摘 要：随着经济发展，我国面临越来越严峻的能源与环境问题，开发清洁可再生能源迫在眉睫。本文针对一种生物质能源的创新利用方式，即利用植物光合作用的光反应发电，对基于此技术的分布电源进行可行性分析。首先，对我国能源与环境现况及现有生物质能源的利用方式进行探讨。其次，介绍植物发电技术与相关研究成果。最后，结合我国能源、环境与国家政策等现况，对基于植物发电技术的分布式电源进行可行性分析和前景展望。
关键词：生物质；植物发电；分布式电源；可行性
中图分类号：TM61 文献标识码：A
能源对一个国家生存与发展的重要性不言而喻。随着我国近年来经济的迅猛发展，能源与环境的矛盾也日益突出。能源成为制约我国国民经济可持续发展的重要环节，只有积极开发清洁可再生能源，才能从根本上解决这一问题。生物质能源以生物质为载体，可谓取之不尽，用之不竭，是理想的可再生能源，近年来发展迅速。但如今的生物质能源的利用方式都必须将其转化为其他能源才能使用，多次转化的过程，不仅使开发成本提高，也会造成能量损失和污染。本文所述的植物发电技术，即是生物质能源的一种创新利用方式。以下对基于此技术的分布式电源进行分析探讨。
1 技术开发背景
1.1 我国能源现况与特点
经济的发展，人口规模的不断提高，我国能源短缺现象也日益严重。而按照中国长期的经济发展目标，中国的能源消费总量将一步上升，未来中国的能源问题可能会成为制约经济发展的一大“瓶颈”。我国能源现况有以下三个特点：
（1）人均能源水平低
虽然我国能源总储量较高，但人均能源可采储量远低于世界平均水平。其中，石油总储量是世界总量的2%，人均储量为世界水平的10%，目前进口依存度约为40%。
（2）能源利用效率低，污染严重
国际上一般用能源强度来衡量能源利用效率，能源强度越低，能源利用效率越高。我国能源利用效率目前为32%，生产同量的GDP所消耗的能源是世界平均水平的3倍多。由于技术水平不足，能源在利用过程中产生大量SO2、N0X、烟尘等多种污染物，使得能源消费成为我国环境污染的主要根源。
（3）能源分布不均
我国能源分布整体呈现“西北多，东南少”的局面，仅东北地区的石油、天然气储量就占全国储量的一半，能源消费集中的东南地区却资源匮乏。近年来的西气东输，西电东送，西煤东运等项目的实施，虽解决了部分矛盾，但大规模能源运输所带来的高成本和资源损耗也随之而来。
（4）能源结构不合理
我国能源消耗主要以煤炭为主，甚至达到了70%左右，而其他能源所占份额相对较低。这种不合理的能源消费结构，进一步加剧了我国能源利用效率低，污染严重的问题。
1.2 我国环境污染现况
由于化石燃料的大量燃烧，排放大量污染物，我国目前的环境污染十分严重。近年来雾霾天气的常态化，更加说明了中国空气污染的形式不容乐观。我国的大气污染主要为煤烟型污染，能源消费的污染是其根源。所以，开发清洁可再生能源是解决能源与污染矛盾的唯一途径。
1.3 生物质能及其利用方式
生物质能源是一种通过光合作用，以生物质为载体，间接利用太阳能的一种可再生能源。据统计，地球上的植物每年通过光合作用固定的太阳能约为3乘1018kJ，为每年全球总能耗的10倍。并且，生物质能源能够显著降低温室气体的排放，减少污染，其原料也便于获取、运输和储存。我国的生物质能源资源丰富，如果能充分利用，必能解决我国的能源与环境问题。
目前，生物质能源的利用方式主要有以下几种：
（1）燃烧乙醇；
（2）生物柴油；
（3）生物质液化；
（4）沼气；
（5）生物质燃烧发电。
2 植物发电技术发展及原理
2.1 植物发电技术发展
早在19世纪，就有人发现，如果用铜线和锌线分别插入柠檬，就可以驱动小型钟表的电机5个月之久。原来，植物里本身就有电流，这一发现让人们惊喜不已。随着科学家的探索研究，近年来，在利用活体植物直接发电技术领域已有了不少成果。日本研究人员发现从植物中提取的叶绿素与卵磷脂混合物被太阳光照射时，会产生电流，并且发现，其转换效率为普通太阳能电池的3倍以上。用此方法制成的电池称为“生物光伏电池”。英国剑桥研究人员发现，一盆蕨类植物的发电量可达每天一度。如今，这种植物发电技术的应用也日渐广泛，市场上已经出售有植物电能时钟，植物电池等产品。
2.2 植物发电技术原理
光合作用（Photosynthesis）是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水（细菌为硫化氢和水）转化为储存着能量的有机物，并释放出氧气（细菌释放氢气）的生化过程。光合作用可以说是地球上所有能源化石能源的根本来源，是十分重要的一个反应。光合作用可分为光反应和碳反应两个阶段。其光反应部分方程如下：
H2O→2H+2e-+1/2O2（水的光解），NADP++2e-+H+→NADPH（递氢）
在此过程中，电子从H2O传递给NADP，这是一个逆氧化还原电势的反应，一个电子从H2O传递到NADP必须克服1.13V电势差。当光子打到色素分子上时，叶绿素会吸收特定波长光线，激发高能电子，植物就是因此利用光能为这个反应提供电子流。我们可以用装置把植物光反应过程中激发的电子流引出，再通过升压电路，将其电压升高。这样就可以在植物正常生活的状态下直接获取其光合作用过程中的电流。
2.3 基于植物发电技术的分布式电源
分布式电源一般指功率较小，与环境兼容的独立电源，包括发电设备与储能装置。分布式电源能够高效利用各种发电技术，能源成本低，通常为可再生能源，有巨大的环境效益。从可持续发展和降低环境污染观点看，分布式发電技术是我国的必然选择。基于植物发电技术的分布式电源能够将生物质能源的利用最大化，在智能系统的规划下，保持独立电源的供电稳定性，满足负荷要求。
3 可行性分析和前景展望
3.1 中国生物质能源发展政策
为保障生物质能源产业稳定发展，我国政府出台了一系列法律法规和政策措施，积极推动了生物质能源的开发与利用[7]。2005年《中华人民共和国可再生能源法》提出，国家鼓励清洁、高效地开发生物质能源。国家“十一五”规划纲要也提出，加快开发生物质能源。
3.2 能源分布状况和大规模开发可行性
植物发电的载体分布范围广泛，从乔木，藻类，蕨类，以及其他灌木类杂草，可以有针对性的对不同类别植物进行发电技术的调整，让我国大量森林资源、湿地资源和海洋资源能在最小的破坏度下实现充分利用。如果大规模推广该技术，也能间接保护植物资源，促进环保事业的发展。从成本经济来看，发电植物易于获取，原料成本几乎为零。如果研发出可靠的电流调控电路，并将其发出电能集中并储存，再将一定范围内无数供电模块用智能系统相连，通过最优化设计方法进行规划并网，就能形成大规模基于该技术的分布式发电系统。
3.3 植物发电技术的分布式电源存在问题分析
目前，基于植物发电技术的分布式电源存在的问题主要为：
首先，相关科研技术开发仍处于初级阶段，还没有形成完整的技术体系。其次，缺乏大规模开发的动力，政策鼓励和市场吸引力不足。最后，在能源市场的竞争力较弱，无法短期内在市场中取得优势地位。
3.4 可行性建议
为加快基于植物发电技术的分布式电源的发展，在此提出以下三个可行性建议：
（1）呼吁政府机构加大对植物发电领域的科研项目投资，逐步完善技术体系，主要是电流调控技术和储能技术的改善。
（2）政府能够出台相关鼓励政策，对开发该项目的企业给予技术支持与经济奖励。
（3）加大市场宣传，让更多人了解生物质能源的优越性，吸引企业投资，提高其能源市场的竞争力。对使用该分布式电源的用户也给予电价上的优惠。
（4）可利用我国植物资源丰富的地理优势，把一部分植被密集区域作为技术开发试点，建立小型的分布式发电系统，用于当地公共设施或农业生产用电，再进一步推广该技术，最终实现大规模分布式电源的可靠并网。相信在不久的将来，基于该技术的分布式发电系统能获得广泛应用。
参考文献
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