第2章　秸秆用作能源

第1节　秸秆用作能源的意义

2-1-1　秸秆作为能源的现状是什么？

答：根据统计，我国每年产生秸秆量6亿～7亿吨，每年因无法处理的剩余农作物秸秆在田间直接焚烧的超过2亿吨，造成严重污染和浪费。图2-1为秸秆处理方式比例图。而同时能源是人类生存和发展的重要物质基础，是人类从事各种经济活动的原动力，

是维持和发展社会经济、人类生活及物质文明的最基本因素。随着人类社会的发展，尤其是产业革命后工业的大发展以及全世界人口的增长，使得人类对能源的消耗量急剧增长。中国是全球最大的发展中国家，能源问题是关系到国家安全和发展的全局性问题。中国的一次能源主要依赖煤炭等化石能源，对中国能源安全构成很大的影响。在众多的可再生能源中，具有广泛使用价值的是生物质能。

事实表明，单依靠行政禁令限制露天焚烧秸秆的效果并不明显，从根本上解决问题的方法是找到剩余秸秆的综合利用途径。目前条件下，如利用农作物秸秆发电或气化技术，可谓“一举多得”，既可以解决露天焚烧秸秆的难题，又可以替代部分化石能源，补充常规能源不足，减少因化石燃料利用而引起的大气污染物和温室气体的排放。

2-1-2　什么是可再生能源？

答：可再生能源是指从自然界获取的、可以再生的非化石能源。按联合国环保署的定义，可再生能源分为传统的与新的可再生能源。传统的可再生能源主要包括大水电和用传统技术利用的风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。新的可再生能源主要指用现代技术利用的小水电、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能和固体废弃物能等。

国际能源机构的研究分析表明，农作物秸秆是一种很好的清洁可再生能源，其平均含硫量只有0.38%，而煤的平均含硫量约达1%。

据统计，2002年全世界消费的可再生能源为15.4亿吨标准煤，约相当于全球一次能源消费总量的15.8%，其中传统的可再生能源占80%，新的可再生能源工业占20%。可再生能源发电量占总的发电量19%，仅次于燃煤发电。

我国一年农作物秸秆资源量超过7.2亿吨，约合3.6亿吨标准煤，除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外，其余6亿吨可作为能源用途。

2-1-3　什么是生物质和生物质能源？

答：生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能源是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，具有可再生和环境友好的双重属性，是取之不尽、用之不竭的能源资源，是太阳能的一种表现形式。它包括树木、青草、农作物、藻类、兽类及各种有机废料。

生物质种类繁多，大致可作如下分类。

（1）木质素类：木屑、木块、树枝、树叶、树根、芦苇等。

（2）农业废弃物：各种秸秆、果壳、果核、玉米芯、蔗渣等。

（3）水生植物：藻类、水葫芦等。

（4）油料作物：棉籽、油菜加工废料等。

（5）食品加工废弃物：屠宰场、酒厂、豆制品厂加工过程产生的废物与废水。

（6）粪便及生活废物：人畜粪便、畜禽场冲洗废水、人类活动的各种垃圾等。

中国是传统的农业大国，农作物秸秆资源十分丰富，是主要的生物质资源。根据农作物产量统计和秸秆量估算，2006年我国的秸秆资源约为6.36亿吨，折合标准煤约3.14亿吨。

2-1-4　秸秆作为能源有哪些形式？

答：（1）直接作为生活燃料。将秸秆直接燃烧作为生活燃料是农村常用的生活方式，但热值低、污染环境且热利用效率也很低，一般不提倡使用此种方式。

（2）秸秆发电或供热。生物质（秸秆）发电主要有生物质能气化发电、生物质直燃发电、煤与秸秆混燃发电等方式，是秸秆作为能源的有效方式，且应用较普遍，易于实现规模化生产。

（3）秸秆沼气。以秸秆为原料制取沼气，作为一项新的沼气技术和秸秆资源利用技术的研究，主要利用生物化学转换技术将秸秆进行厌氧发酵以实现工业化规模产气技术。在我国，建一座8m3的户用秸秆沼气池，配套改厕、改厨，一次性投料约400kg的秸秆和2kg的“沼气1号”，通过发酵产生沼气，可连续产气达6个月以上，年产沼气量约400m3，可供一个4～5口之家全年的生活用能。一座户用秸秆沼气池，每年可消耗1亩 稻秆或2亩麦秆。

（4）秸秆制煤。还可以用秸秆来加工成压块燃料、制取煤气和生产燃料乙醇。秸秆的基本组织是纤维素、中纤维素和木质素，在适当温度（通常为200～300℃）下会软化，此时施加一定压力使其紧密粘连，冷却固化成型后即可以得到棒状或颗粒状、蜂窝煤状等新型燃料，以实现“秸秆代煤，变废为宝”。

（5）其他形式。如利用秸秆生产乙醇，作为液体燃料等。

2-1-5　国外秸秆用作能源的发展状况如何？

答：（1）秸秆气化技术生产沼气，在国外越来越受到重视，加拿大投放市场的3种生物质气化炉，利用秸秆、玉米芯、果壳、锯末、木屑和粮食加工的下脚料为燃料，制取煤气替代燃气，驱动内燃机发电，一年可运行6000h，节省50%的费用。利用农作物秸秆制取沼气的研究在许多国家取得了成果。美国研究的秸秆两步发酵工艺，先对秸秆进行酸化处理，然后再厌氧发酵制取沼气，不仅大大提高了沼气发酵装置的产气率，而且减少了秸秆在装置中的滞留时间。欧共体各国建有600多座大中型沼气工程，其中绝大多数可用于秸秆产生沼气。

（2）直接作为燃料：许多国家为了提高秸秆直接燃烧的热效率，研究出许多装置。美国研制的流化床式燃烧器可以大大提高秸秆的燃烧效率；欧洲一些国家燃烧秸秆和其他生物质能的锅炉已经商品化，中小型锅炉的热效率已达70%；印度等一些发展中国家在农村普遍推广节柴灶，热效率已达30%以上。

（3）制取可燃液化物：利用农作物秸秆制取酒精或轻质燃油的技术在国外也发展很快。德国研制的生物质液化装置，可以对秸秆、木屑等生物质进行液化处理，生产中质、轻质燃油和酒精燃料；巴西在利用可再生物质资源生产酒精方面处于世界先进行列；北欧的瑞典、挪威、芬兰等国造纸业发达，采用亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精的比例很大。

（4）加工成颗粒燃料：秸秆等生物质致密成型和炭化技术受到发达国家的普遍重视。美国建有9个生产能力250t/d的生产厂，另有16个州兴建了日产量为300t的树皮成型燃料加工厂；日本在1987年就有十几个颗粒燃料工厂投入运行，年产生物质颗粒燃料十几万吨；意大利、丹麦、法国、德国、瑞典、瑞士等欧洲国家建有生物质颗粒燃料厂30多家，机械冲压式成型燃料厂40多家。意大利阿基普公司开发出一种成型机械，能够直接在田间将秸秆收割、切碎、榨汁、烘干成型，生产出瓦棱状固体成型燃料。

2-1-6　秸秆作为能源开发的意义是什么？

答：秸秆是农业生产的剩余物，可作为造纸原料、牲畜饲料，也是重要的能源资源。为充分利用好这一重要能源资源，2003年以来，国家发展和改革委员会先后批复了江苏如东、山东单县和河北晋州3个国家级秸秆发电示范项目，拉开了我国秸秆发电建设的序幕。在《可再生能源法》及其配套政策的支持下，我国秸秆发电迅速发展，据不完全统计，到2006年年底，全国在建农作物秸秆发电项目34个，分布在山东、吉林、江苏、河南、黑龙江、辽宁和新疆等省（区），总装机容量约120万千瓦；山东单县、江苏宿迁和河北威县三座发电站已投产发电，总装机容量8万千瓦。我国秸秆发电已迈出实质性步伐。

大力发展秸秆能源，不仅可以减少由于在田间地头大量焚烧、废弃所造成的污染，变废为宝，化害为利，而且对解决“三农”问题，促进当地经济发展具有重要作用。据估算，建设一个2.5万千瓦的秸秆发电厂，每年需要消耗秸秆20万吨，按每吨秸秆收购价200元计算，可为当地农民增加约4000万元收入，惠及的农户数量将近5万户，是发展农村经济、增加农民收入的重要举措。我国生物质资源十分丰富，各种农作物每年产生秸秆6亿多吨，林木总生物量约190亿吨，可获得量为9亿吨，可作为能源利用的总量为3亿吨，若能充分加以利用，可为农民增收近1000亿元。

在我国目前农村现有的能源结构（液化气、沼气、太阳能、电、原煤、蜂窝煤、植物燃料）中，秸秆气以其容易取得原料、操作方便等优势，完全可以取代传统柴灶，替代液化气，改变我国农村烟熏火燎的生活方式，具有较好的经济效益、生态效益和社会效益。

2-1-7　秸秆作为能源的优点是什么？

答：（1）秸秆等生物质是清洁的、可再生能源，被誉为“绿色”燃料。从其工业分析来看，具有挥发分高（平均值在60%以上）、易燃、固定碳（一般在13%～23%之间）和灰分含量低（一般在10%左右）等特点。从元素分析来看，其低碳（37%～54.9%）、硫和氮含量低（含硫0.01%～0.26%，含氮0.19%～1.37%），有的甚至不含硫，详见表2-1。国际能源机构（IEA）的研究表明，秸秆的平均含硫量只有0.38%（煤的平均含硫量约达1.03%）。

农作物秸秆等生物质，直接或间接地利用绿色植物的光合作用，将太阳能固定和存储于体内，具有可再生性，所以说秸秆是一种煤无法媲美的清洁的可再生能源。

（2）农作物秸秆与风能、太阳能等可再生能源相比，较少地受自然因素的制约，又能加工转换成常规的固态、液态和气态燃料，能储存运输。

（3）农作物秸秆生长过程中吸收大量的二氧化碳（CO2）气体，燃烧过程排放的CO2气体与吸收的相当，因此被称为CO2中性燃料，如图2-2所示。

2-1-8　秸秆作为燃料需要克服的缺点是什么？

答：秸秆作为燃料需要克服的缺点有：

（1）秸秆的堆积密度低。

（2）秸秆燃料种类的多样性和复杂性。

（3）热值较低，能量密度低。

（4）地域性、季节性较强。

秸秆资源丰富，但是分布分散，收集难度很大，而目前的压缩成型技术还不成熟，效率较低，成本很高，这是秸秆规模化利用的瓶颈之一。