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張霞，蔡宗壽，阮建雯
(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，昆明 650201)
摘要：介紹了云南省生物質(zhì)資源狀況，分析了云南省主要農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量以及資源化利用現(xiàn)狀，總結(jié)了云南省能源消費(fèi)以及農(nóng)村能源消費(fèi)現(xiàn)狀，進(jìn)一步分析了云南省發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料的優(yōu)勢，提出了發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料是改善云南省農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的重要途徑。
0引言
隨著全球石油資源日漸枯竭，石油價格飆升以及環(huán)保和全球氣候變化的問題日趨突出，從20世紀(jì)70年代以來，許多國家對生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用日益重視。生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動植物和微生物。而所謂生物質(zhì)能，就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或者間接地來源于綠色植物的光合作用，可以轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。生物質(zhì)依據(jù)來源的不同，可以將適合于能源利用的生物質(zhì)分類為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等5大類。
生物質(zhì)能是繼煤和石油之后的世界第三大能源。直到19世紀(jì)中期以前，生物質(zhì)能一直是人們生活用能的主要來源，特別是在發(fā)展中國家，生物質(zhì)長期以來為人們煮飯、取暖等生活活動提供能源。但是在過去的半個世紀(jì)，隨著石化燃料的廣泛應(yīng)用，生物質(zhì)在能源方面的應(yīng)用急劇減少。盡管如此，生物質(zhì)能源在全世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中仍起著不能忽略的作用，據(jù)美國能源部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段在全世界范圍內(nèi)，生物質(zhì)每年提供的能量相當(dāng)于1.25億t油當(dāng)量能源，占全世界一次能源消耗的14％。生物質(zhì)能在發(fā)展中國家的地位就更加重要了，目前占發(fā)展中國家全部能源消耗的35％。
農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)過程中的有機(jī)廢棄物(如農(nóng)作物秸稈、木屑等)是生物質(zhì)中的主要組成部分，具有數(shù)量大、分布廣等特點(diǎn)，是農(nóng)村方便的替代能源。由于生物質(zhì)的熱值低、密度小(只有40～60kg／m3)、物理形態(tài)不規(guī)則等特征，嚴(yán)重限制了生物質(zhì)在能源方面的利用。生物質(zhì)壓塊制備顆粒燃料是解決以上問題的有效方法，即利用機(jī)械力將生物質(zhì)壓縮或擠壓成為體積密度較大(800～1000kg／m3)、熱效率較高、便于運(yùn)輸?shù)膬Σ氐墓腆w燃料。由于生物質(zhì)顆粒燃料易于燃燒，形狀和尺寸統(tǒng)一，使用方便，所以易于被用戶所接受，是煤和薪柴的優(yōu)秀替代燃料。因此，生物質(zhì)顆粒燃料是生物質(zhì)能源化利用最簡單、最直接的途徑之一。
1云南省農(nóng)業(yè)秸稈資源概況
云南地處西南邊陲，境內(nèi)山高坡陡谷深，地形復(fù)雜多樣，形成了地理位置特殊和獨(dú)特的立體氣候，為發(fā)展多樣性農(nóng)業(yè)創(chuàng)造了條件，農(nóng)業(yè)也就成為云南省支柱產(chǎn)業(yè)之一。全省耕地458.85萬hm2，占全省總面積的11.6％。其中，高穩(wěn)農(nóng)田165.3萬hm2，占耕地總面積36％。2005年，云南省農(nóng)業(yè)人口3211萬人，占全省人口總數(shù)的77.5％。其主要農(nóng)作物有：稻谷、小麥、玉米、大豆、薯類、花生、油菜籽和甘蔗等。2010年，云南糧食產(chǎn)量穩(wěn)定在0.15億t以上，全國排名第14位，烤煙產(chǎn)量居全國第一位，蔗糖、橡膠種植面積和產(chǎn)量均居全國第二位。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)伴隨大量農(nóng)業(yè)秸稈產(chǎn)生。由于農(nóng)業(yè)秸稈數(shù)量大、分布廣，要精確統(tǒng)計農(nóng)作物秸稈的數(shù)量比較困難，秸稈產(chǎn)量也未列入國家統(tǒng)計部門統(tǒng)計范圍。有關(guān)學(xué)者根據(jù)秸稈產(chǎn)量和農(nóng)作物產(chǎn)量的谷草比例系數(shù)(Residue to Product Ratio，縮寫為RPR系數(shù))，根據(jù)不同的農(nóng)作物產(chǎn)量計算出相應(yīng)的秸稈產(chǎn)量。由于RPR系數(shù)法能夠比較精確、合理地統(tǒng)計出某地區(qū)的農(nóng)業(yè)秸稈產(chǎn)出量，所以被廣泛運(yùn)用。為此，本文也采用RPR系數(shù)法統(tǒng)計云南省各種農(nóng)業(yè)秸稈的年產(chǎn)出量。
農(nóng)作物的產(chǎn)量受到耕地面積和氣候等因數(shù)的影響而上下波動。近年來由于人口的增長，部分耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榇迕竦恼兀孛娣e還有所減少，但是由于農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，農(nóng)作物單產(chǎn)產(chǎn)量有所提高，所以云南省農(nóng)作物產(chǎn)量在波動中基本上保持平衡(如圖1所示)。為了精確地統(tǒng)計云南省主要農(nóng)作物秸稈的數(shù)量，本文采用2000—2008年云南省主要農(nóng)作物產(chǎn)量的平均值來進(jìn)行計算。云南省主要農(nóng)作物平均年產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量如表1所示。
從表1中可以看出，云南省從2000年以來主要農(nóng)作物秸稈平均年產(chǎn)量為2313.8萬t，主要來源于玉米、甘蔗和水稻，分別占總產(chǎn)量的39.7％，28.3％，16.0％。目前，云南省農(nóng)業(yè)秸稈資源化利用主要途徑有：秸稈作動物飼料、秸稈還田、沼氣生產(chǎn)、秸稈氣化和工業(yè)原料等。秸稈總量中僅有不到40％被資源化利用，60％的秸稈未能合理有效利用，被大量丟棄或田間焚燒，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
2云南省農(nóng)村能源消費(fèi)現(xiàn)狀
云南省能源資源品種多，門類齊全，擁有水能、煤炭、生物質(zhì)能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芤约坝蜌獾榷喾N資源，是“西電東送”的重要省份，在中國能源安全戰(zhàn)略中占有重要地位。但云南能源資源是典型的水能、煤炭為主的二元結(jié)構(gòu)。其分布特征為：水能分布呈西多東少的態(tài)勢，而煤炭則呈東多西少的態(tài)勢。由于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，基礎(chǔ)設(shè)施缺乏以及能源利用技術(shù)落后等原因，云南省能源資源沒有充分開發(fā)和利用，能源消耗主要依靠省外能源輸入，而且能源輸入總量一直大于能源輸出量。隨著云南省經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，云南省對能源的需求也快速增長(如圖2所示)。2001年，云南省能源消耗總量僅為3741.03萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，到了2010年就增長到8674.17萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，平均每年增長13.2％，預(yù)計在以后云南省的能源消耗還會保持繼續(xù)增長的趨勢。
從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)上看，云南省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不盡合理，主要表現(xiàn)在煤炭、石油等不可再生能源的消費(fèi)比例過大。以2009年為例，全省能源消費(fèi)總量為8032萬t多標(biāo)煤，其中煤炭占62.4％，石油占12.8％，天然氣占0.8％；而可再生能源中，水電占21.2％，生物質(zhì)能等其它清潔能源僅占2.7％，如圖3所示。
從云南省農(nóng)村能源消費(fèi)現(xiàn)狀來看，農(nóng)村年生活用能總量為4.0×1014kJ，占全省能源消耗的16.8％。薪柴是云南省農(nóng)村用能的主要來源，據(jù)統(tǒng)計，云南省年消耗薪柴2100萬m3，折合能量2.81×1014kJ，占整個農(nóng)村生活用能的70％，而薪柴主要靠消耗森林資源獲得。
云南地處長江、珠江、瀾滄江、怒江、紅河等流域的上游和發(fā)源地，以薪柴為主的落后而低效率的用能方式，造成云南省森林砍伐和水土流失等嚴(yán)重的后果，不僅嚴(yán)重影響云南省的生態(tài)環(huán)境，而且還危害各江河流域的中下游地區(qū)和東南亞一些國家的生態(tài)環(huán)境。因此，優(yōu)化云南省農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)勢在必行。
3發(fā)展前景分析
“十一五”以來，云南省政府著力挖掘云南省生物質(zhì)能源潛力，努力將云南省的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢。目前，云南省在戶用省柴節(jié)能灶、小水電、沼氣和太陽能熱水器等可再生能源技術(shù)的推廣取得顯著成績。省政府的重視和支持是云南省發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料的一個重要條件。盡管在生物質(zhì)顆粒燃料開發(fā)利用方面云南省還處于起步階段，但是政府扶持力度逐漸加大，并取得初步成效。政府決定在2011年投資3800萬元，在昆明市晉寧縣工業(yè)園建設(shè)顆粒燃料生產(chǎn)基地，以玫瑰、煙草、紫莖澤蘭、皇竹草等農(nóng)林固體廢棄物為生產(chǎn)原料，加工生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料，年產(chǎn)量可達(dá)6萬t。云南保山市佳能生物科技有限公司使用煙稈、玉米秸稈、鋸末和紫莖澤蘭等農(nóng)作物秸稈為原料，加工生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料，目前已生產(chǎn)物質(zhì)燃料0.3萬t，來替代煤炭用于煙葉烘烤，取得較好的效果。
云南省生物質(zhì)資源豐富是發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料的另一有利條件。云南省是我國農(nóng)業(yè)秸稈主要生產(chǎn)區(qū)之一，目前每年估計有1390萬t左右秸稈還未得到合理的開發(fā)和利用。其次，云南省擁有豐富的林業(yè)資源，林業(yè)用地面積達(dá)0.23億hm2，宜林荒山荒地266.67萬hm2多，有用材林和薪柴林12萬hm2多，灌木林地30萬hm2多，每年可采集木質(zhì)燃料資源500萬t左右。另外，云南省是我國鮮切花最大的生產(chǎn)區(qū)，花卉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也產(chǎn)生了大量秸稈廢棄物。以2010年為例，云南省花卉種植面積達(dá)4.2萬hm2，鮮切花總產(chǎn)量60.5億枝，連續(xù)17年全國排名第一。以每生產(chǎn)60支鮮切花產(chǎn)生1kg干廢棄秸稈計算，云南省每年由花卉產(chǎn)業(yè)帶來的秸稈數(shù)量達(dá)10萬t以上。云南省農(nóng)業(yè)、林業(yè)、花卉產(chǎn)業(yè)年生產(chǎn)秸稈數(shù)量綜合達(dá)到1900萬t，折合950萬t多標(biāo)準(zhǔn)煤，可提供能源2.76×1014kJ，每年可替代98％的薪柴作為農(nóng)村能源利用，基本上滿足云南省農(nóng)村能源需求，年節(jié)約薪柴約2065萬m3。按照薪柴林平均出材率30m3／hm2計算，每年可以保護(hù)薪柴林面積為68.8萬hm2，相當(dāng)于云南省林業(yè)總面積的3％。
從20世紀(jì)80年代末，云南省政府就把大規(guī)模開展農(nóng)民容易接受、投資小、見效快的節(jié)能灶工程作為改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)的突破口來抓；到2009年，云南省累計630萬戶農(nóng)戶使用上了新型節(jié)能灶，推廣率達(dá)75％。節(jié)能灶改造工程的實(shí)施為云南省發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料打下了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。新型節(jié)能灶采用高效保溫材料制造，熱效率可達(dá)30％以上，在不改變?nèi)魏谓Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可以燃燒以果殼、鋸末、農(nóng)作物秸稈(玉米稈、麥稈、棉稈、煙稈)等各種農(nóng)村廢棄物壓制而成的顆粒燃料，投資小，節(jié)能效果顯著，使得生物質(zhì)顆粒燃料在云南農(nóng)村易于被廣大農(nóng)民接受，有利于技術(shù)推廣和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
4結(jié)語
綜上所述，生物質(zhì)顆粒燃料在云南發(fā)展前景非常廣闊，發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料是云南省改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)的重要途徑之一。只要云南省農(nóng)業(yè)秸稈資源得到合理的開發(fā)和利用，即可根本上滿足云南省農(nóng)村生活用能，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村用能因地制宜，自給自足。同時，可以在保護(hù)云南省的森林資源，維護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，變廢為寶，在改善農(nóng)村環(huán)境等方面起到積極的意義。 |
