從生物質(zhì)能的利用談起0615課件

從生物質(zhì)能的利用談起清華大學

近幾年來世界燃料乙醇的生產(chǎn)快速增長，從1985年到2005年增長了3倍，2005年為3428萬t。生物柴油從1995年才發(fā)展起來，目前為226萬t。2005年乙醇作為燃料占全世界汽油消費量的2%。Ⅰ.世界和美國的國情美國：生產(chǎn)成本高（$1.4gal），國家補貼（$0.51/gal）近年來發(fā)展很快：第一個10億用了10年第二個10億用了10年第三個10億用了2年有一個重要原因是世界谷物和油品價格比變化年份一蒲式耳谷物一桶油蒲式耳/桶1950$1.89$1.71111980$4.70$35.7181990$3.09$22.9961995$4.82$17.2042000$3.10$28.2092005$3.90$52.0013一蒲式耳=8加侖=35.24升（美制）谷物相對油越來越不值錢。美國進口石油，出口糧食越來越吃虧。以前美國用糧食出口可以抵消石油進口，但在2004年，糧食出口的錢只占石油進口的13%，為石油進口，美國花了$1320億。從而，用糧食做燃料以減少石油進口是美國發(fā)展糧食乙醇的驅(qū)動力（中國情況大不一樣）2004年，美國生產(chǎn)燃料乙醇34億gal（1700萬桶，相當于140萬桶汽油），占汽油總需求量的2%；巴西：生產(chǎn)40億gal，滿足40%的汽油需求。巴西生產(chǎn)的甘蔗的50%用于生產(chǎn)酒精，種植面積從530萬公頃（2004）增至800萬公頃。巴西已與中國、日本商談乙醇出口問題。世界乙醇主產(chǎn)國Ⅱ生物液體燃料的應(yīng)用有三個重要指標全生命周期能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，土地的利用，CO2排放，水的利用，食物安全，生物多樣性單位土地的產(chǎn)出糧食安全與生態(tài)評估，森林保護，生物多樣性凈可再生能源系數(shù)（綠度）

甘蔗：（8-1）/8=0.875

甜菜（1.9-1/1.9）=0.473

玉米：

a（1.5-1）/1.5=0.335b（1.2-1）/1.2=0.167c（1.1-1）/1.1=0.09

風力發(fā)電是可再生能源系數(shù)最高的，~0.96物理意義——加工后得到的能量有多少比例是真正可再生的！此系數(shù)越低表示可再生度越小不是原料是可再生就是真正的可再生能源B.土地利用系數(shù)：單位土地的產(chǎn)出對我國土地缺乏的國家十分重要。中國有多少土地可以用來生產(chǎn)有關(guān)植物來得到乙醇？生物柴油？我國不可能以棕櫚或甘蔗為主。通過生物工程來培植耐旱、耐堿、單位面積出油率高的植物。有些植物有很難解決的儲存問題。比如：甜高粱，成熟收割以后，數(shù)星期內(nèi)糖分大量降低。大面積、低密度（能量）和集中大生產(chǎn)的矛盾（收集、運輸、存儲）連續(xù)的大生產(chǎn)和農(nóng)作物成熟、收割季節(jié)性的矛盾在巴西和美國也有問題：由于市場好，巴西大量種植甘蔗用于生產(chǎn)酒精—亞馬遜河雨林保護，減少了CO2匯，破壞生態(tài)。美國大量種玉米；印尼、馬來西亞大量種棕櫚樹會引發(fā)食品安全和生物多樣性問題。我國的生態(tài)、自然條件要比美國、巴西、馬來西亞差得多，要有一個度，以平衡各方面的影響。這個度是多少？替代能源一個要從以下幾個尺度去深入分析。目前很多文獻，只說XX發(fā)展很快，XX資源豐富，XX、XX、XX都可以用，都可以替代…，結(jié)果是甲、乙、丙、丁…開中藥鋪，有一些說的很“玄”，“忽悠”領(lǐng)導。A.國情尺度—資源總量，人均多少，分布如何，環(huán)境、土地、水、社會發(fā)達水平、生活、生產(chǎn)模式，可獲得性，運輸、道路條件，大氣，生態(tài)，生物多樣性；國際形勢，在國外可獲得性Ⅲ.有關(guān)替代能源的一些總的考慮B.份額尺度—有些是可行的，但份額不大（地溝油，潮汐能…）。我們所要的主要是能起到一定份額作用的，這才能分清輕重緩急，明確主要努力方向。有所為，有所不為。風電——它是再生能源（水電除外）起作用最大的一種，即使這樣，仍然是很有限的。2006年增加1250MW（2004-700MW，2005-1260MW，2007-2500MW，每年都以100%增加）。2006年發(fā)電裝機的增量為105GW，和風電增量相比，不到1%（考慮風電的工作時數(shù)）；風電占到總發(fā)電量不到0.4%風電資源量是10~15億kW（有人說40億?。┯腥说挠嬎惴椒?，每年以50%增加，(1.5)20=?D.經(jīng)濟尺度—對替代能源國家可以有一定的政策、補貼，但最終還是市場說話。若沒有嚴格的環(huán)境稅、排放稅、污染罰款，…再生能源是很難發(fā)展起來的。發(fā)展再生能源一定要結(jié)合我國國情，走出自己的路子（風電非并網(wǎng)發(fā)電）。中國很大，不能一刀切，分區(qū)域，分時間，各有不同。E.再生能源的特點的發(fā)揮（分散，能源密度低）。從能源、轉(zhuǎn)化、輸送，終端用戶一體化的角度來研究再生能源在我國總的能源系統(tǒng)中的合理配置，合理的地位。分散能源分散利用（農(nóng)村，建筑…），Puttherightthingontherightplace.

有什么樣的綜合指標來從幾個尺度來評估某個替代能源？Ⅳ.有關(guān)再生能源的合理利用A.目前我們面臨的時代特點21世紀是一個多元化時代，能源供應(yīng)多元化，轉(zhuǎn)換多元化，分散、集中多元化，終端應(yīng)用供應(yīng)一體化21世紀是一個集成的時代，一些單項技術(shù)已經(jīng)到了一定的極限（如燃氣輪機的燃氣初溫已達1450℃，大型軸流壓氣機效率已達89%），進一步提高雖有可能，但已十分困難了。但在打破行業(yè)界線，按最優(yōu)系統(tǒng)集成（煤、化、電、熱、鋼鐵…），卻有很大潛力，如以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)。各種能源一定要相互搭配，各自發(fā)揮長處，彌補缺點。因地制宜，因時制宜，因應(yīng)用而制宜。尤其是可再生能源，不要“單打一”，應(yīng)該和其他能源的應(yīng)用結(jié)合起來，達到最佳效果。B.幾個明顯的例子秸稈發(fā)電 25MW電站，投資10000RMB/kW 16萬噸秸稈，收集半徑達100公里，電站效率<30%，低于先進燃煤電站12～13個百分點，相對值為先進燃煤電站的70%。

而農(nóng)民炊事、采暖用什么？——煤

費很大的勁把能源密度很低的能源收集起來（25MW電站每日要40大平板車運送打好大包的秸稈），而集中生產(chǎn)的煤，可以在先進電站轉(zhuǎn)換成電，卻要分散到農(nóng)村做低效、高污染的應(yīng)用！

退一步說，即使秸稈有多余、可以用于替代一部分煤來發(fā)電，那么為什么要建“純”秸稈電廠呢（單位基本投資大，發(fā)電效率低）？最合理的方法就是把這部分生物質(zhì)和煤共燃（co-firing），減少一部分耗煤。利用效率高、緩解腐蝕問題、基礎(chǔ)設(shè)施簡化。為什么要采取“純”生物質(zhì)發(fā)電的技術(shù)路線呢？再生能源自己相互之間和與化石能源的結(jié)合新疆

風/燃氣輪機互補系統(tǒng)，以及風/水，風/PV，風/柴油機互補系統(tǒng)…，1+1〉2建筑節(jié)能——太陽能集熱管+地源熱泵+少量天然氣補燃生物質(zhì)利用和造紙工業(yè)相結(jié)合，和黑液處理相結(jié)合C.整體能源戰(zhàn)略的哲學

PhilosophyofIntegratedEnergyStrategy

把合適的能源放在合適的地方 Puttherightthingontherightplace

（煤現(xiàn)代化利用，以氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)，天然氣利用——巴黎香水…）分布式、低能源密度能源應(yīng)主要分布式利用 Distributedenergyshouldbeuseddistributely 直接面向不同的終端用戶，減少中間轉(zhuǎn)換，因地制宜，大、中、小結(jié)合 Directlyorientedtothedifferentendusers,minimizetheintermediatetransferprocesses,tailoredtotheconcretelocalconditions,combinationoflarge,mediumandsmallfacilities.打破行業(yè)分隔，各類系統(tǒng)優(yōu)化集成

Brokentheseparationboundariesbetweendifferentsectors,integrationandoptimizationofdifferentsystems.

（煤、化、電、鋼鐵、多聯(lián)產(chǎn)…）-由于現(xiàn)在科學在物質(zhì)、技術(shù)進步方面的巨大成就，人類對自然無情索取和掠奪的能力加強，又掌握了巨大的社會資源，也掌握了絕對優(yōu)勢的話語權(quán)。一些科學家和一些工程技術(shù)人員相信科學技術(shù)可以解決一切問題，并以此來誤導人們，去迎合一些領(lǐng)導的急于拿出政績的心理。這種思想是十分有害的。實際上，科學技術(shù)和相關(guān)的方針政策，只有尊重自然，善待自然，和自然和諧相處，才能成為第一生產(chǎn)力。否則的話，科學技術(shù)會走向其“為人類造?！边@個根本目的的反面，人類將為此付出慘重的代價。因此，從這個角度，人類對于生物質(zhì)能，并有關(guān)可再生能源的開發(fā)應(yīng)用，要持慎之又慎的科學態(tài)度，進行多方位的全面分析，切忌一哄而起，魯莽行事！有關(guān)再生能源利用的思考與憂慮--人類用能大致經(jīng)過幾個階段：薪柴→煤炭→石油→天然氣，各國由于資源不同，發(fā)展階段不同，這些“階段”有重疊和交叉。--煤、石油、天然氣是地球幾千萬、幾億年太陽能的“沉淀”。在用量較小時問題不大，而現(xiàn)在由于人口的增長，現(xiàn)代化條件下人均用能的大幅度增加，引發(fā)了日益嚴重的資源、環(huán)境、生態(tài)問題。開采（尤其是煤）：地表荒漠，土地塌陷，地下水破壞…，瓦斯使用：SO2，NOx，Hg，PM2.5，PM10

（顆粒物），溫室氣體（CO2，CH4…)資源枯竭從能源、環(huán)境、生態(tài)……延伸到經(jīng)濟、政治、軍事，越來越顯得不可持續(xù)。但是，既是如此，人類使用的基本上是幾千萬、幾億年太陽能積累下來的化石燃料，從地層深處較“集中”地開采出來，和“大自然”的交互（interaction）相對較少，主要是大量使用過程中發(fā)生了問題。目前，大規(guī)模、有份額地轉(zhuǎn)向使用再生能源，用的是當年的太陽能（表現(xiàn)形式為：水能，風能，太陽能的直接輻射能和熱能等）。采集面積和大自然已存在“循環(huán)”的交互就會越來越大，也就是說，人類與自然的交互，相互影響，對比利用化石能源交互的范圍，交互的深度，交互的頻度…將會起很大變化，甚至于會從量變到質(zhì)變。從而，在這種形勢下，人與自然和諧相處，尊重自然，愛護自然，將進入一個新的階段，問題會越來越突出，弄不好的話，大自然的懲罰會來的更快、更早、更嚴峻。從本質(zhì)上將，沒有人與自然的和諧，就沒有人與人的和諧以及社會的和諧。人類為了解決大量利用化石燃料而轉(zhuǎn)向大規(guī)模利用可再生能源，就要對上述問題做十分深入、謹慎的全面分析，否則