遼寧農(nóng)作物秸稈資源評(píng)價(jià)及能源化利用分析

1、遼寧農(nóng)作物秸稈資源評(píng)價(jià)及能源化利用分析103 來(lái)源:作者賜稿作者:梅曉巖時(shí)間:2010-12-02 【大】【中】【小】本文第二作者為武敬巖,第三作者為劉榮厚摘要:對(duì)遼寧農(nóng)作物秸稈資源量進(jìn)行了定量評(píng)價(jià),結(jié)果表明,遼寧省每年農(nóng)作物秸稈實(shí)物資源量為3195.8萬(wàn)t,其中,可能源化利用的秸稈量可達(dá)1300萬(wàn)t,折合標(biāo)準(zhǔn)煤680萬(wàn)t;單位土地面積可能源化利用的秸稈量為91 t/km2,其中,鐵嶺、沈陽(yáng)、錦州分別為184,164, 132 t/km2,具有秸稈能源化利用的資源優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上,分析了秸稈能源化利用技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r,指出多種利用形式并存應(yīng)是遼寧省秸稈能源化利用的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能;秸稈

2、;資源量引言目前,因大量使用化石能源造成的生態(tài)環(huán)境破壞已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中最為重要的問(wèn)題之一。自中央提出振興東北老工業(yè)基地政策以來(lái),遼寧省成為國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度最強(qiáng)勁的地區(qū),遼寧的能源消費(fèi)總量躍居全國(guó)各省的第5位,能源對(duì)外依存度達(dá)到55.7%。歷史上形成的以原煤為主的能源結(jié)構(gòu)和高能耗的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也使遼寧的能源需求形式和減排降耗形勢(shì)十分嚴(yán)峻1。這種以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和以重化工業(yè)為主的工業(yè)結(jié)構(gòu)很難在短期內(nèi)發(fā)生根本性改變,在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi),遼寧的節(jié)能減排的壓力仍將呈逐漸增大的趨勢(shì)2。因此,增加可再生清潔能源在能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的比重,有計(jì)劃地利用農(nóng)作物秸稈等清潔可再生能源資源,對(duì)優(yōu)化能源生產(chǎn)與消

3、費(fèi)結(jié)構(gòu),減少溫室氣體的排放、實(shí)現(xiàn)能源供給的多樣性和安全性,促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義3。發(fā)達(dá)國(guó)家城市化、工業(yè)化歷程表明,在工業(yè)化初、中期階段,經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)必然帶來(lái)能源消費(fèi)量的大規(guī)模增加,導(dǎo)致污染物排放的增加,尋找和利用可再生能源,走能源與環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展良性循環(huán)的路子,是解決未來(lái)能源問(wèn)題的主要出路4,5。農(nóng)作物秸稈我國(guó)每年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈7.2億t 6,7,是一種主要的生物質(zhì)資源,具有資源量大、可再生、含硫量低和作為能源利用CO2零排放等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于規(guī)?；茉蠢玫脑?還要考慮收集、儲(chǔ)運(yùn)成本和能源轉(zhuǎn)化效率等問(wèn)題。本文對(duì)遼寧農(nóng)作物秸稈資源量及其分布密度進(jìn)行了調(diào)查測(cè)算和量化評(píng)價(jià),分析了秸稈能源轉(zhuǎn)化技

4、術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,旨在為遼寧秸稈能源化利用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。1 遼寧農(nóng)作物秸稈資源量及分布1.1遼寧農(nóng)作物秸稈資源量秸稈實(shí)物資源量是指在一定范圍內(nèi)每年所產(chǎn)農(nóng)作物秸稈的總量,可根據(jù)各類農(nóng)作物的產(chǎn)量和相應(yīng)農(nóng)作物的谷草比系數(shù)(Residue to Product Ratio,RPR計(jì)算獲得8。因作物種類、品種和產(chǎn)地不同,RPR有所差異,本文所取數(shù)值是在遼寧的實(shí)際調(diào)查并參照有關(guān)文獻(xiàn)確定的6,914。秸稈實(shí)物資源量中,用于農(nóng)民炊事的秸稈約20%15,用于牲畜飼料的秸稈約20%,還田及收集損失量約15%,用于造紙等工業(yè)原料約3%16,則遼寧可能源化利用的農(nóng)作物秸稈量約為實(shí)物資源量的42%。各類農(nóng)作物秸稈折

5、合標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)取自文獻(xiàn)17。根據(jù)遼寧省統(tǒng)計(jì)局公布的2006年各類農(nóng)作物產(chǎn)量計(jì)算,遼寧2006年秸稈實(shí)物資源量、可用于能源的秸稈量以及折合成標(biāo)準(zhǔn)煤的量列于表1。由表1可知,遼寧省每年秸稈實(shí)物資源量為3 195.8萬(wàn)t;可用于能源資源的量為1 342.2萬(wàn)t,折合標(biāo)準(zhǔn)煤688.7萬(wàn)t。從農(nóng)作物秸稈的組成來(lái)看,可能源化利用的玉米秸稈占79.7%,稻谷秸稈占12.1%,其它作物秸稈的總和僅占8.2%。目前,遼寧主要使用秸稈等柴草作炊事用能的農(nóng)戶占農(nóng)村居民戶數(shù)的87%15。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和收入水平的提高,農(nóng)民用秸稈作炊事用能的量將會(huì)有所下降,同時(shí)由于國(guó)家實(shí)施嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度,農(nóng)作物種植面積及產(chǎn)量

6、都將會(huì)得到保證,農(nóng)作物秸稈量不會(huì)出現(xiàn)大幅度下降。即,未來(lái)遼寧每年可用于能源的秸稈的可收集量將不會(huì)低于1 300萬(wàn)t。1.2 遼寧農(nóng)作物秸稈資源分布圖1是遼寧農(nóng)作物秸稈實(shí)物資源量在各地的分布情況。由圖1可見,省內(nèi)各地秸稈分布極不均勻,地處遼寧中西部、北部的鐵嶺、沈陽(yáng)、錦州等市的秸稈實(shí)物資源量較大,分別達(dá)到569萬(wàn),507萬(wàn)和323萬(wàn)t/a。東部山區(qū)的秸稈資源量較小,本溪僅有43萬(wàn)t/a,撫順僅有97萬(wàn)t/a。當(dāng)然,這與各地的土地面積、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)和降水、光熱等自然條件有關(guān)。為了更準(zhǔn)確反映秸稈分布情況,需要根據(jù)各地市的土地面積,計(jì)算出單位土地面積的農(nóng)作物秸稈實(shí)物資源量,即秸稈能源密度。圖2為20

7、06年遼寧省各地農(nóng)作物秸稈能源密度。如圖2所示,遼寧全省農(nóng)作物秸稈能源密度平均值為216 t/km2,其中可用于能源的為91 t/km2,高于全國(guó)的平均水平(75 t/km26。遼寧秸稈密度較大的是鐵嶺、沈陽(yáng)、錦州,分別達(dá)為439,391和313 t/km2,可用于能源資源的分別為184,164和132 t/km2,高于秸稈資源比較豐富的吉林、黑龍江等省的平均水平6。而在遼寧東部山區(qū)和西部干旱少雨地區(qū)農(nóng)作物秸稈能源密度較低。農(nóng)作物秸稈分散于鄉(xiāng)野之間,收集運(yùn)送的有一定難度,要耗費(fèi)較多的人力和費(fèi)用。從田間到秸稈轉(zhuǎn)化廠的距離(即收集半徑不能過(guò)大,否則,運(yùn)輸成本過(guò)高。收集半徑越小運(yùn)輸費(fèi)用越低,秸稈能源

8、轉(zhuǎn)化為商品能源的規(guī)模擴(kuò)大的潛力就越大18。由以上分析可見,遼寧可用于商品能源生產(chǎn)的農(nóng)作物秸稈總量雖然沒(méi)有河南、吉林、黑龍江等省豐富,但可用于能源的秸稈能源密度高于全國(guó)平均水平,在鐵嶺、沈陽(yáng)、錦州等地局部地區(qū)秸稈能源化密度甚至高于秸稈資源量較大省分的平均值。說(shuō)明,這些地區(qū)在秸稈收集、運(yùn)輸方面具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。以建設(shè)一個(gè)年消耗20萬(wàn)t秸稈的電廠為例,在鐵嶺的秸稈收集半徑為18.6 km,在沈陽(yáng)需要19.7 km,在錦州需要22 km,在秸稈能源化密度最低的本溪?jiǎng)t需要53.8 km。2秸稈能源化利用方式及發(fā)展方向農(nóng)作物秸稈的主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,可通過(guò)物理、化學(xué)手段將其轉(zhuǎn)化成能量密度高、清

9、潔方便的能源產(chǎn)品。主要利用技術(shù)有,生物質(zhì)固化成型技術(shù)、直燃及氣化發(fā)電技術(shù)、氣化集中供氣技術(shù)、熱裂解液化技術(shù)、制取燃料乙醇技術(shù),以及秸稈沼氣發(fā)酵技術(shù)等。遼寧能源研究所等開發(fā)的秸稈及林木生物質(zhì)固化成型技術(shù)已基本具備實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的條件19-21。秸稈直接燃燒和與煤炭混合燃燒發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟22,年消耗20萬(wàn)t以上的秸稈直燃發(fā)電裝置已有大規(guī)模應(yīng)用23。中科院廣州能源所開發(fā)的MW級(jí)生物質(zhì)氣化發(fā)電裝置在氣化效率、燃?xì)鈨艋桶l(fā)電效率等方面達(dá)到較高水平,并具有靈活性、經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn),比較適合在秸稈及林木生物質(zhì)資源較分散的地區(qū)推廣應(yīng)用24。秸稈及林木生物質(zhì)氣化集中供氣裝置25,已經(jīng)在遼寧等地農(nóng)村有較廣泛的應(yīng)用。秸稈及

10、林木生物質(zhì)熱裂解制取生物油26及水解秸稈纖維素生產(chǎn)乙醇27等液體燃料技術(shù)的研究已經(jīng)取得較大進(jìn)展。如果能在轉(zhuǎn)化效率、轉(zhuǎn)化過(guò)程耗能及成本方面取得進(jìn)一步突破將會(huì)得到廣泛推廣運(yùn)用。秸稈經(jīng)厭氧發(fā)酵有較高的產(chǎn)沼氣能力,目前我國(guó)需要在最大限度地滿足秸稈沼氣發(fā)酵工藝要求的專有裝備設(shè)計(jì)制造及其標(biāo)準(zhǔn)化方面加大開發(fā)力度28。遼寧省應(yīng)根據(jù)資源、技術(shù)等實(shí)際,在資源較集中的地區(qū)發(fā)展大中型秸稈直燃或氣化發(fā)電技術(shù);在秸稈資源較分散的地區(qū)推廣小型秸稈氣化集中供氣技術(shù)和MW級(jí)氣化發(fā)電技術(shù);在較偏遠(yuǎn)的農(nóng)村推廣“太陽(yáng)房-種植-養(yǎng)殖-秸稈制沼氣”等生態(tài)型戶用沼氣技術(shù);條件允許的地方可推廣秸稈沼氣發(fā)電及余熱利用、發(fā)酵剩余物綜合利用技術(shù)。

11、加強(qiáng)對(duì)生物質(zhì)氣化供氣和發(fā)電技術(shù)中的氣化工藝、燃?xì)鈨艋?、焦油處理技術(shù)的研究,減少和避免對(duì)環(huán)境的二次污染;加強(qiáng)對(duì)直燃及氣化發(fā)電過(guò)程控制、直燃鍋爐堿金屬腐蝕、結(jié)焦等關(guān)鍵性技術(shù)環(huán)節(jié)及鍵裝備的設(shè)計(jì)制造,提高能源轉(zhuǎn)化效率;增加對(duì)生物質(zhì)熱裂解液化、秸稈水解制乙醇等技術(shù)研究的資金投入,以科技為支撐,走多種利用形式并存的發(fā)展道路。3 結(jié)論與建議(1遼寧省2006年秸稈實(shí)物資源量為3 195.8萬(wàn)t,可能源化利用的為1 300萬(wàn)t,折合標(biāo)準(zhǔn)煤680萬(wàn)t,相當(dāng)于當(dāng)年全省能源消費(fèi)量的4%,是遼寧調(diào)整能源生產(chǎn)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)和降低能源對(duì)外依存度的可靠資源。遼寧單位土地面積秸稈資源量(秸稈密度為216 t/km2,可能源化利用

12、量為91 t/km2,鐵嶺、沈陽(yáng)、錦州3市秸稈密度分別為439,391和313 t/km2,可能源化利用的密度分別為184,164和132 t/km2,具備建立年消耗20萬(wàn)t秸稈發(fā)電項(xiàng)目的基本條件。(2遼寧有雄厚的科技實(shí)力,具有開發(fā)秸稈能源化利用的技術(shù)基礎(chǔ)。遼寧能源所等科研機(jī)構(gòu)和多所大學(xué)在秸稈氣化、秸稈成型燃料開發(fā)、廢棄物燃燒等方面的研究已經(jīng)取得了顯著成果。若進(jìn)一步集中企業(yè)、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的力量,對(duì)秸稈發(fā)電核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān),對(duì)其配套技術(shù)進(jìn)行集成優(yōu)化,必將在秸稈發(fā)電等能源化利用技術(shù)方面形成一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的領(lǐng)先技術(shù)。(3遼寧省可結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和部分小型燃煤火電廠改造,有計(jì)劃地開發(fā)秸稈發(fā)電等

13、可再生能源。不但可以逐步改善能源結(jié)構(gòu),降低能源對(duì)外依存度,還可以依托強(qiáng)大的裝備制造業(yè)基礎(chǔ)培植和發(fā)展遼寧可再生能源產(chǎn)業(yè),培植新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。(4遼寧應(yīng)充分利用國(guó)家促進(jìn)可再生能源發(fā)展的政策和東北老工業(yè)基地振興的優(yōu)惠政策,結(jié)合生態(tài)省建設(shè),在鼓勵(lì)包括農(nóng)作物秸稈在內(nèi)的可再生能源技術(shù)研究開發(fā)、改善可再生能源持續(xù)發(fā)展市場(chǎng)條件等方面優(yōu)化政策環(huán)境和投資環(huán)境,吸引國(guó)內(nèi)外相關(guān)資金、技術(shù)落戶遼寧,促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。參考文獻(xiàn):1遼寧省統(tǒng)計(jì)局貿(mào)易外經(jīng)統(tǒng)計(jì)處.建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)長(zhǎng)EB/OL. E91C%7D.asp?infoid=1343&style=538116AD-AF2A-4978-B786-

14、5A2A1621E91C.2007-8-20.2國(guó)家發(fā)改委振興東北辦公室.東北地區(qū)2007年經(jīng)濟(jì)形勢(shì)分析報(bào)告EB/OL.3顧年華,尤麗霞,吳育華.2l世紀(jì)我國(guó)新能源開發(fā)展望J.中國(guó)能源,2002,(1:37-38 .4沈鐳,成升魁.論國(guó)家資源安全及其保障戰(zhàn)略J.自然資源學(xué)報(bào),2002,17(4:393-400.5陳和平,莊辛,任東明.可再生能源強(qiáng)制性市場(chǎng)份額政策初步研究J.中國(guó)能源,2002,(5:47.6劉剛, 沈鐳.中國(guó)生物質(zhì)能源的定量評(píng)價(jià)及其地理分布J.自然資源學(xué)報(bào).2007,22(1:9-19.7李俊峰,時(shí)璟麗. 可再生能源07回顧與08展望J.中國(guó)科技投資,2008,3:40-41.

15、8中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2007M. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,007.9李京京,任東明,莊幸.可再生能源資源的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法及實(shí)例J.自然資源學(xué)報(bào),2001, 16(4:373380.10鐘華平,岳燕珍,樊江文.中國(guó)作物秸稈資源及其利用J.資源科學(xué),2003,25(4:62-67.11韓魯佳,閆巧娟,劉向陽(yáng),等.中國(guó)農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2002,18:8791.12王秋華.我國(guó)農(nóng)村作物資源化調(diào)查研究J.農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,1994,10(4:67-7l.13YUAN Z H,WU C Z,HUANG H,et al.Research and development on biomass

16、energy in ChinaJ. Jnternational Jouronol fo Energy Technology and Policy,2002,(1: 108-144. 14MOA/DOE Project Expert Team. Assessment of Biomass Resource Availability in ChinaM.Beijing:China Environmental Science Press,1998.15遼寧省農(nóng)業(yè)普查辦公室.遼寧省第二次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查主要數(shù)據(jù)公報(bào)(第四號(hào)EB/OL. E91C%7D.asp?infoid=2069&Style=5

17、38116AD-AF2A-4978-B786-5A2A1621E91C.2008-4-3.16王振江,莊會(huì)永,肖兵,等. 用于發(fā)電的中國(guó)生物質(zhì)能源可用性分析J.華東電力.2006, 34(6:83-85.17國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒2004M.北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,2004.18MAMMA D,KOULLAS D,FOUNTOUKIDIS G,et al. Bioethanol from sweet sorghum: simultaneous saccharification and fermentation of carbohydrates by a mixed microbial cu

18、ltureJ. Process Biochemistry,1996,31:377-381.19張大雷.生物質(zhì)成型燃料開發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景J. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè),2007,(12:98-103.20閆昌國(guó),李世密,張曉健,等.可移動(dòng)生物質(zhì)顆粒燃料設(shè)備系統(tǒng)的研制及其經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能分析J.可再生能源,2007,25(6:29-33.21姜洋,郭軍,王忠誠(chéng),等. 生物質(zhì)致密成型設(shè)備生產(chǎn)顆粒燃料技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析J. 可再生能源,2006,24(4 :81-83.22劉寶亮,蔣劍春.生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用(生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)和設(shè)備J.生物質(zhì)化學(xué)工,2008,42( 2:55-60.23劉首元,余英,趙碧光,等. 我國(guó)秸稈

19、發(fā)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景J. 水利電力機(jī)械,2007, 29(12:207-210.24CHUANGZHI WU,XIULI YIN,PING CHEN,et al. A 5.5MWe biomass demonstration power plant via gasification integrated combined cycleA. The 3rd International Green Energy Conference100. Sweden :Vsteras,2007,18-20.25宋秋,崔亨哲,劉正德,等.750 kW 生物質(zhì)燃料下吸式氣化爐的設(shè)計(jì)J.能源研究與利用, 2007,18

20、(1:27-29.26劉榮厚.生物質(zhì)快速熱裂解制取生物油技術(shù)的研究進(jìn)展J.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007, 38(1:3-7.27張素平,顏涌捷,任錚偉,等.纖維素制取乙醇技術(shù)J.化學(xué)進(jìn)展,2007,19(7:1129-1133.28鄧良偉,陳子愛(ài),龔建軍.中德沼氣工程此較J.可再生能源,2008,26(1:110-114.Evaluation of yield of crop stalk and analysis of its energy utilization in LiaoningMEI Xiao-yan1,WU Jing-yan2,LIU Rong-hou1(1.Biomass Ener

21、gy Engineering Research Centre, School of Agriculture and Biology , Shanghai JiaoTong University , Shanghai 200240,China;2. Bureau of Shenyang Municipal Construction, 110016,ChinaAbstract: Yield of crop stalk in Liaoning was evaluated. Results showed that the annual yield of crop stalk in Liaoning was 3.1958 million ton. Among which, yield of crop stalk which can be used as energy resources was 1.3 million ton, which is equ