生物質(zhì)能是目前應(yīng)用最為廣泛的可再生能源，其消費總量僅次于煤炭、石油和天然氣，在未來可持續(xù)能源系統(tǒng)中占有重要地位。生物質(zhì)能是指蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，它是直接或間接地通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和儲藏在生物體內(nèi)的能量。它除了直接燃燒釋放能源為人類利用外，在一定技術(shù)條件下也可以轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料‘21。目前，生物質(zhì)能開發(fā)利用主要有生物質(zhì)能發(fā)電、生物質(zhì)固化成型燃料、生物質(zhì)招氣、生物質(zhì)氣化和生物液體燃料等五種方案。
層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。它是將與決策問題有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，然后對同層因素之間對上層某因素重要性進(jìn)行評價，根據(jù)評價目標(biāo)的關(guān)系，計算各影響因素的權(quán)重，為定量分析提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)支持。生物質(zhì)能開發(fā)方案涉及技術(shù)、社會、能源供應(yīng)和消費、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等諸多因素，本研究主要結(jié)合專家打分法和層次分析法，將人為的主觀性依據(jù)用數(shù)量形式表達(dá)，對生物質(zhì)能開發(fā)方案進(jìn)行綜合評價。
1、生物質(zhì)能開發(fā)方案概述
(1)生物質(zhì)發(fā)電
生物質(zhì)發(fā)電是將生物質(zhì)替代化石燃料在鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，生成的高溫高壓蒸汽在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹做功產(chǎn)生電能。目前主要有混燃、直燃、氣化和沼氣四類發(fā)電模式。
混燃發(fā)電模式在技術(shù)上是可行的，能夠利用現(xiàn)有燃煤小電廠的基礎(chǔ)設(shè)施，增加生物質(zhì)燃料預(yù)處理，并在進(jìn)料環(huán)節(jié)鍋爐燃燒室方面作相應(yīng)的改造，該類電廠運行平穩(wěn)，生物質(zhì)燃料供應(yīng)不連續(xù)的風(fēng)險小。同時，改造投資不大、建設(shè)周期短、對原料適應(yīng)能力強(qiáng)、操作簡單，屬于較先進(jìn)的能源利用方式。
直燃發(fā)電燃料主要為農(nóng)作物秸稈、農(nóng)林廢棄物和其他生物質(zhì)燃料。該模式可較大量地利用農(nóng)作物秸稈，減少廢棄焚燒對大氣環(huán)境的直接污染，環(huán)境效益較為明顯。其中每2t農(nóng)作物秸稈可替代1t標(biāo)煤。
氣化發(fā)電的原料主要是麥稈、稻草、稻殼、鋸末等農(nóng)林廢棄物。該模式的特點是可以充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)、設(shè)備緊湊和污染較少的優(yōu)點。該發(fā)電方式一般裝機(jī)容量不大，農(nóng)作物秸稈收集半徑小，便于復(fù)制和推廣應(yīng)用。
沼氣發(fā)電模式存在基礎(chǔ)研究相對滯后、燃燒過程沼氣消耗率普遍偏高，熱能轉(zhuǎn)化效率低，大部分熱量隨廢氣排出。國內(nèi)主流的沼氣發(fā)電機(jī)組容量普遍小于1000 kW，較成熟的發(fā)電機(jī)組容量為500 kW。我國沼氣發(fā)電裝機(jī)容量只有德國的1%，沼氣發(fā)電量只有德國的0.16%。
(2)生物質(zhì)固化成型燃料
生物質(zhì)固化成型技術(shù)是在一定溫度和壓力作用下，將各類分散的、不定形的生物質(zhì)原料經(jīng)粉碎、干燥、高壓成型等環(huán)節(jié)壓縮成具有一定幾何形狀、密度較大(1.1～1.3 t．m-3)，高熱值（3700～5000kcal·-1的成型燃料，該模式具有工藝簡單、投資少等優(yōu)點，可以提高生物質(zhì)資源的運輸和貯存能力，改善生物質(zhì)燃燒性能，提高利用熱利用效率，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，可取代煤、燃?xì)鈶?yīng)用于民用和工業(yè)用。它是目前國內(nèi)外利用生物質(zhì)能比較普遍且效果顯著的技術(shù)之。但受原料收集、能耗高、磨具壽命短等因素，其成本較高，建議對成型機(jī)械關(guān)鍵部件的改進(jìn)，降低能耗，降低成本，以達(dá)到較高的技術(shù)推廣價值。
富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)顆粒燃料。
(3)生物質(zhì)沼氣
生物質(zhì)沼氣是在厭氧環(huán)境下微生物將畜禽糞便或農(nóng)作物秸稈等可降解的生物質(zhì)經(jīng)過厭氧消化生成的可燃?xì)怏w。目前在我國應(yīng)用較廣的利用模式主要有戶用沼氣池和大中型沼氣工程兩種。
戶用沼氣主要集中在中國等亞洲國家，發(fā)酵原料主要為人畜糞便、污水等。我國戶用沼氣工程技術(shù)從20世紀(jì)90年代以來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用呈現(xiàn)快速發(fā)展的局面。結(jié)合各地具體條件，建立“四位一體”等以沼氣技術(shù)為紐帶的生態(tài)農(nóng)業(yè)應(yīng)用模式。它具有配套設(shè)施簡單，建設(shè)和運行成本低，無需運行動力，地理環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點，但也存在進(jìn)出料困難，后期維護(hù)體系不完善等缺點。戶用沼氣池容量一般分為6，8，10m3，大多為8m3。構(gòu)造材料為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或者可移動的玻璃鋼材料的發(fā)酵池。該模式在江蘇省蘇北和蘇中地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。
在大中型沼氣工程方面，與發(fā)達(dá)國家主要是歐盟國家已經(jīng)歷過的發(fā)展階段相比，我國現(xiàn)正處于他們發(fā)展現(xiàn)代沼氣的第一和第二階段。沼氣工程的平均池容基本上屬于中小型沼氣工程，規(guī)模較小，發(fā)酵原料以畜禽糞便單一原料為主，還沒有能源植物與其他有機(jī)物混合發(fā)酵的沼氣工程，濃度多在6%以下（歐洲農(nóng)場沼氣工程以混合原料為主，原料多在10%左右）。我國沼氣工程產(chǎn)氣率僅為發(fā)達(dá)國家的1/3~1/2，產(chǎn)生的沼氣僅有少量（約占總產(chǎn)氣量的2.53%）用于發(fā)電，集中供氣大約占總產(chǎn)氣量的1%，其余基本用作養(yǎng)殖場食堂炊事燃料，大約有90%的沼氣沒有被有效利用。且沼渣沼液濃度低，養(yǎng)分含量少，作為肥料還田利用比較難，大部分經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放，綜合效益不佳。目前，我國還未開始進(jìn)行沼氣用作汽車燃料以及沼氣燃料電池的研究。
(4)生物質(zhì)氣化
生物質(zhì)氣化是利用空氣中的02或含氧物作氣化劑，在高溫條件下將生物質(zhì)燃料中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓ㄖ饕荋2，CO和CH．）的熱化學(xué)反應(yīng)，其中較大規(guī)模應(yīng)用的是生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)。由于該技術(shù)存在焦油凈化二次污染，燃?xì)鉄嶂档�，供氣范圍要求相對集中，投資大多需要財政補(bǔ)貼等問題，尚未被廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益有待提高。
(5)生物液體燃料
生物乙醇是指利用農(nóng)作物秸稈、農(nóng)林廢棄物等纖維素、半纖維素、木素及其它可用生物有機(jī)質(zhì)資源生產(chǎn)乙醇的技術(shù)。該項技術(shù)自20世紀(jì)50年代起展開相關(guān)研究，目前以糧食為原料的燃料乙醇技術(shù)比較成熟，但是以非糧食（秸稈、能源植物等）為原料的燃料乙醇技術(shù)尚未產(chǎn)業(yè)化，相關(guān)技術(shù)攻關(guān)研究工作正在積極開展。
生物柴油是通過可再生的天然油脂資源（生物資源）生產(chǎn)的一種液體燃料。該項技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)90年代末，越來越得到人們和政府的重視，目前研究大多集中于以城市垃圾油和廢棄油脂為原料生產(chǎn)生物柴油技術(shù)，且已開始實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而以秸稈等生物質(zhì)為原料的生物柴油技術(shù)成熟度相對薄弱。
2、生物質(zhì)能開發(fā)方案綜合評價指標(biāo)體系
結(jié)合江蘇省實際發(fā)展情況，從技術(shù)成熟度、社會接受程度、能源需求、供應(yīng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境等方面提出綜合評價指標(biāo)體系。表l為江蘇省生物質(zhì)能開發(fā)方案綜合評價指標(biāo)體系。該體系主要分為技術(shù)、能源供需、社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境四個方面。
3、基于層次分析法的方案綜合評價
(1)構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣。
各元素針對上一層次某個元素建立同一層任意兩個元素之間，在所有因素中任取兩個因素進(jìn)行比較，根據(jù)因素的重要程度，采用專家咨詢法，本研究邀請生物質(zhì)能開發(fā)領(lǐng)域?qū)＜乙勒毡?中標(biāo)度含義賦值，構(gòu)造判斷矩陣。各生物質(zhì)能開發(fā)方案判斷矩陣判斷值見表3—表7。
4、江蘇省生物質(zhì)能開發(fā)建議
(1)大力普及農(nóng)村沼氣。2009年底，江蘇省累計已建戶用沼氣池58萬個，大中型沼氣工程1300處，農(nóng)村沼氣服務(wù)網(wǎng)點699處，建設(shè)基礎(chǔ)好，技術(shù)成熟度高，今后要優(yōu)先發(fā)展生物質(zhì)沼氣工程，大力建設(shè)農(nóng)村沼氣工程服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系，形成“產(chǎn)前一產(chǎn)中一產(chǎn)后”一體化服務(wù)鏈。
(2)穩(wěn)步推進(jìn)生物質(zhì)發(fā)電。今后以江蘇省已核準(zhǔn)在建的生物質(zhì)發(fā)電項目為發(fā)展重點，在生物質(zhì)資源量較豐富且無較大規(guī)模利用項目的地區(qū)選擇適宜地點科學(xué)規(guī)劃新建生物質(zhì)發(fā)電項目，穩(wěn)步推進(jìn)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
(3)積極推廣固體成型燃料和生物質(zhì)氣化。根據(jù)生物質(zhì)發(fā)電和氣化等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求角度，建議積極推廣生物質(zhì)固化成型燃料產(chǎn)業(yè)。由于生物質(zhì)氣化存在技術(shù)瓶頸和環(huán)境二次污染等問題，建議適度發(fā)展生物質(zhì)氣化。
(4)試點發(fā)展生物液體燃料，主要是通過利用生物質(zhì)或種植非糧食能源作物，從中開發(fā)生物柴油、燃料乙醇。江蘇省生物柴油的生產(chǎn)能力和技術(shù)研發(fā)水平居國內(nèi)領(lǐng)先水平，爭取早日建成生物柴油生產(chǎn)基地。
