生物质气化系统的烔用值分析

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摘要基于生态热力学的最新进展，首次采用烔用值理论方法研究生物质气化系统。以江苏盐城某20 MW生物质气化燃气-蒸汽联合循环发电工程为研究案例，采用烔用值分析理论对其生态环境效益进行综合评价，并计算了系统的烔用值评价指标，与风力发电系统、太阳能热力发电系统、玉米酒精生产系统和沼气综合利用系统这几个典型的可再生能源转化利用系统进行对比分析。结果表明，生物质气化系统的烔用值总输入为1.04E+15 Jc/a，烔用值转换率为2.64 Jc/J。人力劳务是生物质气化系统烔用值投入的主要部分，占总烔用值投入的8604%。生物质气化系统与其他可再生能源系统类似，都主要依赖于外购的资源，但对可再生资源的利用较高，具有较好的发展持续性和生态环境效益。

关键词生物质气化；烔用值分析；生态环境效益；可持续发展

中图分类号S216文献标识码A文章编号0517-6611（2017）17-0184-06

AbstractBased on the latest progress of ecological thermodynamics， the exergy theory was firstly used to study biomass gasification system. With a 20 MW biomass gasification gas steam combined cycle power generation project in Yancheng City， Jiangsu Province as study case， the ecological environment benefits was comprehensively analyzed. The exergybased indicators of the biomass gasification system was calculated and compared with other renewable exergy conversion systems including wind power generation system， solar thermal power generation system， cornethanol production system and biogas system. The results showed that the total exergy inputs of the biomass gasification system is calculated to be 1.04E+15 Jc/a， and exergy conversion rate is 2.64 Jc/J. Labor inputs are the main contributor to total exergy inputs， taking up 8604%. Similar to other renewable exergy conversion systems， biomass gasification system is mainly supported by exergy purchased from outside. But it has advantages in sustainable development and ecoenvironmental benefits.

Key wordsBiomass gasification；Exergy analysis；Ecoenvironmental benefits；Sustainable development

基金项目国家自然科学基金项目（51576087，51376076）。

作者简介张晓燕（1992—），女，山东邹城人，硕士研究生，研究方向：生物质热化学转化系统的生态热力学。*通讯作者，副教授，博士，从事可再生能源系统评价与优化研究。

收稿日期2017-03-17

我国作为一个农业大国，生物质资源丰富，大力发展清洁、高效的生物质能转化技术对于我国应对气候变化和实现低碳化能源发展道路具有重要意义[1]。作为一种重要的生物质能热转化利用方式，生物质气化是在气化剂存在的条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为可燃气体的过程[2-4]，生成的可燃气既可进一步加工合成一些基础的化工原料，还可以直接作为燃料进行燃烧或发电[5-7]。

生物质能虽然是可再生能源，但现阶段其在转化利用的过程中会不可避免地消耗化石能源，给环境和生态带来一定的影响。国内外很多学者对生物质能利用技术的全生命周期环境影响进行分析研究，多集中在能源消耗强度和温室气体排放核算这两方面[8-15]。在系统生态学研究方面，能值理论和方法将生态经济系统内流动和储存的各种不同类别的能量和物质转换为统一标准的太阳能值，可以从复合系统角度对给定能源系统的环境负担、可持续性、生态友好性等方面进行定量分析和评价[16-17]。杨晴[18]、韩菲等[19]与罗玉和等[20-21]对燃料乙醇生产系统、生物质热解多联产系统以及生物质气化发电系统进行能值分析，并计算了其能值评价指标；李欣等[22]对2种秸秆能源利用方式进行了能值分析和对比评价。然而能值理论基于热力学第一定律，无法从根本上消除重复计算的问题[23]，而且在能值转化率的计算、反映经济社会的发展需求等方面也受到一些学者的质疑[24-27]。

烔用值分析是基于热力学第二定律的系统分析方法，其在能值分析的理论框架上进行了提升，从源头克服了能值分析重复计算的问题，由北京大学陈国谦教授首次提出[23]，并应用到我国农业生态经济系统的评估[28]、国民经济的生态要素核算[29]、水质的测定[30]及湿地的生态评估[31]等方面。此外，姜昧茗[32]采用烔用值理论研究城市系统演化机理，对我国典型城市资源烔用耗进行了历史核算和预测；季曦[25]以北京为案例，将基于烔用值理论的网络核算、系统生态模拟和调控应用于实际的城市生态系统分析和管理。在对具体的生态系统的分析研究中，杨晴[18]在其博士论文中尝试将烔用值分析引入到具体的能源系統研究中去，以分析具体能源系统生态代价和负担；Wu等[33]和Ling Shao等[27]采用体现宇宙烔用分析的方法，分别对我国的一个沼气系统和人工湿地污水处理系统进行了可再生性评估。但目前对生物质气化系统的烔用值方面的分析研究尚少见。

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