,作为现代生物质能源已受到广泛关注,越来越多的科研机构、科技企业也不断参与到研究和发展生物质能资源的队伍中来,为生物质能源产业提供了可靠的资源保障。
我国的生物质发电以直接燃烧和气化发电为主要方式,原料主要采用农业、林业和工业废弃物等。我国生物质发电起步较晚,但也有近30年的历史,2006年我国生物质发电总装机容量约为2000 MW,其中蔗渣发电约为1700 MW;从2006年12月,我国第一个生物质直燃发电项目―― 国能单县生物发电厂正式投产开始,截止2008年8月,我国累计核准农林生物质发电项目130多个,总装机容量约3000 MW,已有25个生物质直燃发电项目并网发电;2009年我国6 MW及以上火电设备中生物质发电共占到0.37%,预计到2020年将建成总装机容量为20000 MW的生物质发电项目,这样每年就可以节约7500万吨煤,而且减少大量的污染排放,此外,秸秆销售还可以给农民增加200~300亿元的收入。
4 结语
从总体上看,我国生物质发电产业尚处于起步阶段,商业化程度较低,效益也不高,市场竞争力较弱。但是,近年来,国家对生物质能的开发利用逐渐重视,已连续在4个“五年计划”中将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目,并先后制定了《可再生能源法》《可再生能源中长期发展规划》《可再生能源发展“十一五”规划》《可再生能源产业发展指导目录》和《生物产业发展“十一五”规划》,提出了生物质能发展的目标和任务,明确了相关扶持政策。有了这些政策和技术支持,相信生物质能的未来必定会生机勃勃。
参考文献
[1] 王长贵,崔容强,周篁.新能源发电技术[M].北京:中国电力出版社,2003.
关键词:教学改革;新能源发电技术;创新人才培养
作者简介:韩杨(1982-),男,四川成都人,电子科技大学机电学院电力电子系,讲师。
基金项目:本文系电子科技大学中央高校基本科研业务费资助(项目编号:2672011ZYGX2011J093)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)14-0046-02
“新能源发电技术”是电子科技大学电气工程及自动化、机械设计制造及自动化、工业工程三个专业课程体系中的一门重要课程。该课程属于高年级本科生的专业选修课,共32课时、内容多、知识面广、综合性强。[1, 2]由于三个专业的学生知识体系存在一定差异,在教学理念、教学内容、教学方法等方面,需要做出系统的设计和创新。笔者在教学过程中,充分吸收国外高校模块化教学模式、凝练教学内容,充分利用交互式教学方法,采用课堂讲授、提问与解答、课程项目、研究报告等手段,把互动式教学方法成功应用到教学实践中。课程以电能变换与控制为主线,鼓励不同专业背景的学生组成研究小组对课程项目进行协作研究,提升了学生的学习兴趣,培养了学生的自主创新能力。[3, 4]
一、国外“新能源发电技术”教学内容与模式回顾
1.麻省理工学院(MIT)的模块化教学模式
课程简介:课程评估当前和未来潜在的能源系统,包括资源提取、转换和最终使用技术,重点区域和全球能源需求。研究各种可再生能源和传统能源的生产技术,能源最终用途和替代品,在不同国家的消费习惯。
第一部分:能源的背景。欠发达国家日益增长的能源需求、发达国家可持续的未来能源。能源概述、能源供给和需求的问题;能源转换和经济性分析,气候变化和应对措施。模块1:能量传递和转换方法。模块2:资源评估和消耗分析。模块3:能量转换、传输和存储。模块4:系统的分析方法。模块5:能源供应,需求和存储规划。模块6:电气系统动力学。模块7:热力学与效率的计算。
第二部分:具体的能源技术。模块1:核能的基础和现状;核废料处理;扩建民用核能和核扩散。模块2:化石能源的燃料转换,电源循环,联合循环。模块3:地热能源的类型;技术、环境、社会和经济问题。模块4:生物质能资源和用途,资源的类型和要求。
第三部分:能源最终用途,方案评估和权衡分析。模块1:汽车技术和燃料经济政策。模块2:生物质转化的生命周期分析;土地使用问题、净能量平衡和能量整合。模块3:电化学方法电能储存、能量转换,燃料电池。模块4:可持续能源,非洲撒哈拉以南地区的电力系统的挑战和选择。
2.瑞典皇家理工学院(KTH)课程内容与要求
课程内容:替代能源和可再生能源的全方位的介绍和分析,包括整合这些解决方案以满足能源服务的要求。包括现有和未来的替代能源,如水能、风能、太阳能、光伏、光热,燃料处理;可再生能源系统面临的挑战;动态整合各种可再生能源。在整个教学过程中,学生的读、写和研讨主题是“先进的可再生能源系统技术”,特别是通过项目工作和多个为期半天的研讨会对相关专题进行研讨,每个人都参与演讲和讨论,并邀请有行业工程背景的专家和政策制定者来课堂参与探讨,丰富课堂内容、提升教学质量。
课程要求:在课程结束时,学生应能够分析和设计能源系统,利用风能、生物能源、太阳能产生电力或用于加热与冷却。完成课程后,学生能详细说明风能、生物能、太阳能基本原理和主要特点,以及它们之间的区别。能掌握这3种可再生能源系统的主要组件,了解基于化石燃料的能源系统对环境和社会的影响。
3.威斯康星大学(UWM)课程内容与要求
课程内容:学习有关国家最先进的可再生能源系统,包括生物质、电力和液体燃料,以及风力、太阳能、水电。学生们将对可再生能源电力和能源供应做工程计算,并要了解可再生能源的生产、分配和最终使用系统。能源存储、可再生能源政策;经济分析,购买和销售能源;风能理论与实践;太阳能可用性,光热和光伏发电系统;水电;地热,潮汐能和波浪发电;生物能源、生物质燃烧热力和电力;生物质气化,生物油热解;生物燃料的生命周期评估。
课程要求:掌握基本的可再生能源系统的工程计算,了解可再生资源评估和能源基础设施一体化。确定可再生能源系统的环境影响。设计和评估可再生能源系统的技术和经济上的可行性。了解能源在社会中的关键作用。了解可再生能源发展的公共政策、市场结构。卓越学生的学习成果:能够运用数学、科学和工程原则进行实验设计,并能分析和解释实验现象。有能力设计一个系统、部件或过程,以满足预期要求,具备解决工程问题和有效沟通的能力。
二、创新人才培养模式下“新能源发电技术”教学设计
通过对该课程的学习,使学生了解中国的能源现状,掌握电源变换与控制技术的基本原理,掌握光伏发电和风力发电的基本原理及系统的构成,加深对中国风力资源和风力发电基本原理的认识,理解生物质资源的利用现状、转换与控制技术的基本原理,了解天然气、燃气发电与控制技术的基本原理和应用情况。吸收国外经验,设计教学模块。
1.电源变换和控制技术
内容要点:电力电子器件的概念、特征和分类,不可控器件——电力二极管,半控型器件——晶闸管,电力场效应晶体管——电力MOSFET,绝缘栅双极型晶体管——IGBT;AC—DC变换电路:二极管整流器——不控整流,晶闸管整流器——相控整流,PWM整流器——斩波整流;DC—DC变换电路:单管不隔离式DC—DC变换器,隔离式DC—DC变换器;DC—AC变换电路原理、分类、参数计算;AC—AC变换电路。
课堂提问:晶闸管的导通和关断条件是什么?相控整流与PWM整流电路区别是什么?交流调压电路的基本原理是什么?什么是逆变?如何防止逆变失败?
课程项目1:让学生设计一个50kW的相控整流和PWM整流电路,进行MATLAB仿真分析,比较两种整流电路的区别,要求分组讨论、制作PPT演讲,撰写研究报告。
2.风能、风力发电与控制技术
内容要点:风的产生、特性与应用;风力发电机组的结构、分类与工作原理;风力发电的特点、控制要求和功率调节控制;风力发电机组的并网运行和功率补偿:同步发电机组、异步发电机组和双馈异步发电机组的并网运行和功率补偿。
课堂提问:简述风能转换的基本原理。风力机的空气动力学参数有哪些?具体怎么求解?风力机有哪几种分类方法?
课程项目2:让学生设计基于全功率变换器的风力发电系统,在课程项目1的PWM整流电路的基础上,设计整流和逆变电路及其控制算法,进行MATLAB仿真,验证工作原理,要求分组讨论、制作PPT演讲、撰写研究报告。
3.太阳能、光伏发电与控制技术
内容要点:太阳能利用方式、分类及原理,中国光伏发电的历史和研究现状;太阳能电池的工作原理,太阳能电池材料的光学性质、等效电路、输出功率和填充因数,太阳能电池的效率、影响效率的因素及提高的途径;太阳能电池制造工艺,多、单晶硅制造技术;太阳能光伏发电系统设备构成,正弦波PWM技术,逆变器基本特性及评价;独立光伏发电系统的结构及工作原理、系统构成;并网光伏发电系统的分类、特点、结构、供电形式和设备构成。
课堂提问:多晶硅和单晶硅的制造工艺有什么不同?根据制作工艺的不同它们各有什么特点?什么是正弦波PWM逆变技术?并网光伏发电系统由哪几部分构成?
课程项目3:让学生设计小功率并网光伏发电系统,在课程项目2逆变电路的基础上,设计单相及三相逆变电路及其控制算法,进行MATLAB仿真,验证工作原理,要求分组讨论、制作PPT演讲、撰写研究报告。
4.生物质能的转换与控制技术
内容要点:生物质能的定义、生物质资源特点及类别;生物质能转换和发电技术、生物质能转换的能源模形式,城市垃圾、生物质燃气发电技术;生物质热裂解发电技术的分类、生物质热裂解机理,生物质热裂解技术及装置简介;我国生物质能的利用现状及开发生物质能的必要性,生物质能发电前景。
课堂提问:生物质能的优缺点是什么?根据其优缺点如何扬长避短充分利用生物质资源?生物质热裂解的机理是什么?请详细分析说明。影响生物质热裂解的因素有哪些?具体是如何影响的?
5.天然气、燃气发电与控制技术
内容要点:天然气水合物的概念,形成机理及化学性质;天然气的综合利用、环境价值与发展前景;小型燃气轮机发电机组的原理及用途、主要形式及应用前景;燃气轮机组的电能变换与控制系统、电网供电及控制;燃气发电机组的并网运行与控制策略,DC-AC低频并网逆变技术,DC-AC/ AC-DC-AC三级变换高频环节并网逆变技术;燃气发电机组高频并网逆变的控制策略。
课堂提问:小型燃气轮机组并网发电的原理是什么?简述燃气轮机组电能变换系统的结构和工作原理。燃气发电机组高频并网逆变是如何实现的?
三、结束语
在充分吸收国外高校“新能源发电技术”模块化教学模式的基础上,以人才培养为中心,凝练教学内容、改革教学方法,提高了学生对该课程的学习兴趣,课堂互动得到明显改善,不同专业背景的学生能够对课程项目进行协作研究,发挥各自的特长收集和吸收国外前沿技术,在PPT演讲、研究报告撰写方面锻炼了学生的综合能力,取得了良好的教学效果。
参考文献:
[1]何瑞文,谢云,陈璟华.电气工程及其自动化专业建设与实践模式探讨[J].中国电力教育,2012,(3):72-73.
[2]王三义.浅谈新能源发电技术[J].中国电力教育,2011,(15):92-93.
关键词:鸡粪 直燃发电 热工自动化水平 分散控制系统 数字化工业闭路电视
中图分类号:TM62文献标识码: A
随着我国经济的发展,大型家禽饲养业的快速增长,养鸡场产生的鸡粪等废物逐年增加。鸡粪中含有大量的钠盐和钾盐,必须经过处理才可使用。如果直接用于农田,过量的钠和钾通过反聚作用而造成某些土壤的微孔减少,使土壤的通透性降低,破坏土壤结构,而且过量的钠和钾将会通过土壤渗入地下,污染地下水。
传统鸡粪处理方式为:发酵堆腐后施用,加工制成饲料或沼气化利用等。近些年我国也在探索其他鸡粪处理和使用方式,鸡粪直燃发电便是一个成功的范例。
国内第一台以鸡粪混合物(主要是鸡粪与谷壳)为原料,通过直接燃烧所产生的能量发电的电厂项目——福建凯圣生物质热电厂项目,于2009年4月第一台机组发电,2009年10月第二台机组发电。目前,福建省又有一批鸡粪直燃发电厂在筹建中,不久将来便会出现在公众面前。
1、鸡粪直燃发电技术:
1.1鸡粪的特性
鸡粪的挥发份较高,极易着火,极易燃尽。挥发份析出的温度远低于煤炭,温度区间从200度开始至500度时几乎完全析出,500度以上则主要是固定碳的燃烧过程。在锅炉内不需采用其他燃料助燃,就能保证较好的燃烧工况和燃烧效率,预计锅炉的热效率大于85%,而且燃烧后只要保证不超温、流化好,就可以防止结焦。西安热工研究院在1MW循环流化床锅炉试验台上进行了鸡粪的燃烧试验,燃烧了24t鸡粪,试烧结果显示:在不掺烧其它燃料的条件下,鸡粪在炉内能稳定燃烧,炉膛温度为830~850℃,完全达到燃煤循环流化床锅炉的炉膛温度,测量鸡粪的低位发热值为2490大卡/千克。
1.2 鸡粪直燃发电装置
鸡粪直燃发电设备与工艺流程和生物质发电厂没有什么区别,只是把鸡粪作为燃料,而且不需要破碎系统。燃烧系统(采用CFB锅炉或者焚烧炉)、热力系统、除灰渣系统、循环冷却水系统、烟气处理系统、燃料输送系统、发电系统、控制系统几乎都是成熟的、常规的火力发电厂系统,只是对燃料输送、除臭和烟气处理系统要更重视。燃料需要密闭系统储备及输送,以防止鸡粪异味外溢。对于燃料库的异味,采用负压抽吸法处理,燃料仓靠近锅炉,工程设计把一次、二次风机的吸口布置在燃料库,吸取燃料库中的空气作为一次、二次风送入锅炉燃烧,该方法除臭效果良好且较为稳定,除臭率可达 90%以上。烟气处理系统除考虑脱硫、脱硝外,还应考虑二噁英类物质的处理,使各个排放物指标达到排放标准。
2. 鸡粪直燃发电厂的热工自动化系统
2.1热工自动化水平
鸡粪直燃发电厂的热工自动化水平较高,与国内同等规模燃煤电厂、生物质电厂热工自动化控制水平相当。
鸡粪直燃发电厂热工自动化控制系统采用分散控制系统(DCS)。DCS的主要功能包括: 机组的数据采集系统(DAS);模拟量控制系统(MCS);辅机顺序控制系统(SCSB/T G/A);锅炉炉膛安全保护系统(FSSS)。主要辅机的顺序控制以功能组级控制水平为主,即实现一个系统辅机及其相关设备的程序控制。
辅助车间(系统)可纳入主控DCS系统进行控制;也可采用可编程序控制器(PLC)控制,并与DCS系统进行通讯的模式。
采用分散控制系统(DCS),实现机组炉机电集中控制的方式。设一集中控制室。在集控室内实现机组正常运行工况的监视和调整以及异常工况的报警和紧急事故处理。在少量就地操作和巡回检查配合下,在集控室内实现机组的启/停。
2.2控制系统的总体结构
2.2.1 集散控制系统总体构成以及分层分组原则
a.控制系统的总体构成是基于以下原则:
整个机组的运行管理集中在控制室内进行,运行人员以LCD键盘作为监视和控制中心。
由基于微处理器技术的分散型控制系统实现机组的数据采集与处理系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、辅机顺序控制系统(SCS B/T G/A) 、锅炉炉膛安全保护系统(FSSS)。
汽机危急遮断系统(ETS)、汽机数字电液控制系统(DEH)、汽机安全监测保护系统(TSI)。
b.控制系统的分层分组原则为:在横向按被控对象的相对独立性和完整性来划分区(站),在纵向上按控制功能进行分层,可分为功能组级、子组级和驱动级。实现控制系统的功能分散、危险分散,提高系统的可靠性。
2.2.2各系统之间的通讯方式、信息共享范围及接口
1)分散控制系统内部通讯,分散控制系统内的数据采集(DAS)、模拟量控制(MCS)、顺序控制(SCS)、锅炉炉膛安全监控(FSSS) 的信息共享。
采用远程I/O技术,远程I/O设备通过通讯总线与DCS控制系统构成一体。远程I/O通讯总线冗余配置。
在DCS系统中MCS、SCS、FSSS系统所需的输入信号直接由I/O通道引入各自系统,并通过通讯总线传送到DAS系统。
2)控制系统接口:
汽机本体监测仪表系统(TSI)留有与DCS系统的通讯接口,与DEH系统和汽机危急遮断系统(ETS)通过硬接线连接。
2.2.3 程序控制的分级结构
用于SCS的硬件、软件均采用分层、分组结构,驱动级可独立于子组级工作。
下列I/O信号通过I/O通道直接引入驱动级内:
1)确保辅机本身安全的启、停允许条件信号;
2)驱动级间互相联锁的信号;
2.2.4 常规仪表和后备手操的设置原则
控制室内原则上不设单独的常规仪表,在DCS操作员台上布置控制开关及按钮, 当分散型控制系统通讯故障或操作员站全部故障时,确保紧急停机、停炉。
2.2.5 全厂数字化工业闭路电视监控系统
全厂数字化工业闭路电视监控系统用于对全厂炉、机、电和辅助车间水系统、灰系统、燃料系统等主要生产环境,以及重要设备相对集中的区域进行监视。
全厂数字化监控系统采用独立的网络系统进行监控,并留有与DCS系统的接口。操作人员根据现场画面情况,通过键盘上的操纵杆或相应的控制器可控制各个摄像机摄取现场画面的空间范围、光亮强弱、景物远近、清晰程度以及摄像机电源的开关等。从而实现对现场的监视。
目前鸡粪直燃发电技术作为一项处理鸡粪的新技术,仍然有一些方面需要改进。但鸡粪直燃发电设备和工艺成熟,自动化程度较高,在我国福建等地区有很高的认可度。本文对鸡粪直燃发电厂热工自动化方案进行了详细介绍,以期对今后新建的禽粪直燃或禽粪掺烧发电项目的热工自动化系统设计提供参考和借鉴。
参考文献:
【1】 张振都,吴景贵.畜禽粪便的资源化利用研究进展.广东农业科学.2010(1)
中国石油资源不及世界人均水平的1/6,从1993年开始,中国成为石油净进口国,供需矛盾日益突出。2004年中国石油消费量达到了2.92亿吨,进口原油1.23亿吨。其中,车用燃油消耗已经达到了中国石油消费量的1/3左右。此后石油进口仍呈上升趋势,进口量约占使用量的20%左右,预计到2010年前后将达到40%,车用汽油年消耗量为6400万吨。面对人类即将消耗完需几百万年才形成的石油资源所引发的即将到来的能源危机,中国及全世界必须认识到要采取开源节流的战略,即一方面节约能源,另一方面开发新能源。
2006年中国车市销量达到720万辆,增长超过30%,中国已经超过日本成为世界第二大汽车市场。权威调查部门预计,除了中国、印度等发展中国家,2007年全球汽车销售都将进入疲软时代。但在中国汽车市场领跑全球汽车市场荣耀的背后,是中国过快消耗着祖先留下的资源。面对即将到来的能源危机,中国的汽车产业路在何方,路只有一条:使用新能源,也只有使用新的替代能源,汽车产业才能持续发展。实施替代能源战略,有助于我国汽车逐渐摆脱对原油的依赖,从能源安全的角度看,无疑是非常必要的。
那么,目前世界汽车产业使用替代能源主要有哪几种方式?其前景到底如何呢?
1乙醇燃料:价廉物美
使用乙醇燃料,是全世界最常见的一种燃料替代方案,也是目前国内颇为重视、已经得到推广的新燃料。这种燃料一般是与传统的汽油、柴油混合起来使用,其混合比例从加入10%~30%的乙醇到85%不等,甚至可以采用100%的乙醇作为燃料。其最大的好处在于不需要对现有的汽车结构做很大的修改就可以使用乙醇燃料, 而且这种燃料比起汽油、柴油来更加环保,能够起到减少污染的效果。同时,乙醇可以通过玉米、小麦、水稻、甜高粱、木薯、甘薯以及甘蔗、甜菜等农作物制造,甚至连农作物的秸秆都有可能被用来生产乙醇。只要合理解决“汽车与人争食”的问题,乙醇燃料的推广能解决燃料的再生问题,是最价廉物美的能源解决方案。
除了乙醇以外还有类似于丁醇、甲醇这样的生物燃料,都被纷纷用于替代汽油与柴油。乙醇燃料汽车由于与现有的汽车没有多大区别,所以在国内外都相对普及。例如巴西作为乙醇燃料汽车最流行的国家,在这方面最为典型。人们熟悉的本田思域、飞度,三菱帕捷罗等都拥有专门针对巴西市场的乙醇燃料型号。最新型的车款安装了油气浓度传感器,可以自动感知燃料箱内不同性质的燃料,做到与普通汽油柴油的自然替换。此外,著名的跑车制造厂莲花甚至推出了采用乙醇汽油混合燃料引擎的Exige265E跑车,它仅重930kg,265代表它的最大输出为265匹马力左右,E表示其使用的是莲花E85高性能环保动力。特别让人吃惊的是该车加速成绩足以向法拉利发起挑战,0~60mph加速时间仅为3.88秒,0~100mph加速时间为9.2秒,最高时速达到158mph。除了巴西以外,美国的乙醇燃料汽车也十分流行,中国则超过整个欧盟成为乙醇燃料消费的大国。如何摆脱简单改装并提高乙醇燃料汽车的技术含量以使其发挥更大的效能,是摆在中国汽车制造厂商面前的课题。
2混合动力:技术复杂
油电混合动力汽车,由于丰田普锐斯在国内的上市而广为人知, 这项技术最大的特点就是其先进性,在机械与电子方面都有许多新的突破性发明。发展混合动力车也是在现有汽车技术的基础上,让能源消耗更加节约与合理。目前,在美国、日本等地,该技术不仅有着许多实质的进展,而且也受到了消费者的欢迎。
其实,除了油电混合动力以外,还有气电混合动力、油电气混合动力等,这些方案虽然复杂,但未来应用的前景依然被专家看好。如马自达曾经推出过一款可以使用油、电、氢三种能源作为动力的混合动力概念车,这款车名叫PremacyHydrogenRE-Hy-brid,就是大家熟悉的普力马。除了前置汽油引擎外,该车第二排坐椅下方还安置了大型电池,另外第三排坐椅被撤去,取而代之的是一个储存了压缩氢气的气罐。其油电混合动力推进系统,由马自达与其关联公司福特汽车共同开发,马自达还尝试着将这种电动引擎和一种本身就是混合动力引擎的内燃发动机结合在一起,后者既能使用汽油,也能使用氢气作为燃料。虽然这还是一款概念车,未必很快会出现在量产车的行列里面,但它提醒人们混合动力方案的变化无穷。混合动力以往一直是日本汽车厂商主攻的方向,如今美国汽车制造厂家也开始大规模介入。国内的上海通用也在研究中国的混合动力车,使得这方面的竞争开始加剧,其实用性也有了长足的进步。未来混合动力会围绕着降低成本、减少制造与维修保养的复杂程度,同时更加推进其性能的强化而展开。
3氢燃料内燃机:另辟蹊径
长期以来,有关汽车能源的终极解决方案,一直被寄托在有广泛存在、利用能量效率高、洁净、无污染、噪音低等特点的氢身上,研制利用氧与氢的反应来输出电力的氢燃料电池至今依然是各国的科技精英主攻的课题。不过,相对于氢燃料电池的复杂,另一种更加简单的方式--氢燃料内燃机也开始流行,并且研究进展迅速。有专家认为氢燃料内燃机既可以采用清洁可再生资源,又可以充分利用现有的庞大工业体系,是实现氢能源经济的最佳途径。氢燃料的突出优点是几乎不产生污染物,而且与油类燃料不同的是,即使氢燃料在氧气含量稀少的情况下,也仍然能够正常燃烧,从而降低了氧气的消耗。
这一新方案的问题是,除了改进现有的车辆以外, 还必须改建加注氢燃料的设施,因此投资巨大。目前,介入氢内燃机研发和制造的有德国的宝马、 日本的马自达、美国的福特等几家汽车制造厂商,预计在未来几年中氢内燃机汽车将不断地被推向市场。其中,宝马已经率先推出了Hydrogen7,让自己的6.0升V12缸豪华车也能够使用氢气作为动力来源。该车输出高达260匹的最大马力,并且在9.5秒的时间之内,由静止加速到每小时100公里的时速,而最高时速则将被电子系统限制在每小时230公里。虽然它目前使用的仍是汽油和氢双燃料,但未来或许汽油动力将被完全停用。专家指出,现阶段我国在氢内燃机方面的研究薄弱,目前属产业化前期的研究,重点还是放在核心技术的研究以积累知识和经验。产业化的问题要经历较长的过程,必须由政府、相关企业以及能源机构的大量资金介入才能迅速跟上世界同行的步伐。
综上所述,使用生物能源是汽车产业可持续发展的必由之路。 “万物生长靠太阳”,生物能源是从太阳能转化而来的,只要太阳不灭,生物能源就将取之不尽。其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质,生物能的使用过程又生成二氧化碳和水,形成一个物质的循环,理论上二氧化碳的净排放为零。生物能源是一种可再生的清洁能源,开发和使用生物能源,符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。因此,利用高新技术手段开发生物能源,已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容。
新能源是相对常规能源而言的,一般具有以下特征:尚未大规模作为能源开发利用,有的甚至还处于初期研发阶段;资源赋存条件和物化特征与常规能源有明显区别;开发利用技术复杂,成本较高;清洁环保,可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放;资源量大、分布广泛,但大多具有能量密度低的缺点。根据技术发展水平和开发利用程度,不同历史时期以及不同国家和地区对新能源的界定也会有所区别。发达国家一般把煤、石油、天然气、核能以及大中型水电都作为常规能源,而把小水电归为新能源范围。
我国是发展中国家,经济、科技水平跟发达国家差距较大,能源开发利用水平和消费结构跟发达国家有着明显不同,对新能源的界定跟发达国家也存在着较大差异。小水电在我国的开发利用历史悠久,装机容量占全球小水电装机总容量的一半以上,归为新能源显然是不合适的。核能在我国的发展历史不长,在能源消费结构中所占比重很低,仅相当于全球平均水平的八分之一,比发达国家的水平更是低得多,核能在我国应该属于新能源的范围。
根据以上分析,可以把新能源范围确定为:太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能、天然气水合物、核能、核聚变能等共9个品种。生物质能在广义上分为传统生物质能和现代生物质能,传统生物质能属于非商品能源,是经济不发达国家尤其是非洲国家的主要能源,利用方式为柴草、秸秆等免费生物质的直接燃烧,用于烹饪和供热;现代生物质能包括生物质发电、沼气、生物燃料等,是生物质原料加工转换产品,新能源中的生物质能仅指现代生物质能。传统生物质能和大中小水电可称之为传统可再生能源,太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能则统称为新型可再生能源,是新能源的主要组成部分。
资源评价
跟常规能源相比,新能源最显著的优势就是资源量巨大(见表1)。太阳能是资源量最大的可再生能源,即使按最保守的可开发资源量占理论资源量1%计算,每年可供人类开发的太阳能也有1.3万亿toe,约相当于目前全球能源年需求量的100倍。风能的可开发资源量较低,但开发技术难度和成本也较低,全球陆上风电年可发电量约53亿kWh,相当于46亿toe。生物质能可开发资源量为48~119亿toe,不过由于存在粮食安全和环境问题,可开发资源量难以全部转化为能源。地热能的热源主要来自于长寿命放射性同位素的衰变,每年的再生量可达200亿toe以上。按照目前的技术进展情况,全球40~50a内可开发地热资源为1200亿toe,10~20a内可开发地热资源为120亿toe。海洋能资源量并不算丰富,按照全球技术可装机容量64亿kW、年利用2000小时计算,只有11亿toe。天然气水合物属于新型的化石能源,资源量相当于传统化石能源资源量的2倍,达20万亿toe。全球铀矿资源量为992.7万t,如果用于热中子反应堆,所释放的能量约相当于1400亿toe,而如果用于快中子反应堆,所释放的能量可提高60~70倍。核聚变所消耗的燃料是氘,海水中的氘有40万亿t,理论上可释放出的能量为3万亿亿toe,按目前能源消费量计算,可供人类使用200亿年以上。氢能的制备以水为原料,燃烧后又产生水,可无限循环利用,既是二次能源也可在广义上称之为可再生能源。
从以上数据可以看出,能源资源完全不存在短缺或枯竭问题,人类需要克服的最大障碍是开发利用的技术和成本问题。随着技术的进步和能源价格的上涨,目前不可开发的新能源资源有可能变为可开发资源,因此,对新能源来说,理论资源量是相对不变的,而可开发资源量却可能会大幅度增加。
开发利用现状
不同种类的新能源在资源分布、技术难度、使用成本等多方面存在相当大的差异,因而新能源的开发利用程度各不相同。在新型可再生能源中,太阳能、风能、生物质能和地热能发展势头良好,已经进入或接近产业化阶段,尤其是太阳能热水器、风电以及生物燃料,已经形成较大的商业规模,成本也降至可接受水平。核能技术已经成熟,核电在国外已过发展高峰期,在我国则刚刚兴起。核聚变、氢能、天然气水合物、海洋能仍处于研究和发展之中,距离商业化还有较大距离。
截止到2009年2月,全球核电装机已达3.72亿kW,年发电量2.6万亿kWh,在全球一次能源结构中的比重约为6%左右。相比而言,新型可再生能源的开发利用程度还很低,以2006年为例,其在全球一次能源供应量中的比重仅为1%左右,占全部可再生能源的比例也仅为8%左右。2007年,全球新型可再生能源发电装机量为1.65亿kW,相当于全球电力装机总容量的3.7%(见表2)。德国、美国、西班牙、日本等发达国家的可再生能源产业化水平已达到较高程度,其市场规模和装备制造水平跟其他国家相比具有明显优势。我国也是世界重要的可再生能源大国,太阳能热水器产量和保有量、光伏电池产量、地热直接利用量以及沼气产量都位居世界第一。不过,我国对新型可再生能源的开发多集中在技术含量较低的供暖和制热领域,在可再生能源发电技术水平和利用规模方面跟国外相比还存在较大差距。我国新型可再生能源发电装机容量仅为905万kW,占全球5.5%,远低于我国电力装机总容量占全球16%的比重。
我国发展新能源的政策建议
我国是世界第一大碳排放国、第二大能源消费国、第三大石油进口国,发展新能源具有优化能源结构、保障能源安全、增加能源供应、减轻环境污染等多重意义,同时也是全面落实科学发展观,促进资源节约型、环境友好型社会和社会主义新农村建设,以及全面建设小康社会和实现可持续发展的重大战略举措。我国政府把发展新能源上升到国家战略的高度而加以重视,陆续出台了多部法律法规和配套措施。
从近几年的总体发展情况来看,我国新能源发展势头良好,增速远高于世界平均水平,不过由于种种原因,新能源发展过程中的许多障碍和瓶颈仍未消除,主要表现在:资源评价工作不充分,技术总体水平较低,成本跟常规能源相比不具备竞争力,产业投资不足,融资渠道不畅,市场规模偏小,公众消费意愿不强,政策法规体系不够完善。结合国内外新能源发展的历史和现状,借鉴全球各国新能源发展经验,针对目前我国新能源发展过程中存在的问题,特提出如下对策建议。
(一)正确选择新能源发展方向
根据资源状况和技术发展水平,确立以太阳能为核心、核能和风能为重点的发展方向。太阳能是资源潜力最大的可再生能源,化石能源、风能、生物质能及某些海洋能都间接或直接来自于太阳能,地球每年接收的太阳辐射能量相当于当前世界一次能源供应量的1万倍。我国的太阳能热利用已经走在世界最前列,太阳能光伏电池的产量也已经跃居世界第一,不过在太阳能光伏发电方面却与光伏电池生产大国的地位极不相符。我国应进一步扩大在太阳能热利用方面的优势,同时把发展并网光伏和屋顶光伏作为长期发展重点。风能是利用成本最低的新型可再生能源,风电成本可以在几年内降低到常规发电的水平,目前已经初步具备市场化运作的条件。我国风力资源较丰富的区域为西部地区及东部沿海,属于电网难以到达或电力供应紧张的地区,发展风电应是近期和中期的努力方向。核燃料的能量密度远高于常规能源,核电站可以在较短时间内大量建造,迅速弥补电力装机缺口,最近国家发改委已经把核电规划容量提高了一倍多。
(二)加大新能源技术研发力度
我国从事新能源技术研究的机构分布在上百个高校和科研机构,数量虽多,但由于力量分散,具有世界水平的研究成果并不多。建议整合具有一定实力的新能源研究机构,成立中央级新能源科学研究院。抓住当前因金融危机而引发全球裁员潮的有利时机,积极创造条件吸引国外高端研究人才。以新能源重大基础科学和技术的研究为重点,加强科研攻关,尽快改变我国新能源科学技术落后的面貌。密切与国外的技术合作与交流,充分利用CDM机制,注重先进技术的引进并进行消化吸收与再创新,努力实现技术水平的跨跃式发展。
可再生能源大多具有能量密度低、资源分布不均衡等缺点,对其进行低成本、高效率利用是新能源开发的首要问题。显然,可再生能源开发技术的复杂程度要比常规能源高得多,涉及资源评价、材料和设备制造、工程设计、配发和管理等多个领域,必须进行跨学科联合攻关,这对我国目前相对封闭的科研体制提出了挑战。国家需要在搞活科研创新机制、打造科研合作平台、加大知识产权保护力度等方面做更多的努力,营造良好的科研环境。
(三)有序推进新能源产业化和市场化进程
只有实现新能源的大规模产业化和市场化,才有可能使新能源的利用成本降至具有竞争力的水平,为新能源普及打下基础。在新能源开发成本较高、使用不便的情况下,推进新能源产业化和市场化必须由政府作为推手。促进产业化和市场化的措施涉及电价、配额、示范工程、技术转化、税费减免、财政补贴、投资融资等,要对各种新能源的不同特点进行充分分析,分门别类地制定合适的激励政策。为保证政策的长期有效要建立完善的督促检查机制,对违规行为进行惩处,以维护国家政策措施的严肃性。
国家应及时更新新能源产业的投资指导目录,引导、鼓励企业和个人对新能源的投资。同时,也要对新能源投资行为进行规范,避免一哄而上,造成局部重复投资或投资过热。防止企业借投资新能源套取财政补贴、减免税费或增加火电投资配额等不良行为。约束高污染新能源行业的投资行为,尤其是多晶硅副产品四氯化硅所带来的环境污染问题值得关注。
(四)及早实施“走出去”战略
我国是铀矿资源贫乏的国家,资源量远不能满足未来核电发展的需要,铀矿供应必须依赖国际市场。有关资料统计世界上铀矿资源丰富的国家有澳大利亚、美国、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯等,这5个国家的资源量合计占全球的比重为三分之二。其中,澳大利亚和哈萨克斯坦都是无核电国家,所生产的铀矿主要用于出口。我国与哈萨克斯坦等国家关系良好,可作为实施铀矿“走出去”战略的重要目的国。合作重点应该放在最上游的勘探、开采领域,争取获得尽可能多的探矿权和采矿权,为我国核电站提供稳定、长期的核燃料来源。
目前全球对天然气水合物的地质工作程度还非常低,这为我国获取海外天然气水合物资源提供了绝好的机会。在油气资源领域,美国、日本等发达国家已经把全球的优质资源瓜分完毕,而在天然气水合物领域,我国还存在较多获取海外资源的机会。太平洋边缘海域陆坡、陆隆区及陆地冻土带的天然气水合物资源丰富,这一地带所涉及的国家主要是俄罗斯、美国、加拿大,应努力争取获得跟上述三国合作开发的机会。拉丁美洲国家沿海的天然气水合物资源也比较丰富,要充分利用这些国家技术力量薄弱、研究程度低的现状,加强与这些国家合作,以期能够在未来取得这些国家的天然气水合物份额。
东南亚处于热带地区,自然植被以热带雨林和热带季雨林为主,特别适合油料作物的生长,是发展生物柴油产业的理想区域。东南亚国家是我国的近邻,可为我国的生物柴油产业提供丰富而廉价的原料。我国可采取以技术、市场换资源的合作方式,在当地设立林油一体化生产基地,产品以供应我国国内为主。
(五)调整、完善新能源发展规划和政策措施
我国已经出台的新能源发展规划有《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源发展“十一五”规划》、《核电中长期发展规划(2005-2020年)》等,部分行业部门和地方地府也针对实际情况制定了各自的发展规划。国家级的规划存在两个问题:一是发展目标定得偏低,如风能到2010年的发展目标为1000万kW,到2020年的发展目标为3000万kW,而事实上,1000万kW的目标已经于2008年实现,3000万kW的目标也可能提前于2012年左右实现;二是缺乏设备制造产业和资源评价方面的目标。
国家有关部门应密切跟踪国外新能源现状,充分考虑新能源资源量、技术发展水平、环境减排目标、常规能源现状等因素,对我国新能源发展规划作出适当调整和完善,为新能源产业发展提供指导。我国有关新能源与可再生能源的规定和政策措施并不比国外少,但这其中有许多已经不再符合我国的实际,应立即对不合时宜或相互矛盾的规定和措施进行清理,制定出切实可行、可操作性高的配套法规和实施细则。
(六)建立符合国际标准的新能源统计体系
关键词:生物柴油 分析技术 色谱法 光谱法
一、色谱法
将GC和HPLC及它们的联用用于分析生物柴油都已经有报道。将凝胶渗透色谱(GPC)作为分析酯交换产物的方法也已有报道。到目前为止,大部分的色谱分析法都应用于甲酯及乙酯、异丙酯等低级酯类的分析。为了能够准确分析一些高级酯类,在此所讨论的方法都要作必要的调整。
1.气相色谱法
由于气相色谱法在对微量成分进行定量时有较高的精确度,现已广泛用于生物柴油的分析。但是,值得注意的是,检测时基线的漂移、信号的重叠等因素也会影响GC分析的精确性。Freedman等首先报道了用毛细管气相色谱对甲酯、甘一酯、甘二酯及甘三酯进行定量分析。先将样品用双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA)处理,以获得与羟基基团相应的四甲基硅烷(TMS)衍生物。现在该衍生法已经被用于GC法分析生物柴油。将物质衍生为TMS衍生物非常重要,因为它可以提高羟基化物质的色谱特性,并且在与质谱联用时,便于对其质谱图进行解析。目前,对生物柴油采用GC法的报道大都以FID为检测器。非甘油物质在生物柴油的存在也已经用GC来分析。因此,Plank和Lorbeer对生物柴油中固醇和醇酯进行了检测,和其它与GC相关的研究一样,采用的是FID检测器,尽管在这种情况下用MS检测器更好。
2.高效液相色谱法
HPLC与GC相比其优点是节省时间和衍生化试剂,减少分析时间。然而,将HPLC用于分析生物柴油的报道却比GC少的多。首先对HPLC进行报道的是Trathnigg和Mittelbach,他们采用恒溶剂成分体系,在氰基改性的石英柱上(配有两个带密度检测的凝胶渗透色谱柱)分析生物柴油。该系统对酯交换反应转化程度进行定量非常有用。Foglia和Jones对酶催化酯交换反应的混合物,在采用蒸发光闪射检测器(ELSD)的HPLC上进行分析,该方法能够对甲酯、游离脂肪酸及各种类的甘油酯进行定量。
Holcapek等采用不同的检测方法使用反相HPLC进一步研究:205nm紫外检测、蒸发光散射检测和大气压化学电离-质谱(APCI-MS)。采用两种梯度洗脱系统:①甲醇(A) 2-丙醇:正己烷(B)=5:4,从100%的A到A:B=50:50的非水溶液反相洗脱溶剂系统.②水(A)乙腈(B) 2-丙醇:正己烷(B)=5:4(C),进行线性梯度洗脱(0min时A:B=30:70,10min时B=100%,20min时B:C=50:50,最后B:C=50:50持续5min)。随着脂肪酸甲酯双键数量的增加,APCI-MS和ELSD的灵敏度下降,并且UV不能对饱和的进行定量。APCI-MS或许是分析菜籽油和生物柴油的最适合的测定方法。
3.凝胶渗透色谱法
2000年,Darnoko等采用GPC对酯交换产品的分析进行了报道。以四氢呋喃为流动相,采用折光率检测器对甲酯、甘一酯、甘二酯、甘三酯及甘油进行了分析。对该方法进行适当的调整,采用相应的内标,可以用于分析棕榈油。重现性比较好,不同转化率的标准偏差为0.27%~3.87%。
4.气液色谱联用法
采用LC-GC的联用技术分析生物柴油已经有报道。两种分离方法的联用的目的是为了减少气相色谱的复杂性以获得更可靠的峰面积。在对生物柴油与石化柴油混合物的分析研究中,采用硅胶萃取(Sep-Pak)色谱柱以正己烷/乙醚为溶剂,从石化柴油中分离生物柴油。1997年,Lechner采用一套完全自动化的LC-GC设备,对植物油甲酯中的酰基甘油进行了测定。LC采用的溶剂体系是正己烷/二氯甲烷/乙腈=79.97:20:0.05,GC采用FID检测器,在10m长的涂有5%苯代聚二甲基硅氧烷膜检测需要52min。Plank和Lorbeer用LC-GC对五种不同的甲酯(菜籽油甲酯、大豆油甲酯、葵花籽油甲酯、高油葵花籽油和使用过的煎炸油)中固醇含量进行了分析。在分析以前要用MSTFA对固醇进行硅烷化。以正己烷/二氯甲烷/乙腈=9.9:20:0.1为溶剂体系采用LC将甲酯与固醇分开。以FID为检测器,在12m长的(5%苯代聚二甲基硅氧烷)柱子上分析五个样品的游离固醇的浓度范围是0.20%~0.35% (质量比),而固醇酯的含量的范围是0.15%~0.73%(质量比)。大豆油甲酯的在最后,分别是0.20%(质量比)和0.15%(质量比),菜籽油甲酯的最高,分别为0.33%和0.73%。将先皂化分离固醇部分,再用GC分析的方法与用LC-GC联用的方法分析菜籽油甲酯作以比较,虽然LC-GC需要复杂的分析仪器,但由于它分析时间较短有很好的再现性并且可以获得较多的信息,我们还是建议用LC-GC来分析。菜籽油甲酯中固醇的总含量为0.70~0.81%(质量比)。
二、光谱法
将光谱法用于分析生物柴油或检测酯交换反应已有报道。这些方法是1H-NMR和13C-NMR光谱及近红外光谱法。
1.核磁共振光谱法
1995年,Gelbard等首先报道了将1H-NMR用于测定酯交换反应的产率。1999年,Dimmig等以d6-苯用13C-NMR对菜籽油与甲醇的酯交换反应的转化率及反应动力学进行了研究。用未受到酯交换反应影响的14.5ppm附近末端甲基的信号作为标准进行定量。产品甲酯的信号出现在51ppm附近,甘一酯、甘二酯及甘三酯的碳原子信号出现在62-71ppm附近。
2.近红外NIR光谱法
最近,近红外光谱法被用于检测酯交换反应中。对原料转化为甲酯产品的定量的基础是这些组分的近红外光谱的不同。甲酯峰出现在6005cm-1和4425-4430cm-1,而甘三酯仅仅显示肩峰。采用同样的方法也可以区别乙酯。使用定量软件,可以对甘三酯转化为甲酯进行定量。6005cm-1的吸收比4425cm-1给出的结果好。NIR方法在区别甘三酯和甲酯时,其精确度的范围是1%~1.5%。
我不想白白爱过自行车。你们都知道,我太爱自行车了。证明爱的方式只有一个,那就是为它付出,为它做些什么。
――张向东,久邦数码联合创始人,10月20日宣布离开并透露跟自行车相关的新创业方向。
现在我想让创业者们住在一起。今年只有十栋楼,明年也许会有 50 栋到 200 栋楼。除了实体的楼宇,会围绕聚集在这里的年轻人打造一系列的移动互联网平台。而且入住的年轻人不限于创业者,会有自由撰稿人、投资经理、摄影师,甚至还会有一些从事法律、会计工作的人被添加进来,他们的专业知识也会给创业者提供帮助。
――车库咖啡创始人苏,看似乌托邦的新创意其实就是你挖金子我卖水的创业初法则。
我总是最先得到一切,这肯定是基因决定的。
――Andy Rubin,安卓系统的创始人,在苹果公司做出安卓的雏形,带着它去微软、去谷歌,终于发达。10月31日辞去谷歌工程副总裁一职,计划成立一家创业孵化器,面向对开发科技硬件产品感兴趣的创业公司。
创业,明星这么玩
虽有艺人身份、明星光环在身,他们也有与大众相似的困顿与烦扰。
如同人们关心物价、理财利率、出行成本等生活琐事,明星眼中这些概念被曝光率、知名度、
身价等专有名词直接量化。抛开艺人身份,他们也像普通人一样,有各自喜好的创业模板。
类型1:粉丝=市场
关键词:热血粉、号召力
代表人物:崔健、韩庚
项目:个人品牌手机
难度值:
入住酒店、活动现场、机场……能否第一时间收集这类独家信息,是检验粉丝热血度与忠实度的重要指标。针对庞大的粉丝市场,明星们纷纷将个人号召力转化为最直观的收益效应,独一无二的个人品牌手机顺势而出。
国内第一款明星个人手机――“蓝色骨头”具有浓厚的崔健气质,除在外观设计上凸显其个人风格,手机内还收录了相关影像资料,包括100多张照片写真、65首重新编辑制作的歌曲以及700分钟的视频集锦等。相比之下,“庚Phone”更像是送给粉丝的纪念品,手机除在后盖上有韩庚Logo外,还有专属App――粉丝可第一时间了解最新动态,无需排队即可参加活动,并设有韩庚版起床铃声。
类型2:潮,就够了
关键词:互动、分享
代表人物:吴秀波、易建联
项目:个人App
难度值:
对粉丝而言,文字远比不上照片或视频更具吸引力,而图片和短视频对明星来说,也更加容易持续强烈的个人风格。登录“i.吴秀波”App,除了日常动态更新、视频观看和许愿墙、壁纸等基础功能,这位有型大叔几乎每天都会一条语音随感,粉丝可以从中感知他的心情,甚至能从环境声音里猜测其位置。
在易建联的App功能设置中,可以看到阿联亲自向粉丝示范如何做运动前的热身和拉伸以及分解投篮动作等,还会有他个人的独家篮球秘笈,这些都以视频、动作分解、图片等形式来展现。
类型3:实践家
关键词:私人喜好
代表人物:汤姆・ 汉克斯
项目:研发App
难度值:
对影帝来说,演戏并不是唯一的喜好,把日常中的个人兴趣转变为实际应用,有着不一样的收获感。Hanx Writer 是汉克斯与Hitcents工作室联手打造的一款复古打字机App。它将非常经典的老款打字机体验带给那些喜欢在iPad上打字的人们。你能体验到敲击打字机的感觉,包括各种墨水、色带以及键盘的碰撞声,并颇具实用性,可通过邮件、AirDrop、打印等进行文件分享。应用内置三款打字机,分别为记者式、旅行式与奢华式。软件可免费下载,但需内购键盘解锁包。
类型4:推手型支持
关键词:扶持、幕后
代表人物:邓超、俞白眉
项目:蒲公英创业项目
难度值:
虽不具备专业的移动互联网知识,但并不妨碍邓超和俞白眉对手机应用开发市场的热情和信心。在2+2(2位明星+2位专业人士)的模式中,他们需要担当的是号召与影响力,至于技术型话题,请将话筒转向另两位合伙人――周鸿和徐小平即可,他们的职责已完成。
简单地说,这个创业项目就是为了发现并扶持国内的安卓软件开发者,一旦被4位导师看好,就能获得全程资金支持,打造本土snapchat或whatsapp。
类型5:老手新路
关键词:经验值、新领域
代表人物:任泉、黄晓明、李冰冰
项目:StarVC基金
难度值:
从热辣壹号火锅店到互联网投资基金,好友兼合伙人的双重身份将他俩与李冰冰紧绑在一起,形成了圈里有名的金三角团队。当他们选择以逻辑思维作为首个信息渠道时,足以说明它与互联网密不可分的依存关系。
早在火热的冰桶挑战前,他们已是秒拍App的投资人,李冰冰的那条挑战视频播放量达到4000多万,也让这款软件的用户瞬间激增数十倍。同样的好眼光还投到韩都衣舍――这个有着强烈互联网标识的快时尚服装品牌,试图将其打造成中国版的ZARA或H&M,是他们最近的目标之一。
类型6:副业明星
关键词:天生技能
代表人物:艾什顿・库彻
项目:互联网投资
难度值:
Skype、Spotify、Foursquare、Airbnb、Uber这些你熟知的软件名背后,都有库彻的投资,当你在荧幕中看到由他扮演的乔布斯,很难分清这是巧合还是确有关联。
被称为“硅谷宠儿”,足以证明他与那些只是玩票或博版面的明星投资人不同。毕业于爱荷华大学,主修生物化学工程专业的他,具备足够强悍的专业背景,爱好科技再正常不过。作为第一个粉丝数量突破100万的Twitter用户,库彻深谙互联网思维,好莱坞明星的身份可以帮他打通诸多社会关系,但只是他投资程序中的第一步而已,而这也是与刷脸明星们的最大区别,合理运用公众影响力,而不仅是对知名度的简单消费。
Tips :越过创业躁郁症
创业使你进入一种与你曾经经历过的任何事情都不一样的情绪状态:某天你可能信心满满,某天又觉得世界末日离你只有几周时间,这样的状态Over And Over。此时你应该做什么呢:
清理文件柜
向企业家协会等组织寻求帮助和建议
每天设置5个事项清单,做到专注
多进行户外活动
别跟与你同病相怜的人交谈
别与那些似懂非懂多交流
别在团队面前表露自己的恐惧
创业,是一种学习
纳米材料、超临界设备、科研成果,这些和普通人生活相距甚远的专业名词,正是这次采访的关键词。
国家纳米中心,这座隐匿于中关村繁华地带的安静建筑,砖红色外墙给人强烈的学院派感受。
楼道中,随处可见手拿试管的年轻人往返穿梭,透过实验室的玻璃外墙可以清晰地看到内部状态。
在一个正在筹备的实验室,我们见到了由三个85后组建的创业公司博天子睿的三位创始人,
话题也从超临界设备――看起来毫不起眼的圆柱形物体说起。
从门外汉到专业通
与传统的高冷型科技公司不同,创始人赵峰并非科班出身,缺少高精尖背景的专业撑腰,却能将枯燥晦涩的术语讲得通俗易懂,用他自己的话说就是,“我是个什么都比别人晚的人,学习方面也是。”从最初对专业知识的一窍不通到如今成为专业通,坚持不懈地学习,是赵峰与他的团队不断向前探索的重要源动力。
大学创业的小有成就,算是赵峰选择这条路的起始,也是在这时,他收获了第一桶金。初到北京与另一位合伙人范文韬相识,让他们将目光投向了家装领域中的保温材料,在发现市场中可选择的原料种类稀少且欠缺技术优势的现实后,“我们为什么不选择生产一种具有市场优势的自有产品?”成为两位合伙人的一致目标。从大海捞针式的查阅资料与奔波各地寻求解答,是对自身的一种磨练,也是找到答案的唯一途径。“最开始只懂最简单的化工常识――有机和无机的区别,知道纳米技术后,隐约觉得可以应用在保温材料上,但没有更深入的专业知识不可能做到。”这是赵峰知道国家纳米中心以前,对这项技术的所有认知。
在相继得到中科院纳米中心的合作支持,以及专业化工人才――徐天宇的加入,团队拥有了理论与技术的双重保障。“那段时期我们经历了无数次的实验失败,遇到各种困难,但我始终相信科学可以解答所有疑问。”这个过程中,赵峰的称呼由赵总变成了赵工。
接地气=找对路
对于这股越挫越勇的驱使力来源于哪儿,赵峰格外坦诚,“最直接的原因肯定是挣钱,更重要的是责任,最有检验意义的就是市场。”实验室的成功并不等同于实际应用,将严谨深奥的科学结论转变为看得见摸得着的应用成果,才算是完整的创新。
将复杂的纳米技术转换为可以应用在实际生活中的气凝胶、复合保温毡,正是由于团队将自身定位于技术型服务企业,“专业的技术知识和敏锐的市场嗅觉,这样才会有1+1>2的效果。科学不能只存在于实验室,只有当它能够为生活服务时,才算是实现了本质意义。就像我们三个人在团队中的分工,在合适的位置才能发挥最大的价值。”
稳重踏实的范文韬――谈判专家;酷爱试验的徐天宇――专业支持;灵活机智的赵峰――统筹全局,三个人准确清晰的角色分配如同坚固稳定的铁三角,“撞南墙并不可怕,我们会在撞了之后寻找回头的方法。一种方法不行,总会找到第二种、第三种方法。将大家各自的想法集中起来,很容易找到答案。”
每天进步一点
回看创业过程,赵峰并不认为他们经历了起伏与波折,相反他觉得团队一直在稳定持续地发展,“最初想找到一种不易着火的保温材料,市场上没有,我们就想自己生产制作,并没想过像现在这样,不仅有专利,还有先进的超临界设备。”
对他们而言,创业不仅是意味着坚持,更是一段学习的过程。除了专业知识,更重要的是学习一种心态,“对个人或者对团队,我们的目标就是每天进步一点点,可以是任何一件小事,比如有规律地作息、坚持锻炼、每天留出固定的自省时间等。”
一层实验室中摆放的超临界设备,既是实验仪器,也是回馈社会的一种方式,“这套设备除了实验使用外,其他时间都对学生或研究人员开放。未来,我们希望搭建一个科学家与企业间的平台,把更多科学成果转换到实际生活中,发挥它的最大价值。”
链接 :新材料也可以不那么高冷
1.地沟油提炼为航空燃油燃料(来源:知乎)
生物航空燃料英文为Aviation Biofuel/Biojet Fuel,属于生物能源,生物质能其实是我们运用最广泛的可再生能源, 比如最初的烧木头取火都属于生物质燃料。这里所说的“地沟油” 在业界其实是指废弃回收油脂(Used Cooking Oil),一般是回收的煎炸油餐厨油,在提炼之后基本上和生物柴油一样用。
荷兰航空公司KLM 2011年开始进行了6个月的从阿姆斯特丹到巴黎的常规飞行,2012年进行世界首次洲际Biojet航班从阿姆斯特丹飞到巴西里约,2013年从阿姆斯特丹到纽约的“Green Route”,2014年的ITAKA项目包括20班长途航班,KLM希望在2015年Biojet的使用量能占到公司整体燃油使用量的1%。SkyNRG是由KLM和荷兰一家能源公司联合发起的世界上第一家商业化运作生物航空燃料的供应商, KLM所有的Biojet都由SkyNRG提供, 事实上目前全世界80%的商业生物航空燃料都是由SkyNRG供应的, 全球已经有20来家航空公司使用过SkyNRG的产品,但是现在他们还没赚到钱。
中国的情况则复杂一些,但有些动作。中国民用航空局航空器适航审定司在京向中国石化颁发了1号生物航煤技术标准规定项目批准书(CTSOA),这标志着备受国内外关注的国产1号生物航煤正式获得适航批准,并可投入商业使用。2012年空中客车与清华大学签署协议,双方将合作开展环保型航空替代燃料研究,包括替代燃料原料的选定、产业链的建立以及商业化模式的推广等。
2.矿泉水瓶、西红柿皮都是汽车原材料
福特汽车Ford最早也是最广泛地开发和运用回收材料进行重新利用的,这是福特多年来的可持续发展理念驱使,也是创始人亨利・福特早在1923年的时候就已经在做的事:联络各种科研的课题组来探讨是不是可以用大豆造燃料、油漆或者其他塑料制品。现在,福特车内地毯下面用到的回收的隔音棉,就是采用回收的牛仔裤,是跟广东东莞的供应商一起进行回收利用的。H&M在全球也特别注重可持续材料这一块,福特全球跟H&M应该是有一些合作的,包括国外有一些论坛。
2013年上市的翼虎,是在业界第一个将蓖麻油改性材料运用于车辆仪表盘的制造,这样的材料可以让仪表盘摸上去更软、更强、生产效率更高,更重要的是可以每年在中国市场减少2000桶原油的使用。
关键词:新能源资源潜力发展现状对策建议
新能源的特征与分类
新能源是相对常规能源而言的,一般具有以下特征:尚未大规模作为能源开发利用,有的甚至还处于初期研发阶段;资源赋存条件和物化特征与常规能源有明显区别;开发利用技术复杂,成本较高;清洁环保,可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放;资源量大、分布广泛,但大多具有能量密度低的缺点。根据技术发展水平和开发利用程度,不同历史时期以及不同国家和地区对新能源的界定也会有所区别。发达国家一般把煤、石油、天然气、核能以及大中型水电都作为常规能源,而把小水电归为新能源范围。
我国是发展中国家,经济、科技水平跟发达国家差距较大,能源开发利用水平和消费结构跟发达国家有着明显不同,对新能源的界定跟发达国家也存在着较大差异。小水电在我国的开发利用历史悠久,装机容量占全球小水电装机总容量的一半以上,归为新能源显然是不合适的。核能在我国的发展历史不长,在能源消费结构中所占比重很低,仅相当于全球平均水平的八分之一,比发达国家的水平更是低得多,核能在我国应该属于新能源的范围。
根据以上分析,可以把新能源范围确定为:太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能、天然气水合物、核能、核聚变能等共9个品种。生物质能在广义上分为传统生物质能和现代生物质能,传统生物质能属于非商品能源,是经济不发达国家尤其是非洲国家的主要能源,利用方式为柴草、秸秆等免费生物质的直接燃烧,用于烹饪和供热;现代生物质能包括生物质发电、沼气、生物燃料等,是生物质原料加工转换产品,新能源中的生物质能仅指现代生物质能。传统生物质能和大中小水电可称之为传统可再生能源,太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能则统称为新型可再生能源,是新能源的主要组成部分。
资源评价
跟常规能源相比,新能源最显著的优势就是资源量巨大(见表1)。太阳能是资源量最大的可再生能源,即使按最保守的可开发资源量占理论资源量1%计算,每年可供人类开发的太阳能也有1.3万亿toe,约相当于目前全球能源年需求量的100倍。风能的可开发资源量较低,但开发技术难度和成本也较低,全球陆上风电年可发电量约53亿kWh,相当于46亿toe。生物质能可开发资源量为48~119亿toe,不过由于存在粮食安全和环境问题,可开发资源量难以全部转化为能源。地热能的热源主要来自于长寿命放射性同位素的衰变,每年的再生量可达200亿toe以上。按照目前的技术进展情况,全球40~50a内可开发地热资源为1200亿toe,10~20a内可开发地热资源为120亿toe。海洋能资源量并不算丰富,按照全球技术可装机容量64亿kW、年利用2000小时计算,只有11亿toe。天然气水合物属于新型的化石能源,资源量相当于传统化石能源资源量的2倍,达20万亿toe。全球铀矿资源量为992.7万t,如果用于热中子反应堆,所释放的能量约相当于1400亿toe,而如果用于快中子反应堆,所释放的能量可提高60~70倍。核聚变所消耗的燃料是氘,海水中的氘有40万亿t,理论上可释放出的能量为3万亿亿toe,按目前能源消费量计算,可供人类使用200亿年以上。氢能的制备以水为原料,燃烧后又产生水,可无限循环利用,既是二次能源也可在广义上称之为可再生能源。
从以上数据可以看出,能源资源完全不存在短缺或枯竭问题,人类需要克服的最大障碍是开发利用的技术和成本问题。随着技术的进步和能源价格的上涨,目前不可开发的新能源资源有可能变为可开发资源,因此,对新能源来说,理论资源量是相对不变的,而可开发资源量却可能会大幅度增加。
开发利用现状
不同种类的新能源在资源分布、技术难度、使用成本等多方面存在相当大的差异,因而新能源的开发利用程度各不相同。在新型可再生能源中,太阳能、风能、生物质能和地热能发展势头良好,已经进入或接近产业化阶段,尤其是太阳能热水器、风电以及生物燃料,已经形成较大的商业规模,成本也降至可接受水平。核能技术已经成熟,核电在国外已过发展高峰期,在我国则刚刚兴起。核聚变、氢能、天然气水合物、海洋能仍处于研究和发展之中,距离商业化还有较大距离。
截止到2009年2月,全球核电装机已达3.72亿kW,年发电量2.6万亿kWh,在全球一次能源结构中的比重约为6%左右。相比而言,新型可再生能源的开发利用程度还很低,以2006年为例,其在全球一次能源供应量中的比重仅为1%左右,占全部可再生能源的比例也仅为8%左右。2007年,全球新型可再生能源发电装机量为1.65亿kW,相当于全球电力装机总容量的3.7%(见表2)。德国、美国、西班牙、日本等发达国家的可再生能源产业化水平已达到较高程度,其市场规模和装备制造水平跟其他国家相比具有明显优势。我国也是世界重要的可再生能源大国,太阳能热水器产量和保有量、光伏电池产量、地热直接利用量以及沼气产量都位居世界第一。不过,我国对新型可再生能源的开发多集中在技术含量较低的供暖和制热领域,在可再生能源发电技术水平和利用规模方面跟国外相比还存在较大差距。我国新型可再生能源发电装机容量仅为905万kW,占全球5.5%,远低于我国电力装机总容量占全球16%的比重。
我国发展新能源的政策建议
我国是世界第一大碳排放国、第二大能源消费国、第三大石油进口国,发展新能源具有优化能源结构、保障能源安全、增加能源供应、减轻环境污染等多重意义,同时也是全面落实科学发展观,促进资源节约型、环境友好型社会和社会主义新农村建设,以及全面建设小康社会和实现可持续发展的重大战略举措。我国政府把发展新能源上升到国家战略的高度而加以重视,陆续出台了多部法律法规和配套措施。
从近几年的总体发展情况来看,我国新能源发展势头良好,增速远高于世界平均水平,不过由于种种原因,新能源发展过程中的许多障碍和瓶颈仍未消除,主要表现在:资源评价工作不充分,技术总体水平较低,成本跟常规能源相比不具备竞争力,产业投资不足,融资渠道不畅,市场规模偏小,公众消费意愿不强,政策法规体系不够完善。结合国内外新能源发展的历史和现状,借鉴全球各国新能源发展经验,针对目前我国新能源发展过程中存在的问题,特提出如下对策建议。
(一)正确选择新能源发展方向
根据资源状况和技术发展水平,确立以太阳能为核心、核能和风能为重点的发展方向。太阳能是资源潜力最大的可再生能源,化石能源、风能、生物质能及某些海洋能都间接或直接来自于太阳能,地球每年接收的太阳辐射能量相当于当前世界一次能源供应量的1万倍。我国的太阳能热利用已经走在世界最前列,太阳能光伏电池的产量也已经跃居世界第一,不过在太阳能光伏发电方面却与光伏电池生产大国的地位极不相符。我国应进一步扩大在太阳能热利用方面的优势,同时把发展并网光伏和屋顶光伏作为长期发展重点。风能是利用成本最低的新型可再生能源,风电成本可以在几年内降低到常规发电的水平,目前已经初步具备市场化运作的条件。我国风力资源较丰富的区域为西部地区及东部沿海,属于电网难以到达或电力供应紧张的地区,发展风电应是近期和中期的努力方向。核燃料的能量密度远高于常规能源,核电站可以在较短时间内大量建造,迅速弥补电力装机缺口,最近国家发改委已经把核电规划容量提高了一倍多。
(二)加大新能源技术研发力度
我国从事新能源技术研究的机构分布在上百个高校和科研机构,数量虽多,但由于力量分散,具有世界水平的研究成果并不多。建议整合具有一定实力的新能源研究机构,成立中央级新能源科学研究院。抓住当前因金融危机而引发全球裁员潮的有利时机,积极创造条件吸引国外高端研究人才。以新能源重大基础科学和技术的研究为重点,加强科研攻关,尽快改变我国新能源科学技术落后的面貌。密切与国外的技术合作与交流,充分利用CDM机制,注重先进技术的引进并进行消化吸收与再创新,努力实现技术水平的跨跃式发展。
可再生能源大多具有能量密度低、资源分布不均衡等缺点,对其进行低成本、高效率利用是新能源开发的首要问题。显然,可再生能源开发技术的复杂程度要比常规能源高得多,涉及资源评价、材料和设备制造、工程设计、配发和管理等多个领域,必须进行跨学科联合攻关,这对我国目前相对封闭的科研体制提出了挑战。国家需要在搞活科研创新机制、打造科研合作平台、加大知识产权保护力度等方面做更多的努力,营造良好的科研环境。
(三)有序推进新能源产业化和市场化进程
只有实现新能源的大规模产业化和市场化,才有可能使新能源的利用成本降至具有竞争力的水平,为新能源普及打下基础。在新能源开发成本较高、使用不便的情况下,推进新能源产业化和市场化必须由政府作为推手。促进产业化和市场化的措施涉及电价、配额、示范工程、技术转化、税费减免、财政补贴、投资融资等,要对各种新能源的不同特点进行充分分析,分门别类地制定合适的激励政策。为保证政策的长期有效要建立完善的督促检查机制,对违规行为进行惩处,以维护国家政策措施的严肃性。
国家应及时更新新能源产业的投资指导目录,引导、鼓励企业和个人对新能源的投资。同时,也要对新能源投资行为进行规范,避免一哄而上,造成局部重复投资或投资过热。防止企业借投资新能源套取财政补贴、减免税费或增加火电投资配额等不良行为。约束高污染新能源行业的投资行为,尤其是多晶硅副产品四氯化硅所带来的环境污染问题值得关注。
(四)及早实施“走出去”战略
我国是铀矿资源贫乏的国家,资源量远不能满足未来核电发展的需要,铀矿供应必须依赖国际市场。有关资料统计世界上铀矿资源丰富的国家有澳大利亚、美国、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯等,这5个国家的资源量合计占全球的比重为三分之二。其中,澳大利亚和哈萨克斯坦都是无核电国家,所生产的铀矿主要用于出口。我国与哈萨克斯坦等国家关系良好,可作为实施铀矿“走出去”战略的重要目的国。合作重点应该放在最上游的勘探、开采领域,争取获得尽可能多的探矿权和采矿权,为我国核电站提供稳定、长期的核燃料来源。
目前全球对天然气水合物的地质工作程度还非常低,这为我国获取海外天然气水合物资源提供了绝好的机会。在油气资源领域,美国、日本等发达国家已经把全球的优质资源瓜分完毕,而在天然气水合物领域,我国还存在较多获取海外资源的机会。太平洋边缘海域陆坡、陆隆区及陆地冻土带的天然气水合物资源丰富,这一地带所涉及的国家主要是俄罗斯、美国、加拿大,应努力争取获得跟上述三国合作开发的机会。拉丁美洲国家沿海的天然气水合物资源也比较丰富,要充分利用这些国家技术力量薄弱、研究程度低的现状,加强与这些国家合作,以期能够在未来取得这些国家的天然气水合物份额。
东南亚处于热带地区,自然植被以热带雨林和热带季雨林为主,特别适合油料作物的生长,是发展生物柴油产业的理想区域。东南亚国家是我国的近邻,可为我国的生物柴油产业提供丰富而廉价的原料。我国可采取以技术、市场换资源的合作方式,在当地设立林油一体化生产基地,产品以供应我国国内为主。
(五)调整、完善新能源发展规划和政策措施
我国已经出台的新能源发展规划有《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源发展“十一五”规划》、《核电中长期发展规划(2005-2020年)》等,部分行业部门和地方地府也针对实际情况制定了各自的发展规划。国家级的规划存在两个问题:一是发展目标定得偏低,如风能到2010年的发展目标为1000万kW,到2020年的发展目标为3000万kW,而事实上,1000万kW的目标已经于2008年实现,3000万kW的目标也可能提前于2012年左右实现;二是缺乏设备制造产业和资源评价方面的目标。
国家有关部门应密切跟踪国外新能源现状,充分考虑新能源资源量、技术发展水平、环境减排目标、常规能源现状等因素,对我国新能源发展规划作出适当调整和完善,为新能源产业发展提供指导。我国有关新能源与可再生能源的规定和政策措施并不比国外少,但这其中有许多已经不再符合我国的实际,应立即对不合时宜或相互矛盾的规定和措施进行清理,制定出切实可行、可操作性高的配套法规和实施细则。
(六)建立符合国际标准的新能源统计体系
做好新能源的统计可为新能源科学研究、政府部门决策、企业发展目标的制定等提供重要依据和参考。我国在新能源统计方面与发达国家相比还有着相当大的差距,目前对新能源的统计主要依靠行业协会或学会,但这些机构所提供的统计数据在系统性、时效性、科学性等方面很难令人满意。迄今为止,我国没有任何机构和个人能够对新能源发展现状进行系统、全面、及时地统计,许多涉及我国的新能源统计数据只有国外网站才能提供。建议国家有关部门调集各方力量成立专门的新能源统计机构,通过各种渠道收集国内外新能源统计数据,并把数据及时公布。
国际能源机构对一次能源进行统计时,将可再生能源的发电量直接换算成油当量,并不按火电容量因子进行折算。但我国有关部门在统计时,往往是按火电容量因子(约为33%左右)把可再生能源发电量进行折算,这意味着有关部门的统计结果要比国际能源机构所提供的统计结果大2倍左右,这样极易引起误解和混乱。国际能源机构是全球最大、最权威的能源统计和研究部门,所采取的统计方法和公布的统计数据被世界各国广泛认可。为了便于对国内外新能源发展状况进行对比研究,建议国家有关部门在统计方法方面采用国际能源机构的标准。
参考文献:
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人口问题
医疗卫生事业的发展使得人口出生率和成活率迅速提高,死亡率大幅度下降,引起全球人口急剧增长。
世界人口递增的时间越来越短。工业革命时期1800年到1839年,世界人口由10亿增加到20亿,到1960年为30亿,1975年为40亿,1987年7月为50亿。发展中国家占世界人口比重由50年代的66.8%上升到80年代的74.9%。至2000年全球人口增加到61亿,其中85%的增加大多集中在亚洲、非洲和拉丁美洲。
而在未来的30年中,人口增加率将会减缓,到2030年时,世界人口,的总数将为80亿。人口增长率将达到历史性的低点。
从文化教育程度看目前,全球有9.6亿文盲,其中1.3亿儿童。发达许多成绩优秀的高中龄毕业生不愿选择理工等相对艰苦的专业,使得在培养艰苦岗位上所需合格人才陷于困境。发展中国家无力培养更多的人才,而人才从发展中国家向发达国家的流失更加剧了发展中国家的人才危机。以印度为例,到1990年为止,在外谋生的科学家和熟练技术人员达41万,到2000年达54万。
从健康的角度看人口素质,许多疑难病、奇特病的增加表明人口素质的下降。如艾滋病、变异链球菌、奥罗凯病毒、登革热病毒、非典病毒等。正以惊人的速度吞噬人类的生命。
发达国家的人口问题
人口总规模萎缩,人口老龄化。1991年,瑞典老人比重18%,英国16%,日本12%。造成的问题:①社会经济负担加重②劳动力老龄化③生产率低④社会问题多。
发展中国家的人口问题
农业人口多,出生率高,“越穷越生,越生越穷”恶性循环。引发的社会问题是,①贫穷与饥饿②失业③奇型城市化,其后果是失业加剧,人口分布奇型,出现大量工棚区。
(2)
温室效应
地球大气中起温室作用的气体称为温室气体,主要有二氧化碳(CO2)、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。它们几乎吸收地面发出的所有的长波辐射,其中只有一个很窄的区段吸收很少,因此称为"窗区"。地球主要正是通过这个窗区把从太阳获得的热量中的70%又以长波辐射形式返还宇宙空间,从而维持地面温度不变,温室效应主要是因为人类活动增加了温室气体的数量和品种,使这个70%的数值下降,留下的余热使地球变暖的。从19世纪末以来的百年间,由于全球平均气温上升了0.3-0.6℃,因而全球海平面相应也上升了10-25厘米。到2100年全球的平均气温会增高多少?IPCC的第一次评估报告中预计相应升温1.5-4.5℃,海平面上升70-140厘米。第二次评估升温1.0℃一3.5℃,海平面上升最可能值为50厘米。海平面的升高直接威胁到沿海国家以及30多个海岛国的生存和发展。
(3)
厄尔尼诺
位于南纬4~14°的秘鲁是世界上产鱼的大国之一,这个国家的鱼粉产量占世界首位。这是由于秘鲁沿海存在着一支旺盛的上升流,也就是说,在那一带海区里,除水平流动的海流外,还有不断地从海底深层向海面涌升上来的上升流,这种上升流能把海底丰富的磷酸盐和其他营养盐分带到海洋上层,滋养着世界上著名的秘鲁渔场。如果这支上升流减弱或是消失,这样,临近赤道区的暖流就会入侵,引起秘鲁沿岸海域的水温升高,经初步研究发现厄尔尼诺现象平均5年左右发生一次,发生的时间长短不一,短则几个月,长可达二年。当地居民把这种暖流的季节性南侵,由此引起的海面水温升高的现象,称为“厄尔尼诺”。
厄尔尼诺现象在一般年份,这种现象大约隔几年就会在圣诞节前后发生,向南侵犯的范围只能到达南纬几度,待到来年3月,海面水温又恢复常态,对长期生活在这里的鱼类和鸟类没有多大的影响。厄尔尼诺现象各年发生的状况是不完全相同的,有的年分暖水入侵的距离远些,有的年分则近些。暖水入侵强盛时,可抵达南纬十几度,这时秘鲁沿岸水温就会迅速增高,生活在这一海域里适应冷水环境的浮游生物和各种鱼类,就会因环境的突变而大量死亡,与此同时,以鱼为食的各种海鸟,也会因缺少食物大批死亡。
经多年观测研究,发现厄尔尼诺现象出现时,不仅对秘鲁沿岸带来灾害,甚至影响到全球气候的异常。每当厄尔尼诺现象严重时,常发现全球一些地区或是暴雨成灾、洪水泛滥,而另外一些地区则是久旱无雨,农业歉收。科学家们把这种带有全球性的气候变异与厄尔尼诺现象紧密联系起来,发现它们之间有着很紧密的关联,全球气候异常的前兆往往可以从上年或年初厄尔尼诺现象发生的状况中找到。随着科学研究的深入,对厄尔尼诺现象发生的机制也有了新的认识,对厄尔尼诺现象最初含义也发生了变化,现在只有发生在中、东赤道太平洋地区大范围的海水温度升高,通常要持续一年以上的增温现象才称为厄尔尼诺现象
(4)
臭氧层变薄
臭氧是由三个氧原子组成的,总量只占大气的百万分之0.4。在一般温度下,为气体状态,呈浅蓝色。大气中的臭氧绝大部分集中在平流层25--30公里范围内,称为臭氧层。可是如果把臭氧气体统统压缩到地面大气压力情况下,单位面积上的臭氧层厚度只有薄薄的3毫米。这个薄薄的臭氧层,能够阻止太阳光中99%的紫外线,有效地保护了地球生物的生存。如果减少到正常值的50%以上,人们形象地说这是个臭氧洞。南极臭氧洞2000年9月3日南极上空的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里,超出中国面积两倍以上。最近十年北半球的臭氧总量减少了3 .6%,引起皮肤癌、白内障、免疫力下降等疾病。强烈的紫外线会使农作物、微生物产量大幅下降。甚至会危及海洋20m深处的鱼。
(5)
土壤过分流失,土地荒漠化扩展
土壤最重要的成分是"有机质",它由微生物和动植物的代谢物组成,是土壤的养分。土壤的养分和水分不足以使大量的植物生长的状况就是土地沙化。沙化土壤的主要成分为无机物,沙壤粗糙如砂、保水能力很差,即便有植物生长,也十分稀疏。形成1厘米厚的土壤需要100-400年。但,现在全世界35%的土地荒漠化。
非洲的荒漠化问题在全世界最为突出;但所有大陆都存在荒漠化。在亚洲,70%的干旱耕地约100万公顷面临荒漠化。荒漠化每年给全球造成的损失达423亿美元,据联合国1995年统计,全球荒漠化面积为4.56×107km2,几乎等于俄罗斯、中国、加拿大、美国的土地面积的总和。有9亿人的生命受到荒漠化摧残。
(6)
酸雨
酸雨不仅对淡水生态系统造成危害,又使土壤酸化,并危害植物根系和茎叶。植物是陆地生态系统的生产者,动物是消费者,微生物是分解者。植物受到危害,动物和微生物相继受到影响,破坏陆地生态系统的平衡。科学家曾经试验给植物浇酸水,只要水的pH值低到3以下,水稻、松树、向日葵等叶子表面就会出现坏死斑点;显微镜下观察叶子表面的毛孔和气孔都受到损害,严重影响光合作用。而且酸水夺去了植物体内的钙镁等物质使植物逐渐衰弱。植物叶子变黄就是因为镁不足,叶绿素难以合成的缘故。松树等针叶树所以对酸雨特别敏感,是因为针叶树全年不落叶,酸雨造成的损害会在针叶中逐年积累起来。酸雨还可使农作物大幅度减产。例如,冬小麦在pH为3.5的酸雨影响下将减产13.7%,pH为2.5时更减产34%。大豆和蔬菜也易受酸雨危害,使产量和质量(蛋白质含量)下降。在欧洲大陆的最北部北极圈附近地区,许多地区的苔藓和地衣因酸雨而消失,所以出现了“地衣沙漠”的名词。
另外一个严重问题是,酸雨还使土壤中的铝、汞等十分有害的金属离子游离出来。这不仅对陆地植物,而且对水生的动植物都是十分有害的。欧洲和北美几千个湖泊鱼类灭绝成为死湖,这是一个重要原因。所以过去加拿大等国家曾试验在湖中和农田中加石灰中和酸性,但是湖中鱼仍不能存活,农田施用石灰有些情况下也不起作用,主要就是因为湖水和土壤中因酸化溶出的金属铝、铜、锌、镍等离子毒性并没有消失的缘故。
人类活动造成的酸雨成分中,以硫酸为最多,一般约占60%一65%,硝酸次之,约30%,盐酸约5%,此外还有有机酸约2%左右。硫酸主要是因为燃烧矿物燃料释放的二氧化硫,其中最大的排放源是发电厂、钢铁厂、冶炼厂等,还有家家户户的小煤炉。目前全世界人为释放的二氧化硫每年约1.6亿吨。硝酸是由氮氧化物形成的。氮氧化物气体主要是在高温燃烧的情况下产生的。例如,汽车发动机燃烧室中,以及矿物燃料在高温燃烧时都会放出氮氧化物。氯化氢的人工源除了使用氯化氢的工厂以外,焚烧垃圾(塑料制品中有大量的氯)和矿物燃料燃烧时也都会释放这种气体。人类活动造成的二氧化硫和氮氧化物与自然源相比数量上虽然大体相当(即各占约50%左右),但是因为自然界自我清洁能力有限。硫氧化物和氮氧化物在大气中形成酸雨的过程是十分复杂的大气化学和大气物理过程。如果形成酸性物质时没有云雨,则酸性物质会以重力沉降等形式逐渐降落在地面上,这叫做干性沉降,以区别于酸雨、酸雪等湿性沉降。干性沉降物在地面遇水时复合成酸。酸云和酸雾中的酸性,由于没有得到直径大得多的雨滴的稀释,因此它们的酸性要比酸雨强得多。高山区由于经常有云雾缭绕,因此酸雨区高山上森林受害最重,常首先成片死亡。
1979年11月在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上,通过了《控制长距离越境空气污染公约》,并于1983年生效。《公约》规定,到1993年底,缔约国必须把二氧化硫排放量削减为1980年排放量的70%。目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有:
1、原煤脱硫技术,可以除去燃煤中大约40%一60%的无机硫。
2、优先使用低硫燃料,如含硫较低的低硫煤和天然气等。
3、改进燃煤技术,减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如,液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石,与二氧化硫发生反应,生成硫酸钙随灰渣排出。
4、对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法,可以除去烟气中85%一90%的二氧化硫气体。不过,脱硫效果虽好但十分费钱。例如,在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用,要达电厂总投资的25%之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。
(7)
森林面积锐减,生物物种加速灭绝
热带雨林地处热带地区,主要分布在赤道周围的三十三个国家,形成一条带子,占地球陆地面积7%,是全世界最关注的环境区域。热带雨林对地球和人类有多方面的重要功能,最主要的有:
1) 它为地球半数以上的生物物种提供了栖息和生存地,因此是地球上生物多样性最丰富的地区;
2) 它为人类提供了丰富的原料,如:巧克力、坚果、水果、胶类、咖啡、木料、橡胶、天然杀虫药、纤维和燃料;
3) 它是一座天然药库。从医疗手术中使用的麻醉剂,到避孕药丸,再到治疗高血压、白血病、帕金森病、恶性淋巴肉芽肿病、多发性硬化症等难症和绝症的药物,热带植物给人们提供了药效很好的成分,已用于临床;
4) 它可以大量吸收地球大气层中的二氧化碳,因而能够帮助减少地球上的温室效应,具有维护地球气候平衡的功能;
5) 它能大量吸收降雨,储存淡水资源,防止水土流失,防止洪水的发生;
6) 它为地球上近一亿人口提供着生活资源和生存基础。
热带雨林只分布在中美州、非洲、亚洲的一些国家和地区,我国的云南和海南岛有热带雨林,是珍贵的地球财富。
(8)
环境污染加剧
任何不属于空气成分的物质大量进入空气之后,空气污染就发生了,比如:燃烧释放出的黑烟。在城市和农村,空气里常常含有少量或微量的其它气体成分,比如:一氧化碳、氮和硫的氧化物、甲烷、臭氧、硫化氢、碳氢化物、氯氟烃(CFCs)以及各种悬浮颗粒物。大自然中的植被(树木、灌木和草)可以放出氧气,吸收二氧化碳和多种空气中的污染成分和颗粒物。所以,在植物茂密的地方,空气往往很干净、清新。但是,如果空气中污染物的浓度过高,植物也会受到毒害。水污染本不是人类有意制造的,只因为无知,人类才做了这毁掉自己生命之源的蠢事。水体本身有一定的自净能力,那是水生生物的功劳。植物可以吸收废水中的成分变成自己生长需要的营养,微生物可以在溶解氧的帮助下分解水里的污浊之物, 把它们转化成干净的二氧化碳和水。于是,大自然中的水流才得以保持清澈透明。但是,当我们把过多的生活和工业污水排入水体(河流或湖泊)中,超过了水的自净能力,毒害了能够吸收和分解污物的水生生物时,水体污染就发生了。汽车排放的酸性物质氮氧化物会与空中的水蒸气直接形成酸雨,对城市环境和森林地区造成酸雨危害从食物到垃圾,从垃圾到肥料,从肥料再滋养食物,循环往复。这是一个十分珍贵、充满智慧的传统生活经验。当今的发达国家对垃圾处理进行了反复深入研究之后,得出的结论仍旧是:堆肥是处理垃圾最好的办法。汽车排放的铅粒,泄漏的汽油对公路旁的农田、地下和地表水体有直接的污染作用。现在全世界有13亿人居住在未达世界卫生组织规定的标准的城市。