張霞, 蔡宗壽, 阮建雯
摘要: 介紹了雲南省生物質資源狀況, 分析了雲南省主要農作物秸稈年產量以及資源化利用現狀, 總結了雲南省能源消費以及農村能源消費現狀, 進一步分析了雲南省發展生物質顆粒燃料的優勢, 提出了發展生物質顆粒燃料是改善雲南省農村能源消費結構的重要途徑.
0引言
隨著全球石油資源日漸枯竭, 石油價格飆升以及環保和全球氣候變化的問題日趨突出, 從20世紀70年代以來, 許多國家對生物質能源的開發和利用日益重視. 生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體, 包括所有的動植物和微生物. 而所謂生物質能, 就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式, 即以生物質為載體的能量. 它直接或者間接地來源於綠色植物的光合作用, 可以轉化為常規的固態, 液態和氣態燃料, 是一種取之不盡, 用之不竭的可再生能源. 生物質依據來源的不同, 可以將適合於能源利用的生物質分類為林業資源, 農業資源, 生活汙水和工業有機廢水, 城市固體廢物和畜禽糞便等5大類.
生物質能是繼煤和石油之後的世界第三大能源. 直到19世紀中期以前, 生物質能一直是人們生活用能的主要來源, 特別是在發展中國家, 生物質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, 隨著石化燃料的廣泛應用, 生物質在能源方面的應用急劇減少. 儘管如此, 生物質能源在全世界能源消費結構中仍起著不能忽略的作用, 據美國能源部統計數據, 現階段在全世界範圍內, 生物質每年提供的能量相當於1.25億t油當量能源, 佔全世界一次能源消耗的14% . 生物質能在發展中國家的地位就更加重要了, 目前占發展中國家全部能源消耗的35% .
農業, 林業生產過程中的有機廢棄物(如農作物秸稈, 木屑等)是生物質中的主要組成部分, 具有數量大, 分布廣等特點, 是農村方便的替代能源. 由於生物質的熱值低, 密度小(只有40~ 60kg/ m 3), 物理形態不規則等特徵, 嚴重限制了生物質在能源方面的利用. 生物質壓塊製備顆粒燃料是解決以上問題的有效方法, 即利用機械力將生物質壓縮或擠壓成為體積密度較大(800~ 1000kg/ m 3), 熱效率較高, 便於運輸的儲藏的固體燃料. 由於生物質顆粒燃料易於燃燒, 形狀和尺寸統一, 使用方便, 所以易於被用戶所接受, 是煤和薪柴的優秀替代燃料. 因此, 生物質顆粒燃料是生物質能源化利用最簡單, 最直接的途徑之一.
1雲南省農業秸稈資源概況
雲南地處西南邊陲, 境內山高坡陡穀深, 地形複雜多樣, 形成了地理位置特殊和獨特的立體氣候, 為發展多樣性農業創造了條件, 農業也就成為雲南省支柱產業之一. 全省耕地458.85萬hm 2, 佔全省總面積的11.6% . 其中, 高穩農田165.3萬hm 2, 佔耕地總面積36% . 2005年, 雲南省農業人口3211萬人, 佔全省人口總數的77.5% . 其主要農作物有: 稻穀, 小麥, 玉米, 大豆, 薯類, 花生, 油菜籽和甘蔗等. 2010年, 雲南糧食產量穩定在0.15億t以上, 全國排名第14位, 烤煙產量居全國第一位, 蔗糖, 橡膠種植面積和產量均居全國第二位. 農業生產伴隨大量農業秸稈產生. 由於農業秸稈數量大, 分布廣, 要精確統計農作物秸稈的數量比較困難, 秸稈產量也未列入國家統計部門統計範圍. 有關學者根據秸稈產量和農作物產量的穀草比例係數(Residue to Product Ratio, 縮寫為RPR係數), 根據不同的農作物產量計算出相應的秸稈產量. 由於RPR係數法能夠比較精確, 合理地統計出某地區的農業秸稈產出量, 所以被廣泛運用. 為此, 本文也採用RPR係數法統計雲南省各種農業秸稈的年產出量.
農作物的產量受到耕地面積和氣候等因數的影響而上下波動. 近年來由於人口的增長, 部分耕地轉變為村民的宅基地, 耕地面積還有所減少, 但是由於農業科學技術的不斷進步, 農作物單產產量有所提高, 所以雲南省農作物產量在波動中基本上保持平衡(如圖1所示). 為了精確地統計雲南省主要農作物秸稈的數量, 本文採用2000—2008年雲南省主要農作物產量的平均值來進行計算. 雲南省主要農作物平均年產量和秸稈產量如表1所示.
從表1中可以看出, 雲南省從2000年以來主要農作物秸稈平均年產量為2313.8萬t, 主要來源於玉米, 甘蔗和水稻, 分別佔總產量的39.7% , 28.3% , 16.0% . 目前, 雲南省農業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, 秸稈氣化和工業原料等. 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, 造成資源浪費和環境汙染.
2雲南省農村能源消費現狀
雲南省能源資源品種多, 門類齊全, 擁有水能, 煤炭, 生物質能, 太陽能, 風能, 地熱能以及油氣等多種資源, 是 '西電東送' 的重要省份, 在中國能源安全戰略中佔有重要地位. 但云南能源資源是典型的水能, 煤炭為主的二元結構. 其分布特徵為: 水能分布呈西多東少的態勢, 而煤炭則呈東多西少的態勢. 由於經濟基礎薄弱, 基礎設施缺乏以及能源利用技術落後等原因, 雲南省能源資源沒有充分開發和利用, 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於能源輸出量. 隨著雲南省經濟和社會的發展, 雲南省對能源的需求也快速增長(如圖2所示). 2001年, 雲南省能源消耗總量僅為3741.03萬t標準煤, 到了2010年就增長到8674.17萬t標準煤, 平均每年增長13.2% , 預計在以後雲南省的能源消耗還會保持繼續增長的趨勢.
從能源消費結構上看, 雲南省能源消費結構不盡合理, 主要表現在煤炭, 石油等不可再生能源的消費比例過大. 以2009年為例, 全省能源消費總量為8032萬t多標煤, 其中煤炭佔62.4% , 石油佔12.8% , 天然氣佔0.8% ; 而可再生能源中, 水電佔21.2% , 生物質能等其它清潔能源僅佔2.7% , 如圖3所示.
從雲南省農村能源消費現狀來看, 農村年生活用能總量為4.0×1014kJ, 佔全省能源消耗的16.8% . 薪柴是雲南省農村用能的主要來源, 據統計, 雲南省年消耗薪柴2100萬m 3, 摺合能量2.81×1014kJ, 占整個農村生活用能的70% , 而薪柴主要靠消耗森林資源獲得.
雲南地處長江, 珠江, 瀾滄江, 怒江, 紅河等流域的上遊和發源地, 以薪柴為主的落後而低效率的用能方式, 造成雲南省森林砍伐和水土流失等嚴重的後果, 不僅嚴重影響雲南省的生態環境, 而且還危害各江河流域的中下遊地區和東南亞一些國家的生態環境. 因此, 優化雲南省農村能源結構勢在必行.
3發展前景分析
'十一五' 以來, 雲南省政府著力挖掘雲南省生物質能源潛力, 努力將雲南省的資源優勢轉變為經濟優勢. 目前, 雲南省在戶用省柴節能灶, 小水電, 沼氣和太陽能熱水器等可再生能源技術的推廣取得顯著成績. 省政府的重視和支援是雲南省發展生物質顆粒燃料的一個重要條件. 儘管在生物質顆粒燃料開發利用方面雲南省還處於起步階段, 但是政府扶持力度逐漸加大, 並取得初步成效. 政府決定在2011年投資3800萬元, 在昆明市晉寧縣工業園建設顆粒燃料生產基地, 以玫瑰, 煙草, 紫莖澤蘭, 皇竹草等農林固體廢棄物為生產原料, 加工生產生物質顆粒燃料, 年產量可達6萬t. 雲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作物秸稈為原料, 加工生產生物質顆粒燃料, 目前已生產物質燃料0.3萬t, 來替代煤炭用於煙葉烘烤, 取得較好的效果.
雲南省生物質資源豐富是發展生物質顆粒燃料的另一有利條件. 雲南省是我國農業秸稈主要生產區之一, 目前每年估計有1390萬t左右秸稈還未得到合理的開發和利用. 其次, 雲南省擁有豐富的林業資源, 林業用地面積達0.23億hm 2, 宜林荒山荒地266.67萬hm 2多, 有用材林和薪柴林12萬hm 2多, 灌木林地30萬hm 2多, 每年可採集木質燃料資源500萬t左右. 另外, 雲南省是我國鮮切花最大的生產區, 花卉產業的發展也產生了大量秸稈廢棄物. 以2010年為例, 雲南省花卉種植面積達4.2萬hm 2, 鮮切花總產量60.5億枝, 連續17年全國排名第一. 以每生產60支鮮切花產生1kg幹廢棄秸稈計算, 雲南省每年由花卉產業帶來的秸稈數量達10萬t以上. 雲南省農業, 林業, 花卉產業年生產秸稈數量綜合達到1900萬t, 摺合950萬t多標準煤, 可提供能源2.76×1014kJ, 每年可替代98% 的薪柴作為農村能源利用, 基本上滿足雲南省農村能源需求, 年節約薪柴約2065萬m 3. 按照薪柴林平均出材率30m 3/ hm 2計算, 每年可以保護薪柴林面積為68.8萬hm 2, 相當於雲南省林業總面積的3% .
從20世紀80年代末, 雲南省政府就把大規模開展農民容易接受, 投資小, 見效快的節能灶工程作為改善農村能源結構的突破口來抓; 到2009年, 雲南省累計630萬戶農戶使用上了新型節能灶, 推廣率達75% . 節能灶改造工程的實施為雲南省發展生物質顆粒燃料打下了良好的物質基礎. 新型節能灶採用高效保溫材料製造, 熱效率可達30% 以上, 在不改變任何結構的基礎上可以燃燒以果殼, 鋸末, 農作物秸稈(玉米稈, 麥稈, 棉稈, 煙稈)等各種農村廢棄物壓制而成的顆粒燃料, 投資小, 節能效果顯著, 使得生物質顆粒燃料在雲南農村易於被廣大農民接受, 有利於技術推廣和產業發展.
4結語
綜上所述, 生物質顆粒燃料在雲南發展前景非常廣闊, 發展生物質顆粒燃料是雲南省改善農村能源結構的重要途徑之一. 只要雲南省農業秸稈資源得到合理的開發和利用, 即可根本上滿足雲南省農村生活用能, 實現農村用能因地制宜, 自給自足. 同時, 可以在保護雲南省的森林資源, 維護良好的生態環境, 促進農村經濟發展, 變廢為寶, 在改善農村環境等方面起到積極的意義.
