導語：如何才能寫好一篇生物質能的缺點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：生物質 生物質電廠 秸稈 收集

一、生物質能源概述

生物質能是動植物和微生物通過光合作用形成的。它歸根結底還是太陽能的一種表現形式。因此從理論上講這種能量和太陽能一樣是取之不盡用之不竭的，并且可以再生。生物質能目前在國內外已經得到了廣泛的利用，并且將逐步發展壯大下去。生物質是全球的第四大能源，前三個能源分別為炭、石油和天然氣。而生物質能的燃料主要包括有小麥、玉米、棉花和高粱等農作物的秸稈，也有的用木材加工的廢料。生物質是可再生能源，這種能源既環保又很清潔。雖然生物質在地球上的總量是很多的，分布也非常廣泛，但得到利用的卻很少很少，具有著非常大的潛力。

生物質能源中的碳和硫含量是很少的，因此燃燒產生的有害氣體也是很少的，并且由于生物質在生長中也會吸收很多二氧化碳，因此不會影響溫室效應的加劇。生物質能源的另一個重大好處便是方便運輸和儲存，由于一般的可再生能源例如風能和太陽能等都是不可運輸不便存儲的。生物質能中所占比例最大的要數農作物的秸稈了，我國農作物秸稈資源是非常豐富的。不過雖然豐富，但農作物秸稈卻也有著儲運不方便、資源分散、和能源密度低等缺點。由于這些缺點導致到目前為止利用率依舊不高。

二、目前國內外生物質電廠發展狀況

目前世界上都在竭力將生物質能源運用到各個領域中，其中非常成功的領域要數生物質發電技術了，以高效直燃形式發電，以這種方式用于電廠的技術在國外已經非常成熟了。由丹麥率先提出了農林生物質進行高效直燃發電技術，并且提出后立刻被聯合國列為了重點項目。雖然我國的生物質發電才起步不久，不過也已經有一些以生物質發電為主的電廠相繼建成并且投入使用了。

1.國外生物質秸稈發電現狀

發達國家一直竭力于開發可再生能源，其中丹麥國家的BWE公司率先研發了生物質發電技術，并且取得了非常大的成功..到目前為止，丹麥全國已經有將近140家的秸稈發電廠了。這種發電技術為丹麥國家帶來了非常高的收益，也使得丹麥的石油年消費量下降了好多。隨著丹麥國家的成功案例，使得接下來荷蘭等歐洲國家相繼開始投入到生物質發電研究中。

2.國內生物質秸稈發電現狀

我國是農業發展大國，秸稈的資源可以說是非常豐富的，如果不能很好的利用的話就實在太可惜了。目前農民都把大部分的秸稈直接在田里燃燒掉，這樣是非常浪費資源的，同時對于環境的污染也是不容忽視的。如果這些秸稈資源都能夠投入使用的話，結果一定很不一樣，農民既可以得到另一份的收入，也可以為生物質發電廠提供更多的能源，同時對于環境的保護也是有一定的影響的。

我國是從2003年開始有生物質發電廠項目的。截止到2007年底，一項不完全統計顯示我國已經批準有87個生物質發電項目，總的裝機容量也是達到了220萬千瓦，示范項目地點總體分布于我國的北部，例如山東、黑龍江、遼寧、吉林、新疆等等。但我國的生物質秸稈發電卻也存在著一些問題，這些問題導致我國的生物質發電技術難以以更快的速度發展壯大。首先是秸稈收購上存在著相應的困難。由于秸稈收集的勞動量是很大的，因此很多農民選擇進城打工獲取更高的收益，有的在廠地周邊的人又本身生活很富裕，也不在乎收秸稈的一點收入。現如今農民選擇的收割方式也是非常不利于秸稈收集的，農民基本上都是直接取走玉米，將秸稈留在原地。還有一個問題就是運輸方面很困難，秸稈本身是很輕的，體積又非常大，因此非常不利于長距離的運輸。同時生物質發電電廠的投資量都是非常大的，設備基本上都需要進口，基本上生物質發電廠都處于虧本狀態。

我國發展生物質電廠是非常必要的，因為首先我國的生物質能源的資源是非常豐富的，我國的農作物秸稈大約有3億頓可以作為燃料，加上其他生物質資源如林木廢棄物等大約有6億噸的生物質可以作為燃料使用，這個總量可以說是非常大的。發展生物質能同時也起到了保護環境的作用，我國由于燃燒秸稈等造成的環境污染還是非常嚴重的，將秸稈進行統一收集統一處理是一個非常好的環保手段。另一方面農民也可以因此而獲得更高的收益。

三、生物質電廠燃料秸稈收集情況

由于燃料的難以供應，導致我國的很多生物質電廠都面臨著虧損狀態，甚至面臨著破產的困境。生物質發電廠一直以來是那么的受眾人恩寵，但現如今卻全部虧損，最主要的原因就是秸稈的收集狀況非常困難。

生物質電廠找不到秸稈資源的最主要的原因就是秸稈的收集非常難，很多發電廠都不得不使用樹皮、木屑等作為替代原料。一家生物質發電廠的負責人指出，按原先的計劃，他們需要用30多萬噸的秸稈作為燃料用于發電，現如今卻只有五分之一。他們只好通過其他燃料代替，例如一些樹皮、稻殼等等，可謂是“生活非常艱難”。

據相關部門的了解，生物質發電廠的收購費用已經占據了生產成本的百分之八十左右，可謂基本上都放在了燃料的收集上。許多專家認為，政府應該考慮到秸稈的利用情況，使規劃布局變得更加合理，并且提出相應方案對生物質發電廠給予相應的扶持和幫助。這樣我們的生物質電廠才能發展的更加好。

總的來說，隨著地球上能源的逐漸短缺，生物質能源這種可再生能源的利用是勢在必行的，一個國家要想持續發展，一定到想辦法利用起生物質能源來。生物質發電廠現如今處在了非常艱難的時刻，希望能夠通過政府和社會解決秸稈收集難的問題，幫助生物質電廠不斷發展壯大下去。

參考文獻

[1]王志剛.基于12MW秸稈發電工程控制方案的研究[J].科技創新導報.2010年07期.

[2]張衛杰.關海濱.姜建國.李曉霞.閆桂煥.孫榮峰.許敏.孫立.我國秸稈發電技術的應用及前景[J]；農機化研究；2009年05期

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關鍵詞：教學改革；新能源發電技術；創新人才培養

作者簡介：韓楊（1982-），男，四川成都人，電子科技大學機電學院電力電子系，講師。

基金項目：本文系電子科技大學中央高校基本科研業務費資助（項目編號：2672011ZYGX2011J093）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）14-0046-02

“新能源發電技術”是電子科技大學電氣工程及自動化、機械設計制造及自動化、工業工程三個專業課程體系中的一門重要課程。該課程屬于高年級本科生的專業選修課，共32課時、內容多、知識面廣、綜合性強。[1， 2]由于三個專業的學生知識體系存在一定差異，在教學理念、教學內容、教學方法等方面，需要做出系統的設計和創新。筆者在教學過程中，充分吸收國外高校模塊化教學模式、凝練教學內容，充分利用交互式教學方法，采用課堂講授、提問與解答、課程項目、研究報告等手段，把互動式教學方法成功應用到教學實踐中。課程以電能變換與控制為主線，鼓勵不同專業背景的學生組成研究小組對課程項目進行協作研究，提升了學生的學習興趣，培養了學生的自主創新能力。[3， 4]

一、國外“新能源發電技術”教學內容與模式回顧

1.麻省理工學院（MIT）的模塊化教學模式

課程簡介：課程評估當前和未來潛在的能源系統，包括資源提取、轉換和最終使用技術，重點區域和全球能源需求。研究各種可再生能源和傳統能源的生產技術，能源最終用途和替代品，在不同國家的消費習慣。

第一部分：能源的背景。欠發達國家日益增長的能源需求、發達國家可持續的未來能源。能源概述、能源供給和需求的問題；能源轉換和經濟性分析，氣候變化和應對措施。模塊1：能量傳遞和轉換方法。模塊2：資源評估和消耗分析。模塊3：能量轉換、傳輸和存儲。模塊4：系統的分析方法。模塊5：能源供應，需求和存儲規劃。模塊6：電氣系統動力學。模塊7：熱力學與效率的計算。

第二部分：具體的能源技術。模塊1：核能的基礎和現狀；核廢料處理；擴建民用核能和核擴散。模塊2：化石能源的燃料轉換，電源循環，聯合循環。模塊3：地熱能源的類型；技術、環境、社會和經濟問題。模塊4：生物質能資源和用途，資源的類型和要求。

第三部分：能源最終用途，方案評估和權衡分析。模塊1：汽車技術和燃料經濟政策。模塊2：生物質轉化的生命周期分析；土地使用問題、凈能量平衡和能量整合。模塊3：電化學方法電能儲存、能量轉換，燃料電池。模塊4：可持續能源，非洲撒哈拉以南地區的電力系統的挑戰和選擇。

2.瑞典皇家理工學院（KTH）課程內容與要求

課程內容：替代能源和可再生能源的全方位的介紹和分析，包括整合這些解決方案以滿足能源服務的要求。包括現有和未來的替代能源，如水能、風能、太陽能、光伏、光熱，燃料處理；可再生能源系統面臨的挑戰；動態整合各種可再生能源。在整個教學過程中，學生的讀、寫和研討主題是“先進的可再生能源系統技術”，特別是通過項目工作和多個為期半天的研討會對相關專題進行研討，每個人都參與演講和討論，并邀請有行業工程背景的專家和政策制定者來課堂參與探討，豐富課堂內容、提升教學質量。

課程要求：在課程結束時，學生應能夠分析和設計能源系統，利用風能、生物能源、太陽能產生電力或用于加熱與冷卻。完成課程后，學生能詳細說明風能、生物能、太陽能基本原理和主要特點，以及它們之間的區別。能掌握這3種可再生能源系統的主要組件，了解基于化石燃料的能源系統對環境和社會的影響。

3.威斯康星大學（UWM）課程內容與要求

課程內容：學習有關國家最先進的可再生能源系統，包括生物質、電力和液體燃料，以及風力、太陽能、水電。學生們將對可再生能源電力和能源供應做工程計算，并要了解可再生能源的生產、分配和最終使用系統。能源存儲、可再生能源政策；經濟分析，購買和銷售能源；風能理論與實踐；太陽能可用性，光熱和光伏發電系統；水電；地熱，潮汐能和波浪發電；生物能源、生物質燃燒熱力和電力；生物質氣化，生物油熱解；生物燃料的生命周期評估。

課程要求：掌握基本的可再生能源系統的工程計算，了解可再生資源評估和能源基礎設施一體化。確定可再生能源系統的環境影響。設計和評估可再生能源系統的技術和經濟上的可行性。了解能源在社會中的關鍵作用。了解可再生能源發展的公共政策、市場結構。卓越學生的學習成果：能夠運用數學、科學和工程原則進行實驗設計，并能分析和解釋實驗現象。有能力設計一個系統、部件或過程，以滿足預期要求，具備解決工程問題和有效溝通的能力。

二、創新人才培養模式下“新能源發電技術”教學設計

通過對該課程的學習，使學生了解中國的能源現狀，掌握電源變換與控制技術的基本原理，掌握光伏發電和風力發電的基本原理及系統的構成，加深對中國風力資源和風力發電基本原理的認識，理解生物質資源的利用現狀、轉換與控制技術的基本原理，了解天然氣、燃氣發電與控制技術的基本原理和應用情況。吸收國外經驗，設計教學模塊。

1.電源變換和控制技術

內容要點：電力電子器件的概念、特征和分類，不可控器件——電力二極管，半控型器件——晶閘管，電力場效應晶體管——電力MOSFET，絕緣柵雙極型晶體管——IGBT；AC—DC變換電路：二極管整流器——不控整流，晶閘管整流器——相控整流，PWM整流器——斬波整流；DC—DC變換電路：單管不隔離式DC—DC變換器，隔離式DC—DC變換器；DC—AC變換電路原理、分類、參數計算；AC—AC變換電路。

課堂提問：晶閘管的導通和關斷條件是什么？相控整流與PWM整流電路區別是什么？交流調壓電路的基本原理是什么？什么是逆變？如何防止逆變失敗？

課程項目1：讓學生設計一個50kW的相控整流和PWM整流電路，進行MATLAB仿真分析，比較兩種整流電路的區別，要求分組討論、制作PPT演講，撰寫研究報告。

2.風能、風力發電與控制技術

內容要點：風的產生、特性與應用；風力發電機組的結構、分類與工作原理；風力發電的特點、控制要求和功率調節控制；風力發電機組的并網運行和功率補償：同步發電機組、異步發電機組和雙饋異步發電機組的并網運行和功率補償。

課堂提問：簡述風能轉換的基本原理。風力機的空氣動力學參數有哪些？具體怎么求解？風力機有哪幾種分類方法？

課程項目2：讓學生設計基于全功率變換器的風力發電系統，在課程項目1的PWM整流電路的基礎上，設計整流和逆變電路及其控制算法，進行MATLAB仿真，驗證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫研究報告。

3.太陽能、光伏發電與控制技術

內容要點：太陽能利用方式、分類及原理，中國光伏發電的歷史和研究現狀；太陽能電池的工作原理，太陽能電池材料的光學性質、等效電路、輸出功率和填充因數，太陽能電池的效率、影響效率的因素及提高的途徑；太陽能電池制造工藝，多、單晶硅制造技術；太陽能光伏發電系統設備構成，正弦波PWM技術，逆變器基本特性及評價；獨立光伏發電系統的結構及工作原理、系統構成；并網光伏發電系統的分類、特點、結構、供電形式和設備構成。

課堂提問：多晶硅和單晶硅的制造工藝有什么不同？根據制作工藝的不同它們各有什么特點？什么是正弦波PWM逆變技術？并網光伏發電系統由哪幾部分構成？

課程項目3：讓學生設計小功率并網光伏發電系統，在課程項目2逆變電路的基礎上，設計單相及三相逆變電路及其控制算法，進行MATLAB仿真，驗證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫研究報告。

4.生物質能的轉換與控制技術

內容要點：生物質能的定義、生物質資源特點及類別；生物質能轉換和發電技術、生物質能轉換的能源模形式，城市垃圾、生物質燃氣發電技術；生物質熱裂解發電技術的分類、生物質熱裂解機理，生物質熱裂解技術及裝置簡介；我國生物質能的利用現狀及開發生物質能的必要性，生物質能發電前景。

課堂提問：生物質能的優缺點是什么？根據其優缺點如何揚長避短充分利用生物質資源？生物質熱裂解的機理是什么？請詳細分析說明。影響生物質熱裂解的因素有哪些？具體是如何影響的？

5.天然氣、燃氣發電與控制技術

內容要點：天然氣水合物的概念，形成機理及化學性質；天然氣的綜合利用、環境價值與發展前景；小型燃氣輪機發電機組的原理及用途、主要形式及應用前景；燃氣輪機組的電能變換與控制系統、電網供電及控制；燃氣發電機組的并網運行與控制策略，DC-AC低頻并網逆變技術，DC-AC/ AC-DC-AC三級變換高頻環節并網逆變技術；燃氣發電機組高頻并網逆變的控制策略。

課堂提問：小型燃氣輪機組并網發電的原理是什么？簡述燃氣輪機組電能變換系統的結構和工作原理。燃氣發電機組高頻并網逆變是如何實現的？

三、結束語

在充分吸收國外高校“新能源發電技術”模塊化教學模式的基礎上，以人才培養為中心，凝練教學內容、改革教學方法，提高了學生對該課程的學習興趣，課堂互動得到明顯改善，不同專業背景的學生能夠對課程項目進行協作研究，發揮各自的特長收集和吸收國外前沿技術，在PPT演講、研究報告撰寫方面鍛煉了學生的綜合能力，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]何瑞文，謝云，陳璟華.電氣工程及其自動化專業建設與實踐模式探討[J].中國電力教育，2012，（3）：72-73.

[2]王三義.淺談新能源發電技術[J].中國電力教育，2011，（15）：92-93.

篇3

2009年3月底，發改委宣布將汽、柴油價格每噸分別提高290元和180元。這是自今年1月15日成品油定價機制改革以來，根據“原油成本定價法”實施的首次油價調整。對此，國家發改委給出的解釋是：油價調整鑒于近期國際油價持續上漲。

盡管金融危機爆發以后，全球原油價格不斷下跌，但是石化能源消耗的不可持續性是不可能改變的，人們早就把眼光投向了生物質能源領域。生物質能源是地球上最普遍的一種可再生能源，它是通過植物光合作用，將太陽能以化學能的形式貯存在生物體內的一種能量形式，被稱為綠色能源。但是如果用玉米、高粱等糧食來制作乙醇等生物質能源，將威脅全球的糧食安全。因此，對于生物質能源的原料，人們的目光一直集中在傳統的陳化糧、木質素、動物油脂等領域，然而對于生物質能源的重要來源、開發前景同樣廣闊、屬水生植物的藻類卻認識不足。

作為一種重要的可再生資源，藻類具有分布廣泛、生物量大、光合作用效率高、環境適應能力強、生長周期短、產量高等突出特點。而藻類中的微藻，更是遍布全球的浮游植物，它在海洋、淡水湖泊等水域或是潮濕的土壤、樹干處，在任何有光照且潮濕的地方都能生存。而每年由微藻光合作用固定的二氧化碳，竟達全球二氧化碳固定量的40％以上。微型藻生物技術的開發，將為我國提供新的能源途徑。

陽光和水的結晶

微藻，其細胞中含有獨特的初級或次級代謝產物，化學成分復雜，太陽能轉化效率可達到3.5％，因而作為能源原料的潛力十分巨大。從微藻中得到的脂肪酸可轉化成脂肪酸甲酯，即生物柴油。與柴油相比，生物柴油除了具有較好的燃料性能、性能和安全性能以外，還具有有害氣體排放低的環保特性。在沸石催化劑的作用下，微藻通過熱化學轉化可以生產出汽油型燃料；生長在海水中的綠藻，能積累大量游離的甘油以平衡環境中的鹽濃度，其甘油的含量可占自身干重的85％。

山東省科技廳副廳長、青島國家海洋科學中心主任李乃勝說，通過微型藻類生產能源有很多優勢一一微藻幾乎能適應各種生長環境，不管是海水、淡水、室內、室外，還是一些荒蕪的灘涂鹽堿地、廢棄的沼澤、魚塘、鹽池等都可以實現種植；微藻產量非常高，一般陸地能源植物一年只能收獲一到兩季，而微藻幾天就可收獲一代，而且不因收獲而破壞生態系統，就單位面積產量來說比玉米高幾十倍；不占用可耕地，藻類可以種植在海洋或露天的池塘，因而可利用不同類型的水土資源，具有不與傳統農業爭地的優勢；產油率極高，微藻含有很高的脂類(20％～70％)、可溶性多糖等，1公頃土地的年油脂產量是油菜籽的80倍；微藻加工工藝相對簡單，微藻沒有葉、莖、根，不產生無用生物量，易于被粉碎和干燥，預處理成本比較低微；微藻熱解所得生物質燃油熱值高，平均高達33MJ／kg(兆焦爾／千克)，是木材或農作物秸稈的1.6倍，最后，有利于環境保護，藻類植物能捕獲空氣中的二氧化碳，有助于控制溫室氣體排放。

微藻種植可與二氧化碳這樣的溫室氣體地處理和減排相結合，據統計，占地1平方公里的養藻場可年處理5萬噸二氧化碳，而且微藻不含硫，燃燒時不排放有毒有害氣體，整個產油過程非常清潔。

據估算，我國鹽堿地面積達1.5億畝，假如用14％的鹽堿地培養種植微藻，在技術成熟的條件下，生產的柴油量可滿足全國50％的用油需求。

此外，太湖區域藍藻的大面積爆發，也使科研人員開始思考藍藻的治理和利用問題，而將藻類轉化成燃料油或許是太湖藍藻變害為寶的良方。但要使這種“變化”成為經濟可行的能源生產方式，還有很多問題要解決。譬如，藻細胞的收獲、藻細胞中水分的脫除、灰分的降低等。

高成本的門檻

我國的內海域按自然疆界可達473萬平方公里，向外海延伸至國際公共海域，面積更為廣大。可以說，以微藻生產生物質能源，蘊含著海量的潛能。既然如此，為什么目前科研人員沒有大規模地用藻類來生產生物質能源呢?

中國科學院水生生物所徐旭東研究員認為，高成本是目前的主要障礙。因為利用高等植物和微藻生產生物質能源，其能量都來自于太陽光。地球上單位面積、單位時間內接受到的太陽光能是在限定范圍內的，要生產大量的生物燃料，必須依賴于大規模的植物或微藻生產面積。此外還要把這些微藻從廣大面積上收集起來，再進行工業加工。因此，生產、收集和運輸所耗費的能量與其可產出的能量之間的比例，是決定生物能源產業發展的關鍵。也就是說，微藻只有在單位面積上高密度產出，才是相對于其他高等植物產油的優勢關鍵所在。

但以目前的技術水平，微藻培養也存在單位面積生產能耗大、投入成本高的問題，因此，要使微藻生物柴油成為真正的替代能源，降低微藻的生產能耗和成本至關重要。

徐旭東說，微藻的大規模培養主要有開放池和密閉反應器兩類方式。開放池培養成本相對較低，但是藻類生長所達到的細胞密度較低，某些情況下容易被當地其他微藻侵染，水蒸發量大；密閉培養可達到較高的藻細胞密度，不易被雜藻侵染，水蒸發量小，但反應器造價和運轉成本較高。因此，前途是需要發展出集二者優點，而回避各自缺點的新型培養方式。此外，微藻培養液中細胞只占很小一部分，絕大部分是水，還需要發展出低能耗的收集細胞，并循環使用培養液的技術。

盡管利用微藻生產生物質能源困難重重，但是我國科學家在此研究領域還是取得了重大突破。新奧集團副總裁、首席科學家甘中學說，新奧集團的微藻生物能源技術完全模擬生態環境運作――利用微藻的光合作用，讓微藻在生長中吸收煤化工生產中排放的工業廢氣，再從培育出的微藻中提煉生物柴油以及其他高附加值產品。

微藻是一種單細胞高生長率的生物，每4小時可繁殖一代。甘中學說，“我們不但結合了微藻轉基因工程改造、高通量篩選等技術，獲取生長速度快、油脂含量高、適合工業生產的優良藻種；而且采用高密度立體養殖技術和高效低成本光生物反應器技術，提高光利用效率及二氧化碳吸收效率；還運用含氮、磷較高的工業廢水回收技術和工業廢熱利用技術，提高養殖效率，降低養殖成本，實現微藻生物能源的產業化。”此外，微藻生物能源技術還將結合非燃燒催化氣化技術、地下氣化采煤技術、低成本制氫技術、甲烷化和發電技術等，實現煤基能源生產的“零”排放和“系統能效”最大化。

據悉，新奧集團目前已經完成實驗室和中試規模的工藝技術路線，完成了研發中心試驗平臺建設與中試示范化工程。在此基礎之上，新奧集團將于2012至2013年實現微藻生物能源的產業化和盈利，形成可復制的產業化單元技術，實現生物能源產品和高附加值產品的生產。

據統計，我國有大量低品位褐煤不易開采和利用。同時，傳統煤礦的開采率只有40％至50％，以至于全國大約有370億噸廢棄煤。“這項技術可以對褐煤及廢棄煤進行氣化開采，利用率可達73％左右”，甘中學說。新奧集團在內蒙古烏蘭察布建立了試驗區，已經成功運行了9個月，目前是我國唯一掌握該技術的單位。

全球熱潮

目前，微藻生物質能源已經在世界各國掀起了一股研究和開發熱潮，很多發達國家在微藻生物質能源項目上投入了大量資金，這些資金不僅來自政府投入，還有相當大一部分來自實力雄厚的企業。

世界上以發展生物質能源產業為目的，并進行較大規模的微藻產油研究始于20世紀70年代末。1978年，美國能源部啟動了一項利用微藻生產生物柴油的水生生物種計劃，研究人員經過10多年的努力，從美國西部、西北、西南部和夏威夷采集并分離到了3000株微藻，篩選出其中300余株具備潛力的產油藻種。該研究計劃還對其中生長速度快、油含量高的微藻采用開放池系統進行室外培養試驗。

從1990年到2000年，日本國際貿易和工業部曾資助了一項名為“地球研究更新技術計劃”的項目。該項目利用微藻來固定二氧化碳，再從這些微藻中提煉出生物質能源。該項計劃共有大約20多家私人公司和政府的研究機構參與，10年間共投資約25億美元，篩選出多株高品質藻種，建立起了光生物反應器的技術平臺，以及微藻生物質能源開發的技術方案。

2006～2008年，石油價格一度大幅上揚，大大刺激了微藻生物質能源產業化技術的開發，美國等發達國家的政府和企業在該領域紛紛投入巨資，在國際上掀起了一股勢不可擋的熱潮。

2006年11月30日，美國兩家公司在亞利桑那州建立了可與1040兆瓦電廠煙道氣相聯接的商業化系統，成功地利用煙道氣的二氧化碳，大規模“光自養”培養微藻，并將微藻轉化為生物燃料。同時由美國著名實驗室和科學家組成的國家聯盟，宣布了由國家能源局支持的“微型曼哈頓計劃”，計劃在2010年實現微藻制備生物柴油的工業化。

新西蘭某生物經濟公司針對微藻生產的生物柴油，進行了世界首次概念驗證。2006年12月，新西蘭能源部長以生物柴油作為動力，駕駛一部未經改裝的標準豪華休旅車，沿著威靈頓高速公路奔馳，這是生物柴油的光榮之路。

2007年末，國際能源公司宣布開發以微藻為原料生產可再生柴油和噴氣燃料，稍后，美國公司投資70億美元開展微藻生物柴油技術的研究，并在夏威夷建立了一個試驗工廠通過利用海洋藻類的植物油生產生物柴油。接著，美國第二大石油公司宣布與美國能源部可再生能源實驗室(NREL)協作開發微藻生物柴油技術，用作噴氣式發動機等交通工具的燃油。

2008年3月10日，PetroSun公司宣布其位于美國得克薩斯州的微藻養殖場于2008年4月1日投入商業化運作，這是該公司初期的商業化微藻制生物燃料裝置投產。現有的微藻養殖場的海水槽占地1100英畝，共包含94個5英畝和63個10英畝的海水池塘。

位于美國加州的Live Fuels公司正在資助一個由國家實驗室(美國能源部的一個研究部門)領導的科學團隊，從事一系列研究利用邊際土地，在淡水或咸水環境中培養微藻，并且利用微藻生產油脂。該公司樂觀地估計，2000～4000萬英畝的邊際土地生產出來的微藻油可以替代整個美國每年進口的石油，并且可以保留下整個美國4.5億英畝的肥沃土地來種植糧食作物。

美國國防部于2008年底宣布投入2000萬美元基金進行微藻生物柴油研究工作，主要目的在于在2010年前證實并使基于海藻的生物質燃料能夠實現商業化并成為JP-8噴氣燃料的替代品，該項目由遍布美國的各個機構共同實施，包括美國加州理工大學圣地亞哥分校的Scripps海洋研究所、夏威夷生物能源研究所(Hawaii Bio Energy in Honolulu)以及北達科他大學能源環境研究中心(University of North Dakotds Energy and Environmental research center)等。華盛頓州立大學的陳樹林教授與波音公司合作，研究利用微藻開發戰斗機用油。

除美國、日本、新西蘭、荷蘭等國以外，英國也不甘落后。據英國《衛報》消息，英國日前啟動一項藻類生物燃料公共資助項目，計劃將耗資2600萬英鎊，于2020年前實現利用藻類生產運輸燃料以代替傳統的化石燃料。

中國微藻能源的開發

在國際大環境之下，中國對微藻生物質能源的研究也處于領先水平。

2003年初，中國工程科學院組織各領域專家在北京召開了“生物柴油植物原料發展研討會”。會上專家認為，藻類的生物量巨大，一旦高產油藻開發成功并實現產業化，我國生物柴油產業規模將達到數千萬噸。

2006年底，在中國工程院主辦的“2006中國生物質能源發展戰略論壇”上，我國確定了自己的生物能源發展方針――“中國生物能源將以非糧作物為主，國家將采取各種優惠的財稅政策，推進中國生物質能源的快速發展。”

2008年5月，中科院高技術研究與發展局、中國科學院生命科學與生物技術局與中石化石油化工科學研究院聯合組織召開了“微藻生物柴油技術研討會”。目前，浙江省也在積極籌劃立項支持微藻生物柴油技術開發工作，擬建立微藻生物能源研究基地，利用其沿海優勢開展海洋微藻生物能源方面的研究工作。

2009年3底，國家科技基礎性工作專項重點項目“非糧柴油能源植物與相關微生物資源的調查、收集與保存”項目在廣州啟動實施。該項目擬在全國范圍內開展非糧柴油能源植物和相關微生物資源的全面的科學考察、野外實地調查、相關數據資料的采集，摸清我國非糧柴油能源植物和相關微生物資源的家底，掌握能源植物和相關微生物資料的種類、分布、貯藏量、化學成分等科學資料和相關信息，提出重點開發的種類，為能源植物與微生物的研究和生物柴油產業的可持續發展提供支撐。

由于目前世界上絕大多數國家在微藻生物能源的研究開發上時間并不長，大部分的工作都是在最近幾年剛剛開始。因而，“在微藻生物柴油開發方面，我國與發達國家相比差距并不明顯，甚至處于領先地位。如何抓住當前的有利時機，整合優勢資源，開發我國自己的微藻生物柴油技術，從而使我國在世界可再生能源研究領域占有一席之地，是我國政府、科研工作者和企業亟待思考和解決的問題，”甘中學這樣說。

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【關鍵詞】糠醛；生產技術；升級發展

糠醛又稱呋喃甲醛，透明無色帶苦杏仁氣味之油狀液體，是我國的傳統出口化工產品之一，由于以糠醛為原料直接或間接衍生出的化工產品達1600多種，主要用于生產糠醛樹脂、呋喃樹脂、糠醛-尿醛樹脂、酚醛樹脂等。也用于制備果酸、增塑劑、溶劑和火箭燃料等。糠醛的生產以富含多縮戊糖的干蔗渣、玉米芯、稻殼等可再生的農林作物為原料，具有可再生的特點，所以，在石油、煤、天然氣等能源日益緊張的今天，大力發展糠醛產業，努力開發其下游產品，拓寬其應用領域具有重大意義。

1.糠醛生產工藝簡介

1.1工藝原理

糠醛的基本生產原理是：富含多聚戊糖的玉米芯，在酸性催化劑的作用下，經升溫加壓進行水解、生成木糖，木糖脫水生成糠醛。其反應式如下：

H+ -3H2O

（C5H8O4）n+nH2O——n（C5H10O5）——nC5H4O2

生產工藝流程大體分為五個工段：原料粉碎、拌酸、水解、蒸餾、精餾。

1.2國內外工藝技術概況

目前，國內外糠醛生產工藝種類較多，就水解和精餾而言大體可分為兩大類，一類為固定床水解、間歇精餾或連續精餾；另一類則是旋轉床水解、間歇精餾或連續精餾。水解催化方式分為有酸水解與無酸水解，我國的糠醛生產全部使用有酸水解；無酸水解工藝目前尚不成熟，主要是采用玉米芯在中壓（大于1.6MPa）水解釜中產生醋酸而進行自水解，缺點是成品收率相對較低。

1.3工藝流程描述

原料粉碎拌酸水解冷凝蒸餾冷凝毛醛中和精餾冷凝成品。

2.目前行業存在的問題

（1）生產規模：單體生產能力小、產能不集中。目前，國內的糠醛廠大多為年產3000t產能，近兩年有新建年產5000t的生產系統，但還是延續傳統的工藝，未能充分體現出規模效應，單位產品攤銷費用相對較高，規模弱勢凸顯，市場競爭力相對較弱。

（2）人力成本：一套年產3000t/a系統生產定員為50人，隨著人力資源成本的不斷上升，工人工資費用由5年前的250元/t醛升高至目前的520元/t醛。

（3）安全環保問題：排渣、運渣、硫酸輸送等工段均為人工操作，自動化程度較低，生產過程中存在一定的安全隱患；鍋爐均為手動上渣鍋爐，密封性能差、效率低，污染物排放不穩定；釋放氣體未有合理的回收裝置，刺激性氣體大部分釋放至大氣中。

（4）水解鍋體積小，操作自動化程度低，造成蒸氣能耗相對較高，目前行業大多使用12-15m3水解鍋，噸醛蒸氣消耗達21t-23t，整體設備利用率較低。

3.行業改造升級思路

根據原料收購半徑，規劃產能合并至10000t/年產，公司年消耗玉米芯原材料10.5萬噸，每年產生的廢糠醛渣約為14.85萬噸，為了充分利用糠醛渣生物質能，實現資源綜合利用，發展低碳經濟，淘汰現有的落后工藝，籌建生物質能發電項目，并將糠醛生產系統進行優化：

（1）將手動燃渣鍋爐升級整合為兩臺具有國內先進技術水平的35t/h循環流化床燃渣熱電鍋爐，平均效率較現有鍋爐提高40%。

（2）建設2×3.3MW生物質能發電項目，年均發電量為4752萬kwh，折合節約標準煤5萬噸，可以減少二氧化碳排放量約15萬噸。

（3）鍋爐環保設施系統綜合治理，各項污染物指標達到國家相關標準要求。煙氣采用靜電+高效布袋除塵（裝置處理，鈉鈣雙堿法（濕法）脫硫處理后經60m煙囪排放。

（4）采用水解排渣系統全密封裝置，將釋放出的無組織氣體設計專用回收裝置收集、蒸發冷凝器冷卻成液體后進系統回用，徹底解決無組織氣體的氣味污染。

（5）采用無堿中和與輕組分（甲醇、丙酮）回收的連續精餾裝置系統。

（6）所有環保設施及各崗位進行DCS系統自動化控制，采用分級分層體系結構，由工作站和通信網絡兩大部分組成，將各個工作站連接起來，實現集中監視、操作、信息管理和分散控制。

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據統計，世界3/4以上的人口生活在生態消耗速度超過環境更新速度的國家，按人均計算，消耗能源前5位的國家分別為美國、澳大利亞、阿拉伯聯合酋長國、科威特和丹麥。若按照人們對資源和環境的需求，到本世紀30年代，人們將需要兩個地球才能維持現在的生存水平。因此，能源與環境是影響人類生存質量的重要挑戰，需要有相當擔當的國家、地區、社團、機構、學校、企業和個人共同來承擔起這份艱巨而光榮的社會責任。

在不可再生能源（化石能源、煤炭）等一系列能源日漸枯竭的同時，太陽能、水能、風能、生物質能等的研究利用已方興未艾。太陽能熱水器、太陽能發電、風電廠、大壩，水力發電等都在不斷的研究中。

以風能為例，風能是由太陽輻射熱引起的一種自然現象，風能儲備量是地球上可利用開發水能的10倍，是每年可燃燒煤炭的3倍。全部可用的風能理論上來說有30多億千瓦時，而中國目前可開發利用的風能只有2.5億千瓦時，還有巨大的發展潛力。由于風能的儲量巨大，分布廣泛、且沒有污染（每10兆瓦風電可以減少9.35噸二氧化碳、0.49噸粉塵，節約3.73噸煤）而成為新能源產業中最收關注的能源之一。

目前，丹麥、西班牙、美國、印度等國都已站在風能利用的前沿。根據國家的中長期發展規劃要求，到2020年，太陽能、風能、生物質能的發電量要增長10倍。國內風電的研究已經取得了一系列進展。在眾多的風能利用方式中，磁懸浮的風電技術已經成為具有較為完善體系的先進技術。深圳順禧機電技術開發有限公司（以下簡稱順禧機電）研制的三利牌磁懸浮風力發電機系列產品經過8年多的實驗開始進行小批量生產。順禧機電研制的磁懸浮風力發電機系列產品的風力利用率高，并在充分開發了水平軸的同時，開始進行垂直軸的利用。

在風力發電機中，水平軸普遍被各國優先選用，特別是大型的風電機，但是它的缺點也很明顯，即對啟動的風速要求較高，必須以電力啟動。以日本NHK公司的風電機組為例，它的風速達到4米時，風能開始啟動：當風速超過10米時，就要開始反向送電，并需要減速，否則就會吹斷風葉。在風速過低和風速過高的情況下，它都沒有發電。也就是說，當它在4米的時候開始啟動，在5米的時候開始充電，一年只有1／3的時間有這樣高的風速，那么一年就會有2／3的時間是不能運作的，大量的風能就無法被利用。因此未來的研究重點就是如何延長發電的時間，在風速較高和風速較低的情況下都可以發電。

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我國目前生物質氣化應用最廣泛的領域是集中供氣以及中小型氣化發電，少量用于工業鍋爐供熱。農村集中供氣工程解決了農作物秸稈的焚燒和炊事用能問題，而生物質氣化發電主要針對具有大量生物質廢棄物的木材加工廠、碾米廠等工業企業。我國的秸稈氣化主要用于供熱、供氣、發電及化學品合成。

（1）秸稈氣化供熱。秸稈氣化供熱是指秸稈經過氣化爐氣化后，生成的燃氣送人下一級燃燒器中燃燒，為終端用戶提供熱能。秸稈氣化供熱技術廣泛應用于區域供熱和木材、谷物等農副產品的烘干等，與常規木材烘干技術相比具有升溫快、火力強、干燥質量好的優點，并能縮短烘干周期，降低成本。

（2）秸稈氣化供氣。秸稈氣化供氣是指氣化爐產生的生物質燃氣通過相應的配套設備為居民提供炊事用氣。秸稈氣化供氣又分為集中供氣和單獨供氣兩種類型。

①秸稈氣化集中供氣。生物質氣化集中供氣系統是20世紀90年代以來在我國發展起來的一項新的生物質能源利用技術。它是在農村的一個村或組，建立一個生物質氣化站，將生物質經氣化爐氣化后轉變成燃氣，通過輸氣管網輸送、分配到用戶，系統規模一般為數十戶至數百戶供氣。目前，我國已廣泛推廣利用生物質氣化技術建設集中供氣系統，以供農村居民炊事和采暖用氣。

在秸稈氣化集中供氣系統中，氣化爐的選用是根據不同的用氣規模來確定的，如果供氣戶數較少，選用固定床氣化爐；如果供氣戶數多(一般多于1000戶)，則使用流化床氣化爐更好。秸稈燃氣的爐具與普通的城市煤氣爐具有所區別，國內此類爐具的生產廠家也較多，效果較好，可以滿足用戶要求。

②戶用秸稈氣化供氣。該種方式為一家一戶的農村居民使用，戶用小型秸稈氣化爐，產生的燃氣直接接人爐灶使用，系統具有體積小、投資少的優點。但也有明顯的缺點：由于氣化爐與灶直接相連，生物質燃氣未得到任何凈化處理，因而灶具上連接管及氣化爐都有焦油滲出，衛生很差，且易堵塞連接管及灶具；因氣化爐較小，氣化條件不易控制，產出氣體中可燃氣成分質量不穩，并且不連續，影響燃用，甚至有安全問題；從點火至產氣需要有一定的啟動時間，增加了勞動時間，而且該段時間內煙氣排放也是個問題。

③秸稈氣化發電。我國在生物質氣化方面有一定的基礎。早在20世紀60年代初就開展了這方面的研究工作，近20年來加快了生物質氣化發電技術的進一步研究。開發的中小規模氣化發電系統具有投資少、原料適應性和規模靈活性好等特點，已研制成功的中小型生物質氣化發電設備功率從幾千瓦到5000千瓦。

氣化爐的結構有層式下吸式、開心式、下吸式和常壓循環流化床氣化爐等，采用單燃料氣體內燃機和雙燃料內燃機，單機最大功率已達500千瓦。

農業廢棄物氣化發電技術經過近年來的研究、探索，分別解決了流化床氣化、焦油裂解、低熱值燃氣機組改造、焦油污水處理和系統控制及優化等各種核心技術，在技術的產品化和標準化研究、提高農業廢棄物氣化發電站的成套性和實用性方面取得較大進展，形成了具有我國特色的農業廢棄物能源利用方式。我國的生物質氣化發電正在向產業規模化方向發展，在國內推廣很快，而且設備還出口到泰國、緬甸、老撾等東南亞國家和地區。目前已簽訂的中小型農業廢棄物氣化發電項目總裝機容量40兆瓦以上，成為國際上應用最多的中小型生物質氣化發電系統。

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我國能源環境與世界能源問題相比更為嚴峻,一方面我國人均能源可采儲量遠遠低于世界平均水平,而且能源消耗巨大。以建筑能耗為例,建筑能耗大體占到全國總能耗的30%—40%,是發達國家的2—3倍以上。我國人均耕地只占世界的1/3,而實心粘土磚每年毀田達12萬畝;我國水資源僅為世界人均占有量的1/4,而衛生潔具耗水量高出發達國家30%以上,污水回水率僅為發達國家的25%;鋼材、水泥等物耗水平也要比發達國家高出10%—30%。

國務院發展研究中心所作的一份研究報告認為,現階段隨著國民經濟的持續發展和城鄉建設的加快,我國住宅建設日益擴大。據推測,到2015年,城鎮50%以上的建筑將是21世紀內建造的。因此,有效的降低建筑業的能源資源消耗,減少建筑行業造成的環境污染,將對整個社會可持續發展起著至關重要的作用。

2環境污染狀況

2.1溫室效應

目前已發現有30多種氣體能夠引起溫室效應,其中較為主要的有CO2,CH4,O3,CO,N2O、水蒸氣、二氯乙烷、四氯化碳及氟氯烷等。溫室效應引發全球變暖所帶來的影響和危害主要有幾個方面:海平面上升;全球降雨不均衡,有的地區發生洪澇、有些地區發生干旱;影響大氣環流,出現異常天氣情況,造成農作物歉收;快速的氣候變化造成大量物種的滅絕,對生物產生多樣化影響;全球變暖造成生態系統和環境的變化,引起傳染病的流行,危害人類健康。

2.2臭氧層破環

臭氧層能有效地阻止大部分有害紫外光通過,而讓可見光通過并達到地球表面,為各種生物的生存提供必要的太陽能。而當前人類的活動正在使臭氧層遭到幾乎毀滅性的破壞,人工合成的含有氯、氟的一些物質,尤其以氟利昂和哈龍,對臭氧層的破壞最大。臭氧層遭到破壞會帶來嚴重的后果,主要在以下幾個方面:使人體免疫機能下降,增加患皮膚癌、白內障的概率;過量的陽光造成農作物減產,森林的退化;海洋生態系統遭到破環;加劇溫室效應和全球變暖。

2.3酸雨

酸雨是指pH<5.6的降水,是大氣環境質量綜合因素的客觀反映。對酸雨形成起主要作用的Sox和Nox均來自于天然源和人工源,尤其以煤炭和石油燃燒過程中釋放的二氧化碳,礦物燃料中含氮物質燃燒時產生氮氧化物,以及汽車、飛機的尾氣,都產生Nox。

酸雨對農業的影響主要造成土壤酸化,肥力降低;酸雨會造成水體酸化,破壞水生生態系統;酸雨還會造成植物黃葉并脫落,森林成片衰亡;同時,酸雨會危害人體健康,誘發癌癥、老年癡呆等疾病,使人患動脈硬化、心梗、肺水腫的概率大大提高。

3建筑產業對環境的影響和破壞

建筑環境是人類活動對資源影響的一個非常明顯的例子。世界1/6凈水供應給建筑,建筑消耗掉1/4的木材,消耗掉2/5的材料與能量。全球的建筑相關產業消耗了地球能源的50%,水資源的50%,原材料的40%,同時產生了42%的溫室氣體,50%的水污染,48%固體廢棄物,50%的氟氯化合物,同時建筑結構也影響水域、空氣質量以及社會群體的結構等較大的范圍。

4建筑維護結構的節能

4.1墻體的設計

外墻傳熱在建筑物總體傳熱中所占的比例最大,當前我國大多采用保溫節能墻體,分為三類:外墻外保溫、外墻內保溫、中空加芯復合墻體。

其中外保溫具有適用范圍廣、保護主體結構延長建筑壽命、減少熱橋、擴大使用面積等特點,外保溫技術的運用推廣得到了很大發展,較為成熟的外保溫技術有:EPS薄抹灰外墻外保溫系統、膠粉EPS顆粒保溫漿料外墻外保溫系統、EPS板現澆混凝土外墻外保溫系統、EPS鋼絲網架板現澆混凝土外墻外保溫系統、機械固定EPS鋼絲網架板外墻外保溫系統。

4.2門窗的設計

節能門窗要有良好的隔熱保溫性能,夏季能阻止熱量進入室內,冬季能阻斷室內熱量傳出室外。目前具有較好效果的節能門窗主要有:塑料門窗、鋁木復合門窗、玻璃鋼門窗,以及采用發展注膠段熱冷橋技術。

5建筑供熱系統的節能(以居住建筑為例)

建筑節能包括了兩個系統工程,即建筑本身工程節能,和建筑供能系統的節能。而現在許多的“節能建筑”只是圍護結構熱工性能滿足規范節能設計要求,而并不能稱其為節能建筑。

建筑不僅應具有良好的圍護結構熱工性能,還要有優化的供能系統,兩者結合組成一個有機系統工程,這個系統能有效運行的關鍵在于供能可調性。例如在集中供熱住宅中,實行供熱熱量計量,用戶根據自己需要調控室溫;在有,可在建筑中設置太陽能利用裝置,冬季當室內太陽得熱能補充室溫時,室內可調供熱系統就能減少對常規熱源的使用。

6能源的綜合利用和新能源的開發

6.1太陽能的利用

太陽能作為一種可持續利用的清潔能源,被認為是21世紀以后人類可期待的、最有希望的能源,并得到了國際社會的普遍重視。太陽能熱利用的兩個主要方面在于太陽能熱水器與太陽能建筑。

6.2地熱的綜合利用

(1)空氣源熱泵是在供熱工況下將室外空氣作為低溫熱源,從室外空氣中吸收熱量,經熱泵提高溫度送入室內供暖。空氣源熱泵系統簡單,初投資較低。空氣源熱泵的主要缺點是在夏季高溫和冬季寒冷天氣時熱泵的效率大大降低,其不適用于寒冷地區,在冬季氣候較溫和的地區,已得到相當廣泛的應用。

(2)地源熱泵系統是利用較深地層中未受干擾常年保持的恒溫,其遠高于冬季的室外溫度,又低于夏季的室外溫度,可以克服空氣源熱泵的技術障礙,且效率大大提高。在地源熱泵系統中,冬季通過熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱,同時使大地中的溫度降低,儲存了冷量,可供夏季使用;夏季通過熱泵把建筑中的熱量傳輸給大地,對建筑物降溫,同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用。

(3)地表水熱泵系統是在靠近江河湖海等大量自然水體的地方,利用這些自然水體作為熱泵的低溫熱源而設計的一種空調熱泵的形型式。但是,這種地表水熱泵系統也受到自然條件的限制,同時這種熱泵的換熱對水體中生態環境也會造成一定程度的影響。

(4)地下耦合熱泵系統是利用地下巖土中熱量的閉路循環的地源熱泵系統。它通過循環液(水或以水為主要成分的防凍液)在封閉的地下埋管中的流動,實現系統與大地之間的傳熱。在冬季供熱過程中,流體從地下收集熱量,再通過系統把熱量帶到室內;夏季制冷時逆向運行,即從室內帶走熱量,再通過系統將熱量送到地下巖土中。地下耦合熱泵系統保持了地下水熱泵利用大地作為冷熱源的優點,同時又不需要抽取地下水作為傳熱的介質,是一種可持續發展的建筑節能新技術。

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【關鍵詞】能源動力；人才培養；改革

能源是國民經濟的命脈，是國家可持續發展的重要物質基礎和根本保證。能源與動力工程類專業正是致力于培養能從事能源開發與利用的技術與管理人才。目前，全國有200余所高校開設了能動相關本科專業，其中大部分已經建設較為成熟，部分985和211高校的能動專業在國內已具備一定的影響力且具備鮮明特色[1]。而三峽大學的能動專業于2011年才開始立項建設，并同年開始招生。作為地方高校新開設的能動專業，在人才培養方面必須適應社會和行業需求，符合我校 “高素質、強能力、應用型”的人才培養的目標，因而，在專業建設伊始，就不能完全照搬其他高校能動專業人才培養模式，需要結合實際情況，大膽改革和創新，才能在國內同類專業中快速占領一席之地，并以高起點快速穩健發展。

1 國內外研究現狀

歐洲和美國的大學將能動類專業設置在機械工程系中，且不以專業來單列，而只是機械類的一個方向，稱為熱流科學（Thermal and Fluid Science）或能量系統（Energy system），而核工程與核技術則一般單獨設立，或者設在化工系中，例如美國麻省理工學院、佛羅里達大學等，機械工程的教學與研究范圍覆蓋了目前國內本科生專業目錄中的機械類、能源動力類的范圍，這樣就大大擴展了能動專業的學科基礎和專業領域，以此來適應“應用型”人才培養的需求，使學生獲得堅實的專業理論和寬廣的專業知識。

我國能源動力類專業形成于20世紀50年代[2]，當時在蘇聯教育體制的影響下的分為10個三級專業，經1993、1998、2012年三次修訂最終合并為1個專業：能源與動力工程，使得專業覆蓋面被大幅度拓展，要求本專業學生主要學習動力工程及工程熱物理的基礎理論，學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術，受到現代動力工程師的基本訓練；具有進行動力機械與熱工設備設計、運行、實驗研究的基本能力。要實現以上人才培養目標，關鍵在于如何緊跟行業需求并結合高校自身情況，制定科學的人才培養方案并認真執行。然而，經前期大量調研結果表明，目前國內高校尤其是地方院校在能動專業人才培養上存在以下特點或不足：

（1）專業劃分過細，口徑太窄。大部分高校在能動專業中設置了多個專業方向，如水力發電、火力發電、清潔燃燒、供暖、制冷等，并將專業課分方向模塊進行教學，這極大地限制了學生的選擇空間，不利于學生專業知識拓展，使學生在擇業時被固定在某個方向上，缺乏競爭力。

（2）人才定位不盡合理。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

能源動力類專業是實踐性、技術性很強的專業，且專業覆蓋的技術領域非常廣泛，針對具體的應用領域其技術專業性又較強，而高校在該專業人才培養的過程中一方面不可能面面俱到，設置過多的專業方向，另一方面又不能過于集中，而使得學生的專業知識領域過窄，導致就業方向沒有選擇余地。因而，在人才培養過程中要更多地考慮專業領域的共性，增厚專業基礎，拓寬專業口徑，使學生獲得盡量寬廣的專業綜合知識，才能具備一定的競爭力，以適應現代能源動力領域對專業人才的需求。

【參考文獻】

[1]徐翔，余萬，陳從平，方子帆，李響，趙美云.三峽大學“能源與動力工程”專業培養方案的制訂與完善[J].科教文匯：上旬刊，2014（6）：60-61.

篇9

關鍵詞：木質纖維素水解液；抑制物；釀酒酵母

引言

我國每年產生數量龐大的固體廢棄物，焚燒已成為最常見的固廢處置方式，該方式不僅浪費資源，還嚴重影響空氣質量。報道顯示微生物可將生物質轉化為液態、氣態的燃料，具有能耗低、轉化效率高和不產生二次污染等優點，因此，以生物質材料作為原材料開發新能源已受到世界范圍的關注[1]。

農作物秸稈和木材廢棄物在固體廢棄物中占重要地位，其主要成分是木質纖維素。木質纖維素是一種典型的生物質，利用微生物代謝木質纖維素產生清潔能源已成為研究熱點之一。目前，釀酒酵母產乙醇被廣泛應用于木質纖維素的資源化處理工藝，其具有成本低、原料豐富等優點。在釀酒酵母利用木質纖維素發酵之前，需對木質纖維素進行預處理和糖化，此時木質纖維素中的纖維素與半纖維素等轉化為可發酵糖，在纖維素與半纖維素等大分子物質的分解過程中，引入了一些小分子化合物，這些物質對發酵有抑制作用，統稱為抑制物。

1 抑制物的種類及抑制作用

木質纖維素水解液中的抑制物大致分為三類：弱酸類、呋喃類和酚類化合物。弱酸類主要包括甲酸、乙酸和乙酰丙酸，弱酸會破壞細胞內外的滲透壓平衡，并進入細胞內部，這部分弱酸在細胞內部進一步解離，使得細胞內環境酸化，影響細胞內部的酶促反應，最終抑制細胞的生長[2]。呋喃類抑制物主要是糠醛和HMF，這類物質對微生物中的乙醇脫氫酶、丙酮酸脫氫酶和醛脫氫酶產生抑制，減緩釀酒酵母的生長；醛類抑制物會產生細胞內活性氧，導致DNA分解，進而阻礙RNA和蛋白質的合成[3、4]。相對于其他類型抑制物，酚類抑制物的毒性更強，低濃度的酚類就可以抑制釀酒酵母的生長，研究表明，低分子量的酚類化合物對釀酒酵母生長具有更高的抑制作用[5]。

2 降低抑制物對釀酒酵母抑制作用的措施

2.1 木質纖維素水解液脫毒

發酵前對木質纖維素水解液進行脫毒是降低抑制物抑制作用的有效途徑。脫毒方法主要分為物理法、化學法和生物法，物理方法包括真空干燥濃縮、蒸煮、活性炭吸附、離子交換吸附和溶劑萃取等，這些方法可將水解液中的有毒物質在不改變分子結構的前提下去除，不同處理方法的去除效率具有差異[6]。化學方法是利用各種堿性物質（如NH4OH、NaOH、Ca（OH）2等）及過量石灰法對水解液進行處理，通過化學反應改變水解液中的成分以降低抑制物毒性[7]。生物方法是利用特定酶或微生物脫毒，其中，漆酶是一種常用的脫毒酶，通過氧化聚合反應將毒性較高的小分子量酚類化合物轉化為毒性較低的大分子量酚類化合物[8]。

2.2 提高釀酒酵母對抑制物的耐受性

除了減少木質纖維素水解液中的有毒物質，還可提高釀酒酵母對抑制物的耐受性，目前比較常用的方法是基因工程方法、誘變方法和馴化育種方法。基因工程方法是通過添加、敲除或高表達某一種或幾種與抑制物代謝相關的基因以提高釀酒酵母對抑制物的耐受性的方法。改造基因可以直接、快速地使釀酒酵母表現出我們所期望的特性，但木質纖維素水解液中的抑制物種類繁多，基因工程方法難以使得釀酒酵母同時具有多種抑制物耐受性，且釀酒酵母的新陳代謝途徑復雜，改造基因可能使得釀酒酵母失去原本的優良特性[9]。誘變方法以自然突變為依據，利用誘變劑加快釀酒酵母細胞基因突變的速度，在短時間內產生大量突型釀酒酵母，經過進一步的篩選，可獲得具有抑制物耐受性的釀酒酵母，而誘變方法具有不確定性和誘變范圍廣等缺陷，因此需大量的誘變型細胞增加獲得目標菌株的幾率，且誘變劑可能損壞出發菌株原始基因，丟失優良特性。馴化育種是一種模擬自然選擇的過程，根據生物和環境共同進化的規律，對微生物施與一定的選擇壓力，使得微生物在自然突變的基礎上定向進化。馴化方法中存在的環境壓力使得微生物突變具有明確方向，可在短時間內富集突變子，在長期的馴化過程中，菌株的優良性質可以在代際之間傳遞，增加了優良性質的穩定性[10]；馴化育種的不足之處在于菌株的突變機理尚未明確，難以通過其他手段獲得該菌株。

3 結束語

木質纖維素水解液中的抑制物會影響釀酒酵母的發酵效率，降低代謝產物乙醇的濃度，因此需采取措施降低抑制物對釀酒酵母的抑制作用。將水解液脫毒與釀酒酵母改進進行對比，水解液的脫毒成本較高，不利于木質纖維素資源化利用的工業化發展，因此有必要提高釀酒酵母對抑制物的耐受性。木質纖維素水解液中抑制物的組分與原材料種類和預處理方式密切相關，不同改良釀酒酵母的方法各有其優缺點，在實際應用中可將多種方式有效結合，有利于獲得具有較高耐受性的釀酒酵母。

參考文獻

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篇10

關鍵詞：生物能源，生物酒精，生物質，纖維素，生產過程

0　引言

由于溫室氣溫排放導致全球氣溫變暖，自然石化資源短缺。生物能源成為世界上研究熱點。中國是世界上消耗石油第二的國家，大約占全世界總量的6％。國際能源中心(IEA)估計中國到2030年每天消耗1.4×107桶汽油；隨著汽車工業的發展和普及，2020年，汽車的使用量從2004年大約2.4×107臺增加到90-140×107臺，運輸所需的能源從現在比例約33％發展到57％左右，每天的所需量從目前的1.6×107桶到5.0×107桶。因此，到2030年，溫室排放氣體將增長至7.14Gt／年。對石油的需求導致中國更加依賴進口石油，2030年，75％的石油將依靠進口。因此，中國面臨能源需求、國家能源安全和環境污染的挑戰。中國作為發展中發展最快，世界上人口最多的國家，在經濟快速發展和國際地位大幅提升的基礎，應該發揮其主導作用，制定研究政策和目標，開發利用可持續“中性碳”能源，其中包括生物酒精的生產和使用。

纖維素生物質轉化成生物酒精是世界上生物能源發展的熱點研究之一。纖維素生物質主要包括農業殘渣(水稻、玉米等秸稈)、森林殘渣(樹枝、鋸末)、廢棄物(廢紙)、草本植物(蘆竹)和木質植物(麻瘋樹、楊樹)，資源非常豐富，中國僅秸稈一年約有8.4億噸，林木廢棄物約2億噸；到2030年，每年農作物殘渣量達5.53EJ；森林殘渣達0.9EJ(3／4來自木材加工，1／4來自森林殘枝殘葉)；加上生物質能源種植(每公頃平均產量15噸干，10％的土地可以作為種植面積)，統計計算，每年可以提供約23EJ的能源，相當于6000億升的石油。而根據IEA的預測，2030年中國需要12.4EJ的交通運輸液體能源。如果能夠充分利用木質纖維素生物質，提高轉化技術，生成酒精，中國可以足夠滿足運輸能源的需求。通過轉化生成生物酒精使用是中性碳排放過程，減少溫室氣體排放，有利于環境和資源的平衡利用。

世界上纖維素生物質轉化生物酒精的技術基本上處于研究階段。我國在纖維素生物質轉化生物酒精的技術方面起步較晚，還是處于初步研究階段。本文主要對纖維素生物質生物酒精生產過程中關鍵技術進行簡要分析，指出存在的難點和可能性的解決方法以便進一步深入研究。

1　纖維素生物酒精生產

1.1　纖維素生物質作為生物酒精原料的特征

糖類和淀粉轉化酒精的工程通過發酵，在世界上已經實用化；草本纖維素和木材纖維素轉化酒精正處于實用化過程研究階段。從生物質轉化為生物酒精的容易程度來比較可以得出：糖類>淀粉>草本纖維素>木材纖維素。

淀粉和纖維素都是由葡萄糖組成的多分子高聚體。但是淀粉和纖維素的葡萄糖分子的結構不相同，如圖1所示。淀粉容易生物化學分解，但是纖維素大分子是由葡萄糖脫水，通過B－1，4葡萄糖苷鍵連接而成的直鏈結晶性聚合體。在常溫下不發生水解，高溫下水解也很緩慢。另外，纖維素生物質中半纖維素由不同類型的單糖構成的異質多聚體，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。半纖維素木聚糖在木質組織中約占總量的20％～40％，它結合在纖維素微纖維的表面，并且相互連接(如圖2)。其三，草本和木質纖維素表面因為酚類聚合物木質素的存在，更加難以分解。因此從纖維素生物質轉化為酒精，由于半纖維素和木質素的存在，普通的發酵法不能夠順利完成生物酒精的生成。

1.2　纖維素生物酒精生產過程及有待解決的問題

從纖維素生物質轉化為生物酒精的整個加工過程，如圖3所示，大致可以分為六個過程。

首先是生物質的收集、水分調節和粉碎；然后是生物酒精生成過程，包括前處理、糖化、發酵和脫水；比如采用進行水熱處理、堿化或微生物處理等的前處理措施來使纖維素易于糖化分解；其次，纖維素和半纖維素的糖化處理；接著采用酵母等微生物作用，產生酒精的過程，即發酵過程；然后，進行酒精和水分離，蒸餾脫水過程，完成生物酒精的生成；最后，廢水和廢棄物處理。

12.1　生物質利用

世界上對生物質的種類開發和數量估算等研究比較多，但關于生物質利用收集運輸等相關研究不是太多。很多研究者提出了生物質收集的問題，但沒有進行較深入的研究。主要存在以下問題：1)季節性和地域性強；2)能量密度低；3)輸送成本高。

1.2.2　前處理、糖化技術開發

現在研究集中在生物酒精的轉化過程中前處理分離木質素、纖維素糖化技術的開發和提高發酵效率。按前處理技術分類，可以分為：1)物理方法(粉碎、爆碎和水熱處理等)；2)化學方法(酸處理、堿化處理)；3)微生物方法(酵素、微生物菌類利用)。同樣按糖化技術可以分為三類：1)物理方法(水熱處理等)；2)化學方法(酸處理)；3)微生物方法(酵素、微生物菌類利用)。

按照前處理和糖化綜合技術可分成6大類，對比結果如表1。其中前5種方法，基本完成實驗研究，處于應用初試階段，但可以看出各種方法各有優點和缺點，在現有的工藝條件下，還沒有最佳的生產工藝；微生物菌處理+微粉碎+酵素法是雖然處理速度慢，但能量效益和轉化效果有望比較理想，環境負荷特低，所以前景最好，但各階段都處于開發中。總體上，尚未有最佳的纖維素生物酒精的加工工藝。

1.2.3　發酵過程

如圖4所示，三種轉化過程。

1)傳統方法：即纖維素酶法水解與乙醇發酵分步進行，水解和發酵都在最合適的溫度下進行，但在酶解過程中分解糖沒有利用反而反饋抑制酶的活性。

2)同時糖化和發酵：同時糖化和發酵即纖維素酶解與葡萄糖的乙醇發酵在同一個反應器中進行，酶解過程中產生的葡萄糖被微生物所迅速利用，解除了葡萄糖對纖維素酶的反饋抑制作用，提高了酶解效率。要求纖維素酶生產成本和周期的降低，能同時發酵五碳糖和六碳糖的轉基因酵母，優化的預處理手段以及連續工藝的開發和使用：但存在水解和發酵所需的最佳溫度不能匹配。

3)基因轉化微生物直接生成：通過某些微生物的直接發酵可以轉換為酒精。要求微生物既能產生纖維素酶系水解纖維素又能發酵糖產生乙醇。此方法不需添加 額外的酶，但后者需要酶基因的轉入，是一種有前景的方法。

1.2.4　蒸餾、脫水

在這個環節主要要提取高度酒精，去水化；在此過程中主要要注意減少能源消耗。

1.2.5　廢水、廢物處理

減少環境污染，提高廢棄物利用，開發肥料、飼料和燃料利用，并力求低能源消耗和低成本。

2　關鍵技術討論

2.1　生物質收集區域規劃和機械化開發

要使生物酒精工業工廠化生產，首先保證充足的生物質原料；將分散性、季節性和區域性強的生物質進行收集，各個地區的生物質種類及數量、質量都是不相同的，因此進行區域規劃，來有效實現區域作業。如美國NREL研究得出50Km范圍內所消耗的能量和成本是比較合適的。

其次是大力開發生物質收集機械自動化，可以提高生產率，減少成本和解決季節性強等要求。如圖5，稻桿作業機械。

2.2　酒精轉化新研究技術分析

綜合前處理糖化和發酵三種轉化過程，酸化轉化過程比較簡單，但生成后的廢物、廢水處理造成的環境負擔并不符合未來的發展方向；如圖6所示理想的纖維素生產生物酒精的過程。

在此過程中，主要是前處理加熱或酸化處理中，容易產生芳香族化合物等抑制物質；纖維素酶的利用率低等主要問題，主要解決辦法包括：

1)試圖從其他物種中尋找更符合工業應用以及更具有應用前景的纖維素酶，提高酶的適應性，加快水解效率和增強耐熱性能。

2)應用微生物酶工程技術，通過分子演化和設計來提高酶的功能性；通過強化的低成本發酵來生產酶制劑；通過基因工程途徑構建生產纖維素酶提高酶活性。主要包含三個研究方向：(a)根據對纖維素結構和催化機理的研究，合理地設計每一種纖維素酶；(b)對纖維素酶的定向進化，根據隨機突變或分子重組的方法篩選改造后的纖維素酶；(c)重組纖維素酶體系，提高纖維素對不溶性纖維素的水解速率或程度。

3)通過智能控制技術對酶解／發酵過程進行智能化在線監控，可以實時精確地優化動態反應條件，提高酶解／發酵效率。

4)研究開發適合該體系的高效生物反應器和建立描述反應動力學的數學模型對提高效率、掌握過程的機理及指導過程放大都將有重要的意義。

5)開發節能濃縮、脫水裝置，開發膜分離精餾技術。

2.3　廢水、廢物處理

完成酒精轉化后，廢水、廢物處理是容易忽視的研究內容；為了不增加二次環境污染，這個環節必須而且要對纖維素生物酒精的生命周期評價起較重要的作用，因此，必須考慮作為燃料能源利用，肥料開發和排水處理。