生物质能源开发的新思路

文摘   科技   2024-09-21 13:11   广东  

根据国际能源机构(IEA)的定义,生物质(biomass)是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式,它一直是人类赖以生存的重要能源之一,是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源,在整个能源系统中占有重要的地位。

生物质的能源利用是利用生物质内C-H、C-C键化学能。其能源的本质跟化石能源是一致的。二者都是太阳能存储在C-H、C-C键的化学能。生物质能源有可能比化石能源煤炭、石油和天然气更廉价。

能源成本=富集成本+运送成本+转换成本+利润+其他成本(税费、环境)。

石油、页岩气的富集成本是开采,将散落在土壤中的能源富集起来。生物质的富集成本是将生物质、如秸秆等。

运送成本,化石能源可能会长途跋涉绕地球半圈,生物质统称不会超过100公里。

转换成本,页岩气需要液化,汽化。石油需要炼油。生物质需要风干、汽化和厌氧等等。

混动车成为利用生物质的的最佳转换平台。那么生物质变成沼气,沼气直接使用LY混动车的增程系统发电。这样的发电平台成本可以忽略不计,还能够将增程发动机尾气余热反馈到厌氧罐,维持厌氧温度。在生物质能源与化石能源第一轮PK中,生物质能源以转换成本为零胜出。

也就是说,当生物质的富集成本+运送成本<化石能源的富集成本+运送成本+转换成本。

那么生物质能源的成本将会低于化石能源。

大庆油田油田储量面积0.6万平方公里,储量56.8亿吨.则有约9500吨/公顷。不同的油田差别还是很大的。假定原油的60%转换为汽油,汽油30%有效做功转换为同等电力2052万KWH/公顷。石油不能完全开采,这个数值还需要打折扣。

按照每公顷生物量20~80吨/年(干重)。假如是20~80吨秸秆,按照秸秆产沼气350方发电700KWH每吨,得到1.4~5.6万KWH/公顷。

上面可以知道,因储量密度的差异,化石能源由于生物质三个数量级。储量密度低的生物质不一定没有优势,石油钻井和秸秆收集成本差异非常大。生物质最大的劣势是单位面积能量密度低。

比较了转换、富集的差异,混动作为发电平台,生物质的运送距离可以缩短到15公里内,最靠近公路的地方。所产生的沼液不需要经过处理直接返回耕地作为肥料,沼渣经过增程系统的干燥后,作为含碳量很高的固态燃料。这是利用了电动车的移动特性,而沼气可存储。

大幅降低了生物能源输送成本,沼渣、沼液也可以作为一项降低成本的副产品。

18年中国发电总量约6.8万亿度,其中水力发电1.1万亿度,约占16%。表1中,秸秆和粪便产沼气高位产值可以达到1.1万亿度,而且还会产生超过40亿吨的液态肥料。超过全国18亿亩耕地的肥料需求。如果将可利用的低成本收集杂草、能源作物、农林废弃物等天量有机质利用起来。其发电量有望超过18年全国发电量40%以上。

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