生物性原料優(yōu)點(diǎn)

【專家解說】：發(fā)展生物新能源的意義與展望 分類:農(nóng)業(yè) 字?jǐn)?shù):2980 來源:綠色大世界 第10期 摘 要:生物質(zhì)能源是貯存在生物質(zhì)中并以其為載體的能量。生物質(zhì)能源是重要的可再生能源,世界各國把發(fā)展生物質(zhì)能源等新能源作為能源發(fā)展的優(yōu)先選擇。中國生物質(zhì)能源開發(fā)已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段,可開發(fā)的生物質(zhì)資源到2010年可達(dá)3億噸,發(fā)展生物質(zhì)能源,對于優(yōu)化廣大農(nóng)村地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)十分可行且勢在必行。對發(fā)展生物質(zhì)能源的技術(shù)問題和能源效益問題也進(jìn)行了討論。 關(guān)鍵詞:新能源;生物質(zhì);生物質(zhì)能;可再生能源 中圖分類號:tk6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a 文章編號:1005-569x(2009)10-0031-02 1 引 言 現(xiàn)代社會,人類每天都在大量消耗著煤炭、石油、天然氣,而這些能源具有不可再生性。因而,能源的巨大需求與供給的嚴(yán)重不足形成尖銳矛盾,并成為人類社會向前發(fā)展的巨大障礙。開發(fā)新能源,成為人們普遍關(guān)心的重大課題。風(fēng)能、太陽能、核能、生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)以及節(jié)能環(huán)保技術(shù)的研發(fā),成為世界各國政府發(fā)展能源的主要方向?；谖覈幕緡?發(fā)展生物新能源,具有廣闊的前景。 2 關(guān)于生物質(zhì)新能源 顧名思義,生物質(zhì)指所有的動、植物和微生物,是通過光合作用而形成的各種生命有機(jī)體。 可再生能源是重要的能源資源，開發(fā)利用可再生能源具有以下重要意義: 1、開發(fā)利用可再生能源是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)資源節(jié)約型社 會、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本要求。充足、安全、清潔的能源供應(yīng)是經(jīng) 濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的基本保障。我國人口眾多，人均能源消費(fèi)水平低， 能源需求增長壓力大，能源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾十分突出。從根本 上解決我國的能源問題，不斷滿足經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，保護(hù)環(huán)境， 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，除大力提高能源效率外，加快開發(fā)利用可再生能源 是重要的戰(zhàn)略選擇，也是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)資源節(jié)約型社會的基 本要求。 2、開發(fā)利用可再生能源是保護(hù)環(huán)境、應(yīng)對氣候變化的重要措施。 目前，我國環(huán)境污染問題突出，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，大量開采和使用化石 能源對環(huán)境影響很大，特別是我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭比例偏高，二 氧化碳排放增長較快，對氣候變化影響較大?？稍偕茉辞鍧嵀h(huán)保， 開發(fā)利用過程不增加溫室氣體排放。開發(fā)利用可再生能源，對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境、減排溫室氣體、應(yīng)對氣候變化具有十分重要的作用。 3、開發(fā)利用可再生能源是建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重要措施。農(nóng) 村是目前我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展最薄弱的地區(qū)，能源基礎(chǔ)設(shè)施落后，全 國還有約 1150 萬人沒有電力供應(yīng)，許多農(nóng)村生活能源仍主要依靠秸 稈、薪柴等生物質(zhì)低效直接燃燒的傳統(tǒng)利用方式提供。農(nóng)村地區(qū)可再 生能源資源豐富，加快可再生能源開發(fā)利用，一方面可以利用當(dāng)?shù)刭Y 源，因地制宜解決偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)和農(nóng)村居民生活用能問題，另一 方面可以將農(nóng)村地區(qū)的生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)換為商品能源，使可再生能源成 為農(nóng)村特色產(chǎn)業(yè)，有效延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，提高農(nóng)業(yè)效益，增加農(nóng)民收 入，改善農(nóng)村環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。 4、開發(fā)利用可再生能源是開拓新的經(jīng)濟(jì)增長領(lǐng)域、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn) 型、擴(kuò)大就業(yè)的重要選擇?？稍偕茉促Y源分布廣泛，各地區(qū)都具有 一定的可再生能源開發(fā)利用條件?？稍偕茉吹拈_發(fā)利用主要是利用 當(dāng)?shù)刈匀毁Y源和人力資源，對促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。同時， 可再生能源也是高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，快速發(fā)展的可再生能源已成為 一個新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，可以有效拉動裝備制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變，擴(kuò)大就業(yè)，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會 的可持續(xù)發(fā)展意義重大。 當(dāng)前，國際石油價格一再飆升，能源消費(fèi)大國苦不堪言，因此發(fā)展可再生能源成為許多國家關(guān)切的問題。 到如今為止，可再生能源在全世界的研究熱潮方興未艾，其原因之一，是能源危機(jī)日益臨近，照2003年的煤炭開采速度，中國的煤炭還可以開采80多年，而中國，是世界上煤炭儲藏量最多的國家。海灣地區(qū)的石油，在不足四十年之內(nèi)，也將枯竭。我們設(shè)想，如果這一天到來，我們?nèi)祟悤趺崔k呢? 所以，無論那個國家，都在瞄準(zhǔn)這一方向努力，希望獲得技術(shù)突破，從而在真正的危機(jī)來臨之前，擺脫被動的局面。獲得世界的主導(dǎo)權(quán)。這是一個國家的戰(zhàn)略的問題。有一個西方的政治元老說的好，“二十一世紀(jì)的能源科技，將會極大的改變世界的政治格局和地緣政治。” 可再生能源的意義遠(yuǎn)不止此，它還將改變?nèi)藗兊挠^念?？稍偕茉词谴笞匀毁x予我們的慷慨的禮物，它能極大的擺脫資源的限制，從而減少資源爭奪的爭斗，給世界帶來和平。天鳳海雨，取之不盡，用之不竭。并且能從此擺脫人類發(fā)展工業(yè)帶來的環(huán)境困擾。它的意義，無論怎樣形容，都是毫不過分的。將會給人類帶來不僅是生活方式并且還有觀念上的新的革命。 再生能源目前取得突破性進(jìn)展的是風(fēng)力發(fā)電。我國起步較早，但現(xiàn)在落后了?？梢钥次业摹段覈L(fēng)力發(fā)電落后的原因》。目前我國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量不大，而國外正在開發(fā)的已經(jīng)達(dá)到了7500千瓦，投入運(yùn)行的德國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)達(dá)到單機(jī)容量5000千瓦。落后了不只一代。這兩年我國一窩蜂的上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其主機(jī)都是從國外進(jìn)口的，目前發(fā)電的成本還高于火電，要靠國家的財(cái)政補(bǔ)貼才能度日，就算這樣，完全收回成本，也需要十年時間。也就是說，十年之中，我們是給洋鬼子扛活。做洋奴。 除了風(fēng)力發(fā)電，生物質(zhì)能發(fā)電也方興未艾，主要是直接燃燒生物質(zhì)，例如秸稈發(fā)電，目前國電集團(tuán)有很多小熱電機(jī)組投產(chǎn)，效益不錯。它的發(fā)電方式和常規(guī)火電差不多，使用的是鏈條爐。沒有多少技術(shù)創(chuàng)新之處。另外的主要是沼氣發(fā)電，利用細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，燃燒后推動燃?xì)廨啓C(jī)，發(fā)電效率較高。但是造價不菲，光一個發(fā)酵容器就需要很大的投資。并且發(fā)酵效率就不是那么高了，最好用半發(fā)酵的原料，比如用牛糞。國內(nèi)有一些養(yǎng)殖場建有小型的發(fā)電廠，但是技術(shù)也主要是引進(jìn)的，光菌種的使用專利，就是不小的費(fèi)用。太能能發(fā)電，在我國近年也有較快的發(fā)展，單晶硅、多晶硅的發(fā)電效率有望在較短的時間內(nèi)，把發(fā)電效率提高到百分之二十以上。但目前來說，盡管太陽能電池板價格下降比較快，它發(fā)電的成本竟然是火電的五倍多，投入商業(yè)運(yùn)營還有漫長的路要走。 上面說的幾種發(fā)電方式，其最大的缺點(diǎn)是在電力系統(tǒng)中無法做主力機(jī)組，不能滿足電力的大量使用，并且穩(wěn)定性差。比如風(fēng)力發(fā)電，盡管我國的風(fēng)力資源很豐富，但是由于風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定性，它的電量經(jīng)過潮流計(jì)算，大約只能占到總發(fā)電量的百分之十，如果機(jī)組過多，就會影響整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因?yàn)轱L(fēng)力是不可控的。而另外形式的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電量又比較小，難以滿足需求。 另外，還有潮汐發(fā)電，世界上最大的潮汐電站裝機(jī)容量達(dá)到了20多萬千瓦，已經(jīng)十分可觀了。以中國的海岸條件來說，能量密度不大。潮頭最高的是浙江、廣東沿海。最高的地區(qū)潮頭達(dá)到了8.5米左右。另外還有必須建攔海大壩，施工相當(dāng)復(fù)雜、困難。壩體的維護(hù)、機(jī)器的防海水腐蝕都需要不菲的費(fèi)用。費(fèi)用不說，壩址的選擇多有困難。目前我國的海洋局作了海水的能源考察報告，認(rèn)為我國目前可以開發(fā)的潮汐電站大約有一千萬千瓦。那么這么一點(diǎn)電量，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求的。 我國的能源政策，以前寫入教科書的是:“大力開發(fā)水電，適當(dāng)發(fā)展核電，控制發(fā)展火電。”主要是關(guān)停小的火電機(jī)組。熱電例外。我國的電網(wǎng)實(shí)際狀況是:火電發(fā)電量占百分之八十，水電占百分之二十。其余是核電，還占不上個零頭。別的發(fā)電方式基本可以忽略不計(jì)。最近的政策我盡管不了解，但是大力發(fā)展核電肯定是提上了日程。因?yàn)槲覈男∷婇_發(fā)的還不錯，能夠被利用開發(fā)的水電資源也不會很多了。火電日益向大機(jī)組、大容量發(fā)展。目前已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行的最大的火電機(jī)組是100萬千瓦。 核電的問題大家盡管不太了解，我個人了解的也不是很深入，但是我想誰也不愿意生活在一個原子彈旁邊。這是不得已而為之的一種舉措。前蘇聯(lián)的切爾諾貝利電站的泄露事件依然讓世人心有余悸。 既然那么多發(fā)電方式都有問題，難道能源問題就沒有出路了嗎?答案是否定的，車到山前必有路。能源的短缺其實(shí)是相對的。一方面是燃料價格的不斷上揚(yáng)，一方面隨著科學(xué)的進(jìn)步，可再生能源的價格在不停的下降。當(dāng)二者持平的時候，投資必然向后者傾斜。一個新時代就到來了。但是完全滿足電力的需要，除核電外，別的只能作為補(bǔ)充。而不能擔(dān)任主力機(jī)組。這是我們面臨的主要問題。也就是說，不發(fā)展核電，我們是不是另有出路，這是個問題。 目前顯現(xiàn)曙光的是海水的波浪能發(fā)電和海流發(fā)電。這是比較好的發(fā)電方式。不僅國家的研究機(jī)構(gòu)，民間的研究機(jī)構(gòu)和個人也都在一直不停的探索。這種探索甚至可以追溯到三十年前，一位福建的農(nóng)民用波浪發(fā)電船發(fā)出了7千瓦功率的電。它的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)還是較近的事。英國投入了大量的資金搞這方面的研究，這個國家地域狹小，資源貧乏，但是四面環(huán)海，海洋能十分豐富。另外研究波浪能走在前面的是日本鬼子。 全世界波浪利用的機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)以千計(jì)，獲得專利證書的也達(dá)數(shù)百件。波浪能利用被稱為“發(fā)明家的樂園”。 最早的波浪能利用機(jī)械發(fā)明專利是1799年法國人吉拉德父子獲得的。1854-1973年的119年間，英國登記了波浪能發(fā)明專利340項(xiàng)，美國為61項(xiàng)。在法國，則可查到有關(guān)波浪能利用技術(shù)的600種說明書。 60年代，日本研制成功用于航標(biāo)燈浮體上的氣動式波力發(fā)電裝置。此種裝置已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，產(chǎn)品額定功率從60瓦到500瓦不等。產(chǎn)品除日本自用外，還出口，成為僅有的少數(shù)商品化波能裝備之一。 該產(chǎn)品發(fā)電的原理就像一個倒置的打氣筒，靠波浪上下往復(fù)運(yùn)動的力量吸、壓空氣，推動渦輪機(jī)發(fā)電。 日本“海明”波浪發(fā)電試驗(yàn)船取得年發(fā)電19萬度的良好成績，實(shí)現(xiàn)了海上浮體波浪電站向陸地小規(guī)模送電。日本已將“海明”波浪發(fā)電船列為“離島電源”的首選方案，繼續(xù)研究改進(jìn)。 但是我國政府的重視程度明顯是不夠的，在三十年的時間里，投入的研究經(jīng)費(fèi)才一千萬多，夠幾個干部買幾輛轎車的錢。而英國在五年的時間里，就投入了數(shù)十億英鎊。 波浪能發(fā)電的好處顯而易見，就是規(guī)律性強(qiáng)，能量周期性變化短，如果有大規(guī)模的蓄能裝置，(比如水庫)是可以大規(guī)模發(fā)電并且作為主力機(jī)組的。如果獲得突破，取代火電的地位是完全有可能的。 如果要想使波浪能發(fā)電取代火電的話，蓄能環(huán)節(jié)必不可少，最便宜的蓄能方式就是水庫，所以，我個人認(rèn)為，岸上蓄水庫加常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組的模式應(yīng)該是研究方向。也就是說，利用海水的波浪能提水，送到岸邊建立的蓄水庫里。理由無他，主要是蓄水庫蓄能最經(jīng)濟(jì)，并且不象常規(guī)攔河壩蓄水庫一樣需要建立很大的大壩。因?yàn)楹铀S著季節(jié)變化很大，有豐水期和枯水期。而大海水面幾乎是不變化的。另外的理由是在岸上建立蓄水庫施工極為方便，沒有工程難度，并且維護(hù)費(fèi)用比攔河壩節(jié)省多了。對海水腐蝕的影響也比較小。 生物性能源舉例:水藻 ----生物燃油 美國瞄準(zhǔn)以水藻為原料的新型生物能源 生物能源在美國可再生能源中所占的比例最大，從1998年的43%增加到2008年的53%。國會2008年5月通過一項(xiàng)包括加速開發(fā)生物能源的法案，要求10年后把從石油中提煉出來的燃油的消費(fèi)量減少20%，代之以生物燃油。這需要每年生產(chǎn)350億加侖生物燃油。2004年以來，美國生物能源的研究與開發(fā)朝著從玉米、大豆等農(nóng)作物中提取乙醇的方向發(fā)展，專家們稱之為第一代生物能源。不過不少專家現(xiàn)在認(rèn)為，美國有可能跳過以玉米、大豆為代表的第一代生物能源，直奔以水藻為代表的新型生物能源。 美國全國水藻聯(lián)合會研發(fā)部部長維爾·瑟蒙德(WillThurmond)在回答新華社記者提問時表示，從水藻中提煉生物原油的研究，可以追溯到20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)。危機(jī)解除后，美國政府幾度中斷研究經(jīng)費(fèi)，有關(guān)項(xiàng)目未能推行。近年油價飛漲導(dǎo)致水藻研究提速，現(xiàn)在已進(jìn)入研究與開發(fā)的最后成熟階段。按照計(jì)劃，2010年將啟動多點(diǎn)示范工程，2011年將同美國軍方和政府簽訂第一批政府采購合同，2012年將簽訂第一批商業(yè)合同，2013年將大批量商業(yè)生產(chǎn)并降低銷售價格，2015年以低售價搶占市場份額，2020年將主宰生物原油市場。美國軍方對開發(fā)水藻資源最感興趣，因?yàn)槠滹w機(jī)、艦艇、坦克、裝甲車等武器，是世界上消費(fèi)柴油最多的“油耗子”。去年12月和今年1月，新西蘭航空公司、美國大陸航空公司、日本航空公司，先后用摻有水藻中提煉的生物燃油的混合航空汽油試飛成功。 瑟蒙德認(rèn)為，與第一代生物能源相比，新型生物能源具有無與倫比的優(yōu)點(diǎn):第一，玉米、大豆只能在可耕地上種植收獲;而水藻可以在溝渠、池塘、海灘以及任何不毛之地上養(yǎng)殖，從而大量節(jié)省寶貴的耕地。這對于中國和印度這樣人口多、耕地少的國家具有特別重要的意義。第二，在一英畝(約合中國六畝)耕地上種植大豆、歐洲油菜、棕櫚，一年能夠提煉出來的燃油分別為50、150、650加侖;而在一英畝水面上養(yǎng)殖水藻，一年能夠提煉出來的燃油為10000加侖，后者分別為前者的200、69、15倍。這是因?yàn)榇蠖沟绒r(nóng)作物受季節(jié)影響，一年只種一季，水藻一般不受季節(jié)影響，而且繁殖得非?？?，一天可以增長一倍。美國現(xiàn)有20多家養(yǎng)殖水藻的小企業(yè)，那里的農(nóng)場主說，“千萬別讓中國農(nóng)民掌握養(yǎng)殖水藻的技術(shù)，否則，十億中國農(nóng)民能把全世界的錢賺走?！钡谌?，水藻在進(jìn)行光合作用的過程中，需要吸收空氣中大量的碳，因而能夠凈化大氣，起到環(huán)境保護(hù)作用。現(xiàn)在美國專家提出在污染排放嚴(yán)重的企業(yè)，如煤炭發(fā)電廠周圍，建設(shè)水藻養(yǎng)殖場，這樣可以實(shí)現(xiàn)低排放乃至零排放目標(biāo)，一舉多得，既發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)，又增加新的增長點(diǎn)。 去年5月，美國國會批準(zhǔn)布什政府撥款10億多美元研發(fā)生物燃油。奧巴馬就職后，盡管美國陷入次貸危機(jī)和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)衰退，新政府毅然在刺激經(jīng)濟(jì)的計(jì)劃中撥款約8億美元加速生物燃油的研究與開發(fā)。三年來，美國能源部以合作伙伴的形式，注資約10億美元支持生物能源研究項(xiàng)目，旨在2012年前出成果。這些科研經(jīng)費(fèi)有一部分流入有關(guān)水藻的研究與開發(fā)項(xiàng)目。美國政府還硬性規(guī)定，凡是在成品油中摻入一定比例生物燃油的煉油廠，其生產(chǎn)的成品油每加侖可享受一美元獎勵。此舉導(dǎo)致歐盟委員會今年早些時候宣布，將在6個月內(nèi)對銷售到歐洲市場的“美國生物燃油”征收29%的反傾銷稅和47%的反補(bǔ)貼稅。美國民間對水藻研究與開發(fā)項(xiàng)目的投資也非常踴躍，微軟公司的比爾·蓋茨一次就投入1億美元。許多私人投資者認(rèn)準(zhǔn)這是一本萬利的賺錢項(xiàng)目。一個有趣的現(xiàn)象是:集聚在休斯敦的世界各大石油公司的代表，對美國加速開發(fā)新型生物能源--水藻，非但不反對、不反感，反而懷有極大的興趣。他們不放過出席有關(guān)下一代生物能源的研討會。他們在會上提出的問題比記者提出的還要多。他們所代表的世界著名石油公司，大多支持甚至投資參與水藻能源的研發(fā)項(xiàng)目。 美國全國水藻聯(lián)合會會長巴里·科恩(BarryCohen)告訴記者，現(xiàn)有的研究成果表明，從水藻里可以提煉出生物柴油、汽油乃至航空汽油，水藻殘?jiān)€可以發(fā)電。從近期看，美國不可能生產(chǎn)出足夠多的大豆、玉米提煉乙醇，歐洲也不可能種植出足夠多的向日葵、油菜籽提煉生物原油?，F(xiàn)在美歐生物煉油廠的煉制能力過剩，約有一半設(shè)備長期閑置，原因就是生物原料嚴(yán)重短缺。這為新型生物能源--水藻后來居上提供了天賜良機(jī)。從長遠(yuǎn)看，水藻里提煉出來的柴油、汽油最終有可能為美國所有交通工具提供燃料。如果說石油是黑色金子，那水藻則是綠色鉆石，其市場前景非常廣闊。