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谈谈生物质能的利用及评价指标(二)
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可再生能源合理利用的尺度
对可再生能源的利用除了要考虑转换效率、土地利用系数、粮食安全和水耗系数等重要指标以外，还要从以下几方面综合考虑。
1）国情尺度
对可再生能源和替代能源的开发和利用，不同的国家应根据本国的国情制定不同的尺度，因为各国家资源总量及其分布如何、人均多少，其环境、大气、生态怎样，土地、水的可获得性及生物多样性如何，生活模式、生产条件及社会发达水平怎样，各种资源在国外的可获得性以及国际形势对本国的影响等是不同的。如果不顾本国的国情，过度地对其开发和利用，将会引发一系列问题。
2）份额尺度
对某些可再生能源和替代能源的开发和利用，还要看其可利用的份额有多大，有些可再生能源虽是可用的，但份额不大，如：地沟油，潮汐能等。我们所要重点下功夫研究的主要是能起到一定份额作用的可再生能源，如风电，这样才能分清轻重缓急，明确主要努力的方向。
风电是除水电之外起作用最大的一种可再生能源，即使这样，目前我国风电装机容量在整体电力系统中的份额仍然是有限的。2006年，全国风电装机容量增加了1300MW，2007年增加了约2500MW，每年都以100%的速度在增加，但从我国发电装机总量来看，2007年发电装机的增量为100GW，相比之下风电装机的增量不到1%。风电的发电量占总发电量不足0.5%。
发改委规划：到2020年，我国风电装机总容量是30GW。按目前风电发展的势头，这个指标肯定要被大大突破。2020年究竟会是多少，是否可以设想比原规划大5倍，使风电总装机容量达到150GW？即便如此，届时我国风电的发电量仍不到总发电量的2.3%~3%。
3）时间尺度
要发展可再生能源，使其尽快地成为主要能源之一，是我们应当努力的方向。但在研究可再生能源和替代能源的开发和利用时，一定要考虑：对什么样的可再生能源，采用什么样的技术，按什么样的时间表发展？该研究成果和发展计划能实现多少？我国自己的制造、安装和运行能力的极限是多少？不能总是重点强调能源结构的改变，描绘将来以可再生能源为主的美好愿景，而忽视目前对煤的现代化利用，不重视对一些当前迫切需要的技术的开发。怎样满足近20~40年的用能需求和环境容量的限制，尤其是日益严峻的气候变化问题，这几十年的用能需求怎么办，每年几十亿吨煤怎么应用，是我们应该首先考虑的问题。
4）经济尺度
对可再生能源的利用，可用经济尺度来引导其发展，对替代能源，国家可用相应的优惠政策予以扶持，如减免税收、实行补贴等。但对可再生能源的利用仅有扶持是不够的，还要对其他引发严重环境问题的能源消耗行为处以严格的罚款或征收税费，以市场手段进行调控，以经济尺度进行治理。若没有严格的环境税、排放税、污染罚款等，可再生能源很难发展起来。
5）发挥可再生能源特点的尺度
我国可再生能源具有分散性，不稳定性和能源密度低的特点，在制定发展可再生能源和生物质能源的发展规划和政策时，应从能源、转化、输送，终端用户一体化的角度来研究可再生能源在我国总的能源系统中应有的战略定位和合理的配置及地位。应依据各种可再生能源不同的特点，因地制宜地加以利用，分散的能源尽量分散利用，如：建一座25MW的秸秆发电电站，需投资人民币10000元/kW，每年需燃烧16万~20万t秸秆，秸秆收集半径达100 km，用拖拉机、汽车将秸秆从一个个分中心运送到电站，需耗费稀缺的液体燃料（柴油、汽油），而电站的效率<30%，低于先进燃煤电站12~13个百分点，其效率相对值为先进燃煤电站的70%。在这种条件下，农民作为燃料的秸秆被收走了，他们只能靠煤来满足炊事和采暖的需求，而集中生产的煤又需用拖拉机、汽车分别运送到农户，需要再次耗费稀缺的液体燃料（柴油、汽油）。这样，集中生产的煤，本来可以在先进电站转换成电，却要分散到农村作低效、高污染的应用！
建设社会主义新农村需要能源的支持，农户除了生活、生产用电以外，其炊事、采暖应尽可能就地取材，如对沼气和太阳能的利用。若秸秆有多余，一家一户直接燃烧确实不符合现代化能源供应的要求（使用不方便，户内环境污染大），我们应该花较大的力量研究简单、廉价、低能耗的小型颗粒化或是铡段设备，提供燃烧完全、污染低、廉价的炉子，面向农村建立相应的加工、供应链；或者用其替代一部分煤来发电，把这部分生物质与煤共燃（co-firing），减少一部分耗煤。生物质与煤共燃可简化基础设施、提高秸秆的利用效率、缓解腐蚀问题、减少污染。从系统角度着眼，这样做才能把有限的、宝贵的能源有效地利用，才能带来能源系统的整体效益。
以上5个尺度提供了在利用可再生能源时应该思考的几个方面，结合前面的几个指标，即可因时、因地地对各种可再生能源的利用形成科学、理性的评估方法。
生物质能利用的原则
人与自然和谐相处，这是可再生能源、尤其是生物质能利用的最高原则。
人类用能大致经过几个阶段：薪柴→煤炭→石油→天然气，各国由于资源不同，其发展阶段亦不同，这些阶段可能会有重叠和交叉。煤、石油、天然气是地球几千万、几亿年太阳能的“沉淀”，若用量较小时则问题不大，而现在由于人口的增长及现代化条件下人均用能的大幅度增加，引发了日益严重的资源、环境、生态问题。如：对其过度的开采（尤其是煤）将引发地表荒漠、土地塌陷、地下水破坏，甚至会造成资源枯竭；对其过度的使用将引发SO2、NOx、Hg、PM2.5（气动直径＜2.5 μm的可吸入颗粒物）、PM10（气动直径＜10 μm的可吸入颗粒物）等污染物及CO2、CH4等温室气体排放超标。若所产生的问题逐渐扩大，将影响到能源、环境、生态，直至延伸到经济、政治、军事领域，使其发展越来越显得不可持续。
人类为了解决由大量利用化石燃料带来的问题而转向大规模利用可再生能源，由于现代科学在物质、技术进步等方面的巨大成就，使得一些科学家和工程技术人员相信科学技术可以解决一切问题。实际上，科学技术只有尊重自然，善待自然，和自然和谐相处，才能成为第一生产力。目前，大规模、有份额地转向使用可再生能源，虽然用的是当年的太阳能（表现形式为：水能，风能，生物质能，太阳能的直接辐射能和热能等），但采集面积和大自然已存在“循环”的交互作用将会越来越大。也就是说，人类与自然的交互作用相互影响，相对于利用化石能源时人类与自然交互的范围、交互的深度、交互的频度等都将会起很大变化，甚至会从量变到质变。因此，在这种形势下，人与自然和谐相处，尊重自然，爱护自然，将进入一个新的阶段。否则，问题会越来越突出，弄不好还会为了解决一个问题而“制造”出另几个更为复杂、更为严重的问题，人类将为此付出惨重的代价，大自然的惩罚会来的更快、更早、更严峻。从本质上讲，没有人与自然的和谐，就没有人与人的和谐以及社会的和谐。
目前的自然环境是地球内、外动力在万亿年动态变化过程中的阶段表现，是不以人们的意志为转移的。人有生命，整个生态系统也有生命。“自然”与人在生态道德上是平等的。以敬重和呵护之心对待自然，是生态道德的基本要求。因此，从人与自然和谐的角度，人类对于可再生能源、尤其是生物质能、小水电等的开发应用，要持慎之又慎的科学态度，进行多方位的全面分析，切忌一哄而起，鲁莽行事！
对我国可再生能源合理利用的建议
我国能源系统是一个十分庞大、复杂的系统，不同的地区、在不同的时间段有不同的合理配置。对我国可再生能源的合理利用，应从能源生产、转化、输运和终端应用一体化等方面加以综合考虑，尤其是对具有分散、能源强度低等特点的可再生能源，更应该以面向终端应用为导向。下面是对我国合理利用生物质能的几点建议。
1 可再生能源相互之间及与化石能源相结合
在对可再生能源合理利用时，可考虑可再生能源相互之间的结合或可再生能源与化石能源相结合的综合利用，如：
（1）风机和燃气轮机互补系统、风力和水力发电、风能和太阳能光伏技术、风机和柴油机互补系统、中小型聚风型风力发电与蓄电相结合等等，2种不同的能源相互结合，优势互补，可达到1+1＞2的效果。应该特别强调的是，在多元化能源、可再生能源逐渐增大作用的阶段，加强研发多种廉价、方便的蓄能（蓄电、蓄冷、蓄热等）装置是十分重要的，这对充分利用随机性大的可再生能源有很大的意义。
（2）在建筑节能方面，可采用与建筑一体化的太阳能集热管+地源热泵+少量天然气补燃，或将较高温度的太阳能集热器用于制冷。
（3）在北方，为了在冬季多产沼气，可以将太阳能集热器用于沼气池的加热。
2可再生能源的利用与用户相结合
中国重化工业的发展阶段不可逾越，但化工业一般都是耗能大户，因此可以考虑将一些可再生能源的利用（如风力发电）和耗能大户（如电解铝、氯碱工业、电解水制氢、海水淡化等工业）结合起来。化工业生产过程可使用低压直流电，其运行工况允许一定程度地随风能的大小而变化，因而在有条件的地方可以发展非并网风电，直接为化工耗能大户提供生产用能。非并网风电的应用不仅可免除风电并网及耗能大户生产对电网的冲击，还能简化设备，降低成本。
其他如生物质利用和造纸工业相结合、和黑液处理相结合；生物质和煤脱灰、脱硫、制浆结合，加入一些有机废弃物，中小规模地生产燃料油等。
我国发展可再生能源一定要结合本国的国情，走出自己的路子，如风电非并网发电，结合我国新农村建设发展生物质能等。中国幅员辽阔，地域差别很大，资源各有不同，发展可再生能源不能一刀切，一定要分区域、分时段、科学合理地制定适合本地发展的长远规划。
节选自倪维斗《生物质能利用的现状、前景及应用指标》，全文发表于《电力技术经济》 2009年第2期。
https://blog.sciencenet.cn/blog-374251-282044.html
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对可再生能源的利用除了要考虑转换效率、土地利用系数、粮食安全和水耗系数等重要指标以外，还要从以下几方面综合考虑。
1）国情尺度
对可再生能源和替代能源的开发和利用，不同的国家应根据本国的国情制定不同的尺度，因为各国家资源总量及其分布如何、人均多少，其环境、大气、生态怎样，土地、水的可获得性及生物多样性如何，生活模式、生产条件及社会发达水平怎样，各种资源在国外的可获得性以及国际形势对本国的影响等是不同的。如果不顾本国的国情，过度地对其开发和利用，将会引发一系列问题。
2）份额尺度
对某些可再生能源和替代能源的开发和利用，还要看其可利用的份额有多大，有些可再生能源虽是可用的，但份额不大，如：地沟油，潮汐能等。我们所要重点下功夫研究的主要是能起到一定份额作用的可再生能源，如风电，这样才能分清轻重缓急，明确主要努力的方向。
风电是除水电之外起作用最大的一种可再生能源，即使这样，目前我国风电装机容量在整体电力系统中的份额仍然是有限的。2006年，全国风电装机容量增加了1300MW，2007年增加了约2500MW，每年都以100%的速度在增加，但从我国发电装机总量来看，2007年发电装机的增量为100GW，相比之下风电装机的增量不到1%。风电的发电量占总发电量不足0.5%。
发改委规划：到2020年，我国风电装机总容量是30GW。按目前风电发展的势头，这个指标肯定要被大大突破。2020年究竟会是多少，是否可以设想比原规划大5倍，使风电总装机容量达到150GW？即便如此，届时我国风电的发电量仍不到总发电量的2.3%~3%。
3）时间尺度
要发展可再生能源，使其尽快地成为主要能源之一，是我们应当努力的方向。但在研究可再生能源和替代能源的开发和利用时，一定要考虑：对什么样的可再生能源，采用什么样的技术，按什么样的时间表发展？该研究成果和发展计划能实现多少？我国自己的制造、安装和运行能力的极限是多少？不能总是重点强调能源结构的改变，描绘将来以可再生能源为主的美好愿景，而忽视目前对煤的现代化利用，不重视对一些当前迫切需要的技术的开发。怎样满足近20~40年的用能需求和环境容量的限制，尤其是日益严峻的气候变化问题，这几十年的用能需求怎么办，每年几十亿吨煤怎么应用，是我们应该首先考虑的问题。
4）经济尺度
对可再生能源的利用，可用经济尺度来引导其发展，对替代能源，国家可用相应的优惠政策予以扶持，如减免税收、实行补贴等。但对可再生能源的利用仅有扶持是不够的，还要对其他引发严重环境问题的能源消耗行为处以严格的罚款或征收税费，以市场手段进行调控，以经济尺度进行治理。若没有严格的环境税、排放税、污染罚款等，可再生能源很难发展起来。
5）发挥可再生能源特点的尺度
我国可再生能源具有分散性，不稳定性和能源密度低的特点，在制定发展可再生能源和生物质能源的发展规划和政策时，应从能源、转化、输送，终端用户一体化的角度来研究可再生能源在我国总的能源系统中应有的战略定位和合理的配置及地位。应依据各种可再生能源不同的特点，因地制宜地加以利用，分散的能源尽量分散利用，如：建一座25MW的秸秆发电电站，需投资人民币10000元/kW，每年需燃烧16万~20万t秸秆，秸秆收集半径达100 km，用拖拉机、汽车将秸秆从一个个分中心运送到电站，需耗费稀缺的液体燃料（柴油、汽油），而电站的效率<30%，低于先进燃煤电站12~13个百分点，其效率相对值为先进燃煤电站的70%。在这种条件下，农民作为燃料的秸秆被收走了，他们只能靠煤来满足炊事和采暖的需求，而集中生产的煤又需用拖拉机、汽车分别运送到农户，需要再次耗费稀缺的液体燃料（柴油、汽油）。这样，集中生产的煤，本来可以在先进电站转换成电，却要分散到农村作低效、高污染的应用！
建设社会主义新农村需要能源的支持，农户除了生活、生产用电以外，其炊事、采暖应尽可能就地取材，如对沼气和太阳能的利用。若秸秆有多余，一家一户直接燃烧确实不符合现代化能源供应的要求（使用不方便，户内环境污染大），我们应该花较大的力量研究简单、廉价、低能耗的小型颗粒化或是铡段设备，提供燃烧完全、污染低、廉价的炉子，面向农村建立相应的加工、供应链；或者用其替代一部分煤来发电，把这部分生物质与煤共燃（co-firing），减少一部分耗煤。生物质与煤共燃可简化基础设施、提高秸秆的利用效率、缓解腐蚀问题、减少污染。从系统角度着眼，这样做才能把有限的、宝贵的能源有效地利用，才能带来能源系统的整体效益。
以上5个尺度提供了在利用可再生能源时应该思考的几个方面，结合前面的几个指标，即可因时、因地地对各种可再生能源的利用形成科学、理性的评估方法。
生物质能利用的原则
人与自然和谐相处，这是可再生能源、尤其是生物质能利用的最高原则。
人类用能大致经过几个阶段：薪柴→煤炭→石油→天然气，各国由于资源不同，其发展阶段亦不同，这些阶段可能会有重叠和交叉。煤、石油、天然气是地球几千万、几亿年太阳能的“沉淀”，若用量较小时则问题不大，而现在由于人口的增长及现代化条件下人均用能的大幅度增加，引发了日益严重的资源、环境、生态问题。如：对其过度的开采（尤其是煤）将引发地表荒漠、土地塌陷、地下水破坏，甚至会造成资源枯竭；对其过度的使用将引发SO2、NOx、Hg、PM2.5（气动直径＜2.5 μm的可吸入颗粒物）、PM10（气动直径＜10 μm的可吸入颗粒物）等污染物及CO2、CH4等温室气体排放超标。若所产生的问题逐渐扩大，将影响到能源、环境、生态，直至延伸到经济、政治、军事领域，使其发展越来越显得不可持续。
人类为了解决由大量利用化石燃料带来的问题而转向大规模利用可再生能源，由于现代科学在物质、技术进步等方面的巨大成就，使得一些科学家和工程技术人员相信科学技术可以解决一切问题。实际上，科学技术只有尊重自然，善待自然，和自然和谐相处，才能成为第一生产力。目前，大规模、有份额地转向使用可再生能源，虽然用的是当年的太阳能（表现形式为：水能，风能，生物质能，太阳能的直接辐射能和热能等），但采集面积和大自然已存在“循环”的交互作用将会越来越大。也就是说，人类与自然的交互作用相互影响，相对于利用化石能源时人类与自然交互的范围、交互的深度、交互的频度等都将会起很大变化，甚至会从量变到质变。因此，在这种形势下，人与自然和谐相处，尊重自然，爱护自然，将进入一个新的阶段。否则，问题会越来越突出，弄不好还会为了解决一个问题而“制造”出另几个更为复杂、更为严重的问题，人类将为此付出惨重的代价，大自然的惩罚会来的更快、更早、更严峻。从本质上讲，没有人与自然的和谐，就没有人与人的和谐以及社会的和谐。
目前的自然环境是地球内、外动力在万亿年动态变化过程中的阶段表现，是不以人们的意志为转移的。人有生命，整个生态系统也有生命。“自然”与人在生态道德上是平等的。以敬重和呵护之心对待自然，是生态道德的基本要求。因此，从人与自然和谐的角度，人类对于可再生能源、尤其是生物质能、小水电等的开发应用，要持慎之又慎的科学态度，进行多方位的全面分析，切忌一哄而起，鲁莽行事！
对我国可再生能源合理利用的建议
我国能源系统是一个十分庞大、复杂的系统，不同的地区、在不同的时间段有不同的合理配置。对我国可再生能源的合理利用，应从能源生产、转化、输运和终端应用一体化等方面加以综合考虑，尤其是对具有分散、能源强度低等特点的可再生能源，更应该以面向终端应用为导向。下面是对我国合理利用生物质能的几点建议。
1 可再生能源相互之间及与化石能源相结合
在对可再生能源合理利用时，可考虑可再生能源相互之间的结合或可再生能源与化石能源相结合的综合利用，如：
（1）风机和燃气轮机互补系统、风力和水力发电、风能和太阳能光伏技术、风机和柴油机互补系统、中小型聚风型风力发电与蓄电相结合等等，2种不同的能源相互结合，优势互补，可达到1+1＞2的效果。应该特别强调的是，在多元化能源、可再生能源逐渐增大作用的阶段，加强研发多种廉价、方便的蓄能（蓄电、蓄冷、蓄热等）装置是十分重要的，这对充分利用随机性大的可再生能源有很大的意义。
（2）在建筑节能方面，可采用与建筑一体化的太阳能集热管+地源热泵+少量天然气补燃，或将较高温度的太阳能集热器用于制冷。
（3）在北方，为了在冬季多产沼气，可以将太阳能集热器用于沼气池的加热。
2可再生能源的利用与用户相结合
中国重化工业的发展阶段不可逾越，但化工业一般都是耗能大户，因此可以考虑将一些可再生能源的利用（如风力发电）和耗能大户（如电解铝、氯碱工业、电解水制氢、海水淡化等工业）结合起来。化工业生产过程可使用低压直流电，其运行工况允许一定程度地随风能的大小而变化，因而在有条件的地方可以发展非并网风电，直接为化工耗能大户提供生产用能。非并网风电的应用不仅可免除风电并网及耗能大户生产对电网的冲击，还能简化设备，降低成本。
其他如生物质利用和造纸工业相结合、和黑液处理相结合；生物质和煤脱灰、脱硫、制浆结合，加入一些有机废弃物，中小规模地生产燃料油等。
我国发展可再生能源一定要结合本国的国情，走出自己的路子，如风电非并网发电，结合我国新农村建设发展生物质能等。中国幅员辽阔，地域差别很大，资源各有不同，发展可再生能源不能一刀切，一定要分区域、分时段、科学合理地制定适合本地发展的长远规划。
节选自倪维斗《生物质能利用的现状、前景及应用指标》，全文发表于《电力技术经济》 2009年第2期。
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