生态文明理念下农作物秸秆能源化利用模式

2020-04-23郝媛媛张元成于萌萌王海洋孙波丁清华

现代农业科技 2020年6期

郝媛媛张元成于萌萌王海洋孙波丁清华

摘要随着社会的进步，能源短缺与环境污染问题日趋严重，生物质能源作为同时解决能源与环境2个问题的新方式备受关注。农作物秸秆是生物质能源的原材料之一。本文对东营市的农作物秸秆总体情况进行研究，以长安集团宝力生物质能源股份有限公司为例详细阐述了生态文明理念下农作物秸秆能源化利用模式，并针对东营市秸秆能源化利用存在的问题提出了详细建议，以期为生态文明建设提供参考。

关键词生态文明;农作物秸秆;气肥热电联产

中图分类号 S38 文献标识码 A

文章编号 1007-5739（2020）06-0163-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Energy Utilization Model of Crop Straw under Concept of Ecological Civilization：Taking Baoli Energy Co.，Ltd. of Chang′an Group as an Example

HAO Yuan-yuan 1 ZHANG Yuan-cheng 2 YU Meng-meng 2 WANG Hai-yang 1 SUN Bo 3 * DING Qing-hua 2

（1 Management Center of Yellow River Delta Sustainable Development Research Institute in Shandong Province，Dongying Shandong 257000;

2 Dongying Chang′an Institute of Agricultural Science and Technology; 3 Dongying Vocational Institute）

Abstract With the progress of society，the problems of energy shortage and environmental pollution are becoming more and more serious.Biomass energy has attracted much attention as a new way to solve the two problems of energy and environment at the same time.Crop straw is one of the raw materials of biomass energy.This paper studied the overall situation of crop straws in Dongying City，elaborated the energy utilization mode of crop straw under the concept of ecological civilization by taking the example of Baoli Energy Co.，Ltd. of Chang′an Group，and put forward detailed suggestions for the problems existing in the energy utilization of straw in Dongying City，in order to provide references for the construction of ecological civilization.

Key words ecological civilization;cop straw;cogeneration of gas，fertilizer and heat

近年來，化石能源带来的污染问题越来越严重，日益威胁到人类社会发展，能源与环境协调发展已成为全世界共同关注的问题。生物质能源作为清洁可再生能源，是当今世界上仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源[1]。秸秆作为光合产物的生物质，2 t秸秆的热值相当于1 t标准煤，而其平均含硫量只有0.38%，远低于煤1.00%的平均含硫量[2]。作为农业大国，我国具有丰富的农林生物质资源，生物质资源的能源转化基础好。据农业农村部统计，2018年我国产生秸秆量约9.8亿t，全国秸秆综合利用率约为80%，仍有2亿t左右的秸秆被焚烧或废弃。

2015年中共中央、国务院印发《关于加快推进生态文明建设的意见》，明确指出“加快转变农业发展方式，推进农业结构调整，大力发展农业循环经济，治理农业污染，提升农产品质量安全水平”。2016年国家发改委将农作物秸秆综合利用率纳入《绿色发展指标体系》，作为生态文明建设评价考核的依据。习近平总书记在全国生态环境大会再次强调“培育壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业……推进资源全面节约和循环利用，实现生产系统和生活系统循环连接”。围绕生物质能源发展，各部门出台各类规划和指导意见，国家能源局印发《生物质能发展“十三五”规划》《关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》，提出大力推进农林生物质热电联产。国家发改委办公厅、农业部办公厅印发的《“十三五”秸秆综合利用实施方案的指导意见》中指出，推进生物质能利用，改善农村能源结构。开发利用好生物质能源，特别是发展生物质发电、秸秆生物清洁燃料等生物质能源利用模式，有利于减少和解决农业废弃物污染，促进资源节约、环境保护、农民增收和农业可持续发展，实现了生态的良性循环，能够让广大人民共享生态文明建设成果，对建设生态文明具有深远的意义。

1 东营市农作物秸秆资源总体情况

1.1 东营市农作物秸秆资源概述

东营市土地总面积82.43万hm2，其中农用地42.63万hm2，占总面积51.72%。根据《东营年鉴2018卷》统计[3]，2017年东营市粮食播种面积21.40万hm2，棉花播种面积3.01万hm2，稻谷播种面积1.57万hm2，豆类播种面积0.39万hm2，蔬菜种植面积4.23万hm2，有大量的生物质资源储备量。秸秆资源产量为各种农作物产量与谷草比的乘积求得。各种农作物产量依据为《东营市统计年鉴》（2014—2018年）中的统计数据[4-8]，草谷比是估算秸秆资源产量的关键，通过查阅文献，确定作物谷草比[9]，估算东营市秸秆资源产量（表1）。

东营市秸秆资源丰富，近5年，全市秸秆理论资源总量约为857.06万t，平均年产秸秆理论量约为171.41万t，并呈现波动上涨趋势，秸秆来源以小麦、玉米、棉花为主，其中，小麦秸秆311.33万t，占总量的36%;玉米秸秆340.78万t，占总量的40%;棉花秸秆103.25万t，占总量的12%。

1.2 东营市秸秆资源能源化利用现状

目前，我国秸秆资源利用的方式主要包括能源化、肥料化、饲料化、基料化、原料化等[10]。近年来，东营市大力推进秸秆“五化”，秸秆综合利用率不断提高。《东营市2018—2019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动实施方案》中也提出，大力推进清洁取暖，2018年年底前，城市（县城）新增清洁取暖811.38万m2，农村新增清洁取暖44 839户。2018年年底前，全市秸秆综合利用率达到93%。根据农业部门统计，2018年东营市秸秆综合利用率达到94.41%，但是秸秆能源化利用率较低。东营市农作物秸秆的能源转化主要有家庭燃耗秸秆、生物发电、沼气池发酵等几种方式，其中家庭燃耗秸秆热转换效率很低，一般低于20%，且易造成环境污染。

2 秸秆能源化利用的必要性

2.1 秸秆能源化利用与生态文明建设两者相互促进

建设生态文明，要优化能源结构，需要大力开发生物质能源，而秸秆是一种重要的生物质能源;生态环境的质量是生态文明建设的重要指标，生物质能源的开发和利用能够提供清洁能源，实现人与自然的和谐发展。

2.2 良好的生态环境需要发展生物质能源

根据有关研究，全国大部分省市冬、春2季空气严重污染的主要原因是过度使用化石能源。以京津冀地区为例，有数据表明，若对地区内未被有效利用的农作物秸秆等废弃物均实现高效能源化利用，能够减少京津冀地区约60%大气污染物排放[11]。同时，利用农作物秸秆生产电能、热能、燃气，可实现农村地区电、热、燃气等能源的有效供给。

2.3 生物质能源的利用符合能源利用的趋势

东营生物质原料丰富、来源广泛，但目前能源化利用率较低，因而充分利用现代技术实现农作物秸秆的能源化开发和利用，对于缓解能源紧张、保护生态环境具有重要意义，有利于生态文明的建设。

3 “气肥热电”联产的秸秆能源化利用模式

用农业秸秆废弃物为原料，通过生物法生产生物质燃气替代石油燃料，通过生物质发酵生产生物燃气进行生物燃气发电、供暖和集中利用。发酵产生生物燃气、沼液和沼渣，生物燃气纯化后可发电，沼渣生产有机肥或营养基质，部分沼液生产叶面肥，发电机组余热供热。实现“气肥热电”联产的秸秆能源化利用，其中形成“作物→秸秆→沼气、沼渣→有机肥→作物”的生态循环，是秸秆能源化利用的有效模式。

3.1 秸秆能源化循环利用模式的优势

利用农业废弃物——玉米、小麦等作物秸秆为主要原料生产生物天然气，可在一定程度上替代煤炭燃料，减少一次性有限能源消耗量。秸秆生产生物天然气供热供电可在一定程度上解决大量秸秆焚燒带来的环境污染问题，同时满足周边地区供热需求。秸秆生产生物天然气的沼渣和沼液作为有机肥料返回土壤，有助于提升土壤肥力，减少化肥施用量。整个模式实现气热电肥联产联供的生物质循环利用。

3.2 模式典型案例

以山东宝力生物质能源股份有限公司（以下简称宝力公司）为例，宝力公司依托省级技术中心和院士工作站，联合中国农业科学院、清华大学、中国农业大学等院所，集成农作物秸秆处理、有机肥生产与还田、生物天然气生产传输、清洁能源发电、电厂余热供热和支持设施农业等循环产业链，通过分布式能源的建设，形成社区能源供给、沼气上网发电，固、液态肥高值化开发利用为主导的秸秆生物质燃气与生态循环综合利用产业链。目前，公司已建成的年产3 300万m3生物质燃气项目，项目总投资3.55亿元，其中中央投资（国家）9 000万元，配套社区输配气系统，为4个新农村社区7 400余户居民户连续、稳定供给生活用气。其中，建设牛庄循环能源产业园，年产生物质燃气1 300万m3，配套5.8 MW热电联产设备，年产有机肥2万t，一期工程已连续稳定为周边居民供气近5年;乐陵生物质能源产业基地，年产生物质燃气2 000万m3，配套5.9 MW热电联产设备，年产固态有机肥5万t，液态肥10万t，打通了“气肥热电”联产的秸秆综合利用模式。企业通过与当地家庭农场及农业公司合作关系，双方共同出资购置农机设备，共同完成作物收获和秸秆收集;通过与具有收割、收集、运输机械的农业公司及个人签订定质、定量的供货合同等方式收集秸秆，形成了秸秆分散收集、统一管理的运营模式。

3.3 效益

经济效益：企业每年消耗秸秆总量约8万t（绝干）。从农户角度来说，以秸秆（绝干）收购价格380元/t计算，每年可增加收入3 040万元，自2013年，共收获农作物秸秆22.44万t（绝干），使约20 000户农民直接受益，累计增加综合收入约8 527.2万元。同时减少秸秆还田造成土地深耕、旋耕等额外作业费及养护土壤所需的氮肥，提高种子发芽率及成活率，减少播种量，为农户节约种植成本1 500元/hm2。基于企业角度，每年发电4 200万kW·h，按照我国规定秸秆发电的上网电价0.75元/kW·h计，每年经济收入3 150万元;每年生产固态有机肥6万t，以900元/t计，每年经济收入4 800万元;每年生产液态肥料1万t，以3 000元/t计，经济收入3 000万元。

社会效益：将到处堆放的秸秆充分利用起来，有效解决了农作物秸秆焚烧和弃置乱放的问题，有利于村容整洁、环境美好，建设文明乡村;通过联合服务、秸秆换气、秸秆换肥等一系列优惠政策帮助农户致富增收;充分利用发酵产生的发酵渣和发酵液，沼液制作高附加值的叶面肥，沼渣经高温发酵腐熟生产有机肥，实现秸秆资源的循环利用;农民使用秸秆换取有机肥，减少了种植投入;农作物秸秆生产的生物天然气通过发电机组发电，直接并入国家电网，为农村提供清洁能源;机组余热为周边社区居民生活提供供热采暖，为农业大棚越冬提供热源，实现产业链的延伸和资源的循环利用。

生态效益：秸秆能源化利用是“资源—产品—再生资源”的经济形式，在生态文明建设的基础上，应用循环经济理念，减少了农业生产过程中资源、物质的投入和废物的产生。据估算，每利用1万t秸秆替代煤燃烧，将减少二氧化碳排放1.4万t、二氧化硫排放40 t、烟尘排放100 t[12]。宝力公司年消化秸秆8万t，可有效减少二氧化碳排放11.2万t、二氧化硫排放320 t、烟尘排放800 t，减少化肥施用1 000 t。通过农业废弃物的科学利用，提升土壤中的微量元素含量，优化土壤中有机肥的配比，土壤肥力得到进一步提升;秸秆能源化利用既能提供电力、热力补充，又能改善农业农村生态环境，具有良好的生态效益，促进了生态文明的正循环。

4 秸秆能源化利用存在的主要问题

4.1 秸秆收储运服务体系尚未建立

没有形成从农作物种植、秸秆收集、运输及加工利用的产业链，秸秆加工利用企业规模小、布局不合理，没有形成规模化、集约化的优势，无法形成产业链。缺乏龙头企业，带动作用不足，综合利用产业化发展缓慢。

4.2 秸秆利用成本较高

据农业部对8个省的调查测算，秸秆还离田成本大，尤以秸秆离田更大[13]。由于缺乏政策支持，秸秆收储运工作主要靠农户或秸秆使用企业来完成，在没有专项补贴的情况下，造成秸秆收集成本高，农民难以承受，也影响秸秆能源化利用水平的提升。

4.3 扶持政策有待完善

当前国家已经对秸秆综合利用发展制定了系列的法规政策，但现行政策多是针对某一环节设立的，没有在秸秆储存用地、收储运、加工利用等方面形成系统配套的政策体系。财政补贴存在补贴作物种类有限、补贴金额有限、补贴区域有限、补贴对象重点不明确等问题。另外，地方政府在生物燃料收、储、运等关键环节缺乏相应的政策支持，对公众激励作用不明显，影响了秸秆利用。

4.4 农户积极性有待提高

农户是秸秆综合利用的主要受益者，但对发展生物质能的经济、社会和生态效益认识不足，受经济效益、思想观念、利用方式等诸多因素的影响，农户的积极性有待提高。

5 秸秆能源化利用的几点建议

5.1 建立健全秸秆收储运体系

探索建立有效的秸秆田间处理、收集、储存及运输系统模式。加快建立以市场需求为引导、企业为龙头、专业合作经济组织为骨干、农户参与、政府推动、市场化运作、多种模式互为补充的秸秆收集储运管理体系。

5.2 完善配套政策体系并强化落实

政府应进一步加大投入力度，针对目前秸秆能源化利用方面的短板，完善相关法律法规和配套服务，加大对生物质能源企业基础研发和产业化的扶持力度，同时搭建行业发展所必需的政策环境和创新平台，充分调动企业的创新积极性，让农民和企业直接受益，不断提升秸秆综合利用的市场化、产业化发展水平，促进形成完整的秸秆利用产业链。

5.3 加大對生物质能源企业扶持力度

生物质能源企业是国家能源战略发展需要的新型企业，应加大扶持力度，鼓励校企合作培养生物质能源开发利用的专业人才;加强生物质能源科技创新平台建设，引导高校、科研院所参与生物质能源产业技术创新;重点支持已成雏形的生物质发电、生物质燃气等生物质能企业，打造生物质能源产业发展样板，形成具备技术先进性、经济可行性和推广可操作性的可复制模式，辐射周边，助推我国生态文明发展，践行生态文明发展之路。

5.4 强化公民的生态文明意识

加大生物质能源利用的典型案例和成功模式的宣传力度，提高对开发利用生物质能重要性的认识;加强生态文明建设的重要性宣传，提高公民生态文明的意识和理念。

6 结语

通过对东营市的秸秆产量及目前利用情况进行调查研究，根据生态文明发展需要提出了气肥热电联产的秸秆能源化利用方式，以宝力公司为例进行详细阐述，通过宝力公司的实际运行发现，气肥热电联产的秸秆能源化利用方式能够带来良好的经济、社会和生态效益，是一种切实可行的秸秆能源化利用方式。根据东营市秸秆能源化利用所存在的问题，提出建立健全秸秆收储运体系、强化落实配套政策体系、加大对生物质能源企业的支持、提高公民的生态文明建设意识等有针对性的建议。

7 参考文献

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[7] 东营市统计局.东营统计年鉴2017_农林牧渔业[EB/OL].[2019-03-21].http：//dystjj.dongying.gov.cn/art/2017/12/15/art_36583_4235940.html.

[8] 东营市统计局.东营市统计年鉴2018增补版[EB/OL].[2019-03-21].http：//dystjj.dongying.gov.cn/art/2019/4/15/art_36583_5397015.html.

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