咸寧市秸稈資源潛力估算及能源化利用分析

摘要：以低山丘陵地區的咸寧市為例，通過對該地區秸稈資源量的科學測算以及對秸稈能源化利用分析，指出低山丘陵地區秸稈能源化利用應以適度規模的秸稈氣化和秸稈沼氣發酵工程為主要方式，減少秸稈廢棄量，促進秸稈還田，提高農業可持續發展能力。

關鍵詞：低山丘陵區；秸稈；能源化利用

中圖分類號：Ｓ２１６．２ 文獻標識碼：Ｃ 文章編號：0439－８114（２０11）24－5075-04

Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔａｔｕｓ ｏｎ Ｃｒｏｐ Ｓｔｒａｗ ｉｎ Ｘｉａｎｎｉｎｇ Cｉｔｙ

ＮIE Ｆｅｉ，ＷANG Ｙｕ-ｂｏ

（Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６８，China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔａｋｉｎｇ Ｘｉａｎｎｉｎｇ cｉｔｙ which located in hilly region ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ， ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗ in this region was estimated； Aｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗ was analyzed． It was suggested that ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｔｒａｗ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒａｗ ｂｉｏｇａｓ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓａｖｅ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗ， ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ of ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： hｉｌｌｙ ｒｅｇｉｏｎ； cｒｏｐ sｔｒａｗ； eｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ

低山丘陵地區是我國農業發展潛力最大、開發難度較小的地區之一，并且勞動力資源充足，開發市場廣闊。我國每年農作物秸稈產量約７億ｔ以上，由于受氣候和地勢的影響，低山丘陵地區土壤有機質含量低，酸性較強，土質黏重，耕地水土流失現象嚴重，旱地農作物秸稈還田率較低，加之對該地區秸稈資源開發利用方式落后，作為能源利用時效率很低，導致農村能源缺乏加劇而更多地依賴柴草，使低山丘陵地區土壤貧瘠。以低山丘陵地區的咸寧市為例，對該地區秸稈資源量進行了科學測算，分析了目前咸寧市秸稈能源化利用現狀，提出了有效開發利用該地區秸稈資源的途徑，以期為低山丘陵區秸稈能源化利用及相關產業發展提供參考。

１ 咸寧市秸稈資源量及分布

咸寧市位于湖北省東南部，是武漢城市圈核心城市之一。全市面積９ ８６１ ｋｍ２，其中山地、丘陵地區占８３．６％，總體構成鄂東南低山丘陵地帶［１］。咸寧屬亞熱帶大陸性季風氣候，氣候溫和，山區礦產資源豐富，降水充沛，日照充足，四季分明，無霜期長，歷來是重要的農業生產基地，除水稻外，棉花、苧麻、甘薯，經濟林木的油茶、油桐、鳥柏、茶葉以及柑橘等，都占有重要地位。

１．１ 咸寧市秸稈資源潛力估算

２０１０年秸稈資源量的計算是根據咸寧市作物產量與對應作物的草谷比所得。因地域、作物種類、氣候條件等不同，作物產量、草谷比參照咸寧市統計局資料及相關文獻確定［２－４］。

由表１可知，咸寧市每年秸稈資源量為１３６．１９萬ｔ，其中稻草９２．１８萬ｔ、玉米秸稈１０．２７萬ｔ、蔗渣１０．３２萬ｔ、油菜秸稈９．３８萬ｔ，以上４種作物秸稈量達到秸稈總量的８９．７％。

選取水稻秸稈、玉米秸稈、蔗渣、油菜秸稈作為主要作物秸稈。由圖１可知，２００５～２０１０年4種農作物（水稻、玉米、甘蔗、油菜）的產量呈逐年穩步上升趨勢，２０１０年為１２２．１５萬ｔ，較２００５年增長了２４．８６％。國家在２０１１年開展了全國糧食穩定增產的行動，引導糧食主產區的農民開展農田水利基礎設施建設，旨在更有效地保證作物播種面積及產量。在今后一段時間，咸寧市未來的作物播種面積和產量也將不會下降，咸寧市的秸稈數量每年還將不斷增長，未來秸稈資源產量將不會低于１２５萬ｔ。

目前，咸寧市農村居民使用秸稈、柴草等作為炊事用能占６８．２％，且還有２３．８％的農村居民使用煤用于炊事用能［４］。２０１０年咸寧市農村用電量３．７０億（ｋＷ·ｈ），相比２００５年增長了３６％［５］。隨著傳統農業向現代農業的轉變，農村經濟的發展和農民生活水平的提高，農村的傳統能源消耗還會進一步擴大。而在未來秸稈資源數量不斷增加的背景下，秸稈資源焚燒、過剩和浪費問題將會日趨嚴重。秸稈資源的開發利用成為保證農業可持續發展的重大課題之一。

１．２ 咸寧市秸稈資源分布

由圖２可知，咸寧市各地的秸稈資源分布不均勻，主要是由于各縣（市、區）的土壤特性、土地面積、資源稟賦、勞動人口等多因素造成的。尤其是通山縣，山地居多，其中“五山相連”（九宮山、太陽山、太平山、大城山、大幕山），由于地勢影響，當地秸稈產量相對低得多。因此，選取咸寧市秸稈資源密度作為分析指標，以便更準確地反映咸寧市各地秸稈分布情況。秸稈資源密度是指某一區域單位面積秸稈資源的數量，以反映該地區秸稈資源的豐富程度［６］。根據實際情況，選取各地作物播種面積和秸稈資源量作為反映咸寧市秸稈分布的指標。通過咸寧市各地秸稈資源量與作物播種面積的比值得到咸寧市各地秸稈資源密度，２０１０年咸寧市各地秸稈資源密度。

咸寧市平均秸稈資源密度為５６６．１１ ｔ／ｋｍ２，其中嘉魚縣的農作物秸稈資源密度最大，為９７７．７５ ｔ／ｋｍ２，其次是赤壁市和通城縣，秸稈資源密度分別為５５５．１７ ｔ／ｋｍ２，５６４．１９ ｔ／ｋｍ２，而咸安區和通山縣的秸稈資源密度因作物播種面積、地勢因素不及全市平均值，秸稈資源密度分別為４０８．５０、３９５．２５ ｔ／ｋｍ２。由于地處幕阜山脈與江漢平原的結合部這個地理優勢，嘉魚縣除了是全省水產大縣之外，還是全省５６個糧食主產縣之一，主產苧麻、小麥、水稻等作物。由圖３可知，嘉魚縣的秸稈資源在全市中占有重要地位，其秸稈資源分布集中，加之為全市少有的長江沖積平原、切割殘丘的地貌，且境內平原與丘崗地區氣候無明顯區別，所以，在考慮秸稈收集、儲運的成本和費用等因素時，嘉魚縣、通城縣和赤壁市較適宜進行規模較大的生物質（秸稈）發電、秸稈集中供氣工程、大中型沼氣工程建設等項目，以緩解每年大面積秸稈資源廢棄、焚燒污染環境的現狀。

２ 咸寧市秸稈能源化利用分析

秸稈能源化利用技術主要包括秸稈氣化、直燃發電、固化成型及炭化等。秸稈氣化又分為秸稈生物氣化及秸稈熱解氣化。秸稈生物氣化技術即秸稈沼氣技術，主要是以秸稈為主要原料經微生物的厭氧發酵作用產生可燃氣體；秸稈熱解氣化技術通常稱之為秸稈氣化技術，是將秸稈轉化為氣體燃料的熱化學過程［７］。

２．１ 咸寧市各地秸稈能源化利用現狀

《湖北咸寧碳減排潛力形勢研究報告（２００８）》指出，“力爭上核電和抽水蓄能電站，鼓勵發展風電，引導發展小水電，大力發展火電，適時建設秸稈發電、垃圾發電、石煤發電和沼氣發電工程，全面推動農村沼氣普及”。報告表明當前咸寧市除火電、水電、風電及核電之外，生物質（秸稈）發電和農村沼氣工程是全市發展重點項目之一。

２００７年通山縣參與徐州市跨省跨市發展秸稈及其他農林廢棄物發電連鎖項目，與其簽訂了１０ＭＷ芭茅稈發電項目，同徐州銅山、安徽懷遠一起被列入國家綠色能源示范縣工程，形成跨省秸稈發電連鎖網；崇陽縣的山區與丘陵交錯，梯田和村莊旁長年堆積大量秸稈，為此，崇陽縣２００８年引進咸寧市首個生物質（秸稈）發電項目。２００８年崇陽縣秸稈發電廠由武漢凱迪集團投資建設，總投資２．２５億元，裝機容量２×１２ＭＷ，以秸稈（稻殼為主）為燃料進行發電，年耗秸稈２０萬ｔ，節約折合標準煤約為１０萬ｔ，每年為農民增收３ ６００萬元；今年３月，由武漢凱迪控股投資有限公司投資２．８億元的生物質（秸稈）發電廠在赤壁正式破土動工，工程建設規模為１×３０ＭＷ高溫超高壓汽輪發電機組，預計年耗秸稈（稻殼為主）及經濟林木枝干約２２．５萬ｔ，可每年為當地供電１．５億（ｋＷ·ｈ），節約標準煤約１１萬ｔ，增加當地農民收入約４ ５００萬元。

自２００３年以來，咸寧市積極推進農村沼氣建設，掀起興建農村沼氣高潮。從２００３年新建農村戶用沼氣池１ ３５０口［８］，到“十一五”期間，新建戶用沼氣池７．９８萬口［９］。經過７年多的沼氣建設，戶用沼氣池不斷增加，后續服務體系不斷跟進，全市沼氣建設得到較快發展，在不斷增加農民收入和提高農民生活水平的同時，全面推進了全市生態農業的發展。通山縣三陽秸稈燃氣有限公司是湖北省第一家秸稈燃氣公司，２００４年從河南省引進秸稈氣化技術，利用當地豐富的秸稈、楠竹資源，生產燃氣、竹炭、木焦油、木醋液等，生產的燃氣可供千戶，且每戶每月只需４０～５０元即可滿足家庭燃料用能。之后與華中科技大學建立長期的產學研合作關系，２００７年共同承擔湖北省科技廳的科研項目——生物質微米燃料燃氣制備及其應用示范。２００８年研究開發生物質燃氣-蒸汽聯合發電技術，利用燃氣發電的余熱生產蒸汽并發電，發電效率達５０％。此類技術適用于小型燃氣-蒸汽發電供給系統，為當地農村提供了電力支持。赤壁市截至２００９年底，農村戶用沼氣池１８ ２００口，覆蓋所有鄉鎮的９２個村。當地沼氣的發展，帶動了以沼氣建設為紐帶的生態家園建設，已形成“豬-沼-糧、豬-沼-漁、豬-沼-果、菜”等發展模式。近期，嘉魚縣農業局深入開展羊毛岸、東村等５個農村戶用沼氣池建設項目村戶用沼氣池后續服務的活動，專門組織一批技術、管理人員為戶用沼氣進行維護和管理，并為當地農戶提供５ ０００份免費的戶用沼氣資料［１０］。目前，崇陽縣年產沼氣２９．２萬ｍ３（折合標準煤３．６５萬ｔ）、有機肥近１１ ０００ ｔ的泉韻生態農莊大型沼氣工程也正在籌備建設中。

２．２ 咸寧市秸稈能源化利用途徑

秸稈發電是秸稈能源化利用的主要方式之一，目前秸稈發電項目在咸寧市呈現上升趨勢，通過生物質（秸稈）發電的方式進行秸稈能源化利用的熱情異常高漲。但是應清醒地認識到，咸寧市總體構成為鄂東南低山丘陵地帶，大部分地區秸稈分布散，加之秸稈比重輕、密度小、體積大，收集難；秸稈收集半徑、運輸距離過大，導致儲運成本高；多數秸稈發電廠的發電效率只在３０％～４０％，且秸稈的燃燒值僅有煤的５０％，在效率和價格方面無明顯優勢；秸稈發電的核心技術和設備主要來自國外，限制了企業規模和未來的發展進程。在目前有限的秸稈發電技術條件下，這些都將導致燃料成本偏高，加之當前存在農村勞動力短缺，農戶出售秸稈的積極性不高等現狀，在低山丘陵地帶開展秸稈發電項目并不是最優途徑。

多年來，我國自主研發的氣化技術不斷改進，設備日趨完善。至今，全國各地研究機構已成功研制出大型秸稈氣化集中供氣技術，如大連市環境科學設計研究院開發的干餾熱解法秸稈氣化技術、遼寧省能源研究所的生物質氣化集中供氣及發電技術、浙江大學熱能工程研究所的生物質中熱值氣化技術等；小型氣化爐設備的研制開發，如中國機械化科學研究院研制的ＮＤ系列生物質氣化爐設備、江蘇大豐寶鹿生物科技有限公司生產的ＢＬ－３９０Ａ型氣化爐、中國科學院廣州能源研究所研制的ＧＳＱ型氣化爐、中國林業科學院林產化工研究所研制的ＦＢ２００型流化氣化爐等［１１，１２］；河北省石油化工規劃設計院研制的ＫＦ系列秸稈燃氣裝置，根據不同自然村設計２００、４００、６００ ｍ３／ｈ等不同型號及產氣量，熱值在３ ９００～５ ６００ ｋＪ／ｍ３；中國科學院廣州能源研究所研究開發的ＭＷ級生物質氣化發電裝置使用方便，價格適中，目前已廣泛用于農村秸稈及林木生物質資源較分散的地區。

秸稈沼氣發酵工程是根據微生物發酵原理，秸稈中的Ｎ、Ｐ、Ｋ等元素通過微生物的分解，合成新的活性物質，產出優質有機肥料（沼渣、沼液），實現秸稈的能源化利用。以秸稈為原料生產沼氣，成本低，工藝簡便易操作，適用于大范圍推廣應用。建１口８ ｍ３的戶用秸稈沼氣池，每年可轉化秸稈１ ｔ［１３］。若咸寧市每年建２萬口戶用秸稈沼氣池，則每年可轉化２萬ｔ秸稈，折合標準煤１萬ｔ。

咸寧市應著眼于各地丘陵地帶分布情況，根據當地氣候及資源條件，考慮在秸稈資源密度較集中的嘉魚縣、通城縣、赤壁市進行適度規模的秸稈集中供氣工程或氣化發電項目建設；在秸稈資源密度小、分布散的崇陽縣和通山縣進行以自然村為單位的小型秸稈氣化技術或沼氣發酵工程建設，有效地利用閑置的秸稈資源，減輕農民生活負擔和秸稈過剩導致的環境污染。

３ 結論與建議

１）咸寧市２０１０年秸稈資源產量１３６多萬ｔ，其中以稻草、玉米秸稈、蔗渣、油菜秸稈為主要作物秸稈，占總秸稈資源的８９．７％。咸寧市秸稈資源分布不均，測算出咸寧市平均秸稈資源密度為５６６．１１ ｔ／ｋｍ２，其中，嘉魚縣秸稈資源密度為９７７．７５ ｔ／ｋｍ２，遠高于全市平均水平，通城縣和赤壁市秸稈資源密度分別為５６４．１９、５５５．１７ ｔ／ｋｍ２。

２）咸寧市秸稈資源化利用雖然起步比較晚，但是近幾年“調整能源發展戰略”漸成為咸寧市經濟發展的主調，引進大型生物質發電龍頭企業先后在崇陽、赤壁等地投資建設秸稈發電廠，每年均消耗秸稈２０萬ｔ以上。同時，農村沼氣建設也在各地如火如荼進行，“十一五”期間新建戶用沼氣池７．９８萬口，后續服務體系正在不斷完善。

３）咸寧市應在秸稈資源密度較集中的地區，如嘉魚縣、通城縣和赤壁市進行適度規模的秸稈集中供氣或沼氣發酵工程建設，特別是引入高效率秸稈發酵供氣產肥裝置，提高秸稈利用效率，促進發酵剩余產物還田，提高土壤中的有機質含量；以秸稈資源分散的地區的小型秸稈氣化或沼氣發酵工程為輔，減少秸稈廢棄量，使秸稈中的有效元素回歸土地，提高農業可持續發展能力［14-17］。

４）咸寧市應依托國家確立的武漢城市圈“環境友好型、資源節約型”兩型社會綜合配套改革試驗區的優惠政策，結合全市生態立市和“在山上再造一個咸寧”的發展戰略，擴大招商引資，吸引國內外新能源企業進入咸寧市場；同時加快與企業、高校和科研機構聯合進行秸稈能源化利用技術研究，利用當地豐富的秸稈和低品位煤炭資源，興辦較大規模的秸稈熱電聯產企業，增加秸稈的附加值，推動秸稈利用的資源化、高效化和產業化發展，進一步推動全市能源結構調整的有序進行。

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