從生物質(zhì)能的利用談起

從生物質(zhì)能的利用談起第1頁/共35頁

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.世界和美國的國情第2頁/共35頁美國：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第3頁/共35頁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）第4頁/共35頁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(dāng)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。第5頁/共35頁德國：歐洲是采用生物柴油的“領(lǐng)跑者”，德國生物柴油的產(chǎn)量是104萬t（2004），主要是用rapeseed?？商娲?%的柴油，準備在最近幾年產(chǎn)量增加150%；法國：產(chǎn)量為45萬t，德、法都準備在2010年用生物柴油替代柴油5.75%；美國：用200萬增至500萬蒲式耳生物，生產(chǎn)89.3萬t生物柴油。用大豆榨油，其副產(chǎn)品蛋白質(zhì)豐富，價值高。印尼、馬來西亞：用棕櫚果實生產(chǎn)生物柴油，出油率高。第6頁/共35頁世界乙醇主產(chǎn)國第7頁/共35頁Ⅱ生物液體燃料的應(yīng)用有三個重要指標(biāo)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，生物多樣性第8頁/共35頁能量轉(zhuǎn)換效率甘蔗1:8——一份能量輸入能得到8份輸出（主要是甘蔗渣可以用于燃料）甜菜1:1.9玉米1:1.5(美國工藝)1:1.2(或更少)(中國工藝)第9頁/共35頁凈可再生能源系數(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(fēng)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第10頁/共35頁第11頁/共35頁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？第12頁/共35頁油品植物名稱平均生產(chǎn)量升/公頃（15畝）比例系數(shù)乙醇(熱值是汽油的67%)

甜菜(法國)6703乙醇（4491汽油）1.08甘蔗(巴西)6213（4162）1木薯(尼日利亞)3845（2576）0.62甜高粱（印度）3511（2352）0.565玉米（美國）3321（2225）0.535小麥（德國）2599（1741）0.418生物柴油(熱值是柴油的90%)

棕櫚油4709生物柴油（4238柴油）1可可籽2518（2206）0.452油菜籽958（862）0.2花生844（760）0.177向日葵768（691）0.16大豆524（472）0.11第13頁/共35頁第14頁/共35頁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？第15頁/共35頁C.水耗系數(shù)在國際上是：1噸干玉米耗水350t；1噸干小麥耗水500t由于我國灌溉條件下灌渠漏水多，漫灌：1噸干小麥要耗1000t。糧食用大量的水換來，若用來生產(chǎn)液體燃料，每噸生物替代燃料耗水極大。1噸糧食1000t水，意味著5000t水/1t當(dāng)量汽油；500t水/噸玉米意味著2500t水/1t當(dāng)量汽油這在我國是要慎重考慮的，我國水資源只有世界平均水平的1/4！第16頁/共35頁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(dǎo)。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第17頁/共35頁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(fēng)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(fēng)電增量相比，不到1%（考慮風(fēng)電的工作時數(shù)）；風(fēng)電占到總發(fā)電量不到0.4%風(fēng)電資源量是10~15億kW（有人說40億?。┯腥说挠嬎惴椒ǎ磕暌?0%增加，(1.5)20=?第18頁/共35頁C.時間尺度—什么樣的替代能源，什么樣的技術(shù)，按什么樣的時間表發(fā)展，能實現(xiàn)多少？首先是如何滿足近20~40年的需求。我國自己的制造能力極限是多少？不要把將來的可能來“吊”現(xiàn)在需求的“胃口”，而輕視對目前一些迫切需要技術(shù)的開發(fā)。遠水救不了近火，而有一些人總是奢談“夢想”，情有獨鐘，一廂情愿地迷戀“遠水”，而不考慮“近水”、“中水”來救“近火”和“中火”。這幾十年怎么辦？每年幾十億噸煤怎么應(yīng)用，這是我們首先應(yīng)該最認真考慮的問題。第19頁/共35頁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(fēng)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(biāo)來從幾個尺度來評估某個替代能源？第20頁/共35頁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)。第21頁/共35頁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。第22頁/共35頁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！第23頁/共35頁

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？第24頁/共35頁再生能源自己相互之間和與化石能源的結(jié)合新疆

風(fēng)/燃氣輪機互補系統(tǒng)，以及風(fēng)/水，風(fēng)/PV，風(fēng)/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)合第25頁/共35頁面向用戶和用戶相結(jié)合

中國的重化工業(yè)的發(fā)展階段不可逾越，一些可再生能源可以和耗能大戶（電解鋁16000kWh/t，氯堿工業(yè)，電解氫，海水淡化…）結(jié)合起來。過程可以間歇，用的是低壓直流電——發(fā)展非并網(wǎng)風(fēng)電（免除對電網(wǎng)的沖擊，簡化設(shè)備，降低成本）。第26頁/共35頁C.整體能源戰(zhàn)略的哲學(xué)

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 第27頁/共35頁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)…）第28頁/共35頁D.人與自然和諧相處

--目前自然環(huán)境是地球內(nèi)、外動力在萬億動態(tài)變化過程中的階段表現(xiàn)，是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的。人有生命，整個生態(tài)系統(tǒng)也有生命?！白匀弧迸c人在生態(tài)道德上是平等的。以敬重和呵護之心對待自然，是生態(tài)道德的基本要求。--過去，人們?yōu)榱巳祟愐患褐凇叭硕▌偬臁?、“征服自然”的思想指?dǎo)下，做了很多違反自然規(guī)律的蠢事，“自然”已經(jīng)給了我們應(yīng)有的懲罰，同時巨大的災(zāi)難還在后面。至今這種思想流毒很深，尤其是在一些急功近利掌握權(quán)力的官員頭腦里。他們所帶來的消極后果，我們子子孫孫都無法償還。所以，如何處理人與自然的關(guān)系是對每一個人，尤其是對領(lǐng)導(dǎo)干部素質(zhì)的重要考驗，也是對是否真正理解和諧社會的試金石。第29頁/共35頁-由于現(xiàn)在科學(xué)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(xué)家和一些工程技術(shù)人員相信科學(xué)技術(shù)可以解決一切問題，并以此來誤導(dǎo)人們，去迎合一些領(lǐng)導(dǎo)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(xué)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(xué)技術(shù)會走向其“為人類造福”這個根本目的的反面，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(xué)態(tài)度，進行多方位的全面分析，切忌一哄而起，魯莽行事！第30頁/共35頁有關(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)。第31頁/共35頁但是，既是如此，人類使用