生態(tài)文明理念下農(nóng)作物秸稈能源化利用模式

郝媛媛 張元成 于萌萌 王海洋 孫波 丁清華

摘要? ? 隨著社會的進步，能源短缺與環(huán)境污染問題日趨嚴重，生物質(zhì)能源作為同時解決能源與環(huán)境2個問題的新方式備受關(guān)注。農(nóng)作物秸稈是生物質(zhì)能源的原材料之一。本文對東營市的農(nóng)作物秸稈總體情況進行研究，以長安集團寶力生物質(zhì)能源股份有限公司為例詳細闡述了生態(tài)文明理念下農(nóng)作物秸稈能源化利用模式，并針對東營市秸稈能源化利用存在的問題提出了詳細建議，以期為生態(tài)文明建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞? ? 生態(tài)文明;農(nóng)作物秸稈;氣肥熱電聯(lián)產(chǎn)

中圖分類號? ? S38? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）06-0163-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務(wù)）標識碼（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，化石能源帶來的污染問題越來越嚴重，日益威脅到人類社會發(fā)展，能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展已成為全世界共同關(guān)注的問題。生物質(zhì)能源作為清潔可再生能源，是當今世界上僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源[1]。秸稈作為光合產(chǎn)物的生物質(zhì)，2 t秸稈的熱值相當于1 t標準煤，而其平均含硫量只有0.38%，遠低于煤1.00%的平均含硫量[2]。作為農(nóng)業(yè)大國，我國具有豐富的農(nóng)林生物質(zhì)資源，生物質(zhì)資源的能源轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)好。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計，2018年我國產(chǎn)生秸稈量約9.8億t，全國秸稈綜合利用率約為80%，仍有2億t左右的秸稈被焚燒或廢棄。

2015年中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快推進生態(tài)文明建設(shè)的意見》，明確指出“加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，推進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟，治理農(nóng)業(yè)污染，提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平”。2016年國家發(fā)改委將農(nóng)作物秸稈綜合利用率納入《綠色發(fā)展指標體系》，作為生態(tài)文明建設(shè)評價考核的依據(jù)。習近平總書記在全國生態(tài)環(huán)境大會再次強調(diào)“培育壯大節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、清潔生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)、清潔能源產(chǎn)業(yè)……推進資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和生活系統(tǒng)循環(huán)連接”。圍繞生物質(zhì)能源發(fā)展，各部門出臺各類規(guī)劃和指導意見，國家能源局印發(fā)《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《關(guān)于可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃實施的指導意見》，提出大力推進農(nóng)林生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)。國家發(fā)改委辦公廳、農(nóng)業(yè)部辦公廳印發(fā)的《“十三五”秸稈綜合利用實施方案的指導意見》中指出，推進生物質(zhì)能利用，改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)。開發(fā)利用好生物質(zhì)能源，特別是發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電、秸稈生物清潔燃料等生物質(zhì)能源利用模式，有利于減少和解決農(nóng)業(yè)廢棄物污染，促進資源節(jié)約、環(huán)境保護、農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)了生態(tài)的良性循環(huán)，能夠讓廣大人民共享生態(tài)文明建設(shè)成果，對建設(shè)生態(tài)文明具有深遠的意義。

1? ? 東營市農(nóng)作物秸稈資源總體情況

1.1? ? 東營市農(nóng)作物秸稈資源概述

東營市土地總面積82.43萬hm2，其中農(nóng)用地42.63萬hm2，占總面積51.72%。根據(jù)《東營年鑒2018卷》統(tǒng)計[3]，2017年東營市糧食播種面積21.40萬hm2，棉花播種面積3.01萬hm2，稻谷播種面積1.57萬hm2，豆類播種面積0.39萬hm2，蔬菜種植面積4.23萬hm2，有大量的生物質(zhì)資源儲備量。秸稈資源產(chǎn)量為各種農(nóng)作物產(chǎn)量與谷草比的乘積求得。各種農(nóng)作物產(chǎn)量依據(jù)為《東營市統(tǒng)計年鑒》（2014—2018年）中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)[4-8]，草谷比是估算秸稈資源產(chǎn)量的關(guān)鍵，通過查閱文獻，確定作物谷草比[9]，估算東營市秸稈資源產(chǎn)量（表1）。

東營市秸稈資源豐富，近5年，全市秸稈理論資源總量約為857.06萬t，平均年產(chǎn)秸稈理論量約為171.41萬t，并呈現(xiàn)波動上漲趨勢，秸稈來源以小麥、玉米、棉花為主，其中，小麥秸稈311.33萬t，占總量的36%;玉米秸稈340.78萬t，占總量的40%;棉花秸稈103.25萬t，占總量的12%。

1.2? ? 東營市秸稈資源能源化利用現(xiàn)狀

目前，我國秸稈資源利用的方式主要包括能源化、肥料化、飼料化、基料化、原料化等[10]。近年來，東營市大力推進秸稈“五化”，秸稈綜合利用率不斷提高?！稏|營市2018—2019年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動實施方案》中也提出，大力推進清潔取暖，2018年年底前，城市（縣城）新增清潔取暖811.38萬m2，農(nóng)村新增清潔取暖44 839戶。2018年年底前，全市秸稈綜合利用率達到93%。根據(jù)農(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計，2018年東營市秸稈綜合利用率達到94.41%，但是秸稈能源化利用率較低。東營市農(nóng)作物秸稈的能源轉(zhuǎn)化主要有家庭燃耗秸稈、生物發(fā)電、沼氣池發(fā)酵等幾種方式，其中家庭燃耗秸稈熱轉(zhuǎn)換效率很低，一般低于20%，且易造成環(huán)境污染。

2? ? 秸稈能源化利用的必要性

2.1? ? 秸稈能源化利用與生態(tài)文明建設(shè)兩者相互促進

建設(shè)生態(tài)文明，要優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，需要大力開發(fā)生物質(zhì)能源，而秸稈是一種重要的生物質(zhì)能源;生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量是生態(tài)文明建設(shè)的重要指標，生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用能夠提供清潔能源，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

2.2? ? 良好的生態(tài)環(huán)境需要發(fā)展生物質(zhì)能源

根據(jù)有關(guān)研究，全國大部分省市冬、春2季空氣嚴重污染的主要原因是過度使用化石能源。以京津冀地區(qū)為例，有數(shù)據(jù)表明，若對地區(qū)內(nèi)未被有效利用的農(nóng)作物秸稈等廢棄物均實現(xiàn)高效能源化利用，能夠減少京津冀地區(qū)約60%大氣污染物排放[11]。同時，利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)電能、熱能、燃氣，可實現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)電、熱、燃氣等能源的有效供給。

2.3? ? 生物質(zhì)能源的利用符合能源利用的趨勢

東營生物質(zhì)原料豐富、來源廣泛，但目前能源化利用率較低，因而充分利用現(xiàn)代技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)作物秸稈的能源化開發(fā)和利用，對于緩解能源緊張、保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義，有利于生態(tài)文明的建設(shè)。

3? ? “氣肥熱電”聯(lián)產(chǎn)的秸稈能源化利用模式

用農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物為原料，通過生物法生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣替代石油燃料，通過生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)生物燃氣進行生物燃氣發(fā)電、供暖和集中利用。發(fā)酵產(chǎn)生生物燃氣、沼液和沼渣，生物燃氣純化后可發(fā)電，沼渣生產(chǎn)有機肥或營養(yǎng)基質(zhì)，部分沼液生產(chǎn)葉面肥，發(fā)電機組余熱供熱。實現(xiàn)“氣肥熱電”聯(lián)產(chǎn)的秸稈能源化利用，其中形成“作物→秸稈→沼氣、沼渣→有機肥→作物”的生態(tài)循環(huán)，是秸稈能源化利用的有效模式。

3.1? ? 秸稈能源化循環(huán)利用模式的優(yōu)勢

利用農(nóng)業(yè)廢棄物——玉米、小麥等作物秸稈為主要原料生產(chǎn)生物天然氣，可在一定程度上替代煤炭燃料，減少一次性有限能源消耗量。秸稈生產(chǎn)生物天然氣供熱供電可在一定程度上解決大量秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染問題，同時滿足周邊地區(qū)供熱需求。秸稈生產(chǎn)生物天然氣的沼渣和沼液作為有機肥料返回土壤，有助于提升土壤肥力，減少化肥施用量。整個模式實現(xiàn)氣熱電肥聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供的生物質(zhì)循環(huán)利用。

3.2? ? 模式典型案例

以山東寶力生物質(zhì)能源股份有限公司（以下簡稱寶力公司）為例，寶力公司依托省級技術(shù)中心和院士工作站，聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學院、清華大學、中國農(nóng)業(yè)大學等院所，集成農(nóng)作物秸稈處理、有機肥生產(chǎn)與還田、生物天然氣生產(chǎn)傳輸、清潔能源發(fā)電、電廠余熱供熱和支持設(shè)施農(nóng)業(yè)等循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，通過分布式能源的建設(shè)，形成社區(qū)能源供給、沼氣上網(wǎng)發(fā)電，固、液態(tài)肥高值化開發(fā)利用為主導的秸稈生物質(zhì)燃氣與生態(tài)循環(huán)綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈。目前，公司已建成的年產(chǎn)3 300萬m3生物質(zhì)燃氣項目，項目總投資3.55億元，其中中央投資（國家）9 000萬元，配套社區(qū)輸配氣系統(tǒng)，為4個新農(nóng)村社區(qū)7 400余戶居民戶連續(xù)、穩(wěn)定供給生活用氣。其中，建設(shè)牛莊循環(huán)能源產(chǎn)業(yè)園，年產(chǎn)生物質(zhì)燃氣1 300萬m3，配套5.8 MW熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備，年產(chǎn)有機肥2萬t，一期工程已連續(xù)穩(wěn)定為周邊居民供氣近5年;樂陵生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)基地，年產(chǎn)生物質(zhì)燃氣2 000萬m3，配套5.9 MW熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備，年產(chǎn)固態(tài)有機肥5萬t，液態(tài)肥10萬t，打通了“氣肥熱電”聯(lián)產(chǎn)的秸稈綜合利用模式。企業(yè)通過與當?shù)丶彝マr(nóng)場及農(nóng)業(yè)公司合作關(guān)系，雙方共同出資購置農(nóng)機設(shè)備，共同完成作物收獲和秸稈收集;通過與具有收割、收集、運輸機械的農(nóng)業(yè)公司及個人簽訂定質(zhì)、定量的供貨合同等方式收集秸稈，形成了秸稈分散收集、統(tǒng)一管理的運營模式。

3.3? ? 效益

經(jīng)濟效益：企業(yè)每年消耗秸稈總量約8萬t（絕干）。從農(nóng)戶角度來說，以秸稈（絕干）收購價格380元/t計算，每年可增加收入3 040萬元，自2013年，共收獲農(nóng)作物秸稈22.44萬t（絕干），使約20 000戶農(nóng)民直接受益，累計增加綜合收入約8 527.2萬元。同時減少秸稈還田造成土地深耕、旋耕等額外作業(yè)費及養(yǎng)護土壤所需的氮肥，提高種子發(fā)芽率及成活率，減少播種量，為農(nóng)戶節(jié)約種植成本1 500元/hm2。基于企業(yè)角度，每年發(fā)電4 200萬kW·h，按照我國規(guī)定秸稈發(fā)電的上網(wǎng)電價0.75元/kW·h計，每年經(jīng)濟收入3 150萬元;每年生產(chǎn)固態(tài)有機肥6萬t，以900元/t計，每年經(jīng)濟收入4 800萬元;每年生產(chǎn)液態(tài)肥料1萬t，以3 000元/t計，經(jīng)濟收入3 000萬元。

社會效益：將到處堆放的秸稈充分利用起來，有效解決了農(nóng)作物秸稈焚燒和棄置亂放的問題，有利于村容整潔、環(huán)境美好，建設(shè)文明鄉(xiāng)村;通過聯(lián)合服務(wù)、秸稈換氣、秸稈換肥等一系列優(yōu)惠政策幫助農(nóng)戶致富增收;充分利用發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵渣和發(fā)酵液，沼液制作高附加值的葉面肥，沼渣經(jīng)高溫發(fā)酵腐熟生產(chǎn)有機肥，實現(xiàn)秸稈資源的循環(huán)利用;農(nóng)民使用秸稈換取有機肥，減少了種植投入;農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)的生物天然氣通過發(fā)電機組發(fā)電，直接并入國家電網(wǎng)，為農(nóng)村提供清潔能源;機組余熱為周邊社區(qū)居民生活提供供熱采暖，為農(nóng)業(yè)大棚越冬提供熱源，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸和資源的循環(huán)利用。

生態(tài)效益：秸稈能源化利用是“資源—產(chǎn)品—再生資源”的經(jīng)濟形式，在生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用循環(huán)經(jīng)濟理念，減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中資源、物質(zhì)的投入和廢物的產(chǎn)生。據(jù)估算，每利用1萬t秸稈替代煤燃燒，將減少二氧化碳排放1.4萬t、二氧化硫排放40 t、煙塵排放100 t[12]。寶力公司年消化秸稈8萬t，可有效減少二氧化碳排放11.2萬t、二氧化硫排放320 t、煙塵排放800 t，減少化肥施用1 000 t。通過農(nóng)業(yè)廢棄物的科學利用，提升土壤中的微量元素含量，優(yōu)化土壤中有機肥的配比，土壤肥力得到進一步提升;秸稈能源化利用既能提供電力、熱力補充，又能改善農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，具有良好的生態(tài)效益，促進了生態(tài)文明的正循環(huán)。

4? ? 秸稈能源化利用存在的主要問題

4.1? ? 秸稈收儲運服務(wù)體系尚未建立

沒有形成從農(nóng)作物種植、秸稈收集、運輸及加工利用的產(chǎn)業(yè)鏈，秸稈加工利用企業(yè)規(guī)模小、布局不合理，沒有形成規(guī)?；?、集約化的優(yōu)勢，無法形成產(chǎn)業(yè)鏈。缺乏龍頭企業(yè)，帶動作用不足，綜合利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢。

4.2? ? 秸稈利用成本較高

據(jù)農(nóng)業(yè)部對8個省的調(diào)查測算，秸稈還離田成本大，尤以秸稈離田更大[13]。由于缺乏政策支持，秸稈收儲運工作主要靠農(nóng)戶或秸稈使用企業(yè)來完成，在沒有專項補貼的情況下，造成秸稈收集成本高，農(nóng)民難以承受，也影響秸稈能源化利用水平的提升。

4.3? ? 扶持政策有待完善

當前國家已經(jīng)對秸稈綜合利用發(fā)展制定了系列的法規(guī)政策，但現(xiàn)行政策多是針對某一環(huán)節(jié)設(shè)立的，沒有在秸稈儲存用地、收儲運、加工利用等方面形成系統(tǒng)配套的政策體系。財政補貼存在補貼作物種類有限、補貼金額有限、補貼區(qū)域有限、補貼對象重點不明確等問題。另外，地方政府在生物燃料收、儲、運等關(guān)鍵環(huán)節(jié)缺乏相應(yīng)的政策支持，對公眾激勵作用不明顯，影響了秸稈利用。

4.4? ? 農(nóng)戶積極性有待提高

農(nóng)戶是秸稈綜合利用的主要受益者，但對發(fā)展生物質(zhì)能的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益認識不足，受經(jīng)濟效益、思想觀念、利用方式等諸多因素的影響，農(nóng)戶的積極性有待提高。

5? ? 秸稈能源化利用的幾點建議

5.1? ? 建立健全秸稈收儲運體系

探索建立有效的秸稈田間處理、收集、儲存及運輸系統(tǒng)模式。加快建立以市場需求為引導、企業(yè)為龍頭、專業(yè)合作經(jīng)濟組織為骨干、農(nóng)戶參與、政府推動、市場化運作、多種模式互為補充的秸稈收集儲運管理體系。

5.2? ? 完善配套政策體系并強化落實

政府應(yīng)進一步加大投入力度，針對目前秸稈能源化利用方面的短板，完善相關(guān)法律法規(guī)和配套服務(wù)，加大對生物質(zhì)能源企業(yè)基礎(chǔ)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的扶持力度，同時搭建行業(yè)發(fā)展所必需的政策環(huán)境和創(chuàng)新平臺，充分調(diào)動企業(yè)的創(chuàng)新積極性，讓農(nóng)民和企業(yè)直接受益，不斷提升秸稈綜合利用的市場化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展水平，促進形成完整的秸稈利用產(chǎn)業(yè)鏈。

5.3? ? 加大對生物質(zhì)能源企業(yè)扶持力度

生物質(zhì)能源企業(yè)是國家能源戰(zhàn)略發(fā)展需要的新型企業(yè)，應(yīng)加大扶持力度，鼓勵校企合作培養(yǎng)生物質(zhì)能源開發(fā)利用的專業(yè)人才;加強生物質(zhì)能源科技創(chuàng)新平臺建設(shè)，引導高校、科研院所參與生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新;重點支持已成雛形的生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)燃氣等生物質(zhì)能企業(yè)，打造生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展樣板，形成具備技術(shù)先進性、經(jīng)濟可行性和推廣可操作性的可復制模式，輻射周邊，助推我國生態(tài)文明發(fā)展，踐行生態(tài)文明發(fā)展之路。

5.4? ? 強化公民的生態(tài)文明意識

加大生物質(zhì)能源利用的典型案例和成功模式的宣傳力度，提高對開發(fā)利用生物質(zhì)能重要性的認識;加強生態(tài)文明建設(shè)的重要性宣傳，提高公民生態(tài)文明的意識和理念。

6? ? 結(jié)語

通過對東營市的秸稈產(chǎn)量及目前利用情況進行調(diào)查研究，根據(jù)生態(tài)文明發(fā)展需要提出了氣肥熱電聯(lián)產(chǎn)的秸稈能源化利用方式，以寶力公司為例進行詳細闡述，通過寶力公司的實際運行發(fā)現(xiàn)，氣肥熱電聯(lián)產(chǎn)的秸稈能源化利用方式能夠帶來良好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益，是一種切實可行的秸稈能源化利用方式。根據(jù)東營市秸稈能源化利用所存在的問題，提出建立健全秸稈收儲運體系、強化落實配套政策體系、加大對生物質(zhì)能源企業(yè)的支持、提高公民的生態(tài)文明建設(shè)意識等有針對性的建議。

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