辽宁农作物秸秆资源评价及能源化利用分析

1、辽宁农作物秸秆资源评价及能源化利用分析103 来源:作者赐稿作者:梅晓岩时间:2010-12-02 【大】【中】【小】本文第二作者为武敬岩,第三作者为刘荣厚摘要:对辽宁农作物秸秆资源量进行了定量评价,结果表明,辽宁省每年农作物秸秆实物资源量为3195.8万t,其中,可能源化利用的秸秆量可达1300万t,折合标准煤680万t;单位土地面积可能源化利用的秸秆量为91 t/km2,其中,铁岭、沈阳、锦州分别为184,164, 132 t/km2,具有秸秆能源化利用的资源优势。在此基础上,分析了秸秆能源化利用技术的发展状况,指出多种利用形式并存应是辽宁省秸秆能源化利用的发展方向。关键词:生物质能;秸秆

2、;资源量引言目前,因大量使用化石能源造成的生态环境破坏已经成为我国经济、社会发展中最为重要的问题之一。自中央提出振兴东北老工业基地政策以来,辽宁省成为国内经济增长速度最强劲的地区,辽宁的能源消费总量跃居全国各省的第5位,能源对外依存度达到55.7%。历史上形成的以原煤为主的能源结构和高能耗的产业结构也使辽宁的能源需求形式和减排降耗形势十分严峻1。这种以煤炭为主的能源结构和以重化工业为主的工业结构很难在短期内发生根本性改变,在今后一个时期内,辽宁的节能减排的压力仍将呈逐渐增大的趋势2。因此,增加可再生清洁能源在能源生产和消费中的比重,有计划地利用农作物秸秆等清洁可再生能源资源,对优化能源生产与消

3、费结构,减少温室气体的排放、实现能源供给的多样性和安全性,促进能源结构优化具有重要意义3。发达国家城市化、工业化历程表明,在工业化初、中期阶段,经济高速增长必然带来能源消费量的大规模增加,导致污染物排放的增加,寻找和利用可再生能源,走能源与环境和经济发展良性循环的路子,是解决未来能源问题的主要出路4,5。农作物秸秆我国每年产农作物秸秆7.2亿t 6,7,是一种主要的生物质资源,具有资源量大、可再生、含硫量低和作为能源利用CO2零排放等优点。但对于规模化能源利用的原料,还要考虑收集、储运成本和能源转化效率等问题。本文对辽宁农作物秸秆资源量及其分布密度进行了调查测算和量化评价,分析了秸秆能源转化技

4、术发展现状,旨在为辽宁秸秆能源化利用和相关产业发展提供参考。1 辽宁农作物秸秆资源量及分布1.1辽宁农作物秸秆资源量秸秆实物资源量是指在一定范围内每年所产农作物秸秆的总量,可根据各类农作物的产量和相应农作物的谷草比系数(Residue to Product Ratio,RPR计算获得8。因作物种类、品种和产地不同,RPR有所差异,本文所取数值是在辽宁的实际调查并参照有关文献确定的6,914。秸秆实物资源量中,用于农民炊事的秸秆约20%15,用于牲畜饲料的秸秆约20%,还田及收集损失量约15%,用于造纸等工业原料约3%16,则辽宁可能源化利用的农作物秸秆量约为实物资源量的42%。各类农作物秸秆折

5、合标准煤的系数取自文献17。根据辽宁省统计局公布的2006年各类农作物产量计算,辽宁2006年秸秆实物资源量、可用于能源的秸秆量以及折合成标准煤的量列于表1。由表1可知,辽宁省每年秸秆实物资源量为3 195.8万t;可用于能源资源的量为1 342.2万t,折合标准煤688.7万t。从农作物秸秆的组成来看,可能源化利用的玉米秸秆占79.7%,稻谷秸秆占12.1%,其它作物秸秆的总和仅占8.2%。目前,辽宁主要使用秸秆等柴草作炊事用能的农户占农村居民户数的87%15。随着农村经济发展水平和收入水平的提高,农民用秸秆作炊事用能的量将会有所下降,同时由于国家实施严格的耕地保护制度,农作物种植面积及产量

6、都将会得到保证,农作物秸秆量不会出现大幅度下降。即,未来辽宁每年可用于能源的秸秆的可收集量将不会低于1 300万t。1.2 辽宁农作物秸秆资源分布图1是辽宁农作物秸秆实物资源量在各地的分布情况。由图1可见,省内各地秸秆分布极不均匀,地处辽宁中西部、北部的铁岭、沈阳、锦州等市的秸秆实物资源量较大,分别达到569万,507万和323万t/a。东部山区的秸秆资源量较小,本溪仅有43万t/a,抚顺仅有97万t/a。当然,这与各地的土地面积、农作物种植结构和降水、光热等自然条件有关。为了更准确反映秸秆分布情况,需要根据各地市的土地面积,计算出单位土地面积的农作物秸秆实物资源量,即秸秆能源密度。图2为20

7、06年辽宁省各地农作物秸秆能源密度。如图2所示,辽宁全省农作物秸秆能源密度平均值为216 t/km2,其中可用于能源的为91 t/km2,高于全国的平均水平(75 t/km26。辽宁秸秆密度较大的是铁岭、沈阳、锦州,分别达为439,391和313 t/km2,可用于能源资源的分别为184,164和132 t/km2,高于秸秆资源比较丰富的吉林、黑龙江等省的平均水平6。而在辽宁东部山区和西部干旱少雨地区农作物秸秆能源密度较低。农作物秸秆分散于乡野之间,收集运送的有一定难度,要耗费较多的人力和费用。从田间到秸秆转化厂的距离(即收集半径不能过大,否则,运输成本过高。收集半径越小运输费用越低,秸秆能源

8、转化为商品能源的规模扩大的潜力就越大18。由以上分析可见,辽宁可用于商品能源生产的农作物秸秆总量虽然没有河南、吉林、黑龙江等省丰富,但可用于能源的秸秆能源密度高于全国平均水平,在铁岭、沈阳、锦州等地局部地区秸秆能源化密度甚至高于秸秆资源量较大省分的平均值。说明,这些地区在秸秆收集、运输方面具有相对优势。以建设一个年消耗20万t秸秆的电厂为例,在铁岭的秸秆收集半径为18.6 km,在沈阳需要19.7 km,在锦州需要22 km,在秸秆能源化密度最低的本溪则需要53.8 km。2秸秆能源化利用方式及发展方向农作物秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素,可通过物理、化学手段将其转化成能量密度高、清

9、洁方便的能源产品。主要利用技术有,生物质固化成型技术、直燃及气化发电技术、气化集中供气技术、热裂解液化技术、制取燃料乙醇技术,以及秸秆沼气发酵技术等。辽宁能源研究所等开发的秸秆及林木生物质固化成型技术已基本具备实现工业化的条件19-21。秸秆直接燃烧和与煤炭混合燃烧发电技术已经成熟22,年消耗20万t以上的秸秆直燃发电装置已有大规模应用23。中科院广州能源所开发的MW级生物质气化发电装置在气化效率、燃气净化和发电效率等方面达到较高水平,并具有灵活性、经济性特点,比较适合在秸秆及林木生物质资源较分散的地区推广应用24。秸秆及林木生物质气化集中供气装置25,已经在辽宁等地农村有较广泛的应用。秸秆及

10、林木生物质热裂解制取生物油26及水解秸秆纤维素生产乙醇27等液体燃料技术的研究已经取得较大进展。如果能在转化效率、转化过程耗能及成本方面取得进一步突破将会得到广泛推广运用。秸秆经厌氧发酵有较高的产沼气能力,目前我国需要在最大限度地满足秸秆沼气发酵工艺要求的专有装备设计制造及其标准化方面加大开发力度28。辽宁省应根据资源、技术等实际,在资源较集中的地区发展大中型秸秆直燃或气化发电技术;在秸秆资源较分散的地区推广小型秸秆气化集中供气技术和MW级气化发电技术;在较偏远的农村推广“太阳房-种植-养殖-秸秆制沼气”等生态型户用沼气技术;条件允许的地方可推广秸秆沼气发电及余热利用、发酵剩余物综合利用技术。

11、加强对生物质气化供气和发电技术中的气化工艺、燃气净化、焦油处理技术的研究,减少和避免对环境的二次污染;加强对直燃及气化发电过程控制、直燃锅炉碱金属腐蚀、结焦等关键性技术环节及键装备的设计制造,提高能源转化效率;增加对生物质热裂解液化、秸秆水解制乙醇等技术研究的资金投入,以科技为支撑,走多种利用形式并存的发展道路。3 结论与建议(1辽宁省2006年秸秆实物资源量为3 195.8万t,可能源化利用的为1 300万t,折合标准煤680万t,相当于当年全省能源消费量的4%,是辽宁调整能源生产、消费结构和降低能源对外依存度的可靠资源。辽宁单位土地面积秸秆资源量(秸秆密度为216 t/km2,可能源化利用

12、量为91 t/km2,铁岭、沈阳、锦州3市秸秆密度分别为439,391和313 t/km2,可能源化利用的密度分别为184,164和132 t/km2,具备建立年消耗20万t秸秆发电项目的基本条件。(2辽宁有雄厚的科技实力,具有开发秸秆能源化利用的技术基础。辽宁能源所等科研机构和多所大学在秸秆气化、秸秆成型燃料开发、废弃物燃烧等方面的研究已经取得了显著成果。若进一步集中企业、大学和科研机构的力量,对秸秆发电核心技术进行攻关,对其配套技术进行集成优化,必将在秸秆发电等能源化利用技术方面形成一批具有自主知识产权的领先技术。(3辽宁省可结合产业结构调整和部分小型燃煤火电厂改造,有计划地开发秸秆发电等

13、可再生能源。不但可以逐步改善能源结构,降低能源对外依存度,还可以依托强大的装备制造业基础培植和发展辽宁可再生能源产业,培植新的经济增长点。(4辽宁应充分利用国家促进可再生能源发展的政策和东北老工业基地振兴的优惠政策,结合生态省建设,在鼓励包括农作物秸秆在内的可再生能源技术研究开发、改善可再生能源持续发展市场条件等方面优化政策环境和投资环境,吸引国内外相关资金、技术落户辽宁,促进循环经济的发展。参考文献:3顾年华,尤丽霞,吴育华.2l世纪我国新能源开发展望J.中国能源,2002,(1:37-38 .4沈镭,成升魁.论国家资源安全及其保障战略J.自然资源学报,2002,17(4:393-400.5

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20、g-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, which is equivalent to 0.68 million TCE.