当今社会中，人类所面临的能源问题显得越来越突出。一方面，随着经济的发展，对于能源的需求越来越大；另一方面，构成现在能源主体的煤炭、石油和天然气等是不可再生资源，将面临着枯竭的危险。同时由于大量化石能源消耗，随之而带来的尾气排放，造成污染，威胁着我们赖以生存的地球环境。长期以来，能源一直是中国经济发展中的热点和难点问题，能源问题直接影响到国民经济能否实现可持续发展。随着国际能源格局的风云变幻，中国正面临着世界各国能源战略部署所带来的挑战，这是中国国民经济发展的一个瓶颈问题，也是对中国和平崛起的严峻考验。

大力开发新能源，倡导绿色经济，实现可持续发展是解决能源问题的必由之路

近年来，“低碳”一词逐渐为人们所熟知，如何减少排放，开发绿色能源成为一个新的研究热点。生物质能作为一种产量巨大的可再生能源是替代石油煤炭等化石能源、实现社会可持续发展的绿色能源。我国幅员辽阔，生物质能蕴藏丰富。我国既是粮食生产大国，也是秸秆生产大国。每年生产5亿多吨粮食，生产7亿多吨秸秆。在传统农业条件下，有5亿多吨秸秆白白腐烂和烧掉。这就等于浪费了生产5亿吨秸秆的耕地、淡水和其他农业投入品等资源。我国的生物质废弃物的总量，约相当于我国煤炭年开采量的50%，总计约6.56亿吨标煤。但是长期以来，这些生物质并未得到充分合理的利用，目前利用率仅在30%左右，而且能源利用方式极为简单，大多数物质以直接燃烧为主，这是一项巨大的浪费。

从目前的生物质能利用情况来看，以粮食生产燃料乙醇和以油菜籽生产生物柴油发展最为迅猛。最具代表性的是美国和欧盟。美国采取大幅度补贴政策，刺激了乙醇燃料生产的加快发展。据美国农业部统计，2009年美国用来生产乙醇燃料的玉米消耗量已达到1.07亿吨，占其当年玉米产量的39%。2009年欧盟共生产了约825万吨生物柴油，预计2010年生物柴油产量达到945万吨。

从我们国情出发，我们农业的首要任务是解决十三亿人口的吃饭问题，确保国家粮食安全和主要农产品有效供给。因此，我们在发展生物质能源方面，不可能走与欧美发达国家相同的路线，我们发展的重点应放在研究和开发利用以秸秆、农业废弃物等为原料的生物质能源,走中国特色生物质能源开发道路。同时，应结合我国生物质能源燃料的分布特点，因地制宜，采用灵活多变的政策，充分发掘生物质能源的潜力。[NextPage]

目前，我国生物质能源发展呈现出蓬勃的发展态势。在我国生物质能源发展中，农作物秸秆发电最具代表性、战略性和可持续性，秸秆的利用改造是开发生物质能源的一种有效途径。秸秆是清洁无污染的可再生能源，是最具有开发利用潜力的新能源之一，具有良好的社会、经济和生态效益。秸秆发电是秸秆优化利用的最主要形式之一，目前呈现快速增长的趋势。随着对生物质燃料研究的进行，秸秆发电逐渐走向实用化。目前秸秆发电大体上可以分为以下几种方式。

建造利用秸秆燃烧来发电的中小型电厂

目前生物质能发电技术主要有两大类：一是利用锅炉直接燃烧生物质燃料，例如秸秆，产生的热量加热锅炉中的水，使水汽化，推动汽轮机发电机组来发电。这类技术与常规的煤燃烧发电相类似，只是用秸秆来代替煤。

另一类是气化发电技术，由气化炉和煤气内燃发电机组来发电。利用生物质气化炉将秸秆转化为可燃气体，燃气经过分离净化，然后在锅炉等设备中进行燃烧，推动发电机输出电能。

在国际上秸秆直燃技术已经比较成熟，且易于规模化利用秸秆，国内在秸秆直燃方面的基础研究起步较晚。直燃式生物质发电是从国外引进的模式，属于集中化大电网模式。考虑到经济性等方面的因素，电厂的规模一般较大。随之而来的是电厂的燃料问题，由于生物质能密度低，分布散，而电厂的需求又很大，因而收集运输成本较高。同时生物质燃料的存放也存在一定问题，占地面积大，消防安全问题突出。综合以上种种因素，生物质直燃发电单位电价比一般煤电要高出一倍，不具有竞争力。由于技术原因，其热效率只有煤电的80%。

中等规模的气化发电技术，要比直燃发电具有一定的优势。但是也存在一些难以解决的技术难题。最主要的是燃气净化技术，内燃机对燃气的要求很高，燃气净化设备复杂，提高了电厂的投资额，同时也增加了运行维护费用。

分散式的小型发电机组为生物质发电机器的小型化提供了可能

由于建造中小型电厂存在的问题，分散式的小型发电机组逐渐受到人们的重视，尤其是在我国广大的农村更有推广的条件。在这里将着重介绍与秸秆发电密切关连的斯特林发电机和新型的热声发电机，它们为生物质发电机器的小型化提供了可能。

斯特林机又名热气机，是一种闭式回热循环发动机，它具有高效率，低噪声，低污染以及多能源适应性等特点。由于世界石油资源日趋短缺，对环境保护的要求日益强烈，目前各国都很重视对斯特林机的研究。日本制定了开发节能新技术的“月光计划”，确定从1982年开始，六年内投入100亿日元开发通用热气机。据文献披露，东芝公司于1982年开始研究斯特林机，于1988年研制成功的斯特林机热效率可以达到34%，采用双活塞结构。

斯特林机是一种外部加热，使气体工质在不同的温度下做周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机。其热力循环由定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程和定容储热过程组成。斯特林机采用的工质可以是氦气、氢气、氮气和空气等，燃料与工质不直接接触，外燃加热。斯特林机的基本部件包括两个温度不同且容积周期变化的腔室，并用回热式换热器和其它换热器把这两个腔室连接起来。这些简单的基本部件可以组成多种结构形式的发动机。在十九世纪，这些结构做过许多改进，有的已经用于现代的斯特林机中。[NextPage]

由于斯特林机采用外燃加热的方式，燃料在燃烧室内燃烧，通过换热器加热工质，工质在一个密闭的系统内循环，不与燃料接触，这就保证了斯特林机可以适用于多种燃料。从高品位的石油、天然气等，到低品质余热废热，甚至可燃垃圾等，都可以作为斯特林机的驱动热源。秸秆的基本参数为，燃烧值每公斤4000到5000千卡、挥发分高于70％，固定碳低于15％，硫低于0.2％。由于植物在生长过程中通过光合作用吸收CO2，因此可以认为秸秆燃烧时温室气体CO2排放量为零。斯特林机结构简单，操作方便，易于维护，尤其对于偏远地区农村具有很好的应用前景。

热声发电机基于热声效应而工作，是一种新型的能源转换机械。热声效应可分为两类：一类用热能来产生声波，即热致声效应；另一类是用声波来产生制冷效应，即声致冷效应。热致声效应发现得很早，早在1777年，哈根斯（HIGGINS）就在实验室中发现，将可燃性气体的火焰放在两端开口的垂直管的适当位置，管中会激发出声音。热声发电机的突出优点是其高可靠性和对自然环境的卓越环保特性。它的高可靠性来源于系统中完全没有运动部件或者运动部件极少；它的环保特性来源于它的工作介质是常见的惰性气体，对大气臭氧层无破坏，没有温室效应也没有可燃性。近十几年来，热声技术研究取得了飞速发展。作为发动机，其转换效率已达到30％以上，完全可以同内燃机(转换效率在25％～40％之间)相媲美。

与斯特林机类似，热声发电机也采用外燃加热的方式。热声驱动的发电机装置，通过设计合理的燃烧装置，将秸秆燃烧驱动热声发电机发电。由于其优异的性能，该设备对于秸秆利用具有广阔的市场前景。

在新能源的开发利用中，秸秆发电具有重要的意义，对于建设小康社会，节能减排具有深远的影响。伴随着煤炭、石油和天然气等化石能源的逐渐枯竭，寻找新能源已成为一个紧迫的任务。秸秆作为一种绿色和可再生的能源，其作用将会越来越来突出，这不仅关系到环境保护的问题，还关系的国家的能源战略问题。王俊杰（作者系中国科学院理化技术研究所研究员）