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巴西可再生能源技术发展与利用考察报告
作者:admin  发表时间:2018-11-30 13:07:42

  一、 目的

  根据中国科技部与联合国开发计划署合作项目“利用清洁能源技术、减少城市空气污染的能力建设”项目的工作计划,中国可再生能源技术发展与利用考察团一行6人于2004年9月5日—25日,对巴西进行了考察和访问。其目的在于通过参观访问了解巴西先进的清洁能源技术发展状况,尤其是在可再生能源发展与利用方面的最新进展,学习国外在推广、应用可再生能源技术、政策措施和减少城市环境污染方面的工作经验,以增长知识,提高能力,为做好我国可再生能源的发展,进一步推动可再生能源的研发和利用而积累经验。

  这次考察活动得到了外国政府和当地部门的大力支持,代表团所到之处,受到被访单位的热情、友好、认真的接待,顺利地完成了考察任务,达到了预期目的。尤其是代表团在巴西里贝里布雷图市参加“生物质能技术、政策与融资国际研讨会暨生物质能技术与装备展览会”期间,受到了会议主办方和组织者的热情接待和关注,团长李宝山先生多次受邀接受来自于巴西国家和地方数家新闻媒体的采访,同时,可以感受到世界各国,特别是巴西方面在可再生能源领域与我国发展多层次多方面合作的愿望。各受访单位都准备了一些资料,所有这些支持和努力,都为考察活动的顺利进行,并取得成功提供了保障。在考察活动总结中,大家一致认为,这次考察访问,时间虽短,收获很大,起到了开眼界、长知识、找差距、开思路的作用,对我们清洁能源行动,特别是如何发展可再生能源技术、推动生物质能的应用、全面改善我国城市大气污染状况实现可持续发展具有非常实际的指导意义和重要参考价值。

  二、 参观考察概况

  在参观访问活动中,代表团除参加了一个国际会议外,还先后参观了7个单位,它们是:巴西石油公司技术研发中心(PETROBRAS-CENPES)、巴西石油公司玛瑙斯分公司加油站、巴西伊泰普水电站(Itaipu Hydroelectric Power Plant)、巴西(TGM)汽轮机制造公司、巴西糖与酒精设备制造公司(DEDINI)、巴西圣保罗大学生物质能实验室和巴西AGROPALMA集团公司,同时还参加了为期四天的“生物质能技术、政策与融资国际研讨会暨生物质能技术与装备展览会”。由于这些单位或是所在国的一些有影响的部门,或是世界上知名的企业和公司,因而参观这些单位,并与之座谈,不仅为考察团最直接方便地了解其可再生能源技术最新发展提供了机会,同时也为学习了解巴西在应用可再生能源技术、改善环境方面的政策和经验提供了便利条件。

  巴西石油公司技术研发中心(PETROBRAS-CENPES)

  巴西石油公司(PETROBRAS)是巴西最大的能源公司,集石油和天然气的勘测、开采、冶炼、销售以及新能源的研发与推广利用于一体。该公司最大日处理能力17.01亿桶(原油和天然气,其中5300万立方米天然气),有98个产品,其中68个产品为定型产品,30个为特殊加工产品,精炼产品16种,最大日产能力1732桶,拥有石油和天然气管道27120公里,各种船只97艘,遍及全国的加油站共有5074座,2个农药厂(一个为2141吨的合成氨厂,另一个为2437吨的酰脲厂)。

  巴西石油公司技术研发中心(PETROBRAS-CENPES)是该公司最为重要的部门之一,它承担着石油、天然气的勘测、开采、输送和冶炼全过程技术与工艺以及新能源技术的研发工作,该中心有员工1300人,其中有一半以上为本科或以上学历。该中心为了顺应世界能源市场的需求,其主要的研究活动集中在可再生能源和节能技术的开发与应用方面,主要有以下研究内容:

  A) 可再生能源技术的开发与利用;

  B) 大型合作开发项目“Pro-Alcohol”,是目前世界上最大的可再生液体燃料项目(用甘蔗制取酒精);

  C) 提高内部能效项目;

  D) 合理利用化石能源项目。

  目前,巴西的能源结构如下所示:

  能 源 类 型 所占比例 能 源 类 型 所占比例

  石油 47.1% 天然气5.5%

  新能源 2.2% 生物质11.3%

  大型水电站 12.8% 传统生物质(可再生的)9.1%

  传统生物质(非持续的) 3.4% 煤炭7.4%

  核能 1.2%

  其中,可持续的可再生能源合计占35.4%。

  巴西石油公司技术研发中心航拍全景 (PETROBRAS-CENPES)

  目前,巴西装机容量(并网的/离线的)如下所示:

  巴西石油公司在2004年共计投入5000万美元在可再生能源领域,占公司当年总投入的0.5%,公司目标是到2010年,全公司的电力消耗将有10%来自于可再生能源。

  该技术中心主要的研究内容包括:太阳能热利用、光伏技术、风能、生物质能和生物燃料(包括乙醇和生物柴油)。

  下面三张图片所展示的就是该中心所作的2MW太阳能热利用系统(1345平方米,85000升/天),安装在石油钻井平台上的光伏发电系统(100kW)和目前安装在澳门1.8MW的风机。

  在生物质能和生物燃料的研发与应用方面,该中心的研发工作主要是生物燃料(乙醇和生物柴油)和生物质(甘蔗渣、沼气等)。巴西政府对可再生能源的利用非常重视,制定了专项计划,计划在2005年1月开始在柴油中添加2%的生物柴油供应巴西市场(B2计划),根据该计划,巴西石油公司已经做好了准备,在该技术中心的支持下,从生产、输送、运输和销售各方面参与B2计划的实施。

  巴西石油公司玛瑙斯分公司加油站

  乙醇作为汽车燃料,在巴西已经有了数十年的成功运行经验,那么,为什么乙醇燃料汽车可以在巴西得以长时间发展和运行下去?现在行使的车辆有多少在使用乙醇混合燃料?乙醇混合燃料的价格如何?我们带着这些问题走访了巴西石油公司玛瑙斯分公司加油站。

  巴西乙醇燃料汽车的使用,始于第二次世界大战期间,主要是在汽油中添加乙醇,获得了良好的效果,大规模使用是在1975年,主要是受到当时世界石油危机的影响,石油的短缺和巴西蔗糖资源的丰富,促使巴西政府于1976年与汽车制造厂家签订了“生产乙醇燃料汽车谅解备忘录”,由于当时没有汽车燃用纯乙醇的经验和技术,因此,巴西的汽车制造厂家决定研究开发此项技术。1977年,第一辆纯乙醇燃料汽车投入试验运行,1979年,买出了第一台纯乙醇燃料汽车,同时,为了保障乙醇燃料汽车的推广使用,巴西政府于1978年出台了一系列措施和政策,如下所列:

  A) 所有能源价格都由政府控制,乙醇燃料价格低于汽油价格35%;

  B) 乙醇燃料汽车减税5%;

  C) 降低乙醇燃料生产厂家用于扩大生产规模的贷款利率;

  D) 全巴西的加油站有责任和义务销售乙醇燃料;

  E) 维持乙醇燃料的库存量以确保乙醇燃料的供应和价格。

  由于这一系列措施和政策的保障,巴西乙醇燃料汽车得以迅速发展,到1985年,乙醇燃料小汽车的保有量占有市场比例达到95.8%,之后,由于巴西政府财政困难减税取消、贷款利率优惠政策取消以及国际糖价上涨而导致企业转产,使得乙醇燃料价格上涨和短缺,加上由此而造成的乙醇燃料汽车售后服务的匮乏,乙醇燃料小汽车的市场占有量迅速下降,到1990年仅有12%。下表就是1979年到2002年,巴西小汽车市场乙醇燃料和汽油燃料的分配情况。

  下表是1979年至2002年,乙醇燃料汽车和汽油燃料汽车的销售情况。

  1979年~1991年 1991年~2002年 1979年~2002年

  乙醇燃料汽车(辆) 4606728(55.8%) 898486(6.6%) 5505214(25.2%)

  汽油燃料汽车(辆) 3656722(44.2%) 12648832(93.4%) 16305554(74.8%)

  自上世纪九十年代中期开始,巴西的乙醇燃料供应开始好转,到现在为止,其价格一直相对稳定在汽油价格的1/2左右,巴西的汽车生产厂家也开始持续供应乙醇燃料汽车,同时,国际可再生能源的利用、全球气候问题、京都议定书以及人类保护环境意识的不断加深,都有力地促进了巴西乙醇燃料和混合动力汽车事业的持续稳定发展,目前,在加油站销售的乙醇燃料主要品种有纯酒精、含酒精的汽油(主要是10%、15%、20%和25%四种规格酒精含量)。下表为目前巴西的乙醇燃料销售价格与欧美的比较。

  巴 西 美 国 欧 洲

  价格(US$/L) 0.19 0.33 0.56

  巴西伊泰普水电站(Itaipu Hydroelectric Power)

  伊泰普水电站位于巴西最南部与巴拉圭两国交接处,建在帕若纳河流上,是目前世界上最大的水电工程(将被长江三峡水利枢纽工程所取代),巴西的电力消费15%以及巴拉圭电力消费的95%由其供应,该水电站采用巴西和巴拉圭两国联合建设共同运行模式,世界银行贷款,总投资300亿美元,于1973年破土动工,1983年一期建设完工并发电,截止到目前,该水电站共有水力发电机18台,每台最大输出功率715MW,重6600吨,另有两台正在安装中,待这两台安装完成后,总装机容量将由现在的12600MW提高到14000MW。水电站库区长170公里,面积1350平方公里,290亿立方米水量,大坝总长7760米,最高196米,泄洪堤最大疏水能力每秒62200立方米,水道内径10.5米,流速每秒690立方米,发电机厂房长968米,高102米。

  巴西(TGM)汽轮机制造公司

  该公司是一家股份公司,始建于1991年,经过多年的努力和不断地完善,今天已发展成为产品设计加工及制造工艺优良、质量可靠、产品齐全、售后服务完善的汽轮机制造公司,产品主要供应制糖和酒精、制浆和造纸、石油、化工厂、石油化工厂、酸厂、木材厂以及食品加工厂等各个领域,是巴西著名的动力设备制造公司之一。

  该公司拥有一支高素质的设计、加工与维护队伍,它的产品售后服务是每天24小时的,以确保业主用最短的时间恢复生产,减少损失。

  该公司的每一个零部件都严格按照加工工艺标准制造,拥有先进的设计、加工设备和工艺控制系统,如:CAE/CAD/CAM等,以确保用最短的时间,设计制造出质量性能可靠的产品。

  该公司的主要产品目前共有8个系列,40余个品种,以满足不同业主的需求,汽轮机由背压式单级到多级,容量由2000kW到40000kW,温度由842华氏度到960华氏度,压力由43帕到1450帕,同时还生产高效可靠的润滑油设备以及控制盘柜。

  巴西圣保罗大学生物质能研究室

  该研究室是巴西重要的生物质能技术研发基地,领军人物是Miguel J. Dabdoub教授,研究经费除来自于政府和国际合作外,还来自于企业的支持,该实验室创立至今,一直致力于生物质能技术与应用的研究和开发工作,尤其是与巴西石油公司技术研发中心(PETROBRAS-CENPES)、巴西AGROPALMA公司等多家企业联合开发的生物柴油技术已经投入商业生产阶段,按照巴西政府B2计划,明年初将在全巴西加油站供应掺加2%生物柴油的柴油燃料。参观期间,Miguel J. Dabdoub教授向代表团成员详细介绍了他们研发工作的开展情况、最新进展和研究成果,如世界和巴西能源供应情况以及所面临的挑战、全球范围内主要生物物种制取柴油的潜在能力以及生物柴油制取设备的研发状况等,同时还向我们表达了希望加强与中国合作研究开发的愿望,代表团团长李宝山先生代表全体成员感谢Miguel J. Dabdoub教授在百忙中的热情接待,也表示在今后要努力加强双方的技术合作,促进信息交流。

  下表所示为几种巴西主要生物物种的含油量:

  生物物种 单位产量(公斤/公顷) 含油量(%) 油制成品(公斤/公顷)

  巴西棕榈450 62 279

  蓖麻籽1500 50 750

  芝 麻900 48 432

  油菜籽1700 39 663

  葵花籽1300 38 494

  油 棕10000 20 2000

  大 豆2200 17 374

  棉花籽 15 150

  这里值得一提的是,20年前,巴西只有在北部地区可以种植大豆,但是经过研究和不懈努力,现在全巴西境内都可以种植了。另外,从上表可以看出,蓖麻籽生产生物油的产量较高,但是,据目前的研究表明,它对发动机的使用寿命有较大的不利影响,还有待进一步研究开发。

  巴西AGROPALMA集团公司

  该集团公司由六家100%巴西全资公司组成,于1982年开始从事棕榈油、棕榈仁油产品的制取和提炼。目前在拉丁美洲的棕榈油制品中处于领导地位,它还控制着从种子到油提炼、植物脂肪和植物黄油的生产链。

  该公司所生产的棕榈油以其低于2%的酸性物质含量(国际原油市场通常规定酸性物质含量不得超过5%)而闻名于世。

  该公司目前有2800名职工,集中居住在公司提供的社区中,社区基础设施完备,有完善的水、电、污水处理和通讯设施,还有配套优良的学校、医院、潮湿、俱乐部和邮电局,交通便利,公路可以通往各个所属的农场和周边主要城市。

  该集团公司之一的亚马逊棕榈公司,于1997年建立了巴西第一个棕榈油精炼厂,它标志着集团公司的一项重大成就,使得它从一个单纯生产原油粗制品发展成为成品油供应商,提高了产品的附加值,精炼厂最大日生产能力320吨。其生产工艺纯粹是物理方法,没有任何化学工艺过程。该工艺处于世界领先行列,完全拥有该项技术和设备。

  棕榈油及其副产品被广泛由于油品和脂肪工业,如:工业皮革、巧克力、意大利空心粉、人造黄油、植物蛋白、饼干、冰淇淋、化妆品、去污剂和肥皂等。

  该集团拥有:

  A) 82000公顷土地;

  B) 32000公顷种植园;

  C) 1600公里私有公路;

  D) 4个原油提炼厂;

  E) 1个货物输出站;

  F) 1个棕榈油和棕榈仁油精炼厂;

  G) 1个植物脂肪、人造黄油生产和分拣厂;

  H) 4个质量控制实验室;

  I) 4个发电厂;

  J) 4个水处理厂;

  该集团1999年6月投资1亿8百万美金用于技术改造和扩大原油提炼和精炼能力,按计划到2005年,该项投资将达到1亿8千万美元,以保持集团技术和产品优势。

  l “生物质能技术、政策与融资国际研讨会暨生物质能技术与装备展览会”情况简介

  本次研讨会议由德国WIP-Munich和意大利ETA-Florence、比利时EUBIA(European Biomass Industry Association,欧洲生物质工业协会)以及巴西CENBIO(Brazilian National Reference Center on Biomass, 巴西国家生物质中心)共同主办,是欧盟支持项目LAMNET(Latin America Thematic Network on Bioenergy,拉丁美洲生物质能合作网)的一个重要工作内容之一。

  LAMNET目前共有48个成员单位,分别来自于全球的24个国家,其主要目的是促进生物质能技术的发展与信息交流,推动生物质能技术的应用。

  来自于19个国家的60多名专家学者参加了本次会议,会议为期4天,先后有28位代表作了主题发言,分别介绍了各自在生物质能领域的技术开发与应用、市场、政策、投资等方面所开展的工作和取得的成果,内容丰富,信息量大。不但为各国加强信息交流、促进合作、开拓视野提供了宝贵的机会,同时,还有力地推动了生物质能技术开发与应用。本次会议共分5个主要议题和活动内容:

  A) 生物质能战略和政策;

  B) 生物质能对农村的可持续发展的影响;

  C) 生物质能技术的创新和应用;

  D) 参观FENASUCRO(世界最大的糖与酒精业技术与装备展览会);

  E) 参观生物质热电厂(Energy Company Santa Elisa)

  三、巴西生物燃料乙醇的发展和经验

  1. 经过多年努力,巴西生物燃料乙醇已成为一种具有市场竞争力的能源

  巴西燃料乙醇的生产始于上世纪70年代初期。当时正值世界性石油危机,巴西是一个石油资源短缺的国家,80%的石油消费依赖于进口,石油供不应求给巴西经济带来巨大打击。为了摆脱石油危机对国民经济的影响,巴西政府决定实施石油替代的计划,简称为PROALCOHOL计划。其目的是利用生物乙醇部分地甚至全部替代石油作为车用燃料,以减少汽车汽油的消耗。

  在此计划指导下,改建或重建一批燃料乙醇生产厂,同时,政府还同汽车制造商签署了一项谅解备忘录(Me morandum of understanding),确保乙醇燃料汽车的生产,以促进该项计划的实现。1977年巴西第一辆以燃料乙醇为燃料的原型汽车问世,1979年正式在市场上出售。

  1979年以后,世界经济遭受了第二次石油危机的打击。巴西也未能幸免。于是,政府决定扩大PROALCOHOL计划,并增加设备,进一步扩大无水酒精的生产规模,同时支持鼓励酒精汽车(全部或部分燃烧乙醇的汽车)的生产。为此政府制定出台了一系列强有力的扶持政策(详情见后文),结果导致近100亿美元的企业投入,级大地促进了燃料乙醇的发展。到目前为此,已形成年产160亿升燃料乙醇的生产能力成为世界生产乙醇最多的国家。2000年全世界共生产乙醇340亿升(约相当于2856万吨),其中巴西产量占125亿升(1050万吨),居世界第一位;其次是美国65亿升(546万吨),中国30亿升(252万吨,全部为含水乙醇),欧盟20亿升(168万吨),印度17亿升(143万吨)和俄罗斯13亿升(109万吨)。

  图1展示了多年来巴西燃料乙醇生产发展情况。可以看出,其发展历史亦不平坦。尤其是80年代的后期和90年代的初期起伏较大。这主要是当时国际石油供应较充足,油价较低和国内经济发展受挫所致。但从总体发展情况来,还是个不断增长的趋势。

  燃料乙醇产业的发展是一项复杂的系统工程,其中燃料乙醇应用技术的开发是一项关键环节。因此,在不断扩大乙醇生产的同时,亦十分重视燃料汽车的开发。巴西不仅支持燃用E26(26%的乙醇+74%汽油)汽车的生产,也支持E100(纯乙醇)汽车的开发。2003年起,他们还开发出一种名为多燃料的汽车,既可以燃用乙醇汽油混合燃料,又可燃用纯汽油,主要取决用户的意愿。目前这种车辆发展很快,到2004年8月份即销售了35000多辆,参见图2。表1为巴西多年来燃料乙醇的发展情况。

  表1. 巴西历年轻型车辆的销售情况(辆)

  燃料乙醇车 汽油车 合 计

  1979—1990年

  1991—2002

  1979—2002 4,606,728

  898,486

  5,505,214 3,656,722

  12,648,832

  16,305,554 8,263,450

  13,547,318

  21,810,768

  随着生产规模的扩大和技术进步,燃料乙醇的生产成本和价格不断下降。一方面,原料生产率显著提高,致使成本下降。80年代,每公顷土地平均可生产乙醇3900升,到2001年则提高至5600升,目前已上升至6500升。另方面是乙醇生产技术及规模的扩大的结果。图4较形象地反映了这一变化。

  目前,燃料乙醇已成为一种自由买卖的商品。巴西境内,任何一个加油站都设置了燃料乙醇的加添设施,用户可根据自己的意愿任意购置。价格一般相当于汽油售价的60—65%,即0.99—1.5巴币/升,汽油售价一般在2.2—2.5巴币/升之间变化。

  燃料乙醇的发展给巴西带来五大收益:

  一是对减少石油进口做出了实质性贡献;

  二是促进了巴西蔗糖的生产和市场扩大;

  三是创造了数十万个就业岗位;

  四是减少了CO、HC、NOX和温室气体的排放;

  五是进一步改善了交通运输领域能源消费的结构,参见图5和图6。

  In 2002, sugarcane (ethanol + sugarcane bagasse) share in the energy matrix was 13%.

  2. 选择符合巴西国情的原料和技术路线是巴西燃料乙醇产业健康发展的根本原因。

  巴西素有以乙醇为燃料的历史传统和技术基础。早在1920—1928年,就曾采用不同比例乙醇掺入汽油中作为汽车燃料;1931年又成功地掺入5%的乙醇作为车用燃料;1941年乙醇掺入量增加至10%,可使汽车成功地运行。因此发展燃料乙醇对他们而言可说是水道渠成,轻车驾熟。

  同时巴西又是世界著名的产糖国家,拥有得天独厚的土地资源和气候资源,全国许多地区都具备种植甘蔗的条件。巴西人口少,不到我国人口的1/7,而耕地和多年生作物土地面积则高达7600万公顷,相当于中国同类土地面积80%。这就是说,以甘蔗为原料制造燃料乙醇,资源是丰富的,可供更大规模的开发和应用,不存在土地和气候资源的限制。

  3. 政府重视,制定并实施了基于市场的激励政策是巴西乙醇燃料的发展的根本动力。

  1978年,巴西政府为了推动PROALCOHOL计划,从经济上和政策上采取了一系列措施,以保障燃料乙醇产业的发展。实践证明效果是不显著的。这些措施主要有以下几点:

  (1) 车用汽油和燃料乙醇市场价格由政府统一控制,并保证燃料乙醇以低于汽油市价65%的价格出售;

  (2) 对购置燃料乙醇+汽油的车辆实行税收优惠,减税5%;

  (3) 对改善设备、提高燃料乙醇生产水平的企业给予投资补贴;

  (4) 实行“配额制”,要求全国各加油站都必须同时销售燃料乙醇;

  (5) 加强加油站的维护和保养,以确保燃料乙醇的供应。

  在这些政策的支持下,80年代巴西燃料乙醇获得了巨大发展,燃料乙醇的生产和应用都达到了历史较高的水平。

  4. 因势利导,及时调整政策,也是保证巴西燃料乙醇健康发展的一个重要因素。

  进入90年代以后,燃料乙醇生产技术更趋成熟,生产成本随着甘蔗种植和乙醇加工技术的改进而进一步下降,加之,其时巴西经济发展遇到新的困难。政府及时调整了燃料乙醇生产的补贴和价格补贴,官方贷款急剧下降,从而为燃料乙醇产业的健康发展提供了条件。目前,在巴西乙醇燃料已成为一种跟汽油一样的自由买卖的能源,在巴西境内任何一地都可以获得该种燃料。其价格随市场需求变化而变化,也就是随汽油的价格、国际糖业的价格变化而变化。

  四、结论

  生物质原料对人类具有广泛的用途,特别是淀粉类原料是粮食的主要来源,是食品、饲料,酿造和其它轻工业的重要原料。燃料乙醇计划的顺利实施的基本保障是必须拥有充足的原料供应,并且不能对其它行业的正常需求产生消极影响。也就是说,燃料乙醇生产的原料供应不能与粮食争资源。所以,建立我国的燃料乙醇生产的工业,保障充足的原料供应是根本。一方面可先以玉米等淀粉类为原料,建设新的燃料乙醇生产实施,提高我国燃料乙醇生产能力,另一方面要开发新利用纤维素废弃物的工艺技术,发展和推广高产能源作物,为大规模应用乙醇燃料提供先进的技术支撑和可靠的原料保障。总而言之,发展乙醇燃料是重大的战略举措,对我国能源安全和环境建设将产生巨大而深远的影响。尽管存在许多问题和障碍,通过有效的政府行为和各界的努力一定可以加以解决和排除。


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