生物質(zhì)能源開發(fā)的新思路

摘要

生物質(zhì)資源總量大，合理化的開發(fā)方式。可以使得生物質(zhì)發(fā)電度電成本低于石油。

什么樣的生物質(zhì)開發(fā)應(yīng)用方式才是最優(yōu)的呢？

根據(jù)國際能源機構(gòu)（IEA）的定義，生物質(zhì)（biomass）是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。生物質(zhì)能則是太陽能以化學(xué)能形式儲存在生物質(zhì)中的能量形式，它一直是人類賴以生存的重要能源之一，是僅次于煤炭、石油、天然氣之后第四大能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要的地位。

生物質(zhì)的應(yīng)用方式有三大類

1、食物：水稻、小麥、玉米、土豆和肉食等等

2、原料：木材、紙張等等

3、能源：在化石能源、水電等能源發(fā)展起來之后，生物質(zhì)作為能源的重要性降低了。生物質(zhì)能源應(yīng)用技術(shù)也沒有更新?lián)Q代。主要還是一下幾種.

A、直接燃燒技術(shù)。

B、生物轉(zhuǎn)化技術(shù)。厭氧產(chǎn)沼氣，牲畜勞力。

C、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。包括生物質(zhì)氣化、干餾、快速熱解液化技術(shù)。

D、液化液體燃料技術(shù)。提煉植物油技術(shù)、制取乙醇、甲醇等技術(shù)

E、有機垃圾能源化處理技術(shù)。

生物質(zhì)的能源利用是利用生物質(zhì)內(nèi)C-H、C-C鍵化學(xué)能。其能源的本質(zhì)跟化石能源是一致的。二者都是太陽能存儲在C-H、C-C鍵的化學(xué)能。在作者看來生物質(zhì)能源及其演變技術(shù)將有可能比化石能源煤炭、石油和天然氣更廉價。成為最大的能源載體。

為什么會有這樣的預(yù)判？

首先，使用成本是能源最先考慮的因素。任何能源的使用成本都可以拆分成個部分。

能源成本=富集成本+運送成本+轉(zhuǎn)換成本+利潤+其他成本（稅費、環(huán)境）。

石油、頁巖氣的富集成本是開采，將散落在土壤中的能源富集起來。生物質(zhì)的富集成本是將生物質(zhì)、如秸稈等。

運送成本，化石能源可能會長途跋涉繞地球半圈，生物質(zhì)統(tǒng)稱不會超過100公里。

轉(zhuǎn)換成本，頁巖氣需要液化，汽化。石油需要煉油。生物質(zhì)需要風(fēng)干、汽化和厭氧等等。

利潤和其他成本的在這里不展開討論，可以假設(shè)成本利潤是相近的。

如果LY混動車成為利用生物質(zhì)的的最佳轉(zhuǎn)換平臺。那么生物質(zhì)變成沼氣，沼氣直接使用LY混動車的增程系統(tǒng)發(fā)電。這樣的發(fā)電平臺成本可以忽略不計，還能夠?qū)⒃龀贪l(fā)動機尾氣余熱反饋到厭氧罐，維持厭氧溫度。在生物質(zhì)能源與化石能源第一輪PK中，生物質(zhì)能源以轉(zhuǎn)換成本為零勝出。

也就是說，當(dāng)生物質(zhì)的富集成本+運送成本<化石能源的富集成本+運送成本+轉(zhuǎn)換成本。那么生物質(zhì)能源的成本將會低于化石能源。

大慶油田油田儲量面積0.6萬平方公里,儲量56.8億噸.則有約9500噸/公頃。不同的油田差別還是很大的。假定原油的60%轉(zhuǎn)換為汽油，汽油30%有效做功轉(zhuǎn)換為同等電力2052萬KWH/公頃。石油不能完全開采，這個數(shù)值還需要打折扣。

按照每公頃生物量20~80噸/年(干重）。假如是20~80噸秸稈，按照秸稈產(chǎn)沼氣350方發(fā)電700KWH每噸，得到1.4~5.6萬KWH/公頃。

上面可以知道，因儲量密度的差異，化石能源由于生物質(zhì)三個數(shù)量級。儲量密度低的生物質(zhì)不一定沒有優(yōu)勢，石油鉆井和秸稈收集成本差異非常大。生物質(zhì)最大的劣勢是單位面積能量密度低。

比較了轉(zhuǎn)換、富集的差異，最后看一下LY混動作為發(fā)電平臺，生物質(zhì)的運送距離可以縮短到15公里內(nèi)，最靠近公路的地方。所產(chǎn)生的沼液不需要經(jīng)過處理直接返回耕地作為肥料，沼渣經(jīng)過增程系統(tǒng)的干燥后，作為含碳量很高的固態(tài)燃料。也就是說，生物質(zhì)產(chǎn)沼氣作為LY混動車的能源，運送距離不超過15公里。這是利用了電動車的移動特性，而沼氣可存儲。大幅降低了生物能源輸送成本，沼渣、沼液也可以作為一項降低成本的副產(chǎn)品。

化石能源如石油的運送距離超過1萬公里也是有的。生物質(zhì)能源可以三個數(shù)量勝出。

化石能源的轉(zhuǎn)換，如煉油、內(nèi)燃機等等。成本也是很高。上面的這些非定量分析有沒有用處呢？

上面的定量分析只是為了給下面定量分析做鋪墊。

我們以今天92#汽油每升6.8元，可以計算出發(fā)電效率30%，不含發(fā)電環(huán)節(jié)成本的汽油度電成本為2.6元/KWH。而沼氣的價格是0.6~3.5元/立方米。按1立方發(fā)電2度。那么沼氣的度電成本為0.3~1.75/KWH。也就是說利用生物質(zhì)發(fā)電的度電成本不需要任何優(yōu)化，當(dāng)前已經(jīng)低于石油。而LY混動車，將沼氣所發(fā)電能變成了跟石油一樣可以直接用交通車輛。

2018年中國發(fā)電總量約6.8萬億度，其中水力發(fā)電1.1萬億度，約占16%。表1中，秸稈和糞便產(chǎn)沼氣高位產(chǎn)值可以達到1.1萬億度，而且還會產(chǎn)生超過40億噸的液態(tài)肥料。超過全國18億畝耕地的肥料需求。如果將可利用的低成本收集雜草、能源作物、農(nóng)林廢棄物等天量有機質(zhì)利用起來。其發(fā)電量有望超過2018年全國發(fā)電量40%以上。

舉例玉米草畝產(chǎn)10~20噸鮮草。用1億畝來生產(chǎn)15億噸跟秸稈產(chǎn)沼氣相當(dāng)?shù)挠衩撞蒗r草。其發(fā)電量超過水電發(fā)電量。當(dāng)然，這些能源作物只能是自然生產(chǎn)，而非種植糧食一樣，其生產(chǎn)成本為零，只需要收集成本。

上面的淺顯簡單的觀點表達，只是為了提出一種新的生物質(zhì)應(yīng)用思路。此外，生物質(zhì)應(yīng)用是跟養(yǎng)殖業(yè)類似的，只不過養(yǎng)殖的是細菌。也存在菌群疾病，傳染，污染等等新的問題。

實踐之前，還需要更多理論支撐。