生物质能源开发的新思路

摘要

生物质资源总量大，合理化的开发方式。可以使得生物质发电度电成本低于石油。

什么样的生物质开发应用方式才是最优的呢？

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。

生物质的应用方式有三大类

1、食物：水稻、小麦、玉米、土豆和肉食等等

2、原料：木材、纸张等等

3、能源：在化石能源、水电等能源发展起来之后，生物质作为能源的重要性降低了。生物质能源应用技术也没有更新换代。主要还是一下几种.

A、直接燃烧技术。

B、生物转化技术。厌氧产沼气，牲畜劳力。

C、热化学转化技术。包括生物质气化、干馏、快速热解液化技术。

D、液化液体燃料技术。提炼植物油技术、制取乙醇、甲醇等技术

E、有机垃圾能源化处理技术。

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。在作者看来生物质能源及其演变技术将有可能比化石能源煤炭、石油和天然气更廉价。成为最大的能源载体。

为什么会有这样的预判？

首先，使用成本是能源最先考虑的因素。任何能源的使用成本都可以拆分成个部分。

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。

利润和其他成本的在这里不展开讨论，可以假设成本利润是相近的。

如果LY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，最后看一下LY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。也就是说，生物质产沼气作为LY混动车的能源，运送距离不超过15公里。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。

化石能源如石油的运送距离超过1万公里也是有的。生物质能源可以三个数量胜出。

化石能源的转换，如炼油、内燃机等等。成本也是很高。上面的这些非定量分析有没有用处呢？

上面的定量分析只是为了给下面定量分析做铺垫。

我们以今天92#汽油每升6.8元，可以计算出发电效率30%，不含发电环节成本的汽油度电成本为2.6元/KWH。而沼气的价格是0.6~3.5元/立方米。按1立方发电2度。那么沼气的度电成本为0.3~1.75/KWH。也就是说利用生物质发电的度电成本不需要任何优化，当前已经低于石油。而LY混动车，将沼气所发电能变成了跟石油一样可以直接用交通车辆。

2018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2018年全国发电量40%以上。

举例玉米草亩产10~20吨鲜草。用1亿亩来生产15亿吨跟秸秆产沼气相当的玉米草鲜草。其发电量超过水电发电量。当然，这些能源作物只能是自然生产，而非种植粮食一样，其生产成本为零，只需要收集成本。

上面的浅显简单的观点表达，只是为了提出一种新的生物质应用思路。此外，生物质应用是跟养殖业类似的，只不过养殖的是细菌。也存在菌群疾病，传染，污染等等新的问题。

实践之前，还需要更多理论支撑。