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遼寧農作物秸(jiē)稈資源評價及能源化利用分析
遼(liáo)寧農作物秸稈資源評(píng)價(jià)及能源化利用分析
發布日期:2020-08-19
0、引言
目前,因大量使用化石能源(yuán)造成(chéng)的(de)生態環(huán)境破壞已經成(chéng)為我國經濟、社會發展中最為重要的問題之一。自中央提出振興(xìng)東(dōng)北老工業基地政策以來,遼(liáo)寧省成為(wéi)國內經濟增長速度最強勁的地區,遼寧的能源消費總量躍(yuè)居全國(guó)各省的第5位,能源對外依存度達到55.7%。曆史上形成的以原煤為(wéi)主(zhǔ)的能源結構(gòu)和高能耗的產業結構也(yě)使遼寧的能源需求形式和減排降(jiàng)耗形勢十分嚴(yán)峻。這種以煤炭為主的能(néng)源結構和以重化工業為主的工業結構很難在短期內發生根本性改變,在今後一個時期內,遼寧的節能減排(pái)的壓力(lì)仍將呈(chéng)逐漸增大的趨勢。因此,增加可再(zài)生清潔能源在能源生產和消費中的(de)比重,有計劃地利用農作物秸稈(gǎn)等清潔可再生能源資(zī)源(yuán),對優化能源生(shēng)產與消(xiāo)費結構,減少溫室氣體的排放、實現能(néng)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。發達的國家城市化、工業化曆程表明,在工業化初、中(zhōng)期階段,經濟高速增(zēng)長必然帶(dài)來能源消費量的大規模增加,導致汙染物排放(fàng)的增加,尋找和利用可再生能(néng)源,走能源與環境和經濟發展良性循環的路子,是(shì)解(jiě)決未來能源問題的主要出(chū)路。
我國每年產農作物秸稈7.2億t,農作物秸稈(gǎn)是一種重要的生物質資源,具有資(zī)源(yuán)量大、可再生、含硫量低和作(zuò)為能源(yuán)利用時C02零排放等優點。作為(wéi)規模化能源利用原料要考慮(lǜ)收集(jí)、儲運(yùn)成本和能源轉化效率等問題。本文對遼寧農作(zuò)物秸稈資源量及其分布密度進行(háng)了調查測算和量化評價(jià),分析了秸稈能(néng)源轉化技術發展現狀,旨在為遼寧秸稈能源化利用和相關(guān)產業發(fā)展提供參考。
1、遼寧農作物秸(jiē)稈(gǎn)資源置及分(fèn)布
1.1遼寧農作物秸稈資源量
秸稈實物(wù)資源量是指在一定範圍內每年所產(chǎn)農作物秸稈的總(zǒng)量,可根據各類(lèi)農作物的產量和相應農作物的穀草比係數(Residue to
ProductRatio,RPR)計算獲(huò)得嗍。因作物種類、品種和產地不同.RPR有所差異,本文所取數值是在遼寧的實際調查並參照有關文獻確定的。秸稈實物資源量(liàng)中,用於農民炊事的秸稈約20%,用於牲畜飼(sì)料的(de)秸稈約20%.還田及收集損(sǔn)失(shī)量約15%.用(yòng)於造紙等工業原料(liào)約3%,則遼寧可能源化利用的農作物(wù)秸稈量約(yuē)為實物資源量的42%。各類農作物秸稈折合標準煤的係數取自文獻,農作物秸稈可以經過秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓製(zhì)成生物(wù)質顆粒燃料或(huò)者飼料,這(zhè)樣(yàng)做不僅可以做到農作物秸稈的綜合利用而且還可以增加老百姓的(de)收入。
根據遼寧省統計局公布的2006年各類農作物產(chǎn)量計算,遼寧2006年秸稈(gǎn)實物(wù)資源量、可用(yòng)於能(néng)源的秸稈量以及折合成標準煤的量列於表1。由表1可知,遼寧省每年秸稈實物資源(yuán)量為3195.8萬t;可用於能源資源的量為1
342.2萬t.折合標準煤688.7萬t。從農作物秸稈的組成來看,可(kě)能源化利用(yòng)的玉米秸稈占79.7%.稻穀秸稈占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)戶占農村居民戶數的87%。隨著農村經濟發展水平和收入水平的提高,農民用秸稈作炊事用能的量將會有所下降,同時由於國家實(shí)施嚴(yán)格的耕地保護製(zhì)度,農作物種植(zhí)麵積(jī)及產量都將會得到保證,農作物秸稈量(liàng)不會出現大幅度下降,即未來遼(liáo)寧每年可用於能源的秸稈的收集量將不會低於1300萬t。
1.2遼寧農作(zuò)物秸稈資源分布,
圖l是遼寧農作物秸稈實物資源(yuán)量在各地的分布情況。由圖(tú)1可見,省(shěng)內各地(dì)秸稈分布極不(bú)均勻,地處遼寧中兩部、北部的鐵嶺、沈陽、錦州等市的(de)秸(jiē)稈實物資源量較大,分別達到569萬.507萬和323萬t/a。東(dōng)部山區的秸稈資源量較(jiào)小(xiǎo),本溪僅有43萬t/a,撫順僅有97萬t/a。當然,這與各地的土地麵積、農作(zuò)物種植結構和降(jiàng)水、光熱等自然條(tiáo)件有(yǒu)關。
為了更準確地反映秸稈分布情況,需要(yào)根據各地市的土地(dì)麵積,計算出單位土地麵積的農作物秸稈實物資源量,即秸稈能源密度。圖2為2006年(nián)遼寧(níng)省各(gè)地農作物秸稈能源化密(mì)度。如圖2所示,遼寧全(quán)省農作物秸稈(gǎn)能源化密(mì)度平均值為216t/km2,其(qí)中可用於能源的(de)為91t/km2,高於全國的平均(jun1)水平(75t/km2)。遼寧秸稈密度較大(dà)的市是鐵嶺、沈陽、錦州,分別達為439,391和313t/km2.其(qí)秸稈能源化密度分別為184.164和132
t/km2.高於秸稈資源比較(jiào)豐富的吉林、黑龍江等省(shěng)的平均水平。而在(zài)遼寧東部山區和西部幹旱少(shǎo)雨(yǔ)地區,農作物秸稈能(néng)源化密度較(jiào)低。
農作物秸稈分(fèn)散於鄉野之間,收集運送需要耗費較多的人力和(hé)費用。從(cóng)田間到秸稈轉化廠的距離(即收集半徑)不(bú)能過大,否則,運輸成本過高。收集半徑越(yuè)小(xiǎo),運(yùn)輸費(fèi)用越低,秸稈能源轉化為商品(pǐn)能源的(de)規模擴大的潛(qián)力就越(yuè)大。以上(shàng)分析(xī)可見,遼寧(níng)可(kě)用於商品能源生產的農作物秸稈總量雖然沒有河南、吉林、黑龍江等省豐富,但可用於能源化的(de)秸稈密(mì)度高於全國平均水平,在(zài)鐵(tiě)嶺、沈(shěn)陽、錦州等局部地區秸稈能源化密度甚至高於秸稈資(zī)源量較大省分的平均值(zhí)。說明這些地區在秸稈收集、運輸方麵具有相對優勢。以建設一個年消(xiāo)耗20萬t秸稈的電廠(chǎng)為例,在鐵嶺的秸稈收集半徑(jìng)為18.6
km,在沈陽為19.7 km.在錦州為22 km.在秸稈能(néng)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展方向
農作物秸稈的主要成分為纖維素、半纖維素和木質素,可通過物理、化學手(shǒu)段將(jiāng)其轉化成能量密度高、清潔方便的能源產品。主要利用技術有:生物質固化成型技術、直燃及氣化發電(diàn)技術、氣化集中供氣技術、熱裂解液化技術、製取燃料乙醇技術以及秸稈(gǎn)沼氣發酵技術等。遼寧能源研(yán)究所(suǒ)等開發(fā)的秸稈及林木(mù)生物質同化成型技術已基本(běn)具(jù)備實現工業化的條件。秸稈直接燃燒和與煤炭(tàn)混合燃燒發電技術已經成熟.年消耗(hào)20萬t以上的秸稈直燃發電裝置已有大規模應(yīng)用。中科(kē)院(yuàn)廣州(zhōu)能源(yuán)所開發的MW級生物質氣化發電裝置在氣化效率、燃(rán)氣淨化和(hé)發電(diàn)效率等(děng)方麵達到(dào)較高水平,並具有靈活性、經濟性特點,比較適合在秸稈(gǎn)及林(lín)木生物質資源較分散的(de)地區推廣應用。秸稈及(jí)林木生物質氣化集中供氣裝(zhuāng)置,已(yǐ)經在遼寧等地農村有較廣(guǎng)泛的應(yīng)用。
秸稈及林木生物質熱(rè)裂解製取生物油口吸水解秸(jiē)稈(gǎn)纖維素生產乙醇等液體(tǐ)燃料技術的研究已經取(qǔ)得較大進(jìn)展。如果能在轉化效率、轉化過程耗能及成本方麵取得進一步突破,將會得到廣泛推廣應用。秸稈(gǎn)經厭氧發酵有(yǒu)較高的(de)產沼氣能力(lì),目前我國需要在最大限地滿足秸稈沼氣發酵工藝(yì)要求的專有裝備設計製造及其標準化方(fāng)麵加大開發力度。
遼寧省(shěng)應根據資(zī)源、技術等實際,在資(zī)源較集中的地區發展大中型秸稈直燃或氣化發電(diàn)技術;在(zài)秸稈資源較分散的地(dì)區推廣小型秸稈氣化集中供氣技術和MW級氣(qì)化發電(diàn)技術;在較偏遠的農村推廣“太陽房一種植一(yī)養殖一秸稈製沼氣”等生態型戶用(yòng)沼(zhǎo)氣技術:條件允許(xǔ)的地(dì)方可推(tuī)廣秸稈沼氣發電及餘(yú)熱利用、發酵剩餘物綜合利用技術。加強對生物質氣化(huà)供氣和發電技術(shù)的氣化工藝、燃氣淨化、焦油處理問題的(de)研究,減少和避免對環境的二次汙染:加強對直燃及氣化發(fā)電過程控製、直燃鍋爐堿金屬(shǔ)腐蝕、結焦等關鍵性技術環節及關鍵裝備的設計製造(zào),提高能源轉化效率;增加對生物質熱裂解液化、秸稈水解(jiě)製乙醇等技(jì)術的資金投入,以科技為支撐,走多種利用形式(shì)並存的發(fā)展路線。
3、結論與建議
(1)遼寧省2006年秸稈實物資源(yuán)量為3
195.8萬t.可能源化利用量(liàng)為1300萬t,折合標準煤680萬t.相當於當(dāng)年全省能源消費量的4%.是遼寧調整能源生產、消費結構和降低能源對外依存度的可靠資源。遼(liáo)寧單位土地麵積秸稈資源(yuán)量(秸稈密度)為216
t/km2,可能源化利用量為9lt,km2,鐵嶺、沈陽(yáng)、錦州3市秸稈(gǎn)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(hào)20萬(wàn)t秸稈發電項(xiàng)目的基本(běn)條(tiáo)件。
(2)遼寧省具(jù)有雄厚的(de)科技實力,有開發秸稈能源化(huà)利用的技術基礎。遼寧省能源研究所等科研機構和多所大學在秸(jiē)稈氣化(huà)、秸稈成型燃料開發、廢棄物燃燒等方(fāng)麵的研究方麵已經取得了顯著成果。若進一步集中企(qǐ)業、大學和科研機構(gòu)的力量,對秸稈發電核心技術進行攻關,對其配套技術進(jìn)行集成優化,必將(jiāng)在秸稈發(fā)電等能源化利用技術方麵形成一批具有自主知識產權的領先技(jì)術。
(3)遼(liáo)寧省可結合產業結構調整和部分小型燃煤火電廠改造,有計劃地開發秸稈發電等可再生能源,逐步改善能源結構,降低能源對(duì)外依存度,依托強大的裝備(bèi)製造業(yè)基礎培植和發展遼寧(níng)可再生能(néng)源(yuán)產業,培植新(xīn)的經濟增長點。
(4)遼寧應利用國家促(cù)進可再生能源發展的政策和東北老(lǎo)工業(yè)基地振興的優惠政策,結合生態(tài)省(shěng)建設,在鼓勵包括農作物秸(jiē)稈在內的可再生能源技術研究開發(fā)、改善可再生能源持續發展市場條件等方麵優化政策環境和(hé)投資環境(jìng),吸(xī)引國內(nèi)外資金(jīn)、技(jì)術落戶(hù)遼寧,促進循環經濟(jì)的發展,河南省麻豆影视传媒文化新能源生產銷售的秸稈(gǎn)顆粒機、秸稈壓塊機專業壓製農作物秸(jiē)稈顆粒燃料(liào)。
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關於我國發展生物質能源若幹問題的思考