時間:2022-03-15 15:05:18
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇發電技術研究論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
摘要:由于太陽能具有取之不盡、用之不竭的特點,世界各國紛紛將太陽能光伏發電產業作為破解人類日益凸顯的能源和環境問題的戰
>> 中國太陽能光伏發電產業的現狀、問題及對策分析 家用太陽能光伏發電系統的研究 太陽能光伏發電技術的應用現狀及應用研究 太陽能光伏發電技術的應用現狀與發展趨勢 當前我國太陽能光伏發電的應用現狀與趨勢分析 浦江太陽能光伏產業發展的問題識別與對策研究 太陽能光伏發電技術研究評述 太陽能光伏發電應用現狀與發展趨勢 太陽能光伏發電發展現狀與前景 對太陽能光伏發電系統獨立儲能單元的設計研究 太陽能光伏發電系統的控制問題研究 基于DSP的太陽能獨立光伏發電系統的研究與設計 太陽能光伏發電量預報方法的研究與發展 山東太陽能光伏產業發展現狀及對策建議 太陽能光伏發電技術應用中的相關問題芻議 太陽能光伏發電技術應用中的相關問題探討 淺析我國太陽能光伏發電的法律問題 太陽能光伏發電存在的問題及促進措施 探討太陽能光伏發電在照明系統中的應用問題 新新產業太陽能光伏組件封裝設備制造現狀研究x 常見問題解答 當前所在位置:.
[3]袁婉玲.危機中見機遇 太陽能光伏產業正和時宜[J].無線電技術,428.
[4]我國太陽能光伏產業的近期進展、挑戰和政策建議[J].宏觀經濟研究,2009,(2).
[5]劉慧芬,史占中.我國發展太陽能產業政策芻議[J].科學技術與工程,2008,8(22).
[6]李曉剛.中國光伏產業發展戰略研究[D].吉林大學博士學位論文,2007.
[7]肖慶文.以需求鼓勵政策促進我國太陽能光伏產業的自主創新[J].重慶工學院學報,2009,23(1).
[8]楊瑩.域外太陽能產業的現狀[J].環境,2007,(10).
關鍵詞:風力發電;造價;工程建設;可再生能源
由于傳統的化石能源存儲量有限,而且已造成嚴重的環境污染和生態失衡,因此當今世界面臨這嚴峻的能源威脅:首先是以很難以能接受的價格獲來得充足的能源供應;其次是過度消耗不可再生能源而對環境產生了不可恢復的破壞。所以,保護環境和利用可再生能源以實現能源安全已成為了新時期能源經濟必須面對的現實課題。
風力發電形勢和現狀綜述
目前在開發新能源領域,風力發電技術的比較成熟,許多國家把利用風力發電作為減少環境污染、改善能源結構和保護生態環境的有效措施,并將風電建設納入國家發展規劃。雖然全球風力發電發展的歷史不是很長,但在過去二十多年的時間內,人類已在風機設計制造、環保法律政策、風電裝機容量等方面取得了巨大的進步,風力發電在許多國家都得到了迅猛的發展,技術的進步減少了常規發電和風力發電之間的價格競爭的差距。我國政府也非常重視包括風能在內的可再生資源的研究開發利用。在我國,大規模發展風電產業是有資源基礎的,我國的各種風力資源十分豐富。目前,我國對風力發電技術的研究研究已逐漸走向成熟,這其中包括測風設備、風力氣象學的研究和風場建設規范、軟件的研究、風電機組的技術開發和風電并網技術的研究等。總的來說,我國的風力發電技術的開發利用始于20世紀的70年代末,而風力發電技術得到大規模的應用則是在20世紀80年代初,從90年代初期開始了風力發電技術的商業化進程。近二十年來,在我國政府的全力支持下,并網的風力發電工程建設得到了迅速發展,總裝機容量從1999年的3.8萬KW增長到2010年的1500萬KW,根據來自中國風能協會統計數據,從2004年未到2009年未,中國風力發電能力的增長達到了250%,其中,2008年一年的新增裝機占據了全球新增裝機總量的23%,增長了630萬KW,成為僅次于美國(836萬KW)的世界排名第二。2009年我國首次超過印度成為了第四個裝機總量超過1000萬KW的風電利用大國。這是因為風力發電成本最接近于火電發電的成本,并且風電產業具有規模化和產業鏈優勢,而且我國巨大的風能儲量使得風電產業具有了可持續的產業化發展前景。
風力發電工程的成本構成分析
通過分析可知,風力發電產業具有以下特點:首先,建設風力發電項目的投資屬于一次性投資,而投入資本回收周期又比較長。其次,風力發電機的發電輸出功率要受到當地風力發電場的風速分布影響,風能資源也成為影響風電成本的主要岡素之一。在技術上可知,風機能夠有效利用的風速范圍是 3-20米/秒,根據相關測算,發電總量每減少5%,用電價格則增加4.6%以上,因此只有風力發電機組年利用小時數超過2000小時的風電場才具有真正的開發價值,平均年利用小時數超過2500小時的風力發電場才具有良好的開發價值,平均年利用小時數在3000小時以上的風力發電站才可以稱之為優秀風力發電場。但是,目前我國還未建立起一套完整的風能資源分布圖,風電工程建設的選址、測風、征地等前期工作還需要投資商自己操作,這大大增加了風電項目的開發成本。道路成本,風力發電場往往都在交通不便、人煙稀少的偏遠地方,首先投資方必須升級現有道路必要時候還要新修道路才能達到風電部件的運輸、安裝要求。電網成本,可建設風力發電場、風力資源豐富的地方往往處于比較偏遠的地區,因此當地電網建設可能很不完善,風電場配備的輸電線路需由投資商出資自己投建,這也增加了風電建設成本。經濟成本,目前,國內火電發電成本大約是5500元/KW,而風力發電成本則高達8000-10000元/KW,相比于火電成本要高出45%-82%,這也是成為了阻礙我國風力發電技術快速產業化、商業化的重要岡素。融資成本,風力發電項目所需資金的70%需通過各種信貸手段來解決,貸款條件、還款期、利率、手續費等對風力發電項目建設成本影響也比較大。風機設備價格,據統計,風機設備價格約占風電項目總投入成本的70%以上。根據相關研究,同等質量的條件下,國產風力發電設備價格比進口風力發電設備低20%-30%,因此完全使用國產風機則可使風電建設成本下降15%以上。風力發電上網電價,目前,風力發電上網價格仍是制約風力發電產業快速發展、投資商發揮作用的重要薄弱環節。一個企業投資風力發電項目是否能夠盈利,這主要取決于并網之后的電價,我國政府為促進風力發電產業持續、健康發展,規范風力發電價格的管理,在2009年7月,國家發改委公布了規范風電價格的相關規章制度,規定風力發電與標桿上網電價同定,這項規定為投資商提供了一個明確的投資預期,同時也有利于引導投資,限制劣質資源的開發,鼓勵優質資源的開發,有利于降低成本,控制造價,保證風力發電項目開發的有序進行。風力發電項目造價越低、價格管理就越好,投資方的收益就越高,因此,激勵風電企業不斷降低運營成本以及投資成本,具有重要的經濟效益和社會效益。
風力發電項目建設的造價控制
根據以上對影響我國風力發電成本的因素分析可知:影響風電項目建設成本的主要因素是電網成本、風機設備價格、道路成本、經濟成本、融資成本等因素,而影響風電設備發電量的主要因素是風電上網價格、風能資源質量、風電場運行成本、維護成本等。因此,降低風電成本、控制風力發電項目建設造價可通過提高發電量、節約風力發電建設投資、節省建場投資等途徑,具體可采取以下措施:(1)提高風電場的發電率,選用可靠性高、性能優良的風力發電機組,提高電力輸出率,增加風電場和電網并網的可靠性,提高風電場運營、維修隊伍的水平,保證風電機組的工作率,以提高風電場的發電效率。(2)由于風電機組設備費用、風電設備的施工安裝費用、風電場并網設備費用以及風電場道路交通建設費用構成了風電場項目的主要建設成本,其中購買安裝風電機組設備的費用約占總成本的70%,投資商可通過設備國產化進一步降低風電場項目的建設成本。(3)充分利用風能資源,根據風電場的風資源分布,合理地安排風力發電機布局,以便充分利用風能資源。相關研究表明,同樣環境條件下, 6.5m/s的風電場的發電成本比7m/s的風電場的發電成本增加約14%,8m/s的風電場的發電成本要比7m/s的風電場要低近30%,另外發電風機應選用成熟維修體系和優秀質保的風力發電機,以便將來出現故障時,能減少維修風機的等待時間。
我國風電工程建設成本仍比較高,風力發電的商業化運行尚處于初始階段,有關風力發電造價分析控制方面的研究還很成熟,仍然沒有一套有效地對風電項目進行成本管理、造價控制的辦法。建立一個科學、高效的造價分析控制研究體系,對風電項目的成本管理提供系統的、現代化的、全面的指導,從而使我國的風力發電行業得到快速健康的發展。
參考文獻:
沈岐平.建設項目價值管理理論與實踐[M].中國水利水電出版社,2008
吳義純,丁明.電場可靠性評估[J].中國電力出版社.2004
陳鐘,康寧.風力發電項目風險因素識別與分析[M].黑龍江電力出版社,2006
劉細平,于仲安,梁建偉.風力發電技術研究及發展[期刊論文],中國電力出版社,2007
關鍵詞:師生課外互動;工程創新能力;實踐能力;團隊合作精神
中圖分類號:G640 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)38-0213-02
引言:
我國在“十二五”規劃中提出了“創新教育方式,突出培養學生科學精神、創造性思維和創新能力”。2015年5月4日,國務院辦公廳印發了《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》(〔2015〕36號),全面部署深化高校創新創業教育改革工作。航空工程的先驅者馮?卡門有句名言“科學家研究已有的世界,工程師創造未有的世界”。然而,目前工程師的技術創新能力不足,在企業設備升級改造與生產優化中的影響力降低。這與當前的高校工科教育有關。一方面,工科教育的教學培養計劃變得系統化、學科化;另一方面,大多數工科教師逐漸遠離工程實踐變得學術化[1]。為了提升工程師的創新能力,高校必須深化工科教育創新改革。
一、工程創新能力內涵
在工程師素質模型中,國外比較有影響的有美國工程和技術鑒定委員會頒布的《工程準則2000》的素質模型、澳大利亞工程師協會的雙層素質模型[2]。《工程準則2000》確定了當前企業工程技術人員應當具備的11個素質要求,波音公司對工程師的素質提出十條要求。創新型的工程技術人員是在企業生產實踐中進行創新性研究和開發,對企業的生產過程優化和利潤的提升起到關鍵作用的創新性人才。現代的工程技術往往是多學科交叉與融合,需要多個具體技術領域的工程技術人員相互協作,溝通交流,主動學習,實現知識更新和拓展,完成科技攻關。對于一個具有工程創新能力的工程技術人員而言,喬兵提出須具有七個方面的能力[3]。汪晶晶在對S汽車企業598名工程技術人員進行問卷調查,分析了影響工程創新能力的個人素養、企業文化與環境[2]。筆者認為工程技術人員具備工程創新能力必須包括:(1)對從事工程技術領域的熱愛和興趣;(2)具有扎實的專業基礎知識;(3)具有項目經驗、熟悉項目整體流程;(4)主動學習能力;(5)團隊合作能力。只有具備這五種能力,才能對企業的復雜工程問題發現、分析和高效解決。
然而,工科大學生普遍存在專業知識的應用和創新能力不足,綜合設計、研究開發能力差,缺乏團隊合作精神等顯著問題。因此,這對高校的工科教育提出了新的要求,需要改進教學培養計劃,更新教學方法和教學資源等,以適應企業對工程創新人才的需求。周東一等人提出利用校企合作培養學生工程創新能力[4],許宜申等人以蘇州大學光電測專業為例,提出大學生工程創新能力培養措施[5]。為了培養本科學生的工程創新能力,在教學過程中要善于引導學生思考問題、分析問題、發現問題、主動學習、解決問題。一是要實現以教為主向以學為主轉變,使學生成為學習的主人。二是以課堂教學為主向課內外結合轉變,使學生充分利用課外時間鍛煉自己。三是以結果評價為主向結果與過程并重轉變,使學生的綜合能力得到客觀評價。
在此背景下,自2010年以來,筆者在本科教學工作中摸索出一套行之有效的師生課外互動教學模式,并進行實踐應用。該模式積極激勵學生參加教師及教師團隊的科研項目,參加各種學科競賽,設計創新作品并展示、書寫發明專利等,利用PBL(基于問題的學習,Problem Based Learning)理論,借助各種途徑和媒介實施師生課外互動,有效培養了工科生的工程創新能力、實踐能力和團隊合作精神。
二、基于PBL理論的課外師生互動特點
PBL理論是20世紀60年代由加拿大麥克馬斯特大學首創的,成為國際醫學教育改革的熱點和趨勢。PBL是建立在建構主義學習理論之上的[3],具有如下特色:以問題為基礎、以學生為中心、以小組為單位的自我導向式學習。強調學生在知識構建過程中的主體地位,重視自主學習、終身學習、潛能挖掘、創新精神、實踐應用等能力的培養。基于PBL理論的課外師生互動應具有如下特點:
1.是基于問題的課外互動教學。問題是積極思考的結果,也是深入探究的動因,更是調動學生學習動機和思維主動性的最好刺激物。問題要難易適中,可望可及。問題可以來自日常生活,也可以來自某個工程領域,可以來自教師正在從事的研究課題。問題可以由教師提出,也可以由學生提出。
2.是教師主導和學生主體的實現過程。教師的主導性表現在:教師是問題的設計者、學習形式的組織者、學習的指導者和學習效果評估者。學生的主體性表現在:主動地把教師的教學意圖變成自己的學習意圖和行動要求,不斷深度內化知識。PBL評估結果來自教師對學生、學生對學生、學生自評。評價形式采用作品展示考核、報告考核、答辯考核等。
3.是團隊協作學習。PBL采用小組的形式將問題進行分解和分配,每個學生都成了特定子問題的“專家”。小組分配要根據學生的性別、成就、智力、性格、理論理解能力和實踐動手能力等進行靈活搭配。組內成員的分工要清楚。PBL小組培養了教師與學生、小組內部成員的小組間的合作精神。
4.是不拘一格形式的教學。針對不同的問題內容、不同的學生或小組,采用不同的課外互動教學方法,如討論式、學導式、案例式、啟發式、項目驅動式、探究式及其多種方法融合等。
三、師生課外互動的教學實施途徑
課外互動取消了時間及空間的約束,可以在教室里,可以在網上,可以是全部學生,可以是少數學生。
1.積極鼓勵學生參與教師的科研項目。自從2010年以來,借助團隊和省級工程中心“遼寧省光伏發電控制與集成工程技術研究中心”,積極鼓勵學生(包括申請者的授課對象、導師制的學生)參與團隊的科研項目。筆者負責的科研團隊積極設計問題。如:如何實現光伏電池板的自動清潔及除雪功能?如何實現光伏電池板像向日葵一樣總是跟著太陽走?如何解決大型光伏電站的電池板故障檢測?為了激勵學生完成問題的分析與解決,對每一個問題,至少安排三組同學來分別完成,達到競爭和知識面的有效拓展效果。在團隊成員和研究生的引導和指導下,制作完成的光伏電池板的智能清潔裝置、光伏發電系統的智能跟蹤裝置等分別入選國家大學生創新創業項目。
2.引導學生完成課程創新實踐作品的設計與展示。以課程《風力發電技術》為例,PBL課外互動教學模式簡介如下:
教學目標:培養學生風能資源利用與評估能力、風電場選址建設能力、風力發電機組選型與設計能力、風電場安全運行與維護能力等,具有創新設計高效風力發電設備能力,具有標準化意識、工程意識、團隊合作精神等。
定位:風力發電技術課程涉及多學科知識,采用學科內PBL教學模式和跨學科并行的PBL模式實現課外師生互動。筆者負責的科研團隊是由不同學科專業背景的教師組成,角色轉變為教學團隊,分擔課程的不同模塊,主導師生課外互動。
教學方法:借鑒了小組討論、案例教學、項目驅動式等教學方法的理念,有效推行PBL模式的師生課外互動教學。設計的問題綜合性強、真實感強、易于激發學習興趣和動力。
學生學習成果及評價:學生以小組方式提供創新實踐作品,并進行答辯。教師引導學生設計創新實踐作品教學過程如下:
如以問題“如何提高風力發電場的發電效率?”為任務,啟發了同學們思路,如從提高風能捕獲角度,設計多層風力葉片、利用樹葉原理設計風力發電樹等;從風光互補發電、減小棄風現象、設計小型風力發電機組和移動電源等角度給予同學啟發。并同時教授學生如何查找資料,如在渤海大學主頁圖書館中查找論文、專利等,如何書寫專利等。經過四周時間準備,進行創新設計作品答辯階段。答辯內容按照背景、基本思路、關鍵技術、推廣價值等準備。特別強調的是,在這個教學流程中強調做人,強調創新作品不要抄襲,要遵守學術道德,舉例說明知名人士因為抄襲而身敗名裂的事件。在創新作品答辯過程中,由教師和每組選派的代表組成評委團,其他學生旁聽但可以在答辯過程中對作品提問或質疑。提問質量高的可以獎勵加分,提問者可以與答辯者同臺進行辯論。同學們表現非常積極,準備相當充分。每名學生答辯時,其他學生積極提問,有的竟然問出10多個問題,有的竟要站在講臺上與答辯者共同探討。另外,對優秀的創新實踐作品,指導改進,并申請發明專利或以論文形式發表。
3.鼓勵學生參加各種學科競賽。積極組織學生參與學科競賽,如全國大學生電子設計大賽、飛思卡爾杯智能車比賽、挑戰杯、全國大學生創新創業訓練項目等。
參考文獻:
[1]陸小華.工程創新能力的認識和培養方法[J].高等工程教育研究,2008,(Z1):14-18.
[2]汪晶晶.工程技術人員創新能力開發研究――以S汽車集團為例[D].華東師范大學碩士學位論文,2009.
[3]喬兵,王志瑾.基于問題的學習與工科大學生工程創新能力培養[J].南京航空航天大學學報:社會科學版,2012,14(2):88-93.
【關鍵詞】煉焦技術節能技術發展
中圖分類號: TE08 文獻標識碼: A 文章編號:
一.引言
我國是世界焦炭第一生產大國,同時也是第一焦炭消費大國。近些年來,我國的煉焦技術得到了較大進步,煉焦技術的發展,促進了煉焦行業節能技術的推廣和應用。
二.煉焦技術的工藝特點。
1.回收煉焦工藝流程簡述。
熱回收煉焦工藝技術包括備煤、煉焦、篩焦、余熱鍋爐、廢氣脫硫等主要生產設施。煉焦煤由備煤車間制備好后送到煉焦車間,煉焦煤在裝煤推焦車上由搗固機搗成煤餅送入煉焦爐,成熟的焦炭由接熄焦車送到熄焦塔內進行熄焦。熄焦后的焦炭由篩焦車間進行粒度篩分和儲存。煉焦爐為負壓操作,煉焦煤煉焦時產生的揮發份在焦爐內全部燃燒,高溫廢氣經焦爐集氣管道送到余熱鍋爐回收其熱量產生蒸汽。回收熱量后的低溫廢氣脫除二氧化硫后經煙囪排放。蒸汽送到工業、公共設施,或用于余熱發電車間發電。
2.回收煉焦工藝主要特點。
(1).煉焦爐負壓操作,基本消除了煉焦爐對大氣的污染。回收煉焦產生的揮發份燃燒為高溫廢氣的熱量,并回收其熱量,徹底消除了化學污水的產生。實現了煉焦工業的清潔生產。
(2). 煉焦爐內煤餅和爐頂空間形成惰性氣體保護層,取代耐火磚作為高溫干餾煉焦煤和空氣的隔離物。教好的解決了煉焦煤表面在高溫干餾時的燃燒現象。
(3). 煉焦爐煉焦時揮發性的物質在焦炭層中的流程較長,二次裂解產生的具有活性鍵的碳充分和焦餅上的活性鍵起架橋作用,能改善和提高焦炭的物理化學性質和冷熱強度。結合搗固煉焦,對于擴大煉焦用煤的范圍和提高焦炭的質量具有重要意義。
(4). 熱回收煉焦技術工藝在國際上首次使用具有我國自主知識產權的液壓搗固,在國內首次使用具有我國自主知識產權的水平接熄焦,充分體現了我國堅持科學發展觀和科技的創新能力。
三.發展清潔生產的大型搗固煉焦。
大力研發和推廣具有完善環保設施、能夠實現清潔生產的大型搗固煉焦技術。標定、調試和總結我國已投產的6.25米大型搗固焦爐,進一步修改和完善并建成6.25米大型搗固焦爐示范工程。
開發適合中國國情的6.7米搗固焦爐,其每孔年產焦炭1.443萬噸,將是我國乃至世界上最大的搗固焦爐,2×52孔年產焦炭150萬噸,填補我國年產150萬噸級焦炭規模的大型搗固焦爐空白,并建成能起樣板作用的示范工程,推動我國大型搗固煉焦技術的發展,使其達到世界領先水平。
發國產的適合中國國情的6.25米和6.7米大型搗固焦爐使用的搗固一裝煤一推焦一體車(SCP機),使其機械化、自動化、安全性能和環保水平等方面達到世界領先水平。
隨著我國大中型鋼鐵企業逐步接受和采用搗固煉焦技術,應推動焦化和煉鐵工作者共同研究搗固焦炭的冶煉性能、適宜的焦炭質量標準、相應的高爐生產操作工藝和參數,推動大中型高爐使用搗固焦炭。
1.大力推廣的節能技術。
(1). 發展高效節能環保的大型焦油加工裝置。
淘汰耗能高、污染嚴重、裝備水平落后的間歇蒸餾、間歇酸堿洗滌、間歇結晶和污染大的瀝青成型工藝。
進一步推動我國煤焦油加工的集中處理,建設規模大、技術先進、節能環保的世界一流煤焦油加工廠。同時通過不斷開發新產品,擴大產品品種和品級,配合化工、醫藥、材料等市場要求,開發出附加值高的洗油深加工產品、蒽油深加工產品和瀝青深加工產品等。對附加值低的殘油,在滿足炭黑生產的同時,可采用加氫催化裂化、加氫裂解等技術,使其轉化成為高附加值的汽油調和油、柴油調和油。
(2).推薦采用高效節能的脫硫脫氰技術。
新建焦化廠應該首選脫硫脫氰效率高、產品質量好、操作可靠的脫硫脫氰工藝,如利用荒煤氣余熱再生的真空碳酸鉀法脫硫工藝等。
推進我國第一套HPF法氧化脫硫工藝廢液與低純度硫磺焚燒制取硫酸的工業裝置投產,并建成示范裝置,解決全國已有的HPF法氧化脫硫工藝存在的問題,推動其更新換代。
推薦采用間接法蒸氨,以減少焦化廢水,有利于實現焦化廢水的近零排放。
(3)積極研發焦爐煤氣資源化利用技術。
COG含有54%-59%H2和24%-28%CH4。COG燃料化利用不如資源化利用效益高,因此只有在萬不得已的情況下才用作燃料和發電。高質量地利用COG不僅有利于降低鋼鐵企業單位產品的能源消耗和排放負荷,甚至能開發出大量最清潔能源—氫氣,從而引發鋼鐵制造流程能量流新的供需平衡關系,甚至會引發整個社會新的供需關系。
(4)開發新型焦化污水深度處理技術.
資源節約、環境友好的焦化廠必須使處理后的焦化廢水資源得到最大限度地合理使用,因為生產1噸焦炭通常產生0.48噸焦化污水和0.42噸循環水排污水(采用CDQ時循環水排污水為0.53噸)。我國已開發出成熟可靠的焦化污水生化處理技術。對鋼鐵企業焦化廠來說,焦化廢水經生化處理后可全部回用于焦化廠和鋼鐵廠的濁循環水系統。對采用濕法熄焦的獨立焦化廠,生化處理時,可減少或不加稀釋水,減少生化處理水量,使處理后廢水全部作為濕法熄焦補充水,在焦化廠內消耗掉。但是,隨著我國獨立焦化廠逐漸采用干法熄焦,處理后廢水無路可去,只能回用于凈循環水系統。而凈循環水系統對水質要求嚴格,對其補充水的水質要求更嚴。若將生化處理后焦化廢水用作凈循環水系統補充水,必須進行降低有機物和脫鹽的深度處理。
“十一五”期間,進行了大量污水回用深度處理技術的開發工作。深度處理一般采用膜分離技術。即:生物處理(A-A/O)+超濾(UF)+納濾(NF)(或反滲透(RO));或生物處理(A-A/O)+膜生物反應器(MBR)+納濾(NF)(或反滲透(RO))。深度處理的產水率可達到70%以上,產水水質可達到循環水補充水的要求,用作循環水補充水。膜深度處理產出占原料水量30%左右的濃縮液。濃縮液不但含有較高的有機物,而且濃縮了大量的鹽。濃縮液可以深度處理回用,也可以蒸發提鹽,但這些手段成本太高,因此,濃縮液處理將是下一步重點開發的課題。
(5)研發焦爐荒煤氣余熱回收及利用技術。
離開焦爐炭化室的650-700℃荒煤氣所帶出的顯熱占焦爐輸出熱的36%,與紅焦帶出的顯熱相當,余熱回收利用的潛力巨大。
“十一五”期間,國內外許多焦化企業積極研發焦爐荒煤氣余熱回收及利用技術,如:濟鋼將5個上升管做成夾套管,導熱油通過夾套管與荒煤氣間接換熱,被加熱的高溫導熱油可以去蒸氨、去煤焦油蒸餾、去干燥入爐煤等;寶鋼梅山鋼鐵公司煉焦廠在其4.3米焦爐上升管采用熱管回收荒煤氣帶出熱的試驗;濟鋼和中冶焦耐正在進行用鍋爐回收荒煤氣帶出熱的試驗;無錫焦化廠在其4.3米焦爐上進行用半導體溫差發電技術回收上升管余熱的試驗;平煤武鋼焦化進行了高效微流態傳熱材料作換熱介質的上升管余熱回收試驗;日本已在1個上升管和正在3個上升管上進行用荒煤氣帶出熱對焦爐煤氣進行無催化高溫熱裂解和重整試驗,得到了主要含H2和CO的合成氣體;中冶焦耐在初冷器一段用82℃-85℃的荒煤氣加熱真空碳酸鉀法脫硫廢液,用熱廢液閃蒸的蒸汽再生脫硫液;有的焦化廠擬用初冷器一段熱循環水制冷,所得的低溫水直接用于初冷器三段制冷。
“十二五”期間,應當支持荒煤氣余熱回收和利用技術的研發調試、改進完善、總結比較,選擇最優方法;推動最優方法盡快工業化,總結經驗,建立示范裝置,加以推廣普及。
五.結束語
煉焦,要做好能源生產和節能處理的兩手抓,在確保生產的同時,要減少對能源的消耗,提高最終有效產出。
參考文獻:
[1] 曹海霞CAO Hai-xia. 山西焦化工業技術發展現狀與趨勢研究 [期刊論文]. 《煤炭加工與綜合利用》 -2007年5期
[2] 曾子平劉應隆. 應用氨肥法一體化工藝煙氣脫硫促進高能耗產業節能減排——煤化鋼鐵企業煉焦廢氨水脫硫產業鏈建設 [會議論文]. 2008年全國熱工節能減排技術交流會
[3] 武榮成 許光文. 焦化過程煤調濕技術發展與應用 [會議論文]. 2012 - 中國化工學會2012年年會暨第三屆石油補充與替代能源開發利用技術論壇
關鍵詞 生物質能源;烤煙;烘烤;應用
中圖分類號 TK6 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2016)17-0153-03
Abstract To take advantage of the abundant biomass resources in our country adequately,relieving the status of rising costs and curing pollution,this paper reviewed the research progress of the biomass energy in tobacco curing. This study showed that applying biomass energy in tobacco curing benefits the promoting of tobacco quality,debasing the cost of flue-cured tobacco curing and reducing the pollution of curing. Currently the applied forms of biomass energy in tobacco curing included bio-coalbriquette,biomass gasification,biomass briquette and so on,different applied forms showed positive effect,which could be promoted in areas with suitable conditions.
Key words biomass energy;flue-cured tobacco;curing;application
烤煙烘烤是一個大量耗熱的過程,目前烤煙生產上推廣的密集烤房烘烤設備普遍采用燃煤供熱,熱利用率低,煤耗量高,通常1 kg干煙葉煤耗量1.5~2.5 kg標煤,而理論上的耗煤量為0.8 kg,也有研究分析指出,在密集烘烤中,火爐的熱效率為64.95%,烤房熱效率僅為36.08%,總的熱損失達63.92%,能量浪費驚人[1-3]。
愈演愈烈的世界范圍能源危機以及不斷上升的能源價格,使得生產烤煙的成本不斷增加,使烤煙生產的可持續發展受到嚴重影響。在此背景下研究烤煙烘烤節能技術,提高能源利用效率,尋找烤煙烘烤能源替代途徑,降低烤煙生產成本成為烤煙烘烤研究的一個重要課題。目前,此方面的研究主要集中在烘烤設備、烘烤工藝以及新型能源烘烤燃料開發等方面,其中新型能源烘烤燃料中的生物質能源因其本身可再生性、低CO2排放、幾乎不排放SO2、廣泛分布性、使用形式多樣、生物質燃料總量豐富等特點成為當下研究的一個熱點,有望成為烤煙烘烤傳統能源的有效替代品[4-5]。
1 生物質能源概述
生物質能源是植物通過光合作用將太陽能儲藏在有機物中的一種可再生能源。每年全球積累的生物質總量達1 730億t,蘊含的能量相當于目前全球總能耗的10~20倍[6]。據報道,生物質能已上升為僅次于化石能源煤、石油和天然氣之后的第4位能源,占世界一次能源消耗的14%[7]。與傳統直接燃燒方式相比,現代生物質能源的利用更多的是借助熱化學、生物化學等手段,通過一系列先進的轉換技術,生產出固、液、氣等高品位能源來代替化石燃料,為人類生產、生活提供電力、燃氣、熱能等終端能源產品[8]。在生態環境保護方面的研究發現,提供相同能量,煤的S和NOx排放量分別是秸稈的7.00倍和1.15倍,用1萬t秸稈替代煤炭能量,煙塵排放將減少100 t[9]。生物質能源作為一種可再生的低碳能源,具有巨大的發展潛力,它的開發利用對于建立可持續能源系統、促進國民經濟發展、保護生態環境具有重大意義。
2 生物質能源在烤煙烘烤上的應用研究
我國擁有居世界首位的生物質能源產量,年產農作物秸稈、谷殼等總量約14億t,如開發用于燃燒,可折合7億t標準煤[10]。以安徽省為例,每年農作物秸稈總產量5 000萬t左右,如果能開發利用其中的1/3轉化為燃料,即可消耗秸稈1 700萬t,約相當于建立2座年產500萬t的大型煤礦[11]。目前,烤煙烘烤上研究應用的生物質多為農作物秸稈,應用方式主要有生物質型煤、生物質氣化、生物質壓塊等,應用效果較為理想。
2.1 應用方式
2.1.1 生物質型煤。生物質型煤是指在破碎成一定粒度的煤中加入一定比例的秸稈等可燃生物質和添加劑后由高壓成型機壓制成型的潔凈能源產品。其充分利用煤和生物質各自的優勢,具有節煤和生物質代煤的雙重作用,與原煤燃燒相比,生物質型煤是提高燃燒效率和減少污染的有效方法之一,目前已進入商業化生產階段[12]。
孫劍鋒等[13]利用煤和廢棄的植物莖桿生產出與烘烤設備外形、尺寸大小相配套的生物質型煤。其在使用過程中容易實現配風的精準控制,進而實現與密集烤房控制系統的配套,且生物質型煤在燃燒過程中著火大小容易控制,生火及升降溫速率均較快,能更好地滿足烤煙烘烤工藝的需求。向金友等[14]研究秸稈與煤不同配方壓塊燃料在烤煙烘烤中的應用,結果發現80%秸稈+20%煤混合壓塊代煤烤煙完全可行。
2.1.2 秸稈煤。秸稈煤是一種新型蜂窩煤燃料,沒有煤的加入,以青蒿、煙、玉米等農作物秸稈以及廢棄的樹木枯枝、雜草、鋸末、稻殼等生物秸稈為原料,不需粉碎,在厭氧條件下碳化6~8 h,利用秸稈自然進行分解形成生物質碳,再加入黏土和其他粘合劑混合后形成。
郭保銀[15]研究發現各種秸稈碳化率平均約為50%,而通過加配方后,常規秸稈等材料2 t可生產2 t秸稈煤,其秸稈煤代替煤炭烤煙的技術研究結果表明秸稈煤易點火、燃燒效果好、升溫快而且無黑煙和異味,滿足烤煙工藝要求,其代替煤炭及其制品在密集烤房中應用是可行的,可以進行大范圍示范。
2.1.3 生物質氣化。生物質氣化是采用生物質氣化發生裝置將生物質原料在厭氧狀態下燃燒轉化為由氫氣、一氧化碳、甲烷等組成的可燃氣體。生物質氣化方式在烤煙烘烤中的應用相對較多,生物質氣化烤煙系統開發設計相對成熟。楊世關等[16]研究設計了一套新型烤煙設備,主要是以生物質燃氣為能源,將間接換熱與直接換熱緊密結合,該系統的能源利用率及煙葉品質都較傳統間接換熱式烤房有顯著提高。飛 鴻等[17]以廢棄煙桿、煙梗以及各類農作物秸稈為原料采用生物質氣化發生裝置通過燃氣發生爐進行厭氧燃燒使其熱解出可燃氣體,經管網送往各烤房實現自動控制烘烤煙葉。
2.1.4 生物質壓塊。在壓強為50~200 Mpa、溫度為150~300 ℃、或不加熱或不加黏結劑的條件下,先將木材加工剩余物及各種農作物秸稈等粉碎成一定粒度,再壓縮成塊狀、棒狀、粒狀等具有一定密實度的成型物[18],故又稱為生物質固體成型燃料。目前,此燃料在烤煙烘烤中的應用研究較為廣泛。
張聰輝等[19]研究不同清潔能源對烤后煙的化學成分、質量感官以及經濟效益的影響,其中生物質燃料為2012年煙桿壓塊能有效降低烘烤成本,提高烘烤效益,替代煤炭為主要烘烤燃料有較大的潛力。王漢文等[20]用稻殼和玉米秸稈壓塊成燃料進行試驗,將其放在AH密集烤房進行燃燒,能降低烤煙生產成本、滿足烘烤的工藝要求、改善煙葉內在品質。王文杰等[10]以花生殼為原料加工的生物質壓塊為供試燃料,研發了配套的生物質壓塊燃燒爐,研究生物質能源在烤煙烘烤中的應用效果,生物質壓塊及燃燒爐不僅能替代以煤炭為燃料的普通立式爐用于煙葉烘烤,而且能夠顯著降低煙葉烘烤成本、提高煙葉烘烤質量。倪克平等[21]研究生物質壓塊燃料在煙葉烘烤中的應用效果,其中生物質壓塊燃料是以木材加工的鋸末為主原料,添加輔助化工原料后,用攪拌機攪拌成均勻的混合原料,將混合原料通過壓塊成型機壓制成直徑為2 cm的圓餅,配備自動添加燃料的整套專用燃燒爐,研究結果表明:生物質壓塊用于煙葉烘烤可以充分調控烤煙烘烤工藝,降低烘烤成本,節能減耗,提高烤后煙葉品質。譚方利等[22]關于生物質壓塊燃料以及煤炭燃料在烤煙烘烤中的應用效果對比研究表明生物質壓塊用于烤煙烘烤是可行的,但對于燃料添加技術要求較高。
2.2 應用效果
生物質能源在烤煙烘烤中的不同應用形式對烘烤效果的影響均較好,節能減排的同時有利于提高烤后煙葉的質量。與原煤相比使用生物質型煤烘烤煙葉,生產1 kg干煙可節約用煤約0.15 kg,每爐煙葉可節約用煤50 kg以上,節能效果顯著,而且生物質型煤中煤矸石含量為零[13]。使用秸稈煤烤煙對烤后煙葉內在化學成分無不良影響,而且能夠降低上部葉煙堿含量,提高上部煙葉還原糖含量,氮堿比更加協調,香氣量充足,香氣質好,余味明顯改善,雜氣減輕,刺激性減少,評吸結果較好,有利于提高煙葉內在品質[15]。飛 鴻等[17]的研究中生物質氣化烘烤與傳統的燃煤烘烤相比,煙葉的內在品質得到一定的改善。感官評吸結果表現為生物質氣化烘烤的煙葉其雜氣、香氣質、干凈度均優于煤炭燃料烘烤的煙葉,而且回味、勁頭、濕潤上也表現出一定的優勢。采用秸稈壓塊燃料烘烤,能降低煙葉中含氮化合物含量,提高煙葉中總糖、還原糖,有利于改善煙葉化學成分的協調性[20]。譚方利等[22]的研究中生物質壓塊燃料與煤炭相比烤后煙葉上等煙比例提高了2.3個百分點,青黃煙、微帶青煙、雜色煙比例分別下降了0.99、0.81、1.53 個百分點。
2.3 應用成本
由于烤煙烘烤中應用的生物質原料主要是廢棄的秸稈,來源廣泛、價格低廉,因此利用生物質能源燃料降低烤煙烘烤成本效果顯著。生物質型煤的應用加上固硫劑、粘合劑以及加工成本,比同等發熱量的原煤成本低100元/t左右[13]。秸稈煤在酉陽縣烤煙烘烤上的應用,按當地生產水平以及市場煤炭價格計算,烘烤煙葉1 875 kg/hm2,使用秸稈煤烤煙可降低成本約750元/hm2,以此測算,若在該縣進行推廣應用,每年可節約煤炭1.8萬t,全縣煙農增收480萬元[15]。飛 鴻等[17]利用生物質烘烤煙葉的研究中采用的生物質氣化發生裝置上料系統、流量控制系統、除渣系統均為自動化系統,烤房數量增加到100炕也只需要2人控制,自動化程度高,在大規模烘烤中將大大降低勞動成本。生物秸稈壓塊在烤煙烘烤中的應用成本以安徽省為例,生產干煙葉2 062.5 kg/hm2(1 875~2 250 kg/hm2),需煤炭275 kg(以500元/t計),計2 062.5元/hm2;需秸稈壓塊206.25 kg(以400元/t計),計1 237.5元/hm2,降低成本825元/hm2[20]。譚方利等[22]的研究中應用生物質壓塊燃料與煤炭燃料相比1 kg干煙成本降低0.1元。
3 結語
烤煙烘烤大量耗熱且熱能利用率低,傳統燃料煤炭在烤煙烘烤中的應用帶來環境污染的同時,由于燃料資源的緊缺烘烤成本不斷增加。把我國豐富的生物質能源應用在烤煙烘烤中既能充分利用資源同時也有望解決烤煙烘烤面臨的問題。
生物質能源在烤煙烘烤中的應用研究表明其可以代替煤炭燃料,而且具有清潔、能提高烤煙品質、降低烘烤成本的優點。生物質能源在烤煙烘烤中的不同應用形式中生物質型煤的原料中只是減少了煤的用量加入部分生物質,秸稈煤加工過程中的厭氧條件碳化工藝相對復雜,而生物質氣化裝置包括氣化爐、儲氣罐等,與烤房配合烘烤專用設備復雜,建成后更適合大規模烘烤。其中生物質壓塊研究相對較多,工藝較成熟簡便。生物質壓塊加工生產線及配套設備的開發研究中早在2010年姚宗路等[23]針對生物質壓塊過程中存在的系統配合協調能力差以及生產率低等問題研發設計了有強制喂料系統的成型機以及配套設備,可實現自動化大規模的生物質壓塊生產。生物質壓塊方式制成的生物質原料可以直接應用于烤煙烘烤,基本上不需要對烤房、烤爐等進行改造,應用方便。生物質能源的利用形式中生物質發電是我國目前對生物質能源應用最為廣泛和普通的方式,但其在烤煙烘烤中的應用研究相對較少,是以后生物質能源在烤煙烘烤中的應用研究的一個方向[24-25]。當下的研究表明,烤煙烘烤中的傳統燃料煤炭可以用生物質壓塊代替,應用效果較好且成本低,可以在烤煙生產上進行示范推廣。
4 參考文獻
[1] 宋朝鵬,孫福山,許自成,等.我國專業化烘烤的現狀與發展方向[J].中國煙草科學,2009,30(6):73-77.
[2] 王建安,劉國順.生物質燃燒鍋爐熱水集中供熱烤煙設備的研制及效果分析[J].中國煙草學報,2012,18(6):32-37.
[3] 汪廷錄,楊清友,張正選.介紹一種一爐雙機雙炕式密集烤房[J].中國煙草,1982(1):37-39.
[4] SAXENA RC,ADHIKARI DK,GOYAL HB.Biomass-based energy fuel through biochemical routes:A review[J].Renewable and Sustain-able Energy Review,2009(3):13.
[5] 胡理樂,李亮,李俊生.生物質能源的特點及其環境效應[J].能源與環境,2012(1):47-49.
[6] 蔡正達,王文紅,甄恩明,等.戰略性新興產業的培育和發展:首屆云南省科協學術年會論文集[C]//云南省科學技術協會,2011.
[7] 中華人民共和國國家發展計劃委員會基礎產業發展司.中國新能源與可再生能源1999白皮書[M].北京:中國計劃出版社,2000.
[8] 吳創之,周肇秋,陰秀麗,等.我國生物質能源發展現狀與思考[J].農業機械學報,2009,40(1):91-99.
[9] 宋朝鵬,李常軍,楊超,等.生物質能在煙葉烘烤中的應用前景[J].河北農業科學,2008,12(12):58-60.
[10] 王文杰,李峰,岳秀江,等.生物質壓塊及燃燒爐在煙葉烘烤中的應用效果研究[J].現代農業科技,2013(11):11.
[11] 李泉臨,秦大東.秸桿固化成型燃料開發利用初探[J].農業工程技術(新能源產業),2008(4):27-30.
[12] 趙嘉博,劉小軍.潔凈煤技術的研究現狀及進展[J].露天采礦技術,2011(1):66-69.
[13] 孫建鋒,楊榮生,吳中華,等.生物質型煤及其在煙葉烘烤中的應用[J].中國煙草科學,2010,31(3):63-66.
[14] 向金友,楊懿德,謝良文,等.秸稈與煤不同配方壓塊燃料在烤煙中的應用研究[J].中國農學通報,2011,27(8):340-344.
[15] 郭保銀.重慶市酉陽縣秸稈煤替代煤炭烤煙技術研究[J].安徽農業科學,2013,41(1):322-323.
[16] 楊世關,張百良,楊群發,等.生物質氣化烤煙系統設計及節能與品質改善效果分析[J].農業工程學報,2003,19(2):207-209.
[17] 飛鴻,蔡正達,胡堅,等.利用生物質烘烤煙葉的研究[J].當代化工,2011,40(6):565-567.
[18] 劉石彩,蔣劍春.生物質能源轉化技術與應用(Ⅱ)[J].生物質化學工程,2007,41(4):59-63.
[19] 張聰輝,趙宇,蘇家恩,等.清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應用技術研究[J].安徽農業科學,2015,43(4):304-305.
[20] 王漢文,郭文生,王家俊,等.“秸稈壓塊”燃料在煙葉烘烤上的應用研究[J].中國煙草學報,2006,12(2):43-46.
[21] 倪克平,甄煥菊.生物質壓塊燃料在煙葉烘烤中的應用效果[J].農業開發與裝備,2015(11):63.
[22] 譚方利,樊士軍,董艷輝,等.生物質壓塊燃料及煤炭燃料在煙葉烘烤中的應用效果對比研究[J].現代農業科技,2014(10):201.
[23] 姚宗路,田宜水,孟海波,等.生物質固體成型燃料加工生產線及配套設備[J].農業工程學報,2010,26(9):280-285.
關鍵詞:建筑產業;低碳經濟; 技術創新;低碳技術創新
中圖分類號:F407.9 文獻標識碼:A 文章編號:1001-8409(2012)11-0090-04
A Literature Review of Low Carbon Technology Innovation Management in Construction Industry
LAI Xiao-dong, SHI Qian
(School of Economics and Management, Tongji University, Shanghai 200092)
Abstract: This paper examines the literatures research status with the topics regard to low carbon technology innovation management in construction industry of China based on the national requirements on greenhouse gas control and energy conservation and emission reduction target. It presents an overall review for the journal literatures in China with a methodology by classifying the literatures based on five aspects of low carbon technology development roadmap, research theory, low carbon building assessment and energy efficiency with technology progress. To a further step, it has given a brief summary with some recommendations and directions of low carbon technology management with the purpose of aiding the construction industry strategic development.
Key words: construction industry;low carbon economy;technology innovation;low carbon technology innovation
1 引言
建筑產業高投入、高能耗與低增值性的行業特征與現行能源危機的矛盾日益突出。研究表明,全球房地產及相關領域造成了70%的溫室效應,建筑施工、使用以及建材生產過程都是溫室氣體的主要排放源。據統計,目前中國建筑能耗約占全社會總能耗的三分之一左右,且隨著城鎮化的快速發展,這個比例將繼續擴大。在高能耗行業中,建筑業成為能耗之首,建筑業已經成為發展低碳經濟的關鍵領域 [1]。國家“十二五”規劃明確提出, 要 “加快低碳技術研發應用,控制工業、建筑、交通和農業等領域溫室氣體排放。探索建立低碳產品標準、標識和認證制度,建立完善溫室氣體排放統計核算制度,逐步建立碳排放交易市場。推進低碳試點示范”。“抑制高耗能產業過快增長,突出抓好工業、建筑、交通、公共機構等領域節能,加強重點用能單位節能管理”。
本文選取高能耗建筑產業,對國內外有關低碳技術和綠色、低碳建筑有關文獻進行梳理。從低碳技術的技術路線、研究理論、綠色建筑、低碳建筑、生態建筑、能源效率等幾方面進行分析。讓相關從業者或研究人員對與建筑產業相關的低碳技術創新有個全面了解,以便更好地推進低碳經濟發展和助力“十二五”規劃節能減排目標的實現。
2 低碳技術路線圖的研究
2.1 低碳技術路線圖的發展
什么是低碳技術?國外主流的觀點是,以可再生能源技術為主體的低碳技術相對于傳統化石能源技術而言,是一種突破性創新。“新的能源技術是對能源生產技術的革命性變化”,而現有的技術(傳統能源技術)“具有嚴重缺陷,無助于穩定全球氣候” [2]。低碳技術創新是一個通過技術范式的轉變來實現對原有技術經濟系統進行解鎖的過程。他指出“真正的革命性創新起于毫末,但最終將通過技術與社會系統的共同進化為自己創造出一個新的社會經濟系統”。低碳技術可分為3個類型:一類是減碳技術,是指高能耗、高排放領域的節能減排技術等。另一類是無碳技術,如核能、太陽能、風能、生物質能等。第三類是去碳技術,如碳捕獲與埋存技術等[3]。
文獻研究發現,有關低碳技術、低碳產業的技術路線圖研究主要采用兩種思路:即以情景分析為核心和以技術預見為核心,這兩種制定低碳技術路線圖思路的主要區別在于關鍵技術選擇方法不同。情景分析法主要通過模擬政策措施和技術發展情景對未來能源消費和溫室氣體排放所產生的影響,進而發現關鍵問題,對技術發展路徑提出建議,如文獻[4];而技術預見則在綜合考慮保障能源安全的需求和實現經濟社會可持續發展要求的前提下,以技術預見結果為主要依據,得到的關鍵技術發展目標和實現路徑,如文獻[5]、[6]。
2.2 主要國家的低碳技術路線
低碳技術種類繁多,各國家和地區對低碳技術的側重點并不相同。歐盟注重走清潔能源技術優先發展的低碳技術路線[7],日本側重于節能技術[8],美國則選擇了全面發展的低碳技術發展路線[9](見表1)。
國家技術前瞻課題組就低碳發展的關鍵技術和大規模應用時間做了預測,其中建筑節能和能耗輸配系統被列為關鍵技術之一[6]。吳昌華(2010)針對中國低碳創新的技術發展路線圖進行分析,分析了各產業技術發展存在的障礙和成本,提出了一個低碳技術創新鏈條概念解決模型。并指出目前建筑產業技術創新路線的研究仍然停留在建筑節能、能效提高和新能源開發的第一階段,未來新概念低碳建筑還處于探索階段[10]。能源與環境的巨大壓力已經不允許中國走傳統的經濟發展模式,必須轉型走低碳節能和開發可再生能源的低碳發展之路[11],有學者采用情景模擬對我國低碳經濟技術路線圖進行分析,透過對28種低碳技術的模擬分析,認為我國2050年實現減排任務是有可能的 [12]。
由上分析,以低碳技術路線圖作為脈絡發展低碳經濟在國內外都受到推崇。清晰的能源技術戰略、產業結構規劃和明確的減排目標和任務是應對全球氣候變化和實現低碳經濟的一個前提。從文獻的研究看來,未來的低碳技術創新趨勢應該是走“減碳”、“碳中和”、最后到“負碳”的技術發展路線。
3 低碳技術研究理論
學界較著名且具有標志性意義的低碳技術體系研究理論包括史帝芬·巴克樂的穩定楔理論、麥肯錫的全球溫室氣體減排成本曲線和烏恩魯的碳鎖定理論等。
穩定楔理論[13]是目前被公認的處理氣候變化問題的最佳策略之一。其創立者史帝芬·巴克樂和羅伯特·索克羅從各種可能的氣候變化減緩技術中篩選出了15種關鍵技術,將其命名為“穩定楔”,認為這15種技術的應用可以像楔子一樣,在穩定全球大氣二氧化碳濃度的過程中發揮重要作用。并把15種“穩定楔”技術分為5類,即:①提高能源效率,加強管理的技術;②燃料使用的轉換與CO2的捕獲及儲存技術;③核能發電技術;④可再生能源及燃料技術;⑤森林和耕地對CO2的吸收作用技術。穩定楔理論第一次全面審視了人類現有技術與碳排放之間的相互關系,按照不同技術的碳排放貢獻及其減排潛力對各種可能的氣候變化減緩技術進行了篩選,為人類的減排行動指出了重要方向。
溫室氣體減排成本曲線是麥肯錫在全球10個領軍企業和組織支持下開發出的一個全球溫室氣體減排數據庫[14]。該數據庫包括了至2030年的時間范圍內,對10個經濟部門和全世界21個地區的200多種溫室氣體減排潛力和成本的深入評估。該成本報告不僅包括了對低碳技術發展的最新評估和宏觀經濟評價、對不同地區和行業減排潛力、投資和融資需求均做了詳細的評估及成本估算,同時采用情景模擬動態性地闡述了如何才能實現減排,包括對建筑產業的分析。
與“穩定楔”理論不同的是,麥肯錫評估報告不僅注意了各種氣候變化減緩技術減排潛力,而且分析了各種減緩技術的應用成本與投資需求。這對政府和投資決策者具有極重要的參考價值。
碳鎖定理論是由格利高里·烏恩魯最早提出來的,他在《能源政策》陸續發表了三篇重要論文[15~17]
等。其中,《理解碳鎖定》一文系統地提出了碳鎖定概念。他認為,對化石能源系統高度依賴的技術自工業革命以來一直存在,并與政治、經濟、社會結合成一個“技術-制度綜合體”,并不斷為這種技術尋找正當性,為其廣泛商業化應用鋪設道路。形成了一種共生的系統內在慣性,導致技術鎖定和路徑依賴,阻礙替代技術的發展,即“碳鎖定”。其來源主要來自技術、機構、產業、社會和制度等五個方面。
碳鎖定理論對于低碳技術創新研究有重要意義。特別是對于高能耗產業,研究指出,受益于長期遞增報酬的以碳為基礎的能源系統可能會產生“鎖定效應”,進而妨礙低碳、可再生能源等低碳技術的創新。同時,受益于現有制度的參與者將試圖維持該種制度,這就進一步強化了現存技術系統的鎖定。目前工業化國家以碳為基礎的能源和運輸系統形成了鎖定的技術—制度復合體,相應地也是碳鎖定。
文獻[18]認為,由于內部慣性,解除碳鎖定需要外生事件的沖擊。如相關技術的危機、政府規制、技術突破、消費偏好的改變、“縫隙”市場和科學發現等6大方面。長遠來看,可再生能源如生物能源和碳封存技術可有效解決高能耗產業的碳鎖定僵局[19]。
4 低碳建筑、綠色建筑評估
4.1 生態建筑、綠色建筑、可持續建筑和低碳建筑演變
早在19世紀,“生態建筑”就出現在西方建筑理論與實踐中。“綠色建筑”則起源于20世紀60年代、70年代或更早
[20]。90年代可持續發展理論一經提出,即被融入了綠色建筑理論中,以1993年國際建協在芝加哥通過的《芝加哥宣言》和美國出版的《可持續發展設計指導原則》一書列出的“可持續建筑設計細則”為標志,形成了現代真正意義上的綠色建筑理論體系。2003年英國首次提出低碳概念[21]。低碳建筑隨之出現,學界開始從能源、環境、經濟和政治等方面對低碳建筑和低碳技術進行研究[22~24]。
國內對建筑業創新研究也經歷了生態、綠色、可持續和低碳建筑的演變過程。筆者在中國知網(CNKI)數據庫以“生態建筑、綠色建筑、可持續建筑、低碳建筑”為“標題”關鍵詞分別檢索,其時間序列統計見表2。經分析發現,以“低碳建筑”為主題的研究文獻起步較晚,內容多集中在建筑設計、施工技術、建筑機械、智能建筑技術、建筑材料、綠色建筑和節能技術創新等方面。對表2數據基礎進一步分析發現,以低碳技術為主題的文獻只有17篇,發表時間集中在近2年(發表在國際期刊的未作統計)。說明有關低碳建筑的研究在我國尚處于起步階段。
4.2 綠色建筑、低碳建筑實現路徑和評估體系
在綠色低碳建筑的實現途徑方面,文獻[25]指出, 很多大型建筑公司采用技術創新是基于成本競爭和服務考慮,而未考慮經濟的可持續發展。綠色建筑的發展需要從個人、組織和制度上解決目前存在的社會和心理障礙,如“總框架、目標人群、教育、結構調整、激勵改革和風險補償、綠色建筑標準的改進和稅制改革”等七大方面來解決。建筑技術研發創新也可通過跨學科的研究努力來進行[26]。文獻[27]研究發現,要有效解決建筑產業的脫碳,減少碳排放問題,最好的途徑是推行低能耗、零排放的新標準綜合建筑。低碳技術集成系統(如環境控制、LED節能、節能技術集成網絡等)的應用可有效減少建筑能耗,減少國家對能源的過度需求[28]。如文獻[29]基于英國建筑產業評估狀況,指出建筑高能耗產生原因之一是缺乏有效的整合和技術集成,解決方案是要建立合作伙伴關系的專家團隊,采用垂直整合設計、價值管理、全壽命周期管理、教育培訓、信息傳遞和研發工具政策支持、文化教育的改革以實現低碳或零碳建筑,環境政策的制定要與建筑產業的改革密切結合起來。
也有學者從建筑產品創新、設計創新、新型建筑技術應用等方面論證建筑產業的低碳可行性。文獻[30]以山西建筑產業為例,指出“產業節能和減排彈性脫鉤是降低二氧化碳排放、實現經濟發展與碳排放脫鉤的因素,政府應大力支持技術創新”。好的綠色建筑項目是組織管理和效率管理的典范[31],地方政府在綠色建筑的推行中扮演極其重要的角色[32]。低碳建筑的實現要解決一系列的問題,如設定碳排放基準線,促進行為節能和行為減排,分析可行資源,建立高效的系統調適和運行管理體系,才能有效實現低碳節能的目標[33]。
國內外比較知名的綠色建筑評價體系有美國的LEED,英國的BREEAM、加拿大的SRTool、澳大利亞綠色之星、德國的DGNB、日本的CASBEE評估體系等和中國的綠色建筑評估體系。這些綠色建筑評價體系是基于全壽命周期為主軸構建指標,內容多集中在綠色節能和綠色宜居等方面。權重則根據評價的側重點有所不同,但對碳排放和設計中創新的評價指標很少,目前只有LEED和“綠色之星”體系中有單列指標對建筑的技術創新進行評估。
對建筑評估體系的研究也主要集中在綠色建筑等方面[34,35]。有學者在現有綠色評估體系的基礎上提出了低碳建筑評估內容[36], 全國工商聯房地產商會聯合的《中國綠色低碳住宅區減碳技術評估框架體系》(討論稿)[37]為我國低碳建筑社區減碳技術提供了一個比較明確的方向,但在國家統一的低碳建筑評估體系未權威公布之前,有關低碳建筑評估體系仍然需要進一步論證和探討。
5 技術進步與建筑能源效率提高的研究
5.1 建筑產業技術創新與能效提高
隨著能源問題與環境問題的日益突出,能源效率越來越受到國際社會的重視。有學者把能源效率稱為“第五類能源” [38]。國際性的能源強度比較越來越受到關注,因為國際性比較可以幫助了解各國能源強度降低的潛力。文獻[39]認為建筑節能和能效提高在設計階段就要考慮盡可能地減少設備或設施的使用,這也是節省成本,提高能效的有效途徑。科技創新與建筑的能效關系密切,要輔之以必要的政策支持[40]。
5.2 建筑產業供應鏈技術創新與能效提高
作為耗能大戶的建筑產業,其供應鏈的碳排放控制研究也日益受到學界關注,文獻[41]對建筑產業上游鋼鐵行業的能源效率及節能減排潛能做實證分析發現,只有技術創新,提高行業技術水平,才能真正提高我國鋼鐵行業的節能減排率。利用科技進步調整產業結構,將顯著降低我國鋼鐵行業能耗和CO2排放量;我國鋼鐵和水泥企業碳減排潛力還有很大空間[42,43]。 建筑材料產業采用精益生產的模式可以有效降低成本,減少浪費和能耗[44];文獻[45]通過對我國6大產業的能源消耗、經濟增長和能源效率的實證研究發現,從能源效率的長期或短期分析結果看來, 建筑業的能源效率都是最低的,加快產業結構和提升技術進步勢在必行。
6 結論與展望
低碳技術創新研究是一個跨學科、跨專業的系統研究,而作為集成多技術的建筑產業的低碳、控碳技術的創新管理更是一個復雜系統。建筑產業低碳技術創新管理涉及社會、經濟、能源和環境等多方面要素,目前的文獻研究仍然有一定的局限性,缺少一個從系統的、全面的角度來分析整個建筑行業的特征和在當今高能耗產業“碳鎖定”狀態下如何從技術、政策和操作層面來實現低碳建筑產業的革新,即從技術創新的本身規律上來解決當前能源緊張和碳排放問題,以綜合集成、多維度和多種技術系統集成管理的創新研究顯得尤為必要,以控碳技術、提高能效為績效指標的評估機制和管理模式也是未來建筑產業低碳技術創新管理的方向。
參考文獻:
[1]世界自然基金會.低碳經濟影響四大產業變革[J].北大商業評論,2010, 68(3):2-4.
[2]MI Hoffert,et al. Advanced Technology Paths to Global Climate Stability: Energy for a Greenhouse Planet [J].Science, 2002,298 (5595):981–987.
[3]Berkhou t F. Technology Regimes, Path Dependency and the Environment[J].Global Environment Change,2001:1-4.
[4]姜克雋, 胡秀蓮,等.中國2050年低碳情景和低碳發展之路[J].中外能源,2009,14(6):1-7.
[5]中國科學院能源領域戰略研究組.中國至2050年能源科技發展路線圖[M]. 科學出版社, 2009.
[6]錢祖. 我國節能減排關鍵技術和路線圖[R].創新科技,2008(31):54-55.
[7]Malko J. Roadmap to Low-carbon Economy[J]. Rynek Energy, 2010,4(8):26-30.
[8]Ashina S, et al. Japan Roadmaps toward Low-carbon Society by Backcasting: Optimal CO2 Reduction Pathways and Investment Timing for Low-carbon Technology[J]. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 2010, 2 (3).
[9]Paster MD, et al. The US Department of Energy Program on Hydrogen Production[J]. Nuclear Production of Hydrongen, 2004:57-71.
[10]吳昌華. 低碳創新的技術發展路線圖[J].中國科學院院報, 2010, 25 (2):138-145.
[11]Zhang ZX. China in the Transition to a Low-carbon Economy [J].Energy Policy, 2010, 38(6):6638-6653.
[12]Liu HW, Gallagher KS. Catalyzing Strategic Transformation to a Low-carbon Economy: a CCS Roadmap for China [J].Energy Policy. 2010, 38(1): 59-74.
[HJ1.55mm][13]S Pacala, R Socolow. Stabilization Wedges: Solving the Climate Problem for the Next 50 Years with Current Technologies[J]. Science, 2004(305):968-972.
[14]McKinsy. The Carbon Productivity Challenge: Curbing Climate Change and Sustaining Economic Growth[R].McKinsy Global Institute, 2008.
[15]Unruh GC. Understanding Carbon Lock-in [J] . Energy Policy, 2000, 28 ( 12) : 817-830.
[16]Unruh GC. Escaping Carbon Lock-in [J]. Energy Policy, 2002, 30( 4) : 317-325.
[17]Unruh, GC. Globalizing Carbon Lock- in [J]. Energy Policy, 2006, 34 ( 10) : 1185-1197.
[18]Cowan R, Hulten S. Escaping Lock-in: The Case of the Electric Vehicle [J]. Technological Forecasting and Social Change,1996,53 (1):61-80.
[19]Vergragt PJ, Markusson N, Karlsson H. Carbon Capture and Storage, Bio-energy with CCS, and the Escape from the Fossil-fuel Lock-in [J]. Global Environmental Change-Human and Policy Dimensions, 2011, 21(5): 282-292 .
[20]BStone. How Building Green Got Its Start [EB/OL]. http:///environment/green-living/articles/51601.aspx, 2012-07-02.
[21]DTI. UK Energy White Paper: Our Energy Future - Creating a Low Carbon Economy[M]. The Stationery Office, 2003.
[22]Williams J. The Deployment of Decentralised Energy Systems as Part of the Housing Growth Programmer in the UK[J]. Energy Policy, 2010, 38 (12): 7604-7613.
[23]Nemet GF, Baker E. Demand Subsidies Versus R&D: Comparing the Uncertain Impacts of Policy on a Pre-commercial Low-carbon Energy Technology [J].Energy Journal, 2009, 30 (4) : 49-80.
[24]Glass J, Dainty ARJ, Gibb AGF. New Build: Materials, Techniques, Skills and Innovation [J].Energy Policy,2008, 36 (12): 4534-4538.
[25]Hoffman AJ, Henn R. Overcoming the Social and Psychological Barriers to Green Building[J]. Organization & Environment, 2008, 21 (4): 390-419.
[26]Changyoon Kim, et al. Developing a Technology Roadmap for Construction R&D through Interdisciplinary Research Efforts[J]. Automation in Construction,2009(18):330-337.
[27]Newton PW, Tucker SN. Pathways to Decarbonizing the Housing Sector: a Scenario Analysis [J]. Building Research and Information, 2011, 39(1): 34-50.
[28]Cho S, et al. Development of Integrated Operation, Low-end Energy Building Engineering Technology in Korea[C]. KC2008: Proceedings of the EU-Korea Conference on Science and Technology. Series: Springer Proceeding in Physics, 2008(124):123-133.
[29]S Sorrell. Making the Link: Climate Policy and the Reform of the UK Construction Industry[J]. Energy Policy, 2003 (31):865–878.
[30]李忠民,韓翠翠,姚宇.產業低碳化彈性脫鉤因素影響力分析—以山西省建筑業為例[J].經濟與管理, 2010, 24 (9):41-44.
[31]Heerwagen J. Green Buildings, Organizational Success and Occupant Productivity [J].Building Research and Information, 2000, 28(5-6): 353-367.
[32]Theaker IG, Cole RJ. The Role of Local Governments in Fostering Green Buildings: a Case Study[J]. Building Research and Information. 2001, 29(5):394-408.
[33] 龍惟定,白瑋,范蕊. 低碳經濟與建筑節能發展[J],建設科技,2008: 16-20.
[34] 施騫,徐莉燕. 綠色建筑評價體系分析[J].同濟大學學報(社科版), 2007, 18(2):112-117.
[35] Lent T, Walsh B. Rethinking Green Building Standards for Comprehensive Continuous Improvement [J]. Journal of ASTM International, 2008, 5(2):1-9.
[36] 聶梅生,秦佑國,江億.中國綠色低碳住區技術評估手冊[M].中國建筑工業出版社,2011.
[37] 全國工商聯房地產商會.中國綠色低碳住宅區減碳技術評估框架體系(討論稿)[J].動感, 2010,(0):30-33.
[38] Andrew Warren. Does Energy Efficiency Save Energy: the Implications of Accepting the Khazzoom – Brookes Postulate [EB/OL].http: // technology.open.ac.uk / eeru / staff /horace/ kbpotl.htm. 2006-07-07.
[39] Hydes KR, Creech L. Reducing Mechanical Equipment Cost: the Economics of Green Design[J]. Building Research and Information, 2000, 28(5-6):403-407.
[40]Koebel. CT Innovation in Homebuilding and the Future of Housing[J]. Journal of the American Planning Association, 2008, 74(1):45-58.
[41]韓一杰,劉秀麗. 基于超效率DEA模型的中國各區鋼鐵行業能源效率及節能減排潛力分析[J].系統科學與數學,2011, 31(3): 287-298.
[42]Ke Wang, et al. Scenario Analysis on CO2 Emissions Reduction Potential in China’s Iron and Steel Industry[J]. Energy Policy,2007(35):2320-2335.
[43]Shalini Anand, et al. Application of a System Dynamics Approach for Assessment and Mitigation of CO2 Emissions from the Cement Industry[J]. Journal of Environmental Mgt,2006(79):383-398