倪维斗:把合适的东西放在合适的地方   

  5月21日,在2006清华大学博士生专题论坛——“国家能源战略下的能源发展”上,倪维斗院士提出,对一种能源资源,应首先从战略高度,考察其在整个能源系统的合理地位。中国需要一个整体的能源战略,必须给合适的终端用户合适的燃料,给合适的消费群体提供合适的能源服务。

  中国利用可再生能源的定位

  由于能源供应紧张以及化石能源应用所引起的严重污染,世界各国,包括中国都把眼光集中到可再生能源上。结合中国的具体国情,倪维斗认为,可再生能源在中国整个能源系统中的定位很不清楚,不能就可再生能源谈可再生能源,必须在全国整个能源系统的大视角下看待这个问题。他指出,国外很多利用可再生能源的做法实际上并不适应中国的国情,因而在中国考虑如何利用可再生能源的时候,不要受一些外国公司游说和攻关的影响甚至于误导,必须从循环经济、生态社会、人与自然和谐的原则来探索可再生能源的开发与应用。

  首先倪维斗谈到循环经济(绿色文明)在经济形态上的表现,本质上要求运用生态学的规律来指导人类社会和经济活动,按照自然生态系统物质循环和能量流动规律重构人类的经济活动和能量利用系统,使人类的活动和谐地纳入自然生态系统的物质循环过程中,建立起一种新形态的经济。倪维斗表示,这是人类要生存下去所必须采取的措施,尤其是手中有权力的各级政府官员和有责任心的学者必须遵循的规律。要从这个基本点出发,来观察我国各种能源应有的位置,或者说各种能源应担当的主要责任及其定位。

  目前中国化石能源的特点是煤、石油、天然气经过多年的发展已经形成投资巨大、十分发达的基础设施。这些集中能源要集中高效开采,集中高效、低污染转换,通过网络输送到终端用户。这里面还有很多潜力可挖掘。

  而可再生能源的特点是当年的太阳能,其能量密度极低,高度分散,该怎么利用?怎么和其他能源利用合理配合呢?

  能源的利用是一个庞大的系统,至少有以下几个过程:资源——开采——收集——运输——转化——分散到终端用户。所以,这对中国的国情,其可再生能源的利用要注重以高度分散的广大农民和小城镇为主要用能对象,这是一个最“顺其自然”的能源服务配置。

  因此,倪维斗提出一个从战略高度、从各种能源的合理利用、从与大自然和谐相处的角度的问题:有没有必要建立一个新的物流系统、新的基础设施,把十分分散的能源人为地收集起来,集中转换,再加工给分散的终端用户,如生物质能、太阳能用于大规模发电,生物质大规模转换成液体燃料。

  倪维斗强调,对一种能源资源,应首先从战略高度考察其在整个能源系统的合理地位,即主要不是在理论上研究它可以“干什么”(气化、发电、大规模转化),而是首先研究它应该干什么、适合干什么。否则会形成十分不合理的现象:高能量密度如煤,被分散到农村或小城镇,做低效率、高污染的应用,而低能量密度的生物质能或太阳能,却要组织新的基础设施,耗费其他能源把它们集中起来利用。这就从宏观方面不符合循环经济的原则,是“逆自然而动”。

  考察生物质能的利用前景

  针对可再生能源的特点,倪维斗认为,可再生能源——生物质能在中国的利用大有可为。中国生物质能的资源产生于广大农村和社区,要结合中国农村的特点以及与发达国家的区别来进行利用。简单照搬国外做法是行不通的,多年来的历史教训已经不少。

  目前,中国农村能源利用水平低,2000年,生物质能占农村居民生活用能的55.17%,煤炭占31.9%,电力占9.1%,成品油占2.05%,液化气、沼气占1.58%,农村能源消耗总量达3.7亿tce(吨标准煤)。而中国每年秸秆产量约为6亿至7亿吨,仅2003年的秸秆产量就为6.21亿吨,约合3.1亿吨标煤,占所有生物质能的一半以上;林区的废枝每年可达10亿吨,约合5亿吨以上的煤。然而,农村生物质利用主要是在普通炉灶上用作直接燃烧,效率很低,约为10%~20%。同时,由于中国目前的小农经济、地块分散、人均占有的生物质少等原因,传统生物质利用的问题没有得到很好的解决。

  传统的颗粒成型方法存在需要烘干加热、生产能耗高,需要大规模、专业化车间生产,无法逾越收集关等问题。比如西班牙利用生物质发电(Navarre生物质发电厂)就有很多问题。其每年发电两亿度,而基建成本高达5100万欧元,是普通煤电站的2至4倍,生产时还有秸秆运输、储存困难、管道腐蚀等问题。

  对此,倪维斗提出,生物质颗粒化利用的办法。因为其具有就地收集、就地加工处理、就地应用的特点,符合人与自然的和谐循环。生物质颗粒化长期没有得到很快的发展,主要是加工设备大、单位能耗高,导致颗粒化成本高。解决问题的关键是:不加热冷成型,不用添加剂,设备简单,价格相对便宜,能耗小。必要时可以做成移动式,或者与联合收割机相结合。目前,清华大学清洁能源研究与教育中心已经研制出符合上述要求的样机和相应的炉具(炊事、采暖),其成型工艺约减少50%,成型能耗减小50%,成型设备体积减少70%,综合生产成本降低约60%。

  生物质能利用的战略思维

  对于秸秆颗粒化的应用前景,倪维斗非常看好。但是,在生物质能和先有能源利用的战略思维上,他用一个简单的例子来表达了自己的观点。

  在中国,燃煤工业锅炉是我国空气污染的主要来源之一,基本上和燃煤电站锅炉处于同样的数量级。燃煤工业锅炉所消耗的煤炭达4亿至5亿吨,而利用效率远远低于大型电站锅炉(平均低25至30个百分点),这是用煤的极大浪费。那么,从国家高度,如何减少这一大部分煤的高污染、低效率的消费是一个极为重要的节能切入点,其节能的效果在整个能源平均中是有很大份额的。

  作为替代,生物质颗粒燃料是一个重要的选择。生物质用于发电在上文已经提到不可行,而用于分布面广、容量小的低参数工业锅炉却是最合适、最合理的。

  且看两种资源配置的比较。第一方案:把1亿吨标煤用于目前低效率、高污染的工业锅炉,把1.6亿吨生物质用于发电。第二方案:把1.6亿吨生物质用于工业锅炉替代1亿吨标煤,把被替代出的1亿吨标煤用于现代的、具有90%脱硫效率的大型电站锅炉。

  两个不同配置方案的结果显然不同,主要在于第二方案中分散能源主要用于分散需求,尽量做到与自然相和谐,而集中能源则发挥其“长处”。所以,倪维斗表示,生物质能的利用可以把城镇的中小型锅炉、农村和城镇小锅炉(锅炉效率只有60%左右,无法脱硫、脱氮)的低效、高污染的煤置换出来,把它们用于高效、低污染的大型电站锅炉。这对农民生活、环境、各种能源各得其所是一个多赢的战略。

  最后,倪维斗提到,能源利用千万不要各种能源“各唱各的戏”,中国需要一个整体的能源战略,必须把合适的东西放在合适的地方,给合适的终端用户合适的燃料,给合适的消费群体提供合适的能源服务。

  倪维斗:中国工程院院士。现任清华大学热能系教授,北京市科协副主席,国家重点基础研究规划专家顾问组成员。专长于动力机械工程和工程热物理。目前致力于我国可持续发展能源系统的研究。

  摘自《科学时报 大学周刊》2006年5月23日

2006年05月25日 11:25:28  清华新闻网

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