遼寧農(nóng)作物秸稈資源評價及能源化利用分析_梅曉巖

1、·97·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 經(jīng) 濟 、 社會 發(fā)展中 最 為 重 要 的 問題之 一 。 自中央提 出 振 興 東 北 老 工 業(yè) 基 地 政 策 以 來 , 遼 寧 省 成 為國 內(nèi) 經(jīng) 濟 增 長 速 度 最 強 勁 的 地 區(qū) , 遼 寧 的能源 消費總量 躍 居 全 國各省的 第 5位 , 能源 對 外 依 存 度達 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

2、 十分 嚴 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 時期 內(nèi) , 遼 寧 的 節(jié) 能 減 排的 壓 力 仍 將 呈 逐 漸 增 大 的 趨 勢 2。 因此 , 增 加可再生 清 潔 能源 在 能源生 產(chǎn)和 消費 中的 比 重 , 有 計劃 地 利用農(nóng)作物秸稈 等 清 潔 可再生能源資源 , 對 優(yōu) 化能源生產(chǎn) 與消費 結(jié) 構(gòu) , 減 少溫 室 氣 體 的排 放 、 實現(xiàn) 能源 供 給 的 多 樣 性 和安 全性 , 促 進能源 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 具 有 重 要 意

3、 義 3。 發(fā) 達 的國 家 城 市化 、 工 業(yè)化 歷 程 表 明 , 在 工 業(yè)化 初 、遼寧農(nóng) 作 物 秸稈資源評價 及 能源化利用分 析梅 曉 巖 1, 武 敬 巖 2, 劉 榮 厚 1(1. 上 海 交 通 大學(xué) 農(nóng)業(yè) 與 生物 學(xué) 院生物 質(zhì) 能 工程 研究 中 心 , 上 海 200240; 2. 沈 陽 市 城 市建設(shè)管理局 , 遼 寧 沈 陽 110016摘要 :對 遼 寧 農(nóng)作物秸稈資源 量 進行 了定 量 評 價 , 結(jié) 果 表 明 , 遼 寧 省 每 年 農(nóng)作物秸稈 實 物資源 量 為 3195.8萬 t , 其 中 , 可能源化利用的秸稈 量 達 1300萬 t ,

4、折 合 標(biāo)準(zhǔn) 煤 680萬 t ; 單 位 土 地 面 積 可能源化利用的秸稈 量 為91t/km2, 其 中 , 鐵 嶺 、 沈 陽 、 錦 州 分 別 為 184, 164, 132t/km2, 具 有 秸稈能源化利用的資源 優(yōu) 勢 。 在 此 基礎(chǔ) 上 , 分 析了 秸稈能源化利用 技術(shù) 的發(fā)展 狀 況 , 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 ; 資源 量 中圖分類號 :TK6; S216.2文獻標(biāo)志碼 :C文章編號 :1671-5292(2008 06-0097-04Evaluation and en

5、ergy utilization analysis on the crop stalkresource in Liaoning ProvinceMEI Xiao-yan 1, WU Jing-yan 2, LIU Rong-hou 1(1.Biomass Energy Engineering Research Centre, School of Agriculture and Biology, Shanghai JiaoTong University,Shanghai 200240, China ; 2.Bureau of Shenyang Municipal Construction, 11

6、0016, China 收稿日期 :2008-07-06?；?金 項目 :國 家 863計劃項 目 資 助 (2008AA052404。作者 簡介 :梅 曉 巖 (1967-, 男 , 博士 后 , 從事 生物 質(zhì) 能 及 農(nóng)產(chǎn)品利用 等方面 的 研究 。 E-mail :mxy2431通 訊 作者 :劉 榮 厚 (1960-, 男 , 教 授 , 博士 , 博士 生 導(dǎo)師 , 從事 可再生能源 與環(huán) 境 工程 的 研究 與 教 學(xué) 工 作 。 E-mail :liurhouAbstract :The yield of crop stalk in Liaoning was evaluated.

7、 Results showed that the annual yield of crop stalk in Liaoning was 3.1958million ton. Among which, the available yield for energy use was 1.3million ton, which is equivalent to 0.68million TOE. In addition, the yield of crop stalk of per unit area of land, which can be used as energy resource was 9

8、1t/km2. The yields in Tieling, Shenyang and Jinzhou were 184, 164and 132t/km2,respectively, which indicates that there exists the resource potential of crop stalk energy utilization in those areas. Further more, the development sta -tus of energy utilization from crop stalk was analyzed. It suggests

9、 that comprehensive energy utiliza -tion is a good development direction for crop stalk energy utilization in Liaoning. Key words :biomass energy ; crop stalk ; yield of crop stalk 可再生能源Renewable Energy Resources第 26卷 第 6期 2008年 12月Vol.26No.6Dec. 2008可再生能源 2008, 26(6中 期 階 段 , 經(jīng) 濟 高 速 增 長 必 然 帶 來 能源

10、消費量 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 發(fā)展 良 性 循 環(huán) 的 路 子 , 是解決 未 來 能源 問題 的 主要 出 路 4,5。 我 國 每 年 產(chǎn)農(nóng)作物秸稈 7.2億 t 6,7, 農(nóng)作物秸 稈 是 一 種 重 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 時 CO 2零 排 放 等 優(yōu) 點 。 作為 規(guī) 模 化能源利用 原料 , 要 考 慮 收集 、 儲運 成本 和能源 轉(zhuǎn) 化效 率 等 問題 。 本 文 對 遼 寧 農(nóng)作物 秸稈資源

11、量 及 其 分 布 密 度 進行 了 調(diào) 查測算 和 量 化 評 價 , 分 析 了 秸稈能源 轉(zhuǎn) 化 技術(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 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 算 獲 得 8。 因 作物 種 類 、 品 種 和產(chǎn) 地 不 同 , RPR 有 所

12、差 異 , 本 文 所 取數(shù) 值 是 在 遼 寧 的 實 際 調(diào) 查 并 參 照 有 關(guān) 文 獻 確 定 的 6,914。 秸稈 實 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 物 資 源 量 的 42%。 各 類 農(nóng)作物秸稈 折 合 標(biāo)準(zhǔn) 煤 的 系 數(shù)取 自 文 獻 17。根據(jù) 遼 寧 省 統(tǒng) 計局公 布 的 2006年 各 類 農(nóng)作 物產(chǎn) 量 計 算 ,

13、遼 寧 2006年 秸稈 實 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 物資源 量 為表 12006年遼寧 省 農(nóng) 作 物 秸稈資源 量Table 1Yield of crop stalk of Liaoning in 2006農(nóng)作物 種 類 稻 谷 小麥 玉米 高 粱 谷 子 薯類 大 豆 棉花 其 他 雜 糧 合計 秸稈 實 物資源 量 /萬 t 460.98.42471.388.731.455.263.31.415.23195.8可能源化利用 量 /萬 t 193.63.51037.937

14、.30.66.41342.2折 合 標(biāo) 煤 量 /萬 t 83.11.8511.6688.7占比 例 /%12.10.30.5100.03195.8萬 t ; 可用于能源資源的 量 為 1342.2萬 t , 折 合 標(biāo)準(zhǔn) 煤 688.7萬 t 。 從 農(nóng)作物秸稈的 組 成 來 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)

15、 村 居 民 戶數(shù) 的 87%15。 隨著 農(nóng) 村 經(jīng) 濟 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 有 所 下 降 , 同 時 由 于國 家實 施 嚴 格 的 耕 地保 護 制 度 , 農(nóng)作物 種 植 面 積 及 產(chǎn) 量 都 將 會 得 到 保證 , 農(nóng)作物秸稈 量不 會 出 現(xiàn) 大幅度 下 降 , 即 未 來 遼 寧 每 年 可用于能源的秸稈的 收集量 將 不 會 低 于 1300萬 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 物資源 量在 各 地 的 分 布 情況 。 由 圖 1可見 , 省 內(nèi) 各 地

16、秸稈 分 布 極 不 均 勻 , 地 處遼 寧 中 西 部 、 北 部的 鐵 嶺 、 沈 陽 、 錦 州 等 市 的秸稈 實 物資源 量 較大 , 分 別 達 到 569萬 , 507萬 和 323萬 t/a。 東 部 山 區(qū)的秸稈資源 量 較 小 , 本 溪 僅 有 43萬 t/a, 撫 順 僅 有 97萬 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 地 反 映 秸稈 分 布 情況 , 需 要 根據(jù) 各 地 市的 土 地 面 積 , 計 算 出 單 位 土 地 面 積 的農(nóng)作 物秸稈

17、 實 物資源 量 , 即 秸稈能源 密 度 。 圖 2為 2006年 遼 寧 省各 地 農(nóng)作物秸稈能源化 密 度 。 如 圖 2所 示 , 遼 寧 全 省農(nóng)作物秸稈能源化 密 度 平均 值 為 216t/km2, 其 中可用于能源的為 91t/km2, 高于 全 國的 平均 水 平 (75t/km2 6。 遼 寧 秸稈 密 度較大 的市 是 鐵 嶺 、 沈 陽 、 錦 州 , 分 別 達 為 439, 391和 313t/km2, 其 秸稈能源化 密 度 分 別 為 184, 164和 圖 12006年遼寧農(nóng) 作 物 秸稈 在 各 地的分 布 Fig.1Distribution of crop

18、 stalk of Liaoning in 2006 569507323261256250240156140138113989743鐵 嶺沈 陽錦 州大 連朝 陽阜 新鞍 山葫 蘆 島丹 東遼 陽盤 錦營 口撫 順本 溪農(nóng) 作 物 秸 稈 實 物 資 源 量 /萬 t0100200300400500600·98··99·梅 曉巖 , 等 遼寧 農(nóng) 作 物 秸稈 資 源 評價 及 能源化 利 用 分 析132t/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

19、地 區(qū) , 農(nóng)作物秸稈能源化 密 度較 低 。農(nóng)作物秸稈 分 散 于 鄉(xiāng) 野 之 間 , 收集 運 送 需 要 耗費 較多 的人 力 和 費 用 。 從 田 間 到 秸稈 轉(zhuǎn) 化 廠 的 距離 (即 收集 半 徑 不 能 過 大 , 否 則 , 運輸 成本過 高 。 收集 半 徑 越 小 , 運輸 費 用 越 低 , 秸稈能源 轉(zhuǎn) 化 為 商 品能源的 規(guī) 模 擴 大 的 潛 力 就 越 大 18。 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 有 河 南 、 吉 林 、 黑龍江 等 省 豐富 , 但 可 用于能源化的秸稈 密 度 高于 全 國 平均 水

20、 平 , 在 鐵 嶺 、 沈 陽 、 錦 州 等 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 明 這 些 地 區(qū) 在 秸稈 收集 、 運輸 方面 具 有相 對 優(yōu) 勢 。 以 建設(shè) 一 個 年 消耗 20萬 t 秸稈的 電 廠 為 例 , 在 鐵 嶺 的秸稈 收 集 半 徑 為 18.6km , 在 沈 陽 為 19.7km , 在 錦 州 為22km , 在 秸稈能源化 密 度 最 低 的 本 溪 則 為 53.8km 。 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 ,

21、可通 過 物理 、 化 學(xué) 手段 將 其 轉(zhuǎn) 化 成 能 量 密 度 高 、 清 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 實現(xiàn)工 業(yè)化的 條件 1921。 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 t 以 上 的秸稈直 燃 發(fā)

22、 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 生物 質(zhì) 氣 化發(fā) 電 裝 置 在 氣 化效 率 、 燃氣 凈 化和發(fā) 電 效 率 等方面 達到 較 高 水 平 , 并 具 有 靈 活 性 、 經(jīng) 濟 性 特 點 , 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 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

23、 燃料 技術(shù) 的 研究 已 經(jīng) 取 得較大 進展 。 如果 能 在 轉(zhuǎn) 化效 率 、 轉(zhuǎn) 化 過程 耗 能 及 成本方面 取 得 進 一 步 突破 , 將 會 得 到 廣 泛 推 廣 應(yīng)用 。 秸稈 經(jīng) 厭 氧 發(fā) 酵 有 較 高的產(chǎn) 沼 氣 能 力 , 目 前 我 國 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 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 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

24、 小型 秸稈 氣 化 集 中 供 氣 技術(shù) 和 MW 級 氣 化發(fā) 電 技術(shù) ; 在 較 偏 遠 的農(nóng) 村 推 廣 “ 太陽 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) 。 加強 對 生 物 質(zhì) 氣 化 供 氣 和發(fā) 電 技術(shù) 的 氣 化 工 藝 、 燃氣 凈 化 、 焦 油 處 理 問題 的 研究 , 減 少 和 避 免 對 環(huán) 境 的 二 次 污 染 ; 加強 對 直 燃及氣 化發(fā) 電過程 控 制 、 直 燃 鍋 爐 堿 金 屬 腐 蝕

25、 、 結(jié) 焦 等 關(guān) 鍵 性 技術(shù) 環(huán) 節(jié) 及 關(guān) 鍵 裝 備 的設(shè) 計 制 造 , 提高能源 轉(zhuǎn) 化效 率 ; 增 加 對 生物 質(zhì) 熱 裂 解 液 化 、 秸稈 水 解 制 乙醇 等 技術(shù) 的資金 投 入 , 以 科 技 為支 撐 , 走 多 種 利用 形 式 并 存 的發(fā)展 路線 。3結(jié)論 與 建議(1 遼 寧 省 2006年 秸 稈 實 物 資 源 量 為3195.8萬 t , 可能源化利用 量 為 1300萬 t , 折 合標(biāo)準(zhǔn) 煤 680萬 t , 相 當(dāng) 于 當(dāng) 年 全 省能源 消費量 的4%, 是遼 寧 調(diào) 整 能源生產(chǎn) 、 消費 結(jié) 構(gòu) 和 降低 能源對 外 依 存 度 的可

26、 靠 資源 。 遼 寧 單 位 土 地 面 積 秸稈 資源 量 (秸稈 密 度 為 216t/km2, 可能源化利用 量 為 91t/km2, 鐵 嶺 、 沈 陽 、 錦 州 3市秸稈 密 度 分 別 為439,391和 313t/km2, 可能源化利用的 密 度 分 別 為 184, 164和 132t/km2, 具備 建 立 年 消耗 20萬 t 秸稈發(fā) 電 項 目 的 基 本條件 。(2 遼 寧 省 具 有 雄 厚 的 科 技 實 力 , 有 開 發(fā)秸稈 能源化利用的 技術(shù)基礎(chǔ) 。 遼 寧 省能源 研究 所等 科 研 機構(gòu) 和 多 所 大學(xué) 在 秸稈 氣 化 、 秸稈 成型燃料開 發(fā) 、

27、 廢 棄 物 燃 燒 等方面 的 研究 方面 已 經(jīng) 取 得 了 顯 著 成 果 。 若 進 一 步 集 中 企 業(yè) 、 大學(xué) 和 科 研 機構(gòu) 的 力 量 , 對 秸稈發(fā) 電 核 心 技術(shù) 進行 攻 關(guān) , 對 其 配 套 技術(shù)圖 22006年遼寧 省 各 地 農(nóng) 作 物 秸稈能源化 密 度Fig.2Energy density of crop stalks in different areas ofLiaoning in 2006鐵 嶺 沈 陽 錦 州 大 連 朝 陽 阜 新 鞍 山 葫 蘆 島 丹 東 遼 陽 盤 錦 營 口 撫 順 本 溪全 省 平 均農(nóng) 作 物 秸 稈 能 源 密 度

28、 /t·km -2501001502002236395563768710110911712213216418491進行 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 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 計劃 地 開 發(fā)秸稈發(fā) 電等 可再 生能源 , 逐步 改 善 能源 結(jié) 構(gòu) , 降低 能源 對 外 依 存 度 , 依托 強 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 增 長

29、點 。(4 遼 寧 應(yīng)利用國 家 促 進可再生能源發(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 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 條件等方面 優(yōu) 化政 策環(huán) 境 和 投 資 環(huán) 境 , 吸 引 國 內(nèi)外 資金 、 技術(shù) 落 戶 遼 寧 , 促 進 循 環(huán) 經(jīng) 濟 的發(fā)展 。參考 文獻 :1遼 寧 省 統(tǒng) 計局 貿(mào) 易 外 經(jīng) 統(tǒng) 計 處 . 建設(shè)資源 節(jié) 約 型社會 實 現(xiàn) 經(jīng) 濟 可 持 續(xù) 長 EB/OL. infopub25/PubTemplet/%

30、7B538116AD -AF2A -4978-B786-5A2A1621E91C%7D.asp?infoid =1343&style= 538116AD-AF2A -4978-B786-5A2A1621E91C. 2007-08-20.2國 家 發(fā) 改委 振 興 東 北 辦公 室 . 東 北 地 區(qū) 2007年 經(jīng) 濟 形 勢 分 析 報 告 EB/OL. 2008-03-06.3顧 年 華 , 尤 麗 霞 , 吳 育華 . 2l 世紀(jì) 我 國新能源 開 發(fā)展 望 J. 中國能源 , 2002(1:37-38.4沈 鐳 , 成 升 魁 . 論 國 家 資源安 全 及 其 保 障 戰(zhàn) 略

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