关键词： 纤维素酶   甜高粱秸秆   重离子辐照预处理   水解产率   生物质能  

摘要： 随着化石能源的日渐枯竭和全球能源危机的加剧,可再生能源的开发和利用越来越备受各国政府和科技工作者的关注。生物质能作为一类最重要的能量来源,在替代传统的化石燃料,减轻环境污染,缓解能源危机等方面发挥着不可替代的作用。新型的“高能作物”甜高粱,在保障国家能源和粮食危机及环境保护方面具有重要作用,尤其是甜高粱秸秆作为一类重要的生物质材料,近年来被各国科学家所重视,其经济效益和生态效益也日渐凸显。目前生物质材料利用途径中最具前景的方法是生物降解,该方法主要是利用纤维素酶分解木质纤维素生产可发酵糖,进而生产燃料乙醇、丁醇等生物燃料及其他高附加值的化工产品。由于在生物质材料中存在“生物质抗降解屏障”,致使生物质的酶解转化难度大、成本高、效率低。目前,有两种提高生物质材料酶水解产率的思路:一、筛选并研制高降解能力的纤维素酶;二、预处理生物质材料提高酶对底物的可及度,最大程度地提高酶水解产率。本论文主要通过对5组自制纤维素酶对甜高粱秸秆水解效果的研究,优选对甜高粱秸秆具有高降解能力的纤维素酶。为提高酶对甜高粱秸秆的水解产率,对烟曲霉MS160.53所产的纤维素酶进行组分分析,建立了纤维素酶BGL比例函数复配模型,指导对有BGL缺乏的纤维素酶进行复配。同时采用重离子束辐照预处理甜高粱秸秆用以破坏其生物质抗降解屏障,提高酶对底物的可及度和水解程度,并借助XRD、FTIR和AFM对重离子预处理甜高粱秸秆酶水解产率提高的机理进行了探究。主要研究结果如下:1.高效降解甜高粱秸秆产糖的纤维素酶优选研究优选出了能高效降解甜高粱秸秆的纤维素酶,对甜高粱秸秆的水解产率达到12.16%,其生产菌株可用于甜高粱秸秆生产生物燃料所需纤维素酶的优选菌株,将极大地促进甜高粱秸秆生物质资源在生物质能方面的应用。2.纤维素酶复配提高甜高粱秸秆分解能力的研究建立了纤维素酶中BGL比例函数复配模型y=1183.9x+3.4255,其R=0.9878,复配后,对甜高粱秸秆的酶水解产率为19.26%,比未复配酶提高了15.2%(P<0.05)。纤维素酶中BGL比例复配为高效分解利用甜高粱秸秆木质纤维素提拱了新的视角。3.重离子束辐照预处理提高甜高粱秸秆酶解产率的研究600 Gy重离子辐照预处理的甜高粱秸秆酶解36 h时水解产率为34.43%,较对照提高了46.7%。对其机理研究表明:甜高粱秸秆表面超微结构改变是重离子辐照预处理水解产率提高的主要因素。此外,重离子辐照预处理还造成甜高粱秸秆纤维素非晶体区不同程度的破坏及晶体纤维素I中氢键逐步断裂形成较稳定的I。这表明重离子辐照可作为一种有效提高木质纤维素酶解产率的新型预处理技术,填补了其在辐照预处理生物质材料领域的空白。

关键词： 喀斯特石漠化   农村能源   影响因素   承载力评估   生物质能技术  

摘要： 能源是农村地区生产、生活、生态空间发展的重要物质需求,也是农村地区“三生空间”和谐发展的关键因素,关乎国家战略的发展,而当前农村地区在能源公平、能源安全等方面都与城市有着较大的差距,农村能源问题仍较为突出。喀斯特地区农村能源消费对薪柴的过度依赖以及低值粗放的利用方式直接导致了喀斯特地区石漠化等生态环境问题和人类健康问题,间接导致区域贫困高发,因此对生态脆弱的喀斯特地区进行农村能源结构优化有助于区域能源发展、社会发展,有利于保障石漠化治理成果,具有重要的理论意义和现实意义。论文依托国家十三五重点研发计划课题,选择四个代表中国南方喀斯特总体环境的石漠化治理示范区作为研究区,通过文献阅读法、抽样调查法、模型分析法、生物质能潜力估算法和生物质能承载力评估法对典型的喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化研究区、高原峡谷中强度石漠化（关岭）研究区、高原峡谷中强度石漠化（贞丰）研究区及山地峡谷无-潜在石漠化研究区的农村能源结构和消费特征以及农村能源利用方式的影响因素进行实证分析,并通过生物质能潜力估算对生物质能承载力进行评估,结合地区社会经济发展特征、农业发展类型、能源利用现状及能源潜力等方面,研发了适合不同石漠化等级地区的生物质能优化技术,得出以下结论:（1）喀斯特地区薪柴消费比重高,电力消费对传统能源的替代作用仍显不足。调查的四个研究区内,农户能源消费的类型主要有电力、薪柴、煤炭,而沼气和太阳能用户较少,虽然电力用户占比达99.31%,但对薪柴消费的替代作用较弱,仍有83.10%的家庭把薪柴作为主要的生活能源之一,其他能源用户占比均不足50%;在消费量上,薪柴的消费量最多,研究区内户均年总能耗为5330.95kgce,其中,薪柴消费达户均2702.3kgce,占总能耗的50.69%,但在不同区域表现出差异性,潜在-轻度石漠化地区能源利用以煤炭+薪柴为主,煤炭消费占总能耗的49.92%,薪柴占比为35.23%,中强度石漠化（关岭）地区、中强度石漠化（贞丰）地区及无-潜在石漠化地区薪柴消费量占比分别为46.2%、60.56%及54.96%。（2）喀斯特地区能源消费主要受到人口数量、电器数量、养殖数量、年纯收入、能源支出占比、耕地面积、是否享受政策的显著影响。煤炭消费受到电器数量、能源支出占比以及耕地面积的正向影响;薪柴消费仅在潜在-轻度石漠化地区与年纯收入呈现负相关,与耕地面积呈现显著正相关,表明该区收入越低,薪柴消费越高,而其他石漠化等级地区的薪柴消费并没有受到收入的影响;秸秆消费主要受到养殖数量、耕地面积、政策因素的正向影响;电力消费受到的影响因素较多;石油消费主要受到电器数量、养殖数量、年纯收入、能源支出占比、以及耕地面积的正向影响;新能源的使用主要受到政策显著的正向影响。优化喀斯特地区能源结构可通过提高农户收入、改善农业发展水平实现,还可通过政策法规、扶贫措施等直接或间接方式进行调控。（3）喀斯特地区农业生物质能潜力巨大、承载力较强,潜在-轻度石漠化地区的农业生物质能承载力为5741.56kgce/hm2,中强度石漠化的关岭和贞丰地区分别为5725.74kgce/hm2、1256.16kgce/hm2,无-潜在石漠化地区为361.85kgce/hm2,充分利用农业生物质能可以完全替代薪柴消费;而林木生物质能仅在无-潜在石漠化地区表现为正值的承载力,为4289.06kgce/hm2,其余石漠化等级区域均为负值,且石漠化现象越严重,林业生物质能承载力越差,潜在-轻度石漠化地区为-17.07kgce/hm2,中强度石漠化关岭和贞丰地区分别为-924.8kgce/hm2和-593.4kgce/hm2。（4）喀斯特地区生物质能优化技术多样,潜在-轻度石漠化地区主要以基于薯类资源进行液化制取乙醇燃料和利用林业剩余物固化成型技术为主;中强度石漠化（关岭）地区发展甘蔗液化制取乙醇燃料以及以规模化养殖户为基础利用秸秆-粪便混合发酵制取沼气为主;中强度石漠化（贞丰）地区以粪便发酵制取沼气为主要的调整技术,大中型沼气项目与户用沼气相结合;无-潜在石漠化地区林木资源丰富,以林业剩余物固化成型技术和直燃供热技术为主,辅以户用沼气技术。

关键词： 生物质能   循环经济发展战略   华蒙科创  

摘要： 中国生物质能行业是一种将畜牧养殖废弃物、林业废弃物、城市垃圾废弃物等通过生物厌氧发酵技术和垃圾焚烧技术,将产生的甲烷气体过滤、提纯和燃烧,进行生物质能发电的行业,实现了废弃物资源的循环利用。在畜牧养殖业的环保治理中,生物质能发电实现了对奶牛养殖业粪、尿、饲草秸秆等养殖废弃物的综合利用。通过生产沼气并网发电和沼渣沼液生产有机肥料,实现绿色能源生产和有机肥料替代化肥,形成畜牧养殖业与农业种植业之间有机转化的循环经济产业链。内蒙古华蒙科创公司是自治区一家专门从事畜牧环保与生物质能发电的民营企业,成立四年来,走过了企业的发展期,目前正处于进一步成长的瓶颈期与关键期。公司面临着激烈外部竞争环境,缺乏正确的发展战略导向,急需研究制定正确的发展战略,帮助企业成功渡过瓶颈期,实现企业快速发展。本论文分析了内蒙古华蒙科创公司的发展历程和现状,综合运用PEST分析、波特五力模型分析、SWOT分析等战略分析工具,对公司的内外部环境进行深入的探索,提出聚焦畜牧环保行业中奶牛养殖业环保市场这一目标市场,构建循环经济产业链发展战略和目标集中化竞争战略,建立以“畜牧养殖环保工程”+“生物质能发电项目”+“有机肥制造销售”三位一体的重点业务模式,确立公司在行业和细分市场龙头地位的发展目标,并提出了具体战略实施保障措施。本论文通过一个典型企业的案例分析,一方面解决了目前企业战略选择的问题;另一方面基于中国畜牧养殖业环保角度考虑,提出发展农牧业循环经济产业链模式,并为行业中的其他同质企业提供了参考借鉴。

关键词： 生物质能   二氧化钛   锐钛矿   金红石   协同作用  

摘要： 生物质能一直是人类赖以生存的重要能源之一。在当今世界能源危机的背景下,生物质资源的开发利用越来越受到人们的重视。利用光催化剂将生物质经光催化反应重整而获得氢能是一种备受人们关注的生物质利用方法,TiO2是一种性能优异的光催化剂,被广泛应用于重整生物质制氢领域中。为了提高TiO2的产氢活性,科学界对其进行了大量研究。锐钛矿和金红石是TiO2的两种不同晶型,被广泛用于各种光催化反应的研究中。在大多数情况下,锐钛矿的光催化活性高于金红石,但对于一些特殊的反应（如光催化水氧化）,金红石表现出更高的活性。更为有趣的现象是:一些锐钛矿和金红石的混相催化剂常常显示出比纯锐钛矿和纯金红石更高的光催化活性,这种现象被称为锐钛矿-金红石之间的协同作用。但是,学术界关于这种协同作用是否真实存在还一直存在争议。本文的主要工作集中在考察这种协同作用是否客观存在。采用在不同温度下焙烧无定型TiO2和金红石物理混合物的方法制备了多个系列的锐钛矿-金红石混相TiO2光催化剂;采用透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、粉末X衍射（XRD）以及紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）对其形貌、晶型及光响应范围等进行了表征;分别使用汞灯、氙灯以及经NaNO3溶液滤光后的汞灯为光源,评价了这些催化剂光催化重整甲醇制氢和光催化降解亚甲基蓝的活性。结果表明,对于所有系列的锐钛矿-金红石混相TiO2光催化剂,在不同光源的激发下,其光催化重整甲醇制氢和光催化降解亚甲基蓝的活性均表现出相同的规律,即锐钛矿的活性远高于金红石的活性,且混相催化剂的光催化活性随着其锐钛矿含量的增加而升高。这些结果表明,锐钛矿和金红石之间的协同作用在这些通常的TiO2光催化体系中并不存在。

关键词： 生物质   生物质能   能源化转化   超临界流体   催化  

摘要： 随着社会经济的不断发展,能源消耗也逐渐增大,寻找、开发可替代的清洁能源成为当前研究的热点。在众多的清洁能源中,生物质能是一种广泛存在于禾草类、木材、藻类、动物油、废弃油脂和其他微生物油脂等有机生命体中的可再生能源。然而,由于这些生命体中所携带生物质能的主要物质组成各异,在采用物理、化学以及生物的方法进行生物质能源的提取时,往往会因为所研究或处理的生物质资源的不同而造成生物质能的转化效果差异性大。因此,厘清在生物质能提取过程中各转化条件下(温度、压力、时间、催化剂、介质体系等)各类生物质有机大分子(纤维素、半纤维素、木素、油脂等)的转化效率,对我们选择合理的转化路径是至关重要的。基于此,本文首先综述了生物质原料的主要化学组成,然后针对这些典型生物质化学成分进行相应生物质能转化路线的介绍和功效分析,最后,对于其中颇具应用前景的超临界流体下的生物质能转化技术进行重点研究,以期为超临界流体中各类生物质资源的高效能源化转化过程的工业化应用提供智力支持。

关键词： 分布式电网   生物质能   接地故障   S变换   卷积神经网络  

摘要： 电网结构由原来的主干网逐渐转变为分布式电网,其主要原因是生物质能、太阳能等清洁能源注入电网,使整个网络更加复杂,给电网的安全监测带来了很多潜在风险。使用传统方法难以继续进行故障安全监测,因此本文提出了一种针对接地故障监测的新方法。首先,本文提出以故障特征画像的方式揭示接地故障发生时的变化规律。通过对比常见的时频分析法,采用S变换算法对已有的接地故障数据进行暂态特征分析。不同的故障类型经过S变换后可以得到不同的故障特征画像,从中可以直观地显示故障发生时信号的时频模突变的规律。其次,针对已有故障数据集不够丰富且故障类型单一的问题,利用电力仿真软件PSCAD搭建仿真模型,设置不同条件下的接地故障类型,并分析不同的故障发生时刻、接地电阻以及故障初相角等因素对故障特征的影响。最后,本文提出将深度学习中的卷积神经网络与S变换算法相结合运用于接地故障的识别,构建深层模型反映故障类型与故障特征间的映射关系以完成分类。本文的模型利用故障特征画像作为输入进行故障特征的学习,通过观察训练过程中各项参数的变化,不断地调整网络参数,达到识别故障类型的目的,实现故障检测的最优模型。本文以分布式电网单相接地故障为研究对象,可以准确识别高阻接地、低阻接地以及负载干扰下的正常情况,准确率均达90%以上。并与其他算法进行对比后表明本文所提方法识别精度高,且鲁棒性强,具有良好的工程应用价值。

关键词： 生物质能   大中型沼气集中供气   农村家庭能源   能源经济   正外部性   规模不经济   有效推广   分层优化   部分市场竞争   中国西部   甘肃省  

摘要： 中国具有典型的城乡二元结构,农业农村发展问题十分突出且复杂多样。其中,落后的农村基础设施建设是影响农村地区发展最重要的因素之一,而能源基础设施的建设就是其中重要的一环。近年来,随着以生物质能、风能、太阳能等为代表的可再生能源项目在农村地区的建设和推广。中国农村能源结构有向以可再生能源为主的“多能互补”能源结构转型的趋势。在农村地区,生物质能是分布最广,最易获取,可利用性也最强的能源之一。因此,它在中国农村能源结构转型的历程中,起着至关重要的作用。中国是一个农业大国,农村生物质能资源储量极其丰富。但是粗放的传统利用模式(直接燃烧)造成了不良环境影响和资源浪费,已不再适应现代化的生产和生活方式。因此,以间接利用(沼气)为代表的现代化利用方式应运而生。过去,生物质能间接利用的主要模式是户用型沼气,这种分散式的开发和利用模式在改革开发之后得到迅速地推广,取得了一定的成果。但随着中国农村城市化进程的加快和社会转型的推进,这种生物质能的分散化利用模式逐渐失去了发展的优势和空间。在这种情况下,以集中化、规模化开发为主要特征的大中型沼气集中供气的优势变得明显。大中型沼气集中供气利用农场和养殖场的有机废弃物生产沼气,将有机废物转化为清洁燃料,使用集中供应的方式满足当地居民对生活能源的需求。这种集中化开发和利用的模式具有一定的时代必然性,是生物质能开发和可再生能源事业发展的新趋势。这篇文章以甘肃省农村地区为研究区域。首先通过收集相关数据资料,利用熵权法和逼近理想解排序法(IEW&TOPSIS)两种方法,从各县域生物质能资源禀赋、农业发展基础两个方面,并结合各县域不同的自然地理要素权重,评价甘肃省农村生物质能实际发展潜力。接着,利用空间自相关分析方法进行县域尺度下甘肃省农村生物质能实际发展潜力的时空变动分析,探索农村生物质能开发潜力的时空布局与演变规律。然后通过实地观摩省内部分农村大中型沼气集中供气试点项目调研取证进行案例分析,从经济、环境和社会三个方面进行所调研项目多重效益的评价,综合分析所调研项目的在现有条件下的发展优势和问题。之后,以经济效益的大小为原则,将所调研项目分为三个层次,综合考量不同层级项目的规模、效益、运行状况和优化必要性,制定符合不同层级现实需求的优化措施。在持续发挥系统环境和社会优势的同时,致力于项目经济效益这个最大短板的提升,使其实现综合效益最大化。最后根据研究结果和探索出的问题,提出一些解决对策和政策建议。以期为甘肃省农村能源建设,特别是农村生物质能开发项目的良好运转和有效推广提供一些政策参考。主要结论如下:第一,集中化开发是生物质能开发利用的新趋势。生物质能在中国农村能源利用和结构转型的历程中,起着至关重要的作用。中国农村对生物质能的利用从粗放的直接燃烧发展到间接利用(沼气)技术的普及,简易低廉的户用型沼气得到了迅速地推广,并取得了一定的成果。但近年来,随着中国农村城市化进程的加快和社会转型的推进,这种生物质能的分散化利用模式逐渐失去了发展的优势和空间。在这种情况下,以集中化、规模化开发为主要特征的大中型沼气集中供气的优势变得明显,成为生物质能开发和可再生能源事业发展的新趋势。第二,甘肃省生物质能开发潜力时空变动较为显著。空间上,甘肃省生物质能实际开发潜力的地域差异较大。河西地区各县域无论从理论资源储量,还是实际开发潜力上,都占据相当的优势。而其他区域则开发潜力普遍不理想。最典型的是甘南地区,受限于本区域农业发展基础和地理环境条件的限制,是甘肃省范围最大的生物质能实际开发潜力低值集聚区。时间上,则体现出这种空间差距有缩小的趋势。从研究中得出,生物质能实际开发潜力的正空间相关性有减弱的趋势,无论是高值集聚还是低值集聚,其集聚区数量和所占空间范围都在不断缩小。此外,从预测结果来看,对于甘肃省而言,生物质能实际开发潜力的持续上升是未来发展的主流,也进一步验证了时间上甘肃省整体的农村生物质能发展地域差异在逐渐缩小的结论。第三,甘肃省生物质能具有一定的发展前景,但同时伴随很多问题。甘肃省来自于农业废弃物的生物质能资源总储量可达到7.28×10吨/年,理论上相当于年产约1.95×10m沼气。按人均量计算,可达到每人每年748.80立方的理论沼气使用量。可见甘肃省的生物质能资源储量相对丰富,具有一定的发展前景。但甘肃省生物质能的全面开发和推广还存在很多问题。主要集中在区域差距较大,开发和利用水平较低,利用模式较为单一三个方面。除此之外,还有一些生物质能开发试点项目在运营和推广过程中的问题,例如经济效益较差,综合效益难以体现,市场竞争力和抗风险能力较弱,后期管护不佳等方面。这些问题如果不能得到有效控制和解决,同样也会影响甘肃省生物质能的开发和项目推广。第四,经济效益是造成案例项目综合效益规模不经济现象的最主要因素。对所调研大中型沼气集中

摘要： “生物能源是‘可再生能源中被忽视的巨人’,挖掘出生物质能的巨大潜能,可以帮助我们为后代打造一个低碳能源体系.”IEA可再生能源中心主任Paolo Frankl在上述论坛致辞中表示,中国可再生能源有了长足的发展,但是二氧化碳的排放增长仍然需要进一步被遏制,这就需要重塑能源体系.Paolo Frankl表示,“在光伏、水电发展上中国都是首屈一指,所以要更多地关注供热,供热占到了能源需求的半壁江山.生物质能和可再生能源供热仍然有大幅提升空间,通过良好的市场设计和政府市场支持就可以提升市场应用.同时也可以解决三农问题以及帮助中国解决空气污染的问题.”Paolo Frankl说的非常有道理,任东明则在上述论坛演讲中详解了中国推动生物质能发展的初始动力.

关键词： 生物质能   徐锭明   可再生能源  

摘要： "黄土地上长能源,环保绿色可循环。固态当做煤炭使,发电清洁少污染;液态当做汽油用,交通使用新能源;沼气应用好处多,农村大嫂乐开怀!生物能源靠土地,荒山荒地换新天!不争农田不争水,万亩盐碱变良田。绿色植物用处多,化作能源做贡献!建设未来新农村,能源农业可领先。亿万农民种‘石油’,化石能源退二线。能源工业谱新篇,能源老兵立新传!"原国家发展改革委能

关键词： 生物质   木质素   柴油   木质素准液体燃料   经济可行性  

摘要： 在过去的几十年里,煤炭、石油等化石燃料作为社会进步和发展的主要能源物质,为推动人类社会的进步和发展做出了巨大贡献。随着人们对高质量生活的追求,化石能源的用量与日俱增,因化石能源具有不可再生性,终有一日,将不能够满足人类生活与发展的需求。另外,当前各国所关注并投入巨资进行研究开发生产的替代石油液体燃料陷于前景不明的燃料乙醇和生物柴油中。因此,寻找新型能源尤为迫切,本论文技术利用木质素高分散性、高含氧量以及高热值的特点,通过添加分散剂和乳化剂,采用新的生产工艺,使木质素微细颗粒可以与柴油均匀混合作为一种介于液体和固体之间的准液体燃料,实现替代柴油燃料为交通工具提供能源动力的目的。本论文主要做了以下工作:(1)基于能源再利用、原料易于获取的目的,以制浆造纸黑液为原料,采用物理化学工艺提取木质素并对提取木质素的最佳pH值、温度、反应时间等因素进行了探究,确定最佳提取工艺条件为pH值为2、温度为50℃、反应时间4 h。因木质素的密度、颜色与提取工艺等因素有关,通过计算文中提取的木质素密度约为1.4 g/cm,颜色为棕色。(2)对(1)中提取的木质素进行改性处理,而后将改性后的木质素加入市售0号柴油中,再经乳化工艺制成木质素准液体燃料,不同的乳化工艺条件直接影响木质素乳化柴油的分散性和稳定性,文中对木质素乳化柴油的最佳木质素含量、乳化剂含量、乳化时间、以及乳化转速等因素进行了探究,最终得出最佳工艺条件为:木质素的添加比例为9%、乳化剂含量为4%、乳化时间为20 min、乳化转速为10000 r/min为宜。将上述制成的木质素准液体燃料和柴油作为柴油机的工作燃料,对比两种燃料条件下柴油机的运行状态,并分别记录在同种工况下木质素准液体燃料的消耗量、市售柴油的消耗量以及尾气排放量等数据。由实验结果得知:柴油机使用木质素准液体燃料能够长时间稳定工作;使用木质素准液体燃料尾气排放要优于使用柴油的尾气排放。同时也发现:木质素颗粒尺寸越小,木质素替代柴油的量就越多。(3)本文对木质素准液体燃料做了推广研究,在工程现场实验中也取得了良好的效果,说明木质素准液体燃料可以实际运用于柴油发动机。为了探究木质素准液体燃料的经济可行性,论文最后对木质素准液体燃料独立生产体系的经济性进行了分析。本文对其生产成本以及各种工况下的项目投资、运行成本等进行了全面经济性估算,以求为木质素准液体燃料的生产工艺提供经济性评价依据。由估算结果可知,木质素作为准液体燃料具有一定的应用前景,对缓解我国能源短缺压力以及改善环境质量等具有一定的意义。