《Sustainable Environment Research》：Cleaner energy production by combined use of biomass plants and thermal plants: a novel approach for sustainable environment
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为解决生物质能（如稻壳）利用中的难题，研究人员开展了利用糖厂和热电厂协同生产稻壳基清洁能源的研究。结果表明 15 个新生物质电厂即可满足需求，碳排放量降低 98.7%。该研究为可持续能源发展提供了新途径，意义重大。
在全球能源需求持续攀升的大背景下，世界人口的增长和经济的扩张使得能源消耗不断增加。据统计，1990 年至 2020 年期间，全球能源消耗因人口增长大幅上升了 69.2%，其中电力行业的能源需求占比高达 70%，且大部分依赖化石燃料发电。这不仅引发了严重的气候危机，还对人类健康和生活环境造成了诸多负面影响。在此情况下，可持续的替代能源资源成为全球能源系统的迫切需求，联合国也因此在 2015 年通过了可持续发展目标（SDGs），其中目标 7 明确提出要实现可负担、清洁的能源。
印度作为世界上人口众多的发展中国家，能源消耗增长迅速，已经成为全球第三大二氧化碳排放国。不过，印度拥有丰富的农业资源，大量的农业废弃物，如稻壳、稻草和甘蔗渣等，具备转化为清洁能源的潜力。其中，稻壳作为大米加工的副产品，产量巨大。然而，在将稻壳转化为生物能源的过程中，却面临着诸多挑战。一方面，新建热电联产设施成本高昂，小型大米加工厂难以承受；另一方面，稻壳的储存、运输以及政策支持等方面也存在问题，导致稻壳在生物能源生产中的有效利用受到限制。
为了解决这些问题，来自印度贝拉技术科学学院皮拉尼分校海得拉巴校区（Birla Institute of Technology and Science Pilani, Hyderabad Campus）土木工程系的 Jyothsna Gowlla、Bahurudeen Abdul Salam 和 Prasanta Kumar Sahu 等研究人员，开展了一项关于利用生物质植物和热电厂协同生产清洁能源的研究。该研究成果发表在《Sustainable Environment Research》杂志上。
研究人员采用了多标准决策（MCDM）和 ArcGIS 技术来确定新建生物质发电厂的最佳选址。首先，他们选取了印度南部的卡纳塔克邦（Karnataka）、泰米尔纳德邦（Tamil Nadu）和安得拉邦（Andhra Pradesh）这三个主要水稻产区作为研究区域，这三个地区不仅水稻产量高，而且拥有丰富的稻壳资源。接着，研究人员确定了三个关键评估标准：生物质（稻壳）的可获得量、与现有糖厂（SR）和热电厂（CT）的距离以及人口密度。随后，他们收集了相关数据，并利用层次分析法（AHP）确定了各标准的权重，进而计算出每个地区的适宜性指数（SIn ）。最后，通过敏感性分析来验证选址结果的可靠性。
在选址分析方面，研究人员对三个邦的各个地区进行了详细评估。卡纳塔克邦共有 30 个地区参与评估，其中 D24 地区的适宜性指数最高，达到 62.9，主要原因是该地区生物质丰富且附近没有现有糖厂和热电厂；而 D6 地区的适宜性指数最低，仅为 0.58，是由于其生物质资源有限且周边已有相关设施。最终，确定了 5 个最适宜建设生物质发电厂的地区。泰米尔纳德邦的 31 个地区中，D23 地区的适宜性指数最高，为 56.5，D24 地区最低，为 3.9。研究发现，有 13 个地区的适宜性指数高于平均值，确定了 5 个最适宜的地区。安得拉邦的 13 个地区中，D4 地区的适宜性指数最高，为 57.9，D2 地区最低，为 12.1。该邦有 6 个地区的适宜性指数高于平均值，确定了 5 个最适宜的地区。综合来看，研究共确定了 15 个适合建设新生物质发电厂的地区，且发现南部地区生物质潜力丰富，平均适宜性值为 47.3。
敏感性分析结果显示，在卡纳塔克邦，当生物质可用性（C1）标准的权重降低时，除部分地区外，大部分地区的选址适宜性呈上升趋势；当与现有设施距离（C2）标准的权重降低时，部分地区的适宜性增加；当人口密度（C3）标准的权重降低时，多数地区的适宜性提高，但 D3 和 D6 地区因生物质有限且周边有现有设施，适宜性下降。泰米尔纳德邦和安得拉邦也呈现出类似的趋势，总体表明 SIn 值对 C1 和 C2 标准更为敏感。
在协同利用方面，研究人员通过网络分析确定了生物质在新建生物质发电厂和现有热电厂、糖厂之间的分配方式。他们以距离为依据，将稻壳分配到最近的设施进行发电，以实现生物质的高效利用。这种协同利用方式不仅减少了生物质的运输距离和时间，还降低了碳排放。例如，安得拉邦 D7 地区的新建生物质发电厂使生物质运输距离单次减少约 135 千米，泰米尔纳德邦 D9 地区和卡纳塔克邦 D26 地区也分别减少了约 131 千米和 121 千米。
环境影响评估结果表明，利用稻壳生产清洁能源具有显著的环境优势。研究计算出，研究区域利用稻壳可生产约 466MW 的清洁能源。与传统煤炭发电相比，使用稻壳发电产生的二氧化碳排放量大幅降低，仅为煤炭发电的 1.3%，减少了约 98.7%。同时，二氧化硫和氮氧化物的排放量也显著减少，分别降低了约 99% 和 83%。此外，生物质燃烧产生的灰烬可作为辅助胶凝材料用于建筑行业，有助于实现循环经济。
综上所述，该研究通过科学的方法评估了利用稻壳生产清洁能源的可行性，确定了适宜的选址，并验证了结果的可靠性。研究表明，协同利用现有设施和新建生物质发电厂能够有效减少碳排放，为实现可持续能源发展提供了创新思路。同时，研究成果也为其他类似地区利用农业废弃物生产清洁能源提供了参考，对推动全球可持续能源发展具有重要意义。
研究人员主要运用了多标准决策（MCDM）方法，综合考虑多个因素确定生物质发电厂的选址；利用 ArcGIS 技术进行数据处理和分析，包括绘制地理信息图、计算距离等；采用层次分析法（AHP）确定评估标准的权重；通过敏感性分析验证选址结果的可靠性。研究数据来源于印度政府的官方统计以及相关行业资料，样本涵盖了三个邦的 74 个地区 。
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