遼寧農(nóng)作物秸稈資源評價及能源化利用分析

1、遼寧農(nóng)作物秸稈資源評價及能源化利用分析103 來源:作者賜稿 作者:梅曉巖 時間: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可達 1300萬 t ,折合標準煤 680萬 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、 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。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

2、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

3、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)化具有重要意義 3。發(fā)達國家城市化、工業(yè)化歷程表明,在工 業(yè)化初、 中期階段, 經(jīng)濟高速增長必然帶來能源消費量的大規(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。農(nóng)作物秸稈我國每年產(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。但對于規(guī)?；茉蠢玫?原料,

4、還要考慮收集、 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

5、%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)作物秸稈折合標準煤的系數(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,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準煤的量列于表 1。由表 1可知,遼寧省每年秸稈實物資 源量為 3 195.8萬 t ;可用于能源資源的量為 1 342.2萬 t ,折合標準煤 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

6、 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可收集量將不會低于 1 300萬 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。

7、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)。為了更準確反映秸稈分布情況, 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,高于全國的平均水平(75 t/km2 6。遼寧秸稈密度較大的是鐵嶺、沈陽、錦州, 分別達為 439, 391和 313 t/km2,可用于能源資源的分別為 184, 164和

8、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, 收集運送的有一定難度, 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。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平均水平, 在鐵嶺、 沈陽、 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。 說明

9、, 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 18.6 km, 在沈陽需要 19.7 km,在錦州需要 22 km,在秸稈能源化密度最低的本溪則需要 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, 可通過物理、 化學手段將其轉(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

10、實現(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 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

11、推廣運用。 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)計制造及其標準化方面加大開發(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)中的氣化工藝、 燃氣凈化、 焦油處理技術(shù)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

12、發(fā)電過程控制、 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)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年秸稈實物資源量為 3 195.8萬 t ,可能源化利用的為 1 300萬 t ,折 合標準煤 680萬 t ,相當于當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, 可能源化利用量為 91 t/km2, 鐵嶺、 沈陽、 錦州 3市秸稈密度分別為 439

13、, 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 t 秸稈發(fā)電項目 的基本條件。(2遼寧有雄厚的科技實力,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 研機構(gòu)和多所大學在秸稈氣化、 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。若進一步集中企業(yè)、大學和科研機構(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)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。 不但可以逐

14、步改善能源結(jié)構(gòu), 降低能源對外依存度, 還可以依托強大的裝備 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)濟增長點。(4遼寧應(yīng)充分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)外相關(guān)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:3顧年華,尤麗霞,吳育華. 2l 世紀我國新能源開發(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 J.自然資源學報, 2002, 17(4:

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21、 its energy utilization in LiaoningMEI Xiao-yan1, WU Jing-yan2, LIU Rong-hou1(1.Biomass Energy 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, whi