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农业机械电气化、智能化和电站化

  1) 农业机械电气化和电站化是一个非常有前景的方向,本文介绍碳奢侈品政策中生物质如何成为太阳能储能的最重要形式,并通过非常浅显的市场规则说明:电站化农机利用农业废弃物发电,为电动车充电和提过夜晚电力是经济可行的。

  2) 农业机械智能化将会比乘用车、商用车的智能化更有商业价值,技术实现和普及也会比乘用车来得更快。

  什么是碳奢侈品?碳奢侈品是一类价格高于传统能源的非化石能源的能源消费总称。我们不去争论温室效应是否发生,是否会深刻影响人类未来。也不去讨论化石能源什么时候会枯竭。这些争论没有意义,当下人们应该做的、更有意义的事情是如何实现能源革命的第一阶段目标。即以太阳能利用为核心,以STS(即solar to service。即太阳能转换为服务人们生产生活的有用功)和经济经济价值为评判标准,找出太阳能应用的终极方案,并以太阳能空间能源的规模应用为成熟标志(如空间电推、月球、火星、空间站能源的规模化能源应用)。

  第一,大力发展个人分布式屋顶光伏、用电企业自发自用、城市城郊集体光伏和水光互补抽水蓄能。通过激活住房维修基金、给集体住房安装上光伏面板。给高收入人群、盈利能力好的企业减税,引导他们去投资光伏自用光伏面板。建立一个由水电企业库容税及所有税收组成的水光互补基金,让水电企业零成本建设水光互补,抽水蓄能电站。上面四个方面的经济刺激措施,使得全国每年安装量200GW~400GW以上,投资总额每年在0.6~1.2万亿之间。从2020年持续到2040年,光伏发电将占总用电量的50%~100%。

  第二,新能源汽车消费。对购买新能源汽车的高收入人群,减免个税。采用短途纯电,长途增程备用的方式发展新能源汽车。

  第三,生物质能源作为储能方式的利用。利用电气化、电站化农业机械化和农业废弃物、野生杂草(总量30亿吨,发电量2万亿度以上)。这些电能是可存储的,主要用来给电动车直流快充,及没有阳光的时候补充电网电力。产生的沼液作为肥料,超过农业需求。沼渣碳化后可以得到数亿吨沼渣碳作为燃料。

  当前能源革命主要技术变革发生在三个领域,分别是:1)能源的来源,2)能源的存储,3)可移动能源。三个技术领域看起来相近、创新点相同,可实际上三个领域的突破口完全不一样。光伏是最高效可靠的能源来源,解决储能问题有,A.使用水光互补,抽水蓄能方式可以提供50%也就是5万亿度电力(当前水电17%,水光互补后增加到40%,其他通过抽水蓄能实现)。B. 电动车储能,中国目前汽车保存量约3亿量。如果所有车辆都电动化,每个车辆电池平均储电量为40度,那么可以储能120亿度。而中国年用电6.8万亿度的日用电最高峰是220亿度,就在2019年夏天突破的用电峰值记录。当2040年年用电量为10万亿度时,日用电最高峰会是320亿度以上。电动车储能可以贡献最多约三分之一的电力储能能力。而农机电站化可以提供装机10亿KW容量以上,沼气发电可以提供超过20%以上的电力,这些电力都是可存储的。

  上面是描绘2040年电力宏图,目标有点过于着急。如果我们将这个目标变为最高目标(可再生发电100%)的三分之一,也就是光伏、生物质等新增发电份额占到30%,也就3万度。这样的目标是轻而易举就实现了。

  最容易实现的是农业机械电气化和电站化,利用农业废弃物发电。在当前合理的市场规划和技术方案下。沼气发电给交通工具充电,是具有巨大商业价值的。下面介绍如何挖掘这些商业价值。

  先看一下当前农机和生物质利用情况,全国农机总动力接近10亿千瓦,几乎全部都是汽柴油动力。农机种类、数量数据不详。生物质沼气的售价0.4~3.5元每标方(2元以上是提纯后的沼气,跟天然气同价),生物质发电并网电价大部分是0.6~0.7元每度。特殊补贴可达1元每度。

  农机的购买成本只能通过农作物产出回收,沼气发电最高电价不到1元。如果我们将农机改成LY混动车结构,并统一成15KWe,30KWe,60KWe,120KWe四种增程规格,发电电动机以发电优先。我们知道农机比乘用车简单,其购买成本远低于乘用车。以15KWe规格的农机为例,假定农机购买价格为6万(这样的价格比A00级纯电动车相当,农机还不含电池,实际可能连2万也不到。)如果使用农机的农民,有足够多的生物质,用来沼气发电。15KWe,每年300天,每天发电20小时。一年发电量为9万度。按照电动车充电价格1.2~1.8元。年发电收入超过10万。扣除购置成本6万,剩下4万为生物质原料成本。按吨秸秆产沼气350标方,发电700度。每年需要秸秆128吨,折合每吨秸秆购买费用312元。也就是说电动化电站化农机,一年可以回收农机购置成本。

  那么沼气环节呢?每天发电300度,需要150标方沼气,1立方米厌氧容积1天可以生产1标方的沼气。我们看看300立方沼气的投资成本。下面是2017年实际工程的数据,300立方沼气规模,日均产沼气300标方。年发电收入在20万,两到三年可以回收厌氧环节的投资。当然,如果沼气发电直接上电网,那么按照0.5元每度。那么沼气发电只能够购买原料的成本。当发电规模上升,如达到当前大规模(MW级)沼气上网,因沼气发电环节使用了农机,而MW级沼气发电站的发电环节成本在0.2~0.3元每度,农机复用相当节约了0.2~0.3元/度电成本。碳奢侈品政策中,农机电站化和生物质沼气发电,上网电价0.6~0.7元是有获利。

  升流式厌氧工艺(USR)消化器容积300m3、储气柜60m3、预处理池30m3的沼气工程。

  USR厌氧消化器容为300m3,采用三七砖混结构,圆柱体厌氧消化器外形尺寸直径8m,高6m,砖30000块,砂浆60方,造价50500元,体外设置保温层150m2,造价5000元,基础直径11m,下挖0.6m,挖土实方60m3,三七灰土回填,造价1200元,鹅卵石垫层0.2m,混凝土地基础厚0.4m,用量60m3*500=30000元,工程造价86700元。

  沼气贮气柜钟罩容积60m3,贮气柜直径5m,高3m,普通钢板焊接,造价18000元,稳定架用12#工字钢制作,设栏杆、天梯防滑板等造价2000元。气柜水封槽二四砖混结构,外形尺寸直径6m,高3m,造价6000元。气柜基础,直径为7m,下挖0.5m,挖土实方20方, 三七灰土回填,造价400元,鹅卵石垫层0.2m,混凝土地基础厚0.3,用量20m3*500=10000元,工程造价36400元。

  砖混结构净化操作间建筑面积12m2,造价12*400元/m2=8400元。

  5)设备配置,管道、阀门、污泥泵、脱硫设备及中央控制器等造价50000元。