内容简介：本报告分为汽车篇、能源篇、工业革命篇、未来篇四篇。

汽车篇介绍了结合高温燃烧及再燃脱硝净化技术的新型洁净燃烧发电技术，着重介绍突破气化发电技术瓶颈的高温快速高热值气化技术及生物质气净化技术、新型脱硝技术从而实现车载；和使用此技术的轻便车载外燃发电机及廉价的使用高温快速气化发电技术的电动汽车的设想；详细对比了两类电动汽车技术在乘用车、重卡上应用后的性能参数及技术经济分析；主张从电动重卡入手推广及可能遇到的问题。

能源篇提出大量车载发电机取代现有发电厂及电网系统，结合退化耕地进行生态修复大规模种植能源草，并彻底取代化石燃料的能源转型之路；及能源草产业发展面临的大水肥来源困境及解决方案；详述依据高效流体减阻技术设计出高速太阳能飞艇解决生产运输瓶颈、高速管道运输系统及河道大规模乃至跨洋调配各大江河入海淡水，截断磷元素流失路径而缓解磷危机；并以能源草产业发展为契机，推动退化耕地修复并大规模改造各类旱地使粮食产量成十倍提高从而使地球人口承载力提高三倍至五百亿人以上，使陆地大农业得到空前巩固和发展。

工业革命篇介绍了高效流体减阻技术在各大领域应用的场景，详述高速管道列车、高速太阳能飞艇、高速舰船、高速管道运输系统在陆地、海洋、冰川、天空中的应用和革命性效果，及空中城市生态系统、南北极冰川城市生态、海洋水下城市生态的建立，发展海洋牧场种植海藻等解决碳封存、气候变化及粮食危机、磷危机的设想，高效流体减阻技术在各领域应用产生革命性影响并爆炸性增长从而推动第四次工业革命的场景。

未来篇从梳理生物纳米技术进展入手分析短时期内向永生社会进军的可能性，论证科技进步是动物进化到人乃至人类文明构建与发展的最终决定性因素，指出纳米技术、工业4．0、大数据、云计算、生物基因技术、清洁能源、太空移民技术等都不具备工业革命的独有特征而否定这些是工业革命的说法，推动人类历史发展的终极因素是科技进步，永生社会才是人类社会发展的终极目标；及对当今人类社会尤其意识形态可能产生的冲击；进而以此为基础探讨在新一轮工业革命及进向永生社会背景下消除意识形态纷争，消灭国家、种族、民族、社会组织形态界限区别与隔阂，推动政治制度创新，及消除战争因素与扑灭犯罪因素和平走向全球一体化之路。 

第一章、能源转型困境与汽车发展技术路线

能源是人类生存和文明发展的重要物质基础，能源转型与工业革命息息相关，每一次能源转型都伴随工业革命的进行，工业革命为能源转型创造了条件， 能源转型又推进了工业革命的发展。第一次工业革命大约发生在18世纪60年代至19世纪40年代，由英国领导，其标志是蒸汽机的发明，从工场手工业发展到机器大生产，煤炭替代薪柴成为主导能源，完成了第一次能源转型。第二次工业革命始于19世纪70年代，延续20世纪中叶，由美国领导，其标志是内燃机和电力的出现，石油取代煤炭成为主要能源，完成了第二次能源转型。然而石油、煤炭等化石能源日益枯竭，并引起雾霾、气候变化等巨大环境问题，当前人类社会正处于通向第三次能源转型的过程中，许多专家学者认为第三次能源转型将是从化石能源向可再生能源的转型。第三次能源转型的核心是大力推动可再生能源发展，提高可再生能源在一次能源和电能中的比重，最终实现当前化石能源体系向绿色、可持续的可再生能源体系转变。

驱动能源转型的因素有很多，每次表现也不一样，但是技术进步是推动能源转型的关键因素。据加拿大学者瓦茨拉夫˙斯米尔的能源转型理论，判断能源转型的最重要标准是极大改善能源转换效率的“原动机”(prime movers)出现。如第一次能源转型，煤炭替代薪柴成为主导能源，是因为蒸汽机的发明和应用，为煤炭的大规模利用提供了条件。第二次能源转型之所以发生，与内燃机发明和应用密切相关，内燃机的出现为石油的大规模利用创造了条件。如果第三次能源是从化石能源转向可再生能源，那么适应可再生能源的大规模利用的“原动机”出现就是关键。

太阳能、风能等可再生能源目前的利用方式导致其能源供应不稳定，能量密度较低，难以大规模广泛利用，这样利用方式也不符合能源由能量低密度向能量高密度的转型规律。除非有利用技术的重大突破(如高效储能技术)来解决太阳能、风能等目前利用方式导致的问题，否则太阳能和风能的大规模利用就难以实现。目前化石能源尚无法完全替代，为消除分散的燃烧污染，集中发电是减少污染的有效途径，反映到汽车发展路线上，经过反复争论后现在主流科学家大都认为电动汽车尤其纯电动汽车是唯一可行的选择，中国政府就将其规划为未来汽车发展的主要技术路线，确定终极目标发展氢燃料电池汽车，作为过渡发展纯电动汽车，这是目前汽车发展技术路线的由来。但纯电动汽车动力电池重量大，价格昂贵，且充电时间长，续航里程有限，充电桩建设困难，电力增容投资巨大，电池安全性有待提高且报废后回收处理污染大等，而且电动重卡采用这一研发思路似乎陷入了困境。主流科学家主张能源转型终极目标是氢能源，一度有很多科学家主张转型氢能源（燃料电池）等，但氢燃料电池价格更加昂贵，重量大，实际上尚处于研发阶段；而氢获取成本、储运技术、铂催化剂替代、氢气站安全性等远未解决，（据测算使用氢作燃料费用是汽油的数倍乃至八倍，加氢站造价为加油站的数十倍），尚难以商业化。

而各种石油替代燃料技术转化环节多，每多一个环节都会增加巨大的成本，各有各的缺陷，例如生物乙醇成本昂贵，生产量少，还存在与粮争地等问题，而且粮食每年总产量约25亿吨，而能源消耗一百五十亿吨油当量，不是一个数量级；甲醇、二甲醚也存在同样问题，有的还存在毒性；天然气、石油液化气等虽有满意效果，但属于化石燃料，对碳减排基本无效；在长期研究探索发现生物质能取代化石能源走入死胡同后，又发现燃烧污染尤其高温燃烧（包括内燃机等动力机械内的燃烧过程）难以消除污染，

汽车未来的发展方向是电动汽车没有大的争议，但是否只有纯电动汽车一条路？有没有可能另辟蹊径直接以可再生的燃料例如常见的生物质燃料直接作为汽车动力、并像现有汽车一样燃料来源广泛、储运补充方便没有里程焦虑、并消除尾气污染？此外随着科技进步，生物质能源真的还是死胡同吗？ 有无可能在取得某些技术突破后大规模发展生物质能源？

实际上已经出现一种高效减少流体阻力的技术，采用这一技术将使输水管道等速度成倍、成十倍提高从而大幅度降低调水成本，解决生物质能源材料大规模种植的大水肥来源问题，使得可再生能源草能大量获得，从而为能源转型从化石能源重新转向“柴薪”能源奠定了基础，后文我们会专门讨论。

研发人员确曾长时间把目光投向兼容各种燃料的外燃机在汽车上的应用，汽车名字中的“汽”字就来自最早的蒸汽机汽车；斯特林机发电效率不亚于内燃机，但自重大、输出扭矩小、暖机时间长等不适合用于直接输出动力的汽车发动机，上世纪九十年代国际上就已有定论；此外约一百年前，尤其二战期间，出现过大量以木柴、煤炭为燃料的汽车、坦克等，其主要原理是对木柴、煤炭等燃料高温气化产生（木）煤气，经净化后通入专用内燃机做功，直接输出动力驱动汽车前进，然而由于气化而得的煤气或木煤气燃值低、污染严重、启动慢、动力输出不稳定等原因而逐渐淘汰。虽然一直不断有人研究生物质燃料用于汽车的可能性，例如中国大陆的东北林业大学研究生物质能汽车的动力系统技术揭示了一种单缸四冲程的生物质裂解气汽车发动机，虽说利于用现有燃油汽车进行简单改装即可或仅需购买专用的裂解气发动机进行改制，但由于市场上小汽车时速要求百公里以上，所需发动机功率动辄上百马力，现有生物质气的低热值导致发动机较重，且适合车载重量的发动机功率在三十到七十马力以下，相应车速降低根本不能满足要求;而且生物质气热值不稳定，变化太大而造成动力输出不稳，难以满足汽车动力需要；其他类似研究也大都局限于此。

未被注意的是电动汽车出现后，电驱动力系统的高效是公认的，外燃机技术经上百年发展也已今非昔比，那么外燃机发电系统单纯只作为增程器式电源能否避开这些缺陷，若再辅以小容量蓄电池调蓄电量保证启动、暖机等阶段供电的方案是否可行？此外随着各类发电技术的飞速发展，有无可能突破木柴、煤炭气化发电技术的瓶颈？若能解决生物质气化发电技术瓶颈的焦油清除技术后再集成于车载系统，以解决气化气体燃值低、污染大的问题，因为电驱动系统的高效性使电动小汽车百公里耗电在十到十五度左右，前面提到的生物质裂解气发动机是完全可以达到发电量要求的，而且如果可行则这类电动汽车造价将极其低廉。

我们认为采用高温气化技术提高热值、减少气化气杂质，并利用成套设备净化粗燃气，及新型结合高温低氧燃烧和再燃脱硝的技术回收尾气热量提高发电效率，并消除尾气污染，这样的技术方案足以满足要求；那么它能否成为推动能源转型、适应生物质能源大规模利用的“原动机”？现谨怀抛砖引玉之心与大家共同探讨。

至于船舶工程、火车或高铁动力设备可直接使用生物质锅炉代替燃煤锅炉或燃油发电机组,因技术很简单,就不做重点介绍，我们认为此次能源转型的关键首先在于汽车能否直接利用“柴薪”类生物质能源，所以重点介绍其在汽车上的应用。

第二章  新型高温低氧洁净气化、燃烧及发电技术：

气化技术瓶颈是1、热值低而导致发电机系统重量大，难以车载；空气气化的气体热值约为4～5MJ，二、三十千瓦的发电机组达到七百公斤，难以搬上车；2、气体中杂质尤其焦油含量大且很难去除，引起燃烧不充分、发动机磨损、焦油堵塞管道等。实际上这些可以通过提高气化温度来解决，高温气化或水蒸汽气化不但减少杂质，也将提高热值一倍以上，从而大幅减少设备重量；而小型气化装置运行不稳定，但同时因为小可以采取更多措施而不致于大幅增加成本；由于现阶段对于燃烧污染的担忧和紧张，气化产生的焦油等化合物成分很多，净化技术复杂，因此下文会着重介绍作为技术瓶颈的生物质气或初燃气的净化设计。我们主张的主要工艺流程如下图所示意：

通过外加燃烧炉提高气化温度使气化气热值大幅度提高从而减少发电机组重量；气化气与水换热回收热能并采用水蒸汽气化工艺；气化气间接冷却无废水；高温裂解室促进焦油裂解；通过稀碱水洗涤脱硫、脱碳；通过与焦油相溶的植物油洗涤去除残余焦油等；发电机尾气进入外加燃烧炉稀释高温空气氧浓度并组织高温低氧燃烧洁净排放。

2．1高温气化及裂解设计

前面所述生物质或煤炭气化技术，依靠氧气与物料氧化放热反应热量使反应持续进行，焦油杂质含量少，气化气热值高，但气化过程不好控制，主要是温度或热量平衡不好控制，现有反应釜也很少有能准确控制反应条件的,即使专业的热管裂解炉也难以得心应手的控制；实际上使用水蒸汽气化也有焦油等有害杂质少、气化产物热值高的优点，而水蒸汽气化是吸热反应，随着反应进行温度迅速下降而导致热量平衡更不好控制；而如果维持气化反应温度在800度至900度以上，哪怕使用空气为气化剂也有令人满意的效果；若温度达到1200度则焦油、多环芳烃等基本裂解，因此控制气化反应温度尤其出气温度成为关键。

一般来说化工流程都是依靠化合物自反应维持热量平衡从而使化学反应自动进行下去，热量传递和分配依靠物料的运动即对流实现，例如气化剂作为热能载体，气体携带热量通过对流传热；但气体质量轻比热小，携带热量少，温度变化急剧;如果依靠生物质自身氧化放热，则氧化反应放出热量与还原反应吸收热量难以准确控制平衡，尤其小型装置反应极不稳定，这也是气化发电技术的瓶颈之一。一般来说大型的化工工艺流程也很少依靠热辐射来传递热能。

现有气化炉技术中有一种参照化工工艺的热管气化炉（或热管裂解炉）技术，燃烧室热量通过热管导入气化炉内保证数百度乃至上千度高温，但热管价格昂贵，瞬时放热难以准确控制；而大型气流床虽说使出气温度达到1300度从而没有焦油，但车载气化系统都是小型的，难以保证稳定运行，不能照搬；而且这一温度下气化气中的甲烷等也彻底分解为小分子物质而导致热值减少，这是需要避免的情形。

对于简单的车载小型固定式气化炉我们采用如下方案通过导入外热源来保证高温快速气化或粗燃气的高温裂解：

如下图所示意，用导热材料制作的导热板连同气化炉外壁将气化炉分隔为很多个很小的相对独立的区间，也可理解为很多个小气化炉的组合；在工作温度只有几百度时导热板可用铁、铜等金属材料，随着温度升高必须采用耐热钢等，实际上碳化硅等导热性良好而又廉价、耐磨的耐火材料是比较理想的，并与外加的燃烧炉相连，从而将外加热源导入炉内，实际设计中往往将微型气化炉置于燃烧炉中煅烧；燃烧炉使用生物质燃料则火焰温度只有几百度，因此采用高温空气助燃的蓄热式高温燃烧技术，（如前文所述），通过与烟气换热来回收烟气热量预热空气，使燃烧温度大幅度提高，炉温达到所要求的温度，例如900度乃至1200度（车载系统则可能要求低于甲烷裂解温度1000度）；这一温度通过导热板传给各个小的气化区间，而导热板、炉壁、燃烧炉等合起来有一定质量，虽说比热容不高，但加热到900到1000度左右高温其蓄热量也相当可观，足以调蓄热量变化保证运行稳定，而不必另设蓄热体；同时在气化炉内设置温度监控随时调整相应参数，采用一系列低氮燃烧技术减少氮氧化物生成，使气化温度维持在900度乃至1200度运行，从而保证气化反应的快速、稳定及高热值，关键是高温下焦油基本裂解甚至满足每标方500毫克乃至100毫克以下的要求。随后粗燃气导入一个类似储存柜的高温裂解室，同样保证高温裂解室温度在950度左右及粗燃气逗留时间，使残余焦油、多环芳烃等彻充分裂解。

由于隔绝空气加热到高于1000度会导致粗燃气中约占总体积20%的甲烷分解为氢气和碳沫而导致热值大幅度下降（减少约30%以上）,对于某些强调提高热值而降低发电机组重量的车载系统来说得不偿失,尤其相对较小的乘用车系统,因此另一可选方案是控制气化及高温裂解温度在900度到1000度之间,防止甲烷分解;同时高温裂解室内满布催化剂（白云石、三氧化二铁等）,增加接触面积与停留时间以彻底裂解焦油等,而残余焦油强调通过其他方法去除（例如增加后续的植物油洗涤工序次数）,这样可保证气化气中热值（热值每标方15MJ以上）,基本满足车载要求。

2．2高温燃烧炉设计

至于燃烧炉设计，同前述斯特林机燃烧室基本类似，如下图所示意：燃烧炉分为多个部分，让部分高温粗燃气回流进入高温燃烧室，与经过预热及过热器加热而得到的高温空气高温激烈燃烧，在这一过程中会产生大量氮氧化物等；全部尾气进入高温低氧燃烧室，先经新型脱硝反应器组织上文所述的经过改进的再燃脱硝燃烧过程，再与经过防结渣预热器及空气过热器加热而得到的高温空气混合为低氧气体，组织高温低氧燃烧，洁净排放。这一技术用于家用气化炉灶中，可直接使用空气气化，（大型集成灶也可使用水蒸汽气化），炉灶使用时（做饭、炒菜、烧热水等）的燃烧炉灶兼做提供气化热量的燃烧炉，并作封闭设计，如高温空气炸锅、热处理马弗炉、各类加热炉等，还可净化高温燃烧的尾气，一举多得；若使用洁净燃料，更可直接采用蓄热式高温燃烧技术，烟气与陶瓷蜂窝体材料交替换热，使热能利用达到极致。

车载气化系统有所不同，因车载发电机组尾产生大量需要净化的尾气，因此以发电机组的高温尾气来稀释高温空气，而不再使用自身烟气进行循环等手段；而且由于燃气、尾气都经过净化，没有危害陶瓷蜂窝体材料的因素，故可直接采用蓄热式高温燃烧技术，如下图所示意，其燃烧炉流程设计如下：净化后的部分粗燃气与蓄热室换热后进入高温燃烧炉，同时发电机组高温尾气也全部进入高温燃烧炉，先喷入部分高温燃气作为再燃燃料组织上文所述的改进的再燃脱硝工艺，再与换热后的高温空气混合成为低氧气体，组织高温低氧燃烧并洁净排放，若尾气比例过高，则以富氧气体调节氧浓度保证继续燃烧；同时以高温粗燃气加热水生成水蒸汽回收粗燃气热量，并优先采用水蒸汽气化技术。

大家也许会觉得另加一个外热源会额外消耗燃料，导致总发电效率下降；但我们计算具体消耗物料量时却发现，进行热量平衡计算时各反应方程式没有变，也就是说燃烧炉导入的热量增加，相应气化炉中用于氧化反应产生热量的燃料消耗就会减少，理论上说料气比不变，相反由于焦油裂解量大幅增加，发电效率不降反增。实际上可理解为外加热源只提供还原反应所需的热量，其产物不参与还原反应，而经过严格控制的燃料与水蒸汽投入比例保证还原反应顺利进行，不受其他干扰，从而温度等反应条件准确可控、快速而且焦油在900到1000度高温下热裂解充分（或900度左右充分催化裂解）。

以每小时发电十五度的发电系统为例，所产生粗燃气气体约十立方，温度由800度左右即使升至1200度约需消耗热量1.5KJ/NM²*（1200-800）*10=6000KJ，约1500千卡，额外不到一斤的燃料量，而且很大一部分热能转化为水蒸气回收；而且车载系统只需加热到950度到1000度左右，所消耗燃料更减少一半以上。

这样一来，气化速度成倍提高，而且气化剂选择余地很大，有时哪怕使用高温空气作气化剂也能实现车载。而且发电机尾气通入高温燃烧炉或脱硝室，不但净化了尾气，而且使尾气热量得到回收，只会使热效率大幅度提高。

再说回收的尾气热量用于加热水蒸汽，可仿照微型蒸汽机设计输出动力，与发电机连轴发电，及与制冷机组连轴，从而大幅提高发电效率。

2．3生物质气或气化气的净化

气化产生的化合物成分很多，净化技术复杂，其中粗燃气中的焦油和灰烬的去除关系到整个系统的成败，这也是目前生物质气化发电技术的瓶颈所在，不解决这一问题难以实现生物质发电机的车载。我们主张间接冷却后再采用湿法洗涤除焦，但根据工艺条件不同而以特殊方法处理洗焦用物质，使之没有需要另行复杂处理的废水废渣废液等，具体工艺流程如下图所示意：

微型气化炉、空气过热器、高温裂解室等均置于燃烧炉中煅烧， 车载系统为避免车载废水处理设备的问题，（哪怕采用水汽集成工艺也仍有少量废水需成套设备处理），因此车载小型设备不能采用粗燃气与水直接接触的水冷方式，而为了加快冷却速度、减少车载设备体积而加装余热制冷系统，保证冷却水、喷淋液或鼓泡液温度，由于粗燃气通过热交换装置间接冷却，因此冷却流程没有废水产生;微型气化炉保证950度高温水蒸汽气化。粗燃气冷却过程中的结碴问题也可采用上文所述的防结碴构造。

制冷系统功率较小，以每小时发电十五度的发电系统为例，燃气体积约十立方，温度由200度降至0度约需消耗制冷量1.5KJ/NM²*（200-0）*10=3000KJ，约700大卡，制冷系统所需功率不到半匹。而且制冷压缩机采用气压驱动的压缩机，利用涡轮增压器等设备回收蒸汽发生系统的气体压力能或其他气压能量驱动制冷压缩机。

若对净化效果仍不满意，进一步进行洗涤：燃气通过一到多级喷淋器，从下往上经过稀碱水（或与焦油相溶的植物油）鼓泡浴后，再经强制冷却至限定温度的稀碱水或植物油淋洗，就可洗去残余的焦油和灰烬、硫化物；稀碱水简单过滤，及静置分离即可除去灰尘，使用高温蒸汽即可使吸收硫化氢生成的产物被还原为碳酸钠，上部析出硫化氢气体可另行处理，从而实现再生；植物油也有很多净化技术再生；再生分离所得滤渣及上部浮油等送入气化炉分解。

可以根据不同工艺要求选用不同喷淋液，燃气从下往上冒，先从低温喷淋液中鼓泡冒出，降低燃气温度并脱除部分灰尘和焦油等杂质；冒出喷淋液后再进行喷淋，进一步降温并脱去灰烬和冷凝杂质；喷淋液由制冷系统强制冷却保证低于限定温度；喷淋液经简单处理即可再生进入循环，喷淋液再生处理所得废弃物送入燃气发生系统或特别的焙烧器进行焙烧，焙烧所得产物也送入燃气发生系统。更换后的喷淋液也可直接或间接转变成发电原料，不产生需要另行处理的废弃物；若使用的燃料含硫量高（例如煤炭），则燃气中含有大量硫化氢等，喷淋液中生成硫化钠等产物，可通入过热蒸汽再生，重新生成碳酸钠，而上部析出的硫化氢气体另行回收处理，喷淋液再生循环。

水蒸汽气化发电等有高温水蒸汽需求的工艺流程，喷淋液优先选择淡水，并掺入碳酸钠溶液成为稀碱水，燃气中的硫化氢即可去除，而稀碱水再生可使用高温蒸汽发生系统的过热蒸汽进行加热，使生成的硫化钠等产物被还原为碳酸钠循环使用；含焦油废水仅需每隔一定时间进行静置或简单离心分离，过滤其中固体杂质并撇去上层焦油其余的水溶液即可再生进入喷淋净化系统，所得有机废弃物送入焙烧器，焙烧气体产物送入燃气发生系统，余烬与原料一起送入发生炉；定期更换的废水软化处理后送入高温蒸汽发生系统补充消耗的水，（高温蒸汽发生系统参照微型锅炉技术设计但经过了相应改进），变成高温水蒸汽通入反应炉。

喷淋液也可优选挥发性低、与所需去除的焦油等有机杂质相容的溶剂，例如选择流动性较好的植物油，以花生油为例，可掺入破乳剂或乙醇改善其流动性，经过强制冷却的花生油洗去燃气中的灰尘、焦油等杂质，再生时使用简单的过滤装置即可滤去固体杂质，静置并加热到一定温度即可使溶解的焦油等慢慢挥发而分离，所得固体杂质及气体产物均送入燃气发生装置中气化或裂解；定期置换的植物油可直接作为本车载发电系统的发电燃料，例如送入发生炉（燃气发生系统）高温裂解气化为燃料，而不需另行处理废弃油脂。

前述工艺流程中脱除硫化氢等虽有较好效果，但脱硫率仍不能达到很高，因此再设置一道活性炭吸附，控制燃气输入温度及速度达到活性炭最佳吸附条件，活性炭吸附残余焦油等物质外，更可作为催化剂将残余硫化氢脱除变为单质硫，从而彻底净化；活性炭饱和后再生可使用高温蒸汽发生装置产生的过热蒸汽，将再生过程中饱含硫单质的蒸汽通入喷淋系统的喷淋液中冷却、硫单质沉淀，（冷却装置开启保证温度稳定），简单过滤分离即可取出硫单质回收。

（如果采用煤炭等含硫较多的燃料，尤其高硫煤炭，若其他能源消费如锅炉、小型发电厂、供气设备等都使用本工艺流程就可轻松回收大量单质硫，例如全球每年七十亿吨煤炭可回收近亿吨硫，甚至超过当年硫磺的总产量而取代硫磺生产。）

净化后的燃气还可通入储存装置，储存装置（储罐）中设置脱碳装置进一步脱除二氧化碳而提高热值，同时脱除水分，可使用廉价易得又可加热再生的生石灰、碱石灰等作为脱硫、脱水药剂，例如氢氧化钙变成碳酸钙后，可进行简单加热即可再生，产生二氧化碳气体直接排入大气中。

上述喷淋净化装置可根据不同工艺要求分别设置一到多个，并自由组合，直至达到燃气净化要求；其制冷装置也可合并为一到多个；最后也可再设置一到多道过滤吸附装置的过滤系统，再送入相应发电机组及高温燃烧炉；发电机组产生的高温尾气进入高温燃烧炉，若尾气温度过低也可先对尾气加热，然后进入脱硝室，先喷入过量燃料，在还原氛及预设温度中再燃脱硝；再与高温空气混合稀释氧浓度，组织高温低氧燃烧（无焰燃烧）。

这样燃气基本符合要求，哪怕使用的是煤炭等含硫分较多的燃料，稀碱水洗涤、活性炭吸附脱硫也是最彻底的；采用这样的燃气净化工艺，就没有废水需要处理，而各个设备都是结构紧凑、重量较轻，从而使生物质气化发电设备可以实现车载。

对于大型气化设备如集中供气站等，气化炉也可用多段式其中有自产生物质半焦的干馏区，初燃气先经过高温半焦，裂解一部分焦油并初步过滤去大部分灰烬；在初燃气经换热器初步降温达到两百度以下，这是很容易做到的;但生物质燃料碱金属含量较多,高温气化易引起结渣,必须做好防结渣的设计，（水蒸汽气化发电的工艺则热交换器中的水管改为与蒸汽发生系统连接，水管为高压管道，外设耐腐蚀的热交换片，置换的热能加热水蒸汽送入经过相应改进的蒸汽发生器）。  

在中、小型集中供气站等场合应用时,初燃气经冷却、初步过滤（多级布袋除尘即可）后，可通过一个改进的离心分离设备快速冷却并离心分离凝结的焦油和灰尘颗粒；这一设备是应用高效流体减阻技术设计的，（详细或具体原理参见相关论文，论文目录本文后有附录），如下图所示意，它有一个浸泡在循环冷却水中的固定的圆筒型外壁，里面有高速旋转的空心圆筒，并有多个叶片插入空间内将其分割为多个独立部分，消除涡流阻力；两个圆筒之间有多层膜片，或者也是空心圆筒状膜片，例如有N层，它们互不接触，旋转速度也不相同，由里到外速度依次降低直至接近于零，也就是形成速度梯度，使流体摩擦阻力减少到原来的N²分之一。初燃气进入其中后被强制高速旋转，同时喷入雾化的水或与焦油相容性好而不挥发的植物油对燃气快速冷却，并洗去凝结的焦油混合颗粒，在离心力作用下甩向外壁高速脱除，燃气穿过挂在叶片上的滤膜，（滤膜上凝聚的颗粒在巨大离心力作用下被甩向四周，不存在堵塞），这样通过一个单一设备就可基本实现净化，而洗焦废水或油经过简单过滤、静置等分离并由冷却系统降温即可再生。

这样的冷却系统简单、廉价，可采用天然冷源，如冬天的冷空气、或大量低温水源冷却，而不必设置制冷机械。

2.4.高压净化与气化发电装置体积的缩小：

为满足安全需要，以上气化装置都是按常压（一个大气压）设计的，即常压微型锅炉、常压气化炉等系列成套设备，所以体积相对较大，尤其气体净化这一块，由于常压运转消除了对高压爆炸等危险可能性的担忧，因此两相权衡还是可以接受的；但对于功率较大的发电机组（如重卡）及要求体积缩小的高档乘用车的发电机组来说，还是有点勉为其难，因此将气化气置于一定压力下而缩小相应体积的技术是可以接受的，例如中温中压下（在用户眼中这些都属于危险的“高温高压”），高温裂解室采用5巴压力则体积缩小五倍，以15KW发电机组为例，每秒需要约4升燃气，1000度左右体积为10升，按停留20秒计算，高温裂解室体积为200升，若至于1M压力下则只需20升，（而且这一段时间内产出的粗燃气都充分混合在一起，消除了燃气热值忽高忽低不稳定的情形），对于现有高温工业管道技术来说提供1000度高温的低压加热容器只需做小的改进；同样气化气粗燃气与水交换热量的换热器、粗燃气冷却、洗涤等工序均可置于中、低压环境中从而大幅减少体积，甚至包括燃烧炉相应部分也可采用相应一定压力下燃烧、尾气与新空气在压力环境下换热等而进一步缩小体积；增加涡轮增压器等回收压力能的设备，包括使用气压驱动制冷压缩机利用回收压力能增加制冷剂功率加速粗燃气冷却，这些都是简单设计，所增造价也有限；实际上15KW左右发电机组全套设备体积可以控制在100升左右，而现有32.5M压力的煤气瓶（108升）重约40公斤，连同隔热材料增加造价在数千元量级，尤其电动重卡这类车型的粗燃气是很适合采用压力净化技术的。

由于设备主要体积增加在于高温裂解室，由于900度气化温度下每标方焦油含量已经在1000毫克以下，因此花费这么大代价裂解残余焦油所提升的热值极小，完全可以缩短气化气燃气停留时间减少体积，而增加植物油洗涤次数、时间、强度等来洗去焦油。当然这些要根据具体应用情形分析进行取舍。

2.5：结碴问题处理方案：

生物质粗燃气在高温气化或燃烧时，由于生物质燃料富含碱金属，在高温下迅速挥发，所以燃气或烟气中富含碱金属，当其温度下降到碱金属熔点以下时，就会与灰渣一起沉积在与烟气、燃气接触的温度较低的表面，即所谓的结碴，尤其水冷壁、省煤器、换热器内表面等位置结碴很严重，甚至几天不清理就导致不能使用；而其他燃料包括煤炭等常见燃料在内都有类似现象，只是程度略轻。我们认为可在换热器等与粗燃气或烟气接触的表面设置防结碴构造，例如设置清刮刮片设施，不间断清刮，刮出废物被送往除尘设备处一并处理；或设置刮片固定，换热器等与粗燃气接触的表面设置采用导热耐磨材料制作的覆盖于表面的可活动保护板，如下图所示意，保护板与换热器本体表面结合紧密且导热良好，通过推拉结构推、拉保护板，固定刮片即可自动清刮保护板，保证推、拉距离大于刮片布置间距，就可保证将结碴清除干净；设置可拆装的密封软膜保证简单密封即可，打开密封软膜可将保护板取出检修；同样刮片也可做类似设计，在纵、横向刮片相对应位置留下与刮片严丝合缝的孔槽，分别进行推拉，使纵、横向刮片可互相清刮；这样就解决了非常头痛的结碴问题。

2.6： 再燃脱硝结合高温低氧燃烧技术的新脱硝工艺：

一般的再燃燃烧脱硝技术，其脱硝率仍然达不到日益严格的环保要求，因此本技术采用的是结合高温低氧燃烧技术进行改进的再燃脱硝技术。

对于再燃脱硝机理，目前并未完全弄清或形成统一共识，但目前如下意见基本没有争议，那就是燃烧过程中再燃燃料如甲烷等在约0.15秒极短燃烧时间内产生大量O、OH自由基及CH3、CHO等中间产物，它们与一氧化氮反应，随着反应条件不同而还原一氧化氮或重新生成；根据这一分析，控制极短的燃烧过程中的中间产物和自由基与一氧化氮的混合与反应是脱硝关键，由于燃烧时间短，中间产物甚至来不及与烟气中的一氧化氮充分混合与接触，因此必须延长燃烧时间，而高温低氧燃烧可使燃烧时间大幅度延长，火焰体积增大而使中间产物随火焰分布范围扩大，进而遍布整个空间，从而充分与一氧化氮混合接触，高温低氧燃烧稳定温度分布均匀在还原氛下有助于平衡向脱硝方向移动；而氮氧化物（主要是一氧化氮）相对数量并不多，每次燃烧用于脱硝所消耗的再燃燃料也是极少数，因此再燃燃烧组织高温低氧燃烧，并尽可能在还原氛下分为多次燃烧是增强脱硝效果的有效途径；因此使用如下脱硝工艺或方法：

1、将烟气导入单独分隔的脱硝区，分批次喷入过量再燃燃料，由于高温烟气中仍有一定氧气（含量高于2%以上），因此仍可组织高温低氧燃烧，先基本耗尽高温烟气中残余氧气，这样在还原氛中初步脱硝，并初步混合均匀；2、通过大幅度延长脱硝区停留时间、充分混合烟气与再燃燃料、控制脱硝区内所有烟气温度均匀分布、严格控制温度在最佳非催化剂脱硝温度范围来保证氮氧化物等杂质与再燃燃料有效成分充分反应，并防止氮氧化物等杂质再次生成，从而提高脱硝率；3、在再燃燃料耗尽后，再次喷入过量高温再燃燃料，在控制总的空气过量系数前提下，通过分批次喷入助燃低氧空气，组织还原氛中多次再燃燃烧过程，通过降低助燃空气氧气含量延长燃烧时间、提高助燃空气温度、控制烟气温度在最佳非催化脱硝范围、烟气与助燃气混合均匀等进一步提高脱硝率；这一过程也可组织一到多次从而进一步提高脱硝率；4、一个可选项是若燃料洁净或经过净化，设置催化剂使一氧化氮在过量一氧化碳中被还原而脱硝，与汽车尾气净化器类似，但催化剂大都使用贵金属，价格昂贵大幅增加造价，而且催化剂往往需满足一定使用条件，因此一般尽量避免使用。 5、最后喷入过量高温低氧助燃气组织高温低氧燃烧，并保证充分燃烧，及防止氮氧化物再次生成；6、脱硝后的烟气余热通过换热来预热助燃气体和燃料气，及组织再燃燃烧过程中的热能输出；7、大部分脱硝反应均为吸热反应，适当提高温度和大幅度增加反应压力有助于脱硝反应彻底进行，降低氮氧化物反应浓度最低极限，且中高压工艺有助于大幅缩小设备体积。

根据上述工艺要求可设置新型脱硝反应器，伴随大量氮氧化物的高温燃烧室烟气温度很高，通过高温烟气管道将其引入脱硝室，首先通过多个燃料喷嘴逐次喷入过量再燃燃料，先组织高温低氧燃烧，耗尽烟气中的残余氧气，在相对还原氛下烟气再燃初步脱硝，并与烟气混合均匀；脱硝室内设置温度调控装置，设有温度传感器，并有低温空气流通管道回路或其他冷却设计，根据温度信号通过阀门控制空气流量等实现冷却；同时设置与外热源相连的蓄热体及相应导热片等结构，在再燃燃烧反应短时间内结束后仍可通过蓄热体导入脱硝反应所需热量；可选项是导热片上也布满催化剂使氮氧化物被还原，这样就可根据温度传感信号通过控制蓄热体温度、调整烟气输入速度、再燃燃料数量及温度、助燃空气温度等参数从而控制烟气温度在最佳非催化脱硝温度范围，尤其防止过热反而重新生成氮氧化物；导热片遍布整个脱硝室空间从而无死角控制脱硝室内所有烟气温度，防止局部高温区重新生成氮氧化物，也防止局部低温区氮氧化物未达到还原条件；导热片布置以对烟气与燃料气导流并充分混合为原则，纵剖面如下图所示意，可按迷宫式布置，引导烟气延长运动路径，增加与催化剂接触面积和时间，同时整体上形成多层稳固防漏结构；导热片兼做引流片，在保证流场均匀稳定的前提下不断设置转弯，并间隔性缩小、扩大过流截面，使烟气速度、方向随之不断变化从而充分混合、接触，避免混合不均匀降低脱硝率；脱硝室体积设置以尽量延长烟气停留时间为原则，例如停留至少5秒以上，按所需达到的脱硝率确定停留时间，计算所需脱硝室容积，充分保证还原剂与氮氧化物反应时间；这样通过大幅度延长停留时间、严格控制烟气温度在非催化脱硝温度范围、充分混合烟气也就保证氮氧化物与还原剂充分接触等使脱硝率达到极致。

脱硝反应器构造剖面示意图

由于燃烧时间极短，不难分析出参与反应的氮氧化物较少，而实际上被用于脱硝的再燃燃料消耗也很少，燃烧过程迅速结束后中间产物也立刻消失，此时延长停留时间对脱硝并无实际意义；因此必需在还原氛围中组织多次燃烧过程。在重新注入过量高温再燃燃料及控制总的空气过量系数并保证氧气浓度在燃烧极限浓度以上的前提下，将再燃空气分多次注入，可通过沿着烟气运动路径布置助燃空气喷嘴来实现，喷嘴距离综合燃烧时间、混合时间、烟气运动速度来计算确定，例如燃烧时间按0.3秒考虑，燃烧结束后烟气混合停留时间按0.6秒考虑，烟气运动速度每秒0.5米，那么总时间就是0.9秒，运动距离0.45米，空气喷嘴距离按0.45米考虑；喷入空气的数量也经过计算确定在燃烧极限之上，并在总的空气过量系数之内，喷嘴上有多个喷口，均匀分布于整个截面上，喷口气体喷出速度、喷口位置与喷射角度、活动喷口的扫射范围等均以在燃烧过程结束前助燃气到达所属区段最远处空间来计算确定，保证助燃空气与烟气中的燃料气混合扩散均匀从而使中间产物遍布整个空间，及调动尽可能多的氮氧化物参与反应。

显然设法延长燃烧时间对提高脱硝率有利，因此从尾气处理室通过管道引来高温尾气与助燃空气混合成高温低氧气体，再燃燃烧成为高温低氧燃烧，使火焰变长，体积增大，并大大延长燃烧时间，也就延长了脱硝反应的时间与强度。

由于控制总的空气过量系数，因此这些燃烧大部分是在低氧还原氛围之下组织再燃脱硝，虽说总的燃烧过程是放热的，本来加热对脱硝反应有利，但提高温度也使氮气活化度提高与高温氧气接触从而增加氧化为氮氧化物的几率，中间有一个明显界限；因此脱硝器中可设置各类热能输出装置如空气预热器、过热器、换热器等，这些装置吸收并输出热能的同时也有助于分区段控制和调整烟气温度。

随着再燃燃烧次数增加，富余燃料耗尽甚至空气稍微过量，难以继续燃烧时，如果烟气中的氮氧化物含量仍然较高未能满足要求，可再次喷入过量再燃燃料，继续组织一到多次再燃燃烧；可通过在烟气后续运动路径上布置一到多个燃料喷嘴和助燃气喷嘴来实现，这两种喷嘴上有多个喷口，均匀分布于整个截面上，喷口气体喷出速度、喷口位置与喷射角度、活动喷口的扫射范围等均以烟气流出所属区段前燃料到达最远处空间、或在燃烧过程结束前助燃气到达所属区段最远处空间来计算确定，同样空气（助燃气）喷嘴距离综合燃烧时间、混合时间、烟气运动速度来计算确定。

这可以通过在脱硝反应器内设置与外热源连接的导热体、及与之相连遍布整个空间的导热片和温度调控装置，控制燃烧温度在最佳非催化脱硝范围内；同时在燃烧通道内分别按一定间距布置燃气喷嘴、再燃燃料喷嘴来实现还原氛下的多次高温低氧燃烧，而高温低氧助燃气可采取部分高温尾气与经过预热或换热的高温空气混合而取得，以混合后氧浓度5%为最佳。由于气化产物中含有一定量的甲烷等成分，可直接作为再燃燃料而不需另行添加，因此控制气化温度及后续高温裂解等工序温度在甲烷裂解温度（1000度）以下，保证甲烷成分比例。这样通过组织还原氛下多次高温低氧再燃燃烧过程从而使脱硝率达到极致。

为缩小体积，主张将整个燃烧系统作增压燃烧炉设计，实际应用中往往连同燃烧工艺系统其他部分一起作中高压燃烧设计，即连同包裹整个燃烧系统的外壳进行耐压设计，同时与隔热、隔声相结合，从而使整个工艺流程为中高压燃烧工艺，里面的各个部分不需做耐压设计，反而大幅降低成本；而燃烧室采用类似于微型增压锅炉的增压燃烧技术，大幅提高热能利用效率，这是很古老成熟的技术，并使成套设备体积缩小到甚至可以车载。

第三章、在电动汽车上的应用：

3、1车载外燃发电机的电动汽车：

3.1.1车载斯特林发电机组动力设计：

在串联式混合动力汽车中，车载发电系统一般是汽、柴油发电机，我们稍作改动：1、取下内燃发电机换上轻便高效外燃机发电机组（斯特林机等），可同时兼容汽柴油、工业棕榈油、豆油、蔗糖、精洗煤炭等燃料，及木柴、秸秆等高压制成生物质颗粒燃料。当然燃烧室必须使用最新高温低氧燃烧技术进行改造，其流程如下图所示意: 

2、高温低氧燃烧技术，燃烧室分两个部分,高温燃烧室使用高温空气高温燃烧，甚至使用高温富氧空气助燃，提高燃烧温度，从而大幅提高斯特林机热端与冷端的相对温度，也就提高了发电效率；高温燃烧室尾气全部进入高温低氧燃烧室,由于高温乃至超高温燃烧，氮氧化物较多，因此先喷入适量燃料（高温燃气），在高温状态下会与尾气中的残余氧气继续燃烧，并在还原气氛中使氮氧化物还原成氮气、二氧化碳等气体,也就是组织再燃脱硝,同时尾气温度也会进一步提高；高温尾气再与经过预热的高温空气混合成为高温低氧混合气体,并分次喷入高温燃料组织高温低氧燃烧洁净排放；如果尾气比例过大而导致氧气浓度在2%或其他燃烧极限以下，则可以富氧空气调剂氧浓度（适当控制两个燃烧室的大小比例，一般情况下不需要）；至于高温空气的获取：尾气热能经预热器加热助燃空气(为防止生物质燃料中的碱金属结渣采用回转式换热器设计)，再经空气过热器(置于燃烧炉中煅烧)进一步提升温度获得高温空气，若空气温度仍达不到1000度或预定要求，由于尾气再燃后温度远超1500度，两者混合后温度不会低于1000度，适当调整控制混合比例是不难满足要求的。

为减少燃烧室体积，加快换热升温速度，燃烧室（含脱硝室、低氧燃烧室在内）、预热器等体积较大部分均可置于耐压容器中，上述流程均可设计为在一定气压压力下进行，从而大幅度缩小气体体积，加快换热速度和效率。

若使用洁净燃料，也可直接采用蓄热式高温燃烧技术,如下图示意， 烟气交替与蓄热室的陶瓷蜂窝材料等交换热量，预热空气，使斯特林机的热端温度提高，提高热效率及发电效率；对于小型燃烧装置的不稳定，可在燃烧炉中设置有一定质量的热惰性较大的蓄热材料如耐热钢等，作为蓄热调蓄结构，与斯特林机热端相联，调蓄热量变化保证热能输出平稳。这样既能提高燃烧温度,提高发电效率,而尾气掺烧同时也回收尾气热量使热能利用达到极致,又可使氮氧化物排放几乎为零。

3、进一步严格尾气脱硫等净化环保设计，若使用生物质燃料，含硫量不多，尾气与碱金属含量丰富的灰烬充分混合即可脱硫；若为煤炭等燃料，则视情况采用成熟的钙基固硫等技术，包括燃烧前将粗燃气通入高温脱硫室，粗燃气中的硫化物被过流通道上的高温脱硫剂吸附，并设置高温脱硫剂再生工艺装置。

4、所发电力接入调蓄电池，可由超级电容加小容量动力电池组成混合电源，容量仅保证启动、加速、爬坡、发动机暖机等阶段供电，调蓄并维持电量平衡，停车或低速行进时发电机系统可给混合电源充电，取消重量大、造价昂贵的大容量动力电池。

这样的技术虽说简单，却非常可靠而价廉实用，甚至可采用市面上的成熟产品简单组装，如斯特林机选用荷兰菲利普公司产的4-215型等；燃烧系统采用市售成品自动生物质颗粒燃烧机及回转式(防止结渣)预热器组合，简单技术改造即可，利于大规模推广。斯特林机兼容各种燃料，包括廉价的煤炭，但本文着重强调生物质燃料，因为煤炭等化石燃料其性质与石油燃料无异，生物质燃料才是零碳排放的燃料，当然相应燃烧系统需做大量改进，生物质颗粒是联合国及各国重点推广的环境友好燃料，其燃烧技术研究有很多^[2]，例如各种进料方式的燃烧器^[3]，也包括针对生物质燃料碱金属较多易结渣特性进行专门设计的技术^[4]，有这些技术为基础，车载燃烧器的研制就简单得多了；鉴于生物质直燃仍会因燃烧不充分而易产生污染，煤炭等其他燃料更不用说，这也是中国禁止直接烧秸秆乃至生物质颗粒燃料的原因，我们主张设计专门的燃烧器足以解决这些问题。

3.1.2：几个典型疑问的解答：

对此设想可能会遇到几个的疑惑，我们的看法是：

3．1．2．1 燃料体积是否大幅增加问题：燃料并非未加工的低热值、低容重的木柴、秸秆，市场现售的生物质颗粒燃料热值已与煤炭热值相当（四、五千大卡，与电煤相当，优质动力煤为七千大卡，汽油、柴油为一万大卡），每吨六、七百元；颗粒燃料高压成型密度达到1.1千克/升，颗粒形状间隙导致堆积密度只有0.5千克/升，主张制成细条、筷子状，减少间隙而使堆积密度达到1.1千克/升，是汽油密度的1.5倍。再加上电机驱动系统的高能效使燃料量减少到内燃机汽车的约一半，所需燃料的体积比燃油车更小。（工业棕榈油、豆油等热值与汽油、柴油相仿）。

3．1．2．2 燃烧稳定性问题：现有生物质颗粒燃烧系统的供料即使未能做到完全的均匀，只要不熄火，就不影响发电，所发电量充入蓄电池调蓄，大于用电量满足电量平衡即可，不象内燃机直接输出动力，对燃烧稳定性要求极高。而且使用蓄热体调蓄热量变化，足以保证热能稳定输出。 

3．1．2．3 能量转化效率：本设想其实只是一个用生物质发电机取代串联式混合动力汽车中的内燃发电机（汽油、柴油发电机），能效分析分为两部分：首先是作为生物质发电机的发电效率，然后是蓄电池所蓄电量通过电驱系统转化为机械能的效率；混合动力汽车的电驱系统是公认的高能效，或者说采用电驱系统使油耗降低30%以上，这是不需要讨论的。现有斯特林机发电效率已经高达28%到31%，再加上蓄热式高温空气燃烧技术提高热端燃烧相对温度，大幅减少了烟气带走的热量，从而提高发电效率约5%；使外燃机总发电效率有望高达36%～40%以上，高于内燃发电机效率（约35%）；更重要的是，由于回收了大量尾气热量，热效率大幅度提高，而斯特林机是热机，因此理论上说发电效率大幅度提高，甚至成倍提高！

3．1．2．4  燃烧净化系统是否工艺复杂体积增加：

性能参数比较表中的参数计算是留有很大余地的：斯特林机的体积紧凑本来就比内燃机小一半；燃烧室说白了就是一个十几升的涂了陶瓷耐高温材料的小柴火炉；至于环保净化工艺，其实木柴等燃料本来就是清洁燃料，尾气与富含碱金属的灰烬搅拌充分就可消除其中微量的二氧化硫；草木灰不是雾霾中的PM2.5，一道或几道布袋除尘足以去除；高温燃烧也基本消除了产生多环芳烃、二噁英的条件等，而高温低氧燃烧更净化了尾气，使其清洁燃烧排放，未增加其他设备；灰烬比例为5%以下，柔性灰烬箱体积可隐于空出的燃料箱中；总体积增加是很有限的；而且功率较大的发电机组若体积过大，可采取较高压力气化净化工艺（例如10个大气压），使粗燃气的气体体积成倍、成十倍缩小从而使相应气化裂解、换热净化设备乃至整套设备体积成倍缩小。

3．1．2．5 驱动动力大小问题：驱动电机的爆发力很强，超级电容能满足瞬时大电流放电的需要，而以小容量动力电池组成的混合电源调蓄电量平衡，既能满足瞬时大电流冲击，又能保护动力电池，延长使用寿命；且斯特林发动机也可与混合动力汽车一样，不限于串联而发展混联、并联方式，进一步增强应急驱动力。

3．1．2．6 整备质量是否大幅度增加问题：经过多年发展，斯特林机的重量、体积紧凑有的甚至比内燃机小一半，如某教科书所列出的表9-2所示意;高温燃烧系统也不过是一个柴火炉大小而已，重量很轻，整车其余的设备与混动车大致相同，未做改动，因此整备质量不但没有增加，反而有所减少。

3．1．3车载外燃发电机的电动汽车性能参数对照：

为便于对比，采用此类发电机设计或改装的车型在保证使用性能等各类参数基本不变的情况下，新设计或改装的车型外形基本不变，或暂只考虑做加长处理，而迎风截面基本保持不变，也就是风阻基本不变，风阻造成的能耗基本不变。

特斯拉Molde S之类的大、中型斯特林机电动车的改装参数对比如下：（特斯拉售价约65万，现有电动大巴售价约100万）

下表为小型斯特林机乘用车参数对比:(总价六万美元内)

斯特林机电动重卡与普通柴油重卡参数比较：（总价二十万美元左右）

3．1．4 车载斯特林发电机组的电动重卡推广

从节能减排角度看，重型商用车节能的意义比轿车更大。因为重型商用车消耗能量大，排放的污染物多。我们算过一笔账：1辆重卡1年消耗的燃油，相当于60辆轿车消耗的燃油，排放的污染物可想而知。而中国大陆乘用车1.2亿辆，商用卡车三百万辆，折算1.8亿辆的排放量远超出乘用车。

我们认为可以从电动重卡率先入手推广，现有电动重卡研发沿用动力电池、充电桩续航的技术路线，为增加续航里程动力电池加大，造成自重大、续航里程短、充电时间长，而一、两百公里的续航里程对长途运输毫无意义，商业化遥遥无期；采用本技术方案的电动重卡虽说整车造价一百三十万左右远高于售价二、三十万左右的柴油重卡，但燃料费用大幅降低，一辆重卡行程达30万公里的话，柴油消耗达100吨约七十万元，烧生物质颗粒燃料费用仅需二十万元，差价五十万，而一般重卡年行程都有十几、二十万公里，多的超过三十、四十万公里，当年或一、两年基本收回成本。以东风集团财务公司开展的融资租赁业务为例，按三十六期计月租三万元左右，月行程两万公里计每月节省的油费三万元以上，还不及当月节省的柴油费用。各类重卡经济分析如下表所示：

因此，我们认为，融资租赁、分期付款、卡车租赁业务应该能够打开电动重卡市场。

大家可能担心现阶段燃料供应体系尚未建立，难以推广；我们认为：生物质颗粒燃料产业已经初具规模，物流公司采购存储于基地仓库不成问题；重卡装载一吨生物质颗粒行程可达一千五百公里，两吨三千公里，足以往返公司基地，既使偶然遇到燃料携带量不足也可到现有加油站去加汽、柴油应急。草木灰是紧俏肥料，可联系农场、园艺场定期运售，这样可以克服燃料供应影响。

而且在这类重卡售出后，每隔三、五百公里（相当于每个省两、三个）建立生物质颗粒供应点不会有困难，实际上很多物流中心停车场均可腾出几个车位贮存供应颗粒燃料，或由生物质颗粒供应商派出移动贮料车开赴各停车场供料，这些都不难做到，可依此为基础逐步建立燃料供应体系。

或者推广开来后会有一段时期生物质颗粒燃料产量不够，部分可暂时用精洗煤炭代替，尤其精洗煤炭与生物质合成燃料性能更佳，对于石油这一能源瓶颈被马六甲海峡死死卡住的中国来说，能够以煤代油也是大好事。当然由于斯特林机价格昂贵，整车价格是现有燃油汽车的四倍左右，在中国大陆即使斯特林机国产化后价格大幅度下降，乘用车售价仍超出混动车十万左右，这对其市场推广尤其广大发展中国家市场是极为不利的因素，也给下文所要介绍的价格低廉的使用高温快速气化发电技术的各类电动汽车留下了巨大的发展空间。

实际上一百多年前曾广泛使用的煤炭、木柴气化为燃料的汽车动力技术，因热值低、污染大等缺陷而早已淘汰；但随着能源技术、清洁燃烧技术不断进步，也逐渐重新进入人们的视野，尤其整套系统价格低廉，经过改进后有独特优势。

至于船舶，一艘万吨级船舶污染相当于十万辆小汽车，因此这是不容忽视的，但实际上生物质锅炉发电技术很成熟，采用本文所述结合高温低氧燃烧的新型再燃脱硝技术后可直接搬上船，取代燃煤、燃油发电机组，甚至搬上火车、高铁，因技术很简单，不再专门论述。

3．2：高温快速气化发电的电动汽车（以高温水蒸汽气化为例）

低速电动汽车改装高温快速气化发电机组（总价8万，时速50公里）

（生物质气化发电机组尚在研发之中，市面上现有燃气发电机一般采用柴油机改装，随着热值高低而调整进气压力、空燃比等，当热值减少一半时最大出力或功率只有原来的７０％至８０％左右，例如燃用热值为8000大卡的５００ＫＷ天然气发电机使用热值为4000大卡的焦炉煤气时机组最大出力只能有３５０到４００千瓦；现改装１０ＫＷ天然气发电机组重约１５０公斤，改用水蒸汽气化气（中热值生物质气，热值与焦炉煤气接近）发电功率约为６到8ＫＷ，连同气化设备、加压装置等约２２０公斤，中国市面上曾有5千瓦秸秆空气气化发电机组也基本符合这个重量参数）

中速电动汽车（时速80～100公里；改装２０ＫＷ天然气发电机，改用中热值生物质气发电功率约为１２ＫＷ，连同气化设备、加压装置等约４２０公斤）

这是参照低速车改装高温快速气化发电机组而设计的车型，总价10万左右，虽说最高时速限制在百公里以下，但与氢燃料电池汽车等相比低廉价格比较诱人。而且在发展中国家和地区对于个人家庭用等分布式能源发展来说，电力不足，使用石油能源价格较贵，使用专门的生物质发电机或煤炭发电机也不合算，而此类车载发电机既可以作为汽车动力，又可以同时作为洁净气化设备、供冷、供暖设备、发电设备，价格低廉，性价比非常合算，自然具备很强竞争力。

乘用车采用这类设备约需15KW发电机组，重量可能达到600公斤，体积增加1～2立方，对于要求结构紧凑的车型来说显然体积较大,若采用压力气化净化发电机组可能有些用户担心安全问题难以接受,这种情形也可采取另行加装汽柴油发电机、掺烧甲烷等措施来解决这个问题,例如掺烧一半甲烷,则混合气成分大致为甲烷60%,氢气15%,一氧化碳10%,二氧化碳10%～15%,这一比例很好的改善了燃烧性能（适量的氢增加了燃烧速度）,而热值与沼气相当,也使单位时间内的发电总量达到乘用车要求；或加装一个五千瓦的汽柴油发电机（增程器）,自由组合,既保留了作为低成本发电的分布式电源的功能，同时相对于普通天然气汽车或天然气/油气混动车它的尾气进入高温燃烧炉处理净化，彻底解决了尾气污染问题；再说在能源草产业大规模发展起来之前目前生物质燃料总量还难以一次性完全取代化石燃料，仍然必须使用一部分汽柴油或天然气甚至煤炭作为补充,日后这一部分也可向改用生物质甲烷、生物质汽油、二甲醚等方向发展逐步达到取代化石燃料的目的;也可采用１０ＫＷ生物制气发电机和５ＫＷ汽柴油（天然气）两用发电机（或增程器）多种功率自由组合等；而且这类车价格实惠,接近用户使用习惯，利于打开市场:

及采用高温快速气化发电技术的电动重卡：

采用水蒸汽气化的电动汽车虽然驱动力受到一定限制，但也可通过超级电容满足瞬时放电要求，及发电机组中发动机与电驱系统并联、混联予以增加；而且这类汽车价格亲民，燃料费用节省，可能有较大的市场竞争力。

由于回收占总能量70%的尾气热量，热效率大幅度提高，若使用热机发电，例如蒸汽机、斯特林机等则发电效率大幅度乃至成倍提高，但蒸汽机重量大，又受水量来源的限制，车载自然不现实，但用于轮船或地面水源丰富地段的固定发电机组，则发电效率高而价格低廉，而且改装技术也很简单，在此不再赘述；至于斯特林机因价格较贵，但对于重卡等车辆若使用斯特林机与内燃机组合发电，则不但消除了尾气污染，而且发电效率成倍提高，价格也还算适中，也是一个极具竞争力的方案。

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