防治雾霾学术论文

防治雾霾学术论文推行甲醇能源战略大有可为当前，大气雾霾已然成为我国最大的环境问题，这不仅严重威胁人民生命健康，进而对经济、社会发展乃至国际观瞻造成了严重负面影响，朝野震动。李克强总理在2月12日召开的国务院常务会议上，郑重提出要着力消除人民群众的“心肺之患”。目前，对于雾霾成因的研究可谓林林总总、众说纷纭。其实，造成我国雾霾严重的主要原因是个能源结构问题；既煤炭占比50%以上（年消耗煤炭40多亿吨），以及燃料油品质及其燃烧设备（包括运输车辆发动机）技术水平低下造成的。因此，下大力气调整能源结构，才是解决雾霾（大气污染）问题的根本出路。人们日常生产、生活使用的能源，主要包括电力、燃料两部分，我国目前使用的电力有3/4是由热力发电提供的，现代工业技术条件下，电力和燃料是可以根据需要便宜转换的。就终端消费而言，电力是最为方便清洁的能源；传统的燃料，天然气以降无论是煤炭，还是石油制品都因为其成分复杂，燃烧提供热力和动力后都难以避免地产生出诸如粉尘、硫氧化物、氮氧化物、烃类等构成雾霾的物质，而这些雾霾物质的清洁，不仅技术上难度大、经济上代价也很高。近年来，由于预测到石油等化石能源的枯竭为期不远，全世界都在积极寻求发展可再生的清洁能源，特别是风力发电、太阳能发电技术上已经取得了长足的进步。科学家们测算，地球上蕴藏的自然能源十分丰富，可谓取之不尽、用之不竭。但是，由于风能、太阳能等自然能源具有连续性、稳定性不良等特质，与人们生产、生活对电力稳定性的要求形成了难以调和的矛盾。解决这个矛盾的途径已经十分明确，就是研发大规模储能技术，先将不稳定的电力能源储备起来，然后通过工业装置稳定地释放上网或直接供给用电设备。人们对大规模储能技术的研发已经走过几十年的历程，但是，迄今还没有找到一种理想的工业技术。为此，笔者提出以一种化工产品-甲醇作为储能物质的新思路，建立新能源发电电解水制氢气H2+CO（CO2）= CH4O（合成甲醇）发电、供热能、动力能源体系（CO主要来源于煤化工、CO2主要来源于烟道气回收），可望一举解决这个问题。一、 甲醇是新能源（风能、光伏等）发电近乎完美的储能产品1、 甲醇作为基础能源，实质上是由业已研讨了几十年的氢能源（氢经济）的发展而来的，美国诺贝尔化学奖得主乔治A奥拉教授20xx年发表的跨越油气时代-甲醇经济著作也持这个观点。电解水制氢气（H2）, H2+CO(CO2)=CH3OH 合成甲醇。这两个化工单元技术成熟、可靠；电解水制氢气，负荷宽幅可调，开停方便，与新能源（风能、光伏等）发电，适配性良好。在工业实践方面，世界上每年有250万吨以上的氢气是电解法生产的，我国在役大型发电机组发电机內冷却所用氢气，大多数也是电解水制备的；目前，全世界已形成合成甲醇的生产能力近一亿吨，我国为头号生产大国，现有生产能力5400万吨/年。2、 甲醇在常态下理化性能、环境毒害程度与汽油相当，现有燃料油储运设施完全可以通用。因此，甲醇作为基础能源，在技术上、经济上乃至安全性等方面远胜于氢气和天然气。3、 甲醇又名木醇，最初是在干馏木材时得到的化学品，是由碳、氢、氧三个化学元素组成，暗合大自然植物动物能量循环法则。因此，甲醇是天然的化学品，具有绿色本质。4、 现代化工生产的甲醇产品纯度高、性能稳定，不仅是化学工业的良好原料，作为燃料能量密度较高（相当于汽油的一半）、本身含50%（质量比）氧、与空气配合燃烧效率高于石油制品、温度相对较低，基本无污染产物。这对解决我国目前的大气污染问题大有裨益。5、 甲醇用于涡扇发动机，由于其汽化潜热较高（是汽油的3.7倍，相当于水的一半）可以研发发动机自体热回收系统，代替现有燃气蒸汽联合循环系统中的蒸汽余热回收体系，这样就不存在朗肯循环的冷端损失问题，可望大幅度提高热能利用效率，同时，简化了系统、降低了建设、运营成本，还节约了宝贵的水资源；另外，由于甲醇的燃烧温度（900-1000）比天然气和石油制品的燃烧温度（目前在1400以上）低许多，大大有利于涡扇发动机对材料的选择。按照目前能源产品价格计算，甲醇代替天然气（含石油产品）燃气轮机发电还具有成本低廉（进口价：液化天然气是甲醇的6倍以上）优势。二、 需要解决的具体技术问题1、电解水制氢气，我国在役的电解设备隔膜仍以石棉绒为主，一般电解效率（电能转化率）在54%左右，据报导，国外已经开发出多种有机和无机质子膜，其电解效率可达到80-90%、90%以上的报道已不鲜见；其次是电解槽单体规模太小，目前国内报道的电解槽最大装机为3000KVA，而美国的最大装机已达110000 KVA；众所周知，工业生产中，规模与效率是密切相关的。2、高效甲醇涡扇发动机研发，在现有燃机-蒸汽联合循环发电系统中，将蒸汽锅炉工质-水改为甲醇，理论上没有问题，只是需要经过试验完善细节设计。3、通过试验不断完善高占比（M30-M100）甲醇汽、柴油往复（活塞）发动机, 同时、研发此类发动机自热回收技术，可望大幅度提高能源效率，以便于在现有机动车领域大力推广。三、政策建议1、尽快出台M30甲醇汽油强制推广政策，可以释放数千万吨甲醇市场，同时，将目前业已存在的数以千万吨计的、或明或暗的燃料油添加甲醇市场暴露在阳光下，让广大终端消费者与甲醇生产、经营各方利益均沾，形成巨大的市场力量。2、强制推动电力体制改革，电网企业只收取过网费（可以借鉴高速公路按里程收费模式）发电企业和大用户协议售电。切实推行峰谷电价，鼓励下游企业在电网负荷谷段用电。这样，一方面可以稳定发电企业生产负荷，提高其设备利用率，降低其成本，提高其效益；另一方面鼓励了电解水制氢及甲醇，同时还可能改变氮肥、冶金企业以煤炭为主的能源消费结构。3、冻结燃煤发电建设项目，大力发展以风力发电为主的新能源发电建设，同时发展甲醇燃气轮机发电。4、在大力推广小型甲醇燃料电池的同时，加大大规模甲醇燃料电池研发力度，前途将更加光明。四、其它需要说明的问题1、我国拥有数以百万平方公里计的沙漠、戈壁高原，还有数百万平方公里浅海大陆架及其滩涂，发展风力发电资源得天独厚，按照现有风力发电技术水平计算，开发这些风电资源，完全能够满足国民经济发展及人民生活对能源的需要。2、以连续性、稳定性较差的新能源发电桥接甲醇储能，从而以甲醇涡扇发动机发电，实现稳定供电的目标在技术上、经济上皆具备可行性。3、按照我国目前的能源产业结构，特别是近年来发展的大规模煤化工装置，结合电解水制氢气（同时生产1/2当量的氧气用于煤化工造气）生产数以亿吨计的甲醇产品经济上也是科学、划算的。4、用甲醇大规模取代石油燃料，节约出来的石油生产烯烃及工程塑料产品，无论是经济上、还是技术才是最为合理的。5、我国现有甲醇生产企业300余家，实行甲醇能源战略有利于打破石油行业垄断，激活燃料油市场。6、甲醇内燃机发电可以方便地满足各种电力用户不同规格的需要，而且安全、可靠，价格低廉。有利于打破电力行业垄断，形成大分散与大一统