从生物质能的利用谈起课件.ppt
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- 生物质能 利用 谈起 课件
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1、从生物质能的利用谈起从生物质能的利用谈起清华大学清华大学倪维斗倪维斗 近几年来世界燃料乙醇的生产快速增长,从近几年来世界燃料乙醇的生产快速增长,从19851985年到年到20052005年增长了年增长了3 3倍,倍,20052005年为年为34283428万万t t。生物柴油从。生物柴油从19951995年才发年才发展起来,目前为展起来,目前为226226万万t t。20052005年乙醇作为燃料占全世界汽年乙醇作为燃料占全世界汽油消费量的油消费量的2%2%。. . 世界和美国的国情世界和美国的国情l美国:生产成本高(美国:生产成本高($1.4 gal$1.4 gal),国家补贴(),国家补贴
2、($0.51/gal$0.51/gal)l近年来发展很快:近年来发展很快:l第一个第一个1010亿用了亿用了1010年年l第二个第二个1010亿用了亿用了1010年年l第三个第三个1010亿用了亿用了2 2年年 有一个重要原因是世界谷物和油品价格比变化有一个重要原因是世界谷物和油品价格比变化年份年份一蒲式耳谷物一蒲式耳谷物一桶油一桶油蒲式耳蒲式耳/ /桶桶19501950$1.89 $1.89 $1.71 $1.71 111119801980$4.70 $4.70 $35.71 $35.71 8 819901990$3.09 $3.09 $22.99 $22.99 6 619951995$4.
3、82 $4.82 $17.20 $17.20 4 420002000$3.10 $3.10 $28.20 $28.20 9 920052005$3.90 $3.90 $52.00 $52.00 1313一蒲式耳=8加仑=35.24升(美制)l谷物相对油越来越不值钱。美国进口石油,出口谷物相对油越来越不值钱。美国进口石油,出口粮食越来越吃亏。以前美国用粮食出口可以抵消粮食越来越吃亏。以前美国用粮食出口可以抵消石油进口,但在石油进口,但在20042004年,粮食出口的钱只占石油年,粮食出口的钱只占石油进口的进口的13%13%,为石油进口,美国花了,为石油进口,美国花了$1320$1320亿。从亿。
4、从而,用粮食做燃料以减少石油进口是美国发展粮而,用粮食做燃料以减少石油进口是美国发展粮食乙醇的驱动力(中国情况大不一样)食乙醇的驱动力(中国情况大不一样)20042004年,年,美国生产燃料乙醇美国生产燃料乙醇3434亿亿galgal(17001700万桶,相当于万桶,相当于140140万桶汽油),占汽油总需求量的万桶汽油),占汽油总需求量的2%2%;l巴西:生产巴西:生产4040亿亿galgal,满足,满足40%40%的汽油需求。巴西的汽油需求。巴西生产的甘蔗的生产的甘蔗的50%50%用于生产酒精,种植面积从用于生产酒精,种植面积从530530万公顷(万公顷(20042004)增至)增至80
5、0800万公顷。巴西已与中国万公顷。巴西已与中国、日本商谈乙醇出口问题。、日本商谈乙醇出口问题。l德国:欧洲是采用生物柴油的德国:欧洲是采用生物柴油的“领跑者领跑者”,德国,德国生物柴油的产量是生物柴油的产量是104104万万t t(20042004),主要是用),主要是用rapeseedrapeseed。可替代其。可替代其3%3%的柴油,准备在最近几年的柴油,准备在最近几年产量增加产量增加150%150%;l法国:产量为法国:产量为4545万万t t,德、法都准备在,德、法都准备在20102010年用生年用生物柴油替代柴油物柴油替代柴油5.75%5.75%;l美国:用美国:用200200万增
6、至万增至500500万蒲式耳生物,生产万蒲式耳生物,生产89.389.3万万t t生物柴油。用大豆榨油,其副产品蛋白质丰富生物柴油。用大豆榨油,其副产品蛋白质丰富,价值高。,价值高。l印尼、马来西亚:用棕榈果实生产生物柴油,出印尼、马来西亚:用棕榈果实生产生物柴油,出油率高。油率高。世界乙醇主产国世界乙醇主产国 生物液体燃料的应用有三个重要指标生物液体燃料的应用有三个重要指标1.1.全生命周期能量转换系数,土地的利用,全生命周期能量转换系数,土地的利用,COCO2 2排放,排放,水的利用,食物安全,生物多样性水的利用,食物安全,生物多样性2.2.单位土地的产出单位土地的产出3.3.粮食安全与生
7、态评估,森林保护,生物多样性粮食安全与生态评估,森林保护,生物多样性A.A.能量转换效率能量转换效率l甘蔗甘蔗 1:8 1:8 一份能量输入能得到一份能量输入能得到8 8份输出(份输出(主要是甘蔗渣可以用于燃料)主要是甘蔗渣可以用于燃料)l甜菜甜菜 1:1.91:1.9l玉米玉米 l1:1.5 (1:1.5 (美国工艺美国工艺) ) l1:1.2 (1:1.2 (或更少或更少) () (中国工艺中国工艺) )净可再生能源系数(绿度)净可再生能源系数(绿度)l 甘蔗:(甘蔗:(8-18-1)/8=0.875/8=0.875l 甜菜(甜菜(1.9-1/1.91.9-1/1.9)=0.473=0.4
8、73l 玉米:玉米: a a (1.5-11.5-1)/1.5=0.335/1.5=0.335 b b (1.2-11.2-1)/1.2=0.167/1.2=0.167 c c (1.1-11.1-1)/1.1=0.09/1.1=0.09l 风力发电是可再生能源系数最高的,风力发电是可再生能源系数最高的,0.960.96物理意义物理意义 加工后得到的能量有多少比例是真正可加工后得到的能量有多少比例是真正可再生的!再生的!l此系数越低表示可再生度越小此系数越低表示可再生度越小l不是原料是可再生就是真正的可再生能源不是原料是可再生就是真正的可再生能源B. B. 土地利用系数:土地利用系数: 单位土
9、地的产出对我国土地缺乏的国家十分重单位土地的产出对我国土地缺乏的国家十分重要。中国有多少土地可以用来生产有关植物来得到要。中国有多少土地可以用来生产有关植物来得到乙醇?生物柴油?乙醇?生物柴油?油品油品植物名称植物名称平均生产量平均生产量升升/ /公顷(公顷(1515亩)亩)比例系数比例系数乙醇乙醇( (热值是汽油的热值是汽油的67%)67%)甜菜甜菜( (法国法国) )67036703乙醇乙醇(44914491汽油汽油)1.081.08甘蔗甘蔗( (巴西巴西) )62136213(41624162)1 1木薯木薯( (尼日利亚尼日利亚) )38453845(25762576)0.620.62
10、甜高粱(印度)甜高粱(印度)35113511(23522352)0.5650.565玉米(美国)玉米(美国)33213321(22252225)0.5350.535小麦(德国)小麦(德国)25992599(17411741)0.4180.418生物柴油生物柴油( (热值是柴油的热值是柴油的90%)90%)棕榈油棕榈油47094709生物生物柴油柴油(42384238柴油柴油)1 1可可籽可可籽25182518(22062206)0.4520.452油菜籽油菜籽958958(862862)0.20.2花生花生844844(760760)0.1770.177向日葵向日葵768768(691691)
11、0.160.16大豆大豆524524(472472)0.110.11l我国不可能以棕榈或甘蔗为主。通过生物工程来培植我国不可能以棕榈或甘蔗为主。通过生物工程来培植耐旱、耐碱、单位面积出油率高的植物。有些植物有耐旱、耐碱、单位面积出油率高的植物。有些植物有很难解决的储存问题。比如:甜高粱,成熟收割以后很难解决的储存问题。比如:甜高粱,成熟收割以后,数星期内糖分大量降低。,数星期内糖分大量降低。l大面积、低密度(能量)和集中大生产的矛盾(收集、运大面积、低密度(能量)和集中大生产的矛盾(收集、运输、存储)输、存储)l连续的大生产和农作物成熟、收割季节性的矛盾连续的大生产和农作物成熟、收割季节性的矛
12、盾l在巴西和美国也有问题:由于市场好,巴西大量种植在巴西和美国也有问题:由于市场好,巴西大量种植甘蔗用于生产酒精甘蔗用于生产酒精亚马逊河雨林保护,减少了亚马逊河雨林保护,减少了COCO2 2汇,破坏生态。美国大量种玉米;印尼、马来西亚大汇,破坏生态。美国大量种玉米;印尼、马来西亚大量种棕榈树会引发食品安全和生物多样性问题。量种棕榈树会引发食品安全和生物多样性问题。l我国的生态、自然条件要比美国、巴西、马来西亚差我国的生态、自然条件要比美国、巴西、马来西亚差得多,要有一个得多,要有一个度度,以平衡各方面的影响。这个,以平衡各方面的影响。这个度度是是多少?多少?C. C. 水耗系数水耗系数l在国际
13、上是:在国际上是: 1 1吨干玉米吨干玉米 耗水耗水350 t350 t;1 1吨干小麦吨干小麦 耗水耗水 500 t500 tl由于我国灌溉条件下灌渠漏水多,漫灌:由于我国灌溉条件下灌渠漏水多,漫灌:1 1吨干小吨干小麦要耗麦要耗1000 t1000 t。l粮食用大量的水换来,若用来生产液体燃料,每吨粮食用大量的水换来,若用来生产液体燃料,每吨生物替代燃料耗水极大。生物替代燃料耗水极大。l1 1吨粮食吨粮食1000t1000t水,意味着水,意味着5000t5000t水水/1t/1t当量汽油;当量汽油;500t500t水水/ /吨玉米意味着吨玉米意味着2500t2500t水水/1t/1t当量汽
14、油当量汽油 这在我国是要慎重考虑的,我国水资源只有世界这在我国是要慎重考虑的,我国水资源只有世界平均水平的平均水平的1/41/4!l替代能源一个要从以下几个尺度去深入分析。目替代能源一个要从以下几个尺度去深入分析。目前很多文献,只说前很多文献,只说XXXX发展很快,发展很快,XXXX资源丰富,资源丰富,XXXX、XXXX、XXXX都可以用,都可以替代都可以用,都可以替代,结果是甲、,结果是甲、乙、丙、丁乙、丙、丁开中药铺,有一些说的很开中药铺,有一些说的很“玄玄”,“忽悠忽悠”领导。领导。A. A. 国情尺度国情尺度 资源总量,人均多少,分布如何,资源总量,人均多少,分布如何,环境、土地、水、
15、社会发达水平、生活、生产模环境、土地、水、社会发达水平、生活、生产模式,可获得性,运输、道路条件,大气,生态,式,可获得性,运输、道路条件,大气,生态,生物多样性;生物多样性; 国际形势,在国外可获得性国际形势,在国外可获得性. . 有关替代能源的一些总的考虑有关替代能源的一些总的考虑B. B. 份额尺度份额尺度 有些是可行的,但份额不大(地沟油有些是可行的,但份额不大(地沟油,潮汐能,潮汐能)。我们所要的主要是能起到一定份额)。我们所要的主要是能起到一定份额作用的,这才能分清轻重缓急,明确主要努力方向作用的,这才能分清轻重缓急,明确主要努力方向。有所为,有所不为。有所为,有所不为。l风电风电
16、它是再生能源(水电除外)起作用最大的它是再生能源(水电除外)起作用最大的一种,即使这样,仍然是很有限的。一种,即使这样,仍然是很有限的。20062006年增加年增加1250MW1250MW(2004-700MW2004-700MW,2005-1260MW2005-1260MW,2007-2500MW2007-2500MW,每年都以,每年都以100%100%增加)。增加)。20062006年发电装机的增量为年发电装机的增量为105GW105GW,和风电增量相比,不到,和风电增量相比,不到1%1%(考虑风电的工作(考虑风电的工作时数);风电占到总发电量不到时数);风电占到总发电量不到0.4%0.4
17、%l风电资源量是风电资源量是10151015亿亿kWkW(有人说(有人说4040亿!)亿!)l有人的计算方法,每年以有人的计算方法,每年以50%50%增加,增加,(1.5)(1.5)2020=?=?C. C. 时间尺度时间尺度 什么样的替代能源,什么样的技术,什么样的替代能源,什么样的技术,按什么样的时间表发展,能实现多少?首先是如按什么样的时间表发展,能实现多少?首先是如何满足近何满足近20402040年的需求。我国自己的制造能力极年的需求。我国自己的制造能力极限是多少?不要把将来的可能来限是多少?不要把将来的可能来“吊吊”现在需求现在需求的的“胃口胃口”,而轻视对目前一些迫切需要技术的,而
18、轻视对目前一些迫切需要技术的开发。远水救不了近火,而有一些人总是奢谈开发。远水救不了近火,而有一些人总是奢谈“梦想梦想”,情有独钟,一厢情愿地迷恋,情有独钟,一厢情愿地迷恋“远水远水”,而不考虑而不考虑“近水近水”、“中水中水”来救来救“近火近火”和和“中火中火”。 这几十年怎么办?每年几十亿吨煤怎么应用,这几十年怎么办?每年几十亿吨煤怎么应用,这是我们首先应该最认真考虑的问题。这是我们首先应该最认真考虑的问题。D. D. 经济尺度经济尺度 对替代能源国家可以有一定的政策、对替代能源国家可以有一定的政策、补贴,但最终还是市场说话。若没有严格的环境税补贴,但最终还是市场说话。若没有严格的环境税、
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