?/span>倪维?/span>
倪维斗，清华大学热能pL授、博|中国工程院院士?950q入清华大学Q?951q被报送到苏联莫斯U包曼高{工业学院读书，1957q回校Q教，历Q我校热能pR汽车系MQQ副校长Q?999q当选中国工E院院士。长期从事热力涡轮机pȝ和热动力pȝ动态学斚w的研IӞ同时长期研究和关注我国能源的可持l发展问题?/span>
煤的C化利?/span>
我国的一ơ能源在相当长的一D|间内主要是煤Q而煤的直接燃烧引起严重的环境问题Q因而，煤的C化利用——以煤的气化为龙头的多联产系l是对应我国能源问题严重挑战的战略方向。煤基多联pȝ的框囑֦下：
以煤气化为核心的多联产系l概念图
煤经气化后成为合成气Q?/span>CO+H2Q，净化以后可用于生化工原料、液体燃料（合成沏V甲醇、二甲醚Q和?sh)力。这些生产过E的能量、物质流、火用流Q?/span>exergyQ按最优原则耦合在一P比分别生产相关品在基本投资、单位品成本、污染的排放Q硫、汞、颗_物Q、环境等斚w都有显著的效益。这U多联pȝ在化工品、液体燃料和?sh)力之间可以按市场需求或是发늚“峰-谷”差适当调节Q有很好的灵zL?/span>
多联产系l所生的液体燃料，其是甲醇和二甲醚是l好的煤R用替代燃料，可以有䆾额地~解我国xa的短~。同Ӟ甲醇q可以用来生产烯烃和丙烯Q用煤化工去“替代”一部分传统的石油化工，以减石Ҏ(gu)耗。二甲醚是一U物理性质与液化石Ҏ(gu)Q?/span>LPGQ相q的化工产品Q除了替代柴油外Q是一U绝好的民用燃料Q可以给城市和一些缺乏能源的地区提供清洁能源服务?/span>
在整个工E中可以捕捉Q?/span>CaptureQ高?gu)度、高压的CO2Q?/span>为温室气体减排创造条Ӟ所耗费的能量与成本比常规电(sh)站烟气中捕捉CO2低得多?/span>
随着技术的q一步发展，例如大容量高温固体氧化物燃料甉|Q?/span>SOFCQ的商业化，q类多联产系l把SOFC耦合q来Q还有很大提高效率的潜力Q发电(sh)效率提高?/span>60%?/span>65%Q这是发电(sh)的一个新的里E碑?/span>
q种多联产系l组成部件的l大部分技术是成熟的，如大型煤的气化装|（2000?/span>5000?/span>/天）、各U化学反应器和相应的催化剂、燃用合成气的燃?/span>/蒸汽联合循环{。只要我国各部门Q煤炭、化工、电(sh)力）打破行业界限Q通力合作Q加上国际合作，?/span>3?/span>5q内有可能建立大型的示范多联装置Qƈ?/span>2020q前后有相当数量的推qѝ这cd联pȝ有很大的q一步提高能源利用效率、减环境污染的潜力。要研究的关键技术如Q?/span>
①温室气体的捕捉和埋存（Carbon Capture and SequestrationQ简U?/span>CCSQ；②多U不同配|的pȝ的集成、优化；③系l的变工况运行，pȝ的动态特性；④系l的最优控制策略，pȝ的安全运行及故障诊断Q⑤用膜技术来代替目前的空分（ASUQ；⑥收率更高的一ơ通过的浆态床技术；⑦用膜技术来低耗能地分?/span>CO2?/span>H2Q⑧用更高初温、燃用合成气或是富氢气体、甚至纯氢的燃气/蒸汽联合循环Q⑨?/span>SOFC耦合到整个系l中来……这些都是要下大功夫研究的问题，p一代h的精力也不ؓq?/span>
煤基醇醚燃料的应用和车用动力液体车用燃料的短~将是我国现代化发展的瓶颈，其是近q来随着我国汽R工业和汽车保有量q速增长，短缺形势更Z重?/span>2005q我国生产汽?/span>570万辆Q仅ơ于国和日本，居世界第三?/span>2005q比2004q汽车保有量增加20%。近q来车用燃料消费量增长很快，q_Uؓ12%Q?/span>2005q全国汽Ҏ(gu)耗是4770万吨Q柴Ҏ(gu)耗是8513万吨。在我国xa储量、量不多和车用液体燃料必须安全供应的Ş势下Q煤基醇醚燃料的替代成ؓ我国必然的战略方向?/span>
用于替代汽a的甲醇有很高的辛烷|在汽Ҏ(gu)车应用可以提高压~比Q从9?/span>12Q甚?/span>14Q，从而提高发动机的热效率。按热|汽a和甲醇是2:1Q但׃效率提高Q甲醇替代汽油可以做?/span>1.6:1。当Ӟ燃用甲醇也有一pd问题Q如金属腐蚀Q橡皮元件溶胀Q冷起动困难Q非常规排放物（甲醛{）{，但是l过多年努力Q这些问题都可得到适当解决。甲醇低比例掺烧Q?/span>10%Q对原发动机只需作小量改动，而高比例Q?/span>85%Q或是纯甲醇Q则需重新设计发动机，Ҏ(gu)Q国内有关研I单位已设计q成功试q行U甲醇汽车。当Ӟ在这斚wq需q行大量的科研和开发工作?/span>
用于替代柴a的二甲醚Q?/span>DMEQ有很高的十六烷|燃烧完全Q排放满xⅢ，l优化它可满xⅣ标准?/span>NOx排放比常规柴Ҏ(gu)可降?/span>50Q以上，q行噪声低，无黑烟排放。但二甲醚在常温是气态，所以R的燃油系l必d压，此外Q二甲醚_度只有柴a的三十分之一Q且杨氏模量，燃a喷射pȝ的零件磨损以及喷时间的严格控制都有新的问题需要解冟?/span>
ȝ来说Q一U新的燃料在汽R中应用不会一帆风，但是Q正因ؓ如此Q需要我们科技工作者加倍努力，从理论—实践—再理论—再实践中走出具有中国特色的道\来。醇醚燃料的应用也是我国自主创新、Ş成自己有特色的汽车工业的一个契机。在q方面国外由于其国情斚w的原因，应用得不多，或是刚v步不久（如瑞?/span>VolvoQ日本三菱）Q如果我们加强研I和实践Q就可以跨越式前q，走出自己的道路来?/span>
非粮食乙醇也是一个可行的方向Q关键是q种能源作物不能与粮食和其他人民生计农作物争地、争_且单位面U有高出率。生物柴油从技术来看基本上是成熟的Q关键在于含Ҏ(gu)物的资源。各U能源作物如何大规模U植Q通过基因调控和分子生物学Q培植耐旱、耐碱、高产的品种Q这是农业能源专家们的重大N?/span>
说到车用燃料替代Q就要提到燃料电(sh)池汽车，以及前几q由国带头炒得很热的“氢能经”。氢气只不过是一U象?sh)一L(fng)载能体，是要用其他一ơ能源{换得到的。一U十分迷惑h的说法是氢能可以从“水到水Q?/span>fromwater to waterQ”，用电(sh)解水制氢Q通过燃料甉|发电(sh)Q又变成水。其实电(sh)解水要耗费大量的电(sh)Q?/span>1公斤氢要?/span>9公斤高纯度水Q?/span>45?/span>50度电(sh)Q而电(sh)本n又绝大部分来自化矌源。关于燃料电(sh)池汽车，目前有很多关键技术有待突_如氢的制备、压~、储q、R载、加氢的基础设施、要用h(hun)格昂늚铂作催化剂……，对燃料电(sh)池汽车，U极开展基性研I是必需的，但离真正商业化还有很长的路要赎ͼ说也得15?/span>20q?/span>
从现代汽车业的发展势来说Q各U合动力方兴未艾，有强大的生命力，其是最q发展v来的“插?sh)?/span>plug-inQ?/span>汽RQ在50?/span>60公里范围内可以通过蓄电(sh)池来驱动Q而蓄甉|可以十分方便地用市电(sh)充电(sh)。一般在城市内行驶距M大，可以不用液体燃料，只是要长距离行驶Ӟ才会起动发动机，从而车用燃料耗量大大减少。所以，应该从多U合模式，从汽车给用户提供服务的方式，从充分发挥电(sh)作ؓ载能体的角度来进行研I。近来纯?sh)动车（锂离子?sh)池）一ơ充?sh)可行?/span>300公里Q城市公׃通用?sh)容、锌I气甉|都有CQ以?sh)ؓ载能体的交通工h在迅速发展。若在蓄甉|方向有突破的话，来在汽车动力上是否q有燃料甉|的“位|”是一个大问号。把氢能燃料甉|看作是汽车动力的“最高目标”是不妥的。多U技术的多元发展会提出新的问题Q有新的l论。可以设想一下，如果研制?/span>200或以上瓦?/span>/公斤的高能蓄装置Q且充电(sh)方便Q对汽R动力和其他可再生能源的应用将会生革命性媄响。百q技术发展的历程证明Q电(sh)是最好的载能体，多种化石能源、可再生能源Q核能都可以转化为电(sh)Q而且对电(sh)能已l徏立了基本覆盖全球、也覆盖我国国土的网l，再去建立氢的|络是不可能也没有必要的?/span>
Q《清华h?007-3期）
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