农业机械电气化、智能化和电站化

摘要：

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。

在本文开始之前，先对＂碳奢侈品＂政策做一个全面的介绍，如下：

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）。

＂碳奢侈品＂政策中，包含三个方面的内容：

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。

附：300立方沼气基本主体工程设计参数及成本

一项目建设内容

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。

1）厌氧消化器

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。

2）封水槽、贮气柜

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。

3）调料池

沼气调料池容积30m3为砖混结构，长x宽x深＝3＊5＊2＝30m3，造价30＊200元／m3＝6000元。

4）净化操作间

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。

二项目主要建筑物及设备投资

项目总投资：22．45万元

1、主要建筑物项目及造价表

2、主要设备与价格表

3、其他部分（不含税金）