碳热联产模式建设研究分析

2025-01-31赵曼丽

品牌与标准化 2025年1期

摘要：随着国家提出按照企业为主、政府推动、居民可承受的方针，坚持因地制宜、多措并举，宜电则电、宜气则气，坚定不移推进北方地区冬季清洁取暖的要求。全国各地掀起了冬季清洁供暖的高潮。辽宁省一开始就立足农村经济发展不快，农民承受取暖成本有限的实际出发，选择随处可以收集且成本偏低的生物质作为落脚点。本文以朝阳市朝阳县瓦房子镇10万平方米“碳热联产”供暖案例为对象，通过碳热联产替代散煤，探索“碳热联产”供暖模式在我省农村区域替代化石能源的可行性。

关键词：碳热联产；替代；应用分析；碳核算

中图分类号：TQ177.3文献标志码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.059

碳热联产其实也是“碳气联产”，是一种将生物质通过热解和气化处理转化为生物碳和生物质燃气的生产技术。这一技术将木炭生产与热能利用进行有机结合，通过热能回收的方式实现能效的最大化，同时减少对传统燃料的依赖，实现能源与环境的双重效益。通过人为控制各种基础要件在设备中模仿煤炭在地下自然形成的原理，材料采取自然状态，没有严格的含水量要求，利用秸秆生物质自然进行分解，在隔绝空气的条件下，经过6～8小时即可形成生物质碳。碳化过程中，不添加任何化工原料，不使用电，不使用碳化池以外的其他设备，碳化池无需密封或加盖，整个碳化过程零成本，不会造成污染，加入黏合剂配方机制成型。这一化学过程不仅生产了主产品——“碳”，同时还产生了一种清洁的燃气能源。燃气燃烧供暖供热，碳则回收进入市场销售，一举两得，增产增效。可燃气体组分为氢气、甲烷、一氧化碳和挥发油类等，燃值较低，一般在寒冷的北方，供暖仅能满足白天阳光充足的条件，夜晚还必须有辅助供热设施才能达到居民供暖的温度要求。本文以朝阳市朝阳县瓦房子镇10万平方米“碳热联产”供暖案例为研究对象，通过碳热联产替代散煤，探索碳热联产供暖模式在我省农村地区替代化石能源供暖的可行性。

1朝阳县创联能源环保有限公司

瓦房子镇地处朝阳县西南部，区域面积107.77平方公里，下辖8个村1个社区，共有68个村民组5100户2.2万人。瓦房子镇集中供暖面积约10万平方米，为集中的住宅小区和学校。2022年以前，采用燃煤承压锅炉供暖，由于该锅炉早已超过服役期且供暖管路老化，导致取暖效果不佳，楼房居民和学校师生对供暖温度达不到要求意见很大。

为改善群众采暖需求，镇政府积极争取县农业农村局农村能源办公室支持，利用秸秆综合利用重点县项目资金，引进生物质颗粒锅炉一台8吨、一台6吨来保证冬季供暖需求。为了降低农村集中供暖成本过高的难题，该公司引进了一台生物炭生产线，以杏核、桃核皮为原料，生产活性炭初级产品，同时将活性炭锅炉与生物质锅炉连接，共用一个热水循环系统和除尘排烟系统，利用生产生物炭过程中产生的燃气余热进行辅助供暖。从2023年第一个供暖季来分析，基本上制碳过程中的余热可以满足白天农户和学校的供暖需求，晚上再启动生物质颗粒锅炉供暖就可以满足供热需要，既节约了生物质颗粒的用量，也合理利用了制碳余热，供热质量、生态环保效益、社会和经济收益都达到了不错的效果。生物质碳生产车间、生物质颗粒供暖锅炉分别见图1、图2。

为进一步降低成本，该公司以牛粪、菌棒、硬杂木为原料（当地农林废弃物），生产生物质块和生物质颗粒。除供自身锅炉采暖提供燃料以外，余量进入当地市场销售，进一步降低了公司供暖成本。

2经济效益分析

根据2023年一个取暖季（152天）的运行监测数据，从燃料使用、供暖温度、运行费用，与原来的燃煤取暖对比，活性炭余热供暖方式年节约燃煤2000吨，按照集中采购1100元/吨计算，原料年支出220万元左右，而活性炭余热供暖在取暖期使用原料为3600吨支出360万元，可产生活性炭1200吨收入420万元。在不考虑人工成本和取暖费收取的情况下，可实现净收入280万元，并且可减少二氧化碳、二氧化硫等有害气体排放约84.2吨。生物质颗粒在满负荷运营条件下，实现年利润600万元左右。

3碳热联产模式优势分析

3.1资源利用

将秸秆转化为生物炭和生物质燃气，不仅有效利用了农作物副产品，而且还避免了秸秆的焚烧和废弃，既减轻了秸秆等废弃物露天焚烧污染空气的压力，又减少了资源浪费，净化了农村人居环境。

3.2清洁能源

生物质燃气主要成分是CO、H2等，燃烧过程中产生的污染物较少，不增加排放，是经济性最贴近燃煤的替代能源，农村地区便于取得，价格又容易被农民接受，而且对环境影响较小。通过秸秆炭气联产，可以减少温室气体排放，有利于环境保护和应对气候变化。

3.3应用广泛

生物炭可用作固体燃料、工业生产等领域，还可以改良土壤透气性，而生物质燃气可作为燃料用于发电、取暖等，使得秸秆的高值化利用价值更加丰富。

3.4农民增收

除了农作物果实收入外，生物质炭热联产项目的建设和运营不仅提供了秸秆产品的出口，还能够带动秸秆收集、打捆、运输等整个产业链条，除秸秆本身出售获得收益，秸秆炭气联产项目的建设和运营需要大量的人力和技术支持，可以提供更多的就业机会，增加农村居民的收入来源。

4发展建议

我国正在加快构建安全高效、清洁低碳的能源体系，因地制宜大力发展生物质、太阳能、风能、地热能、生活垃圾等可再生能源是农业农村农民替代化石能源最经济、最易获取的一种替代能源。通过“碳热联产+”方式对生活垃圾、污泥等固废协同处置，有利于减少环境污染，产生良好的环境和社会效益，符合国家生态文明建设、绿色发展的战略方向。

4.1拓展燃料渠道，保证燃料供应

对于周边生物质资源富集地区，运营主体要做好生物质燃料签约供应或者采取自行收集燃料的方式。对于周边生物质资源不是很丰富的地区，运营主体除了找到稳定的供应来源外，还应积极利用周边非农耕地种植生物质能源，把燃料供应链条牢牢掌握在自己手里。保证设备一次投资、多年经济利用、用户常年受益。

4.2开发高值碳产品，增加企业收益

不同生物质燃料生产的生物碳产品应用领域不同，所产生的经济效益差别很大。运行主体要对辐射的生物碳市场充分调研，合理开发生物碳产品，使碳产品的经济价值最大化，保证企业效益。反过来作用在供暖方面的效益就可以降低收益要求，从而形成经济效益以生物炭为主，社会和生态效益以供暖为主的一举两得的获利模式。这种模式既保证了企业的效益，又能够保证采暖用户的热量需求。

4.3出台政策保障，强化资金支持

从国家层面出台和完善相关鼓励政策，鼓励社会资本投资生物质能源产业，提供资金支持和税收优惠等政策措施，推动生物质能源产业发展。有条件的地区可以先行试点，积极探索，归纳提炼适合本地区的投资和技术模式，不断总结经验，条件适合，适时推广。

4.4加强监测体系，推进碳汇交易

现在推广应用的各种可再生能源利用模式，都有一个减排的问题，到底我们推广应用的模式能够减排多少，如何换算，对于推广部门来说，都是个难题，没有一个准确的监测数据。我们缺少相关的监测设备、手段、标准和技术，这都需要对碳排放监测体系进行加强和规范，需要与相关的科研院所合作，对这些技术模式减排制定相应的标准，最终有权威或资质部门给出一个精准的减排数据，才能方便我们进行碳减排核算，才能够便于推进后续碳交易工作的进行。