我国农业生物质能利用现状及发展前景

2020-12-18河南农业大学机电工程学院丁攀叶芳张轲黄泽权张韶祥季福杰蒋云仲刘新萍

河南农业 2020年7期

河南农业大学机电工程学院丁攀叶芳张轲黄泽权张韶祥季福杰蒋云仲刘新萍

一、我国农业生物质能资源种类

（一）秸秆

我国农作物秸秆产量每年近7 亿t，而农产品加工业的废弃物则高达8000 多万t。近年来，包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等以提供能源为主的能源作物已逐渐成为农业生物质能的一大资源。考虑到农作物秸秆可获得性的特点，预计我国农业生物质资源可转化为能源的农作物秸秆资源量为3 亿t，折合标准煤为1.5 亿t。

（二）畜禽粪便

根据2008 年我国生猪、鸡和牛的存栏量计算，全国主要畜禽粪便排放量为30 多亿t，其干物质量为5亿多t。而这些排泄物又是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，因此，它们是一种很好的生物质资源。据有关专家预测，2008 年我国畜禽粪便生产沼气的潜力约为2200 亿m3。

（三）生活污水和工业有机废水

生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等。据相关数据得知，我国主要工业企业每年排放的有机废水约为8.5 亿t，废渣约为2500 万t。

（四）城市固体废物

城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和建筑业垃圾等构成城市固体废物，其组成成分比较复杂。据有关部门调查，2008 年我国城市垃圾清运量近2 亿t，考虑到目前城市垃圾的收集率不到50%，其作为生物质能转化的资源可获得量则为1 亿t。

综上所述，我国目前主要生物质资源可以转化能源的潜力合计为每年8 亿～10 亿的标准煤。

二、我国生物质能利用现状

（一）沼气技术

近年来，我国政府对农村沼气建设给予了强有力的持续支持和投入，截至2008 年年底，我国已有3049万农户使用了农村沼气，每年产沼气113.9 亿m3；全国建有16.4 万处生活污水净化沼气池，专门处理公厕、医院等公共场所等生活污水，总池容达785 万m3。同时，各地还因地制宜地整合太阳能、沼气技术以及种植业、养殖业产业结构，实践性地探索出一系列适合我国农村地区推广应用的北方“四位一体”、南方“猪—沼—果”和西北“无配套”能源生态模式。

近年来，以厌氧消化为核心技术、以废弃物资源化利用为目的大中型沼气工程已成为处理利用禽畜粪便、农作物秸秆和工业有机废水最为有效的手段之一。截至2008 年年底，全国共建成各种类型沼气工程3.98万处，总池容达到502 万m3，形成了每年约7.11 亿m3沼气的生产能力。

（二）直接燃烧技术

我国大部分农村的农民现在还仍然以传统的炉灶进行炊事和取暖，其生活燃料主要来源于农作物秸秆和薪柴。通过改进农村现有的炊事炉灶，不仅提高了传统炉灶的燃烧效率（大约20%），而且减少了室内空气污染，改善了农村生活环境。截至2008 年年底，我国农村已累计推广省柴节煤炉灶1.46 亿户，高效低排放节能炉3342 万台，节能炕2050 万铺，极大缓解了农村能源短缺的紧张局面，改善了农村居民日常生活的环境状况。

（三）气化技术

农作物秸秆气化集中供气是我国在20 世纪90 年代发展起来的一项技术。截至2008 年年底，我国农作物秸秆气化集中供气系统供气站保有量已达856 处，年产生物质燃气3.12 亿m3。

（四）固体成型技术

目前，我国研发出来的生物质固体成型燃料有颗粒、块状和棒状几种形式，主要用于民用炊事取暖、商用餐饮洗浴、工业锅炉和发电等。生物质固体成型设备一般分为螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式。我国生物质固体成型燃料设备在加工生产实际使用中的一个突出问题，挤压成型关键部件的使用寿命较短，成型燃料成本较高，这也是生物质固体成型技术发展的最大障碍。截至2008 年年底，全国已有102 个示范项目正在运行中，北京市、河南省和江苏省等地的生物质固体成型燃料已开始走向市场化和商业化，并获得了成功。

（五）生物液体燃料

受粮食产量的制约，我国政府已强调“不与人争粮、不与粮争地”开发利用生物燃料的原则，明确提出要扩大非粮生物乙醇和生物柴油燃料的生产，有关部门正在组织科研单位和专家开展甜高粱茎秆、薯类茎秆（木薯、甘薯）、甘蔗茎秆和农作物秸秆等制取生物燃料乙醇的项目，以及利用菜籽油、棉籽油、乌柏油、木油、茶油和地沟油等原料小规模生产生物柴油的项目，并在部分省（区）建立了生物液体燃料生产和加工基地，初步具备了商业化发展的条件。

三、我国生物质能的发展前景

（一）一定时期内生物质能仍将是我国农村的主要能源之一

目前，我国约有6 亿多人口生活在农村地区。自20 世纪80 年代以来，我国经济改革使农村经济得到了迅猛发展，农村地区能源消费的数量、品种和结构也随之发生了巨大的变化，农村能源消费总量由1980 年的3.28 亿t 标准煤增长至2008 年的9.24 亿t 标准煤，增加了1.8 倍，并且生物质能在农村生活用能结构中仍占有约40%的比例。这说明在今后相当长的一段时间内，生物质能还将扮演一个非常重要的角色。

（二）生物质燃料将部分替代化石能源

目前，我国已经成为世界上能源消费的第二大国，而且是全球能源消耗增长最迅速的国家之一，已经成为主要的能源消费国和进口国。据有关专家预测，2020 年我国的GDP 可能达到5 万亿美元，对能源的需求将达到30 亿t 标准煤，其中，石油和天然气的进口量将超过3 亿t。因此，从能源安全和生态环境的角度出发，我国政府也将会把生物质作为原料进行高品位的能源形式转换，以减少对石油和天然气的依赖，提高能源的自给率，减缓温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

（三）生物质发电将在未来电力结构中占有一定份额

生物质发电技术主要分为直接燃烧发电和气化发电两种。直接燃烧发电技术类似于传统的燃煤技术，现在已经基本上达到成熟阶段。由于其风险较小，该项技术在世界上很多国家已经进入商业化应用阶段。生物质与煤混合燃烧发电技术并不十分复杂，具有很大的发展潜力，并且可以迅速减少CO2等温室气体的排放量，预计包括我国在内的许多国家将会有更多的发电厂采用这项技术。此外，利用沼气发电和城市固体废物热解气化发电也正在被越来越广泛地应用。