高海拔地区农村能源发展利用探讨

张得平　鄂辉邦　刘应生

摘要 高海拔地区农村能源的供应问题关系到当地粮食生产和国民经济的发展。本文对高海拔地区农村能源进行了概述，并从秸秆气化技术和沼气工程2个方面阐述了高海拔地区农村能源的利用现状和发展趋势。

关键词 农村能源；开发利用；秸秆气化技术；沼气工程；高海拔地区

中图分类号 S210.7 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）16-0163-01

农村能源涵盖农村地区的能源储备与消耗，涉及农村生产生活等多个范畴。农村能源的研发对象是农村地区开发利用的能源，在高海拔地区有农作物秸秆、人畜粪便、煤等，大多为可再生资源和可再生能源。农村能源涵盖国家层面供应农村的燃料油、电力和煤炭。因此，农村能源的发展方向主要是合理、科学地开发和发展农村地区各种能源、能量资源，包括在能源转换、输入、分配、最终消费等方面的科学管理以及相应的先进技术，以使农村能源实现最高效益，减少供需问题，保护生态，促使农村长期稳定发展[1-2]。

目前，农村能源消耗包括生活和生产2个方面，生产消耗涵盖田间、运输、产品加工3个整体项，其主要消耗的是以商品形式所产生的柴油、煤电等。

高海拔地区在能源规划、分配中由于条件的原因常忽视农村能源。在计划经济时代，农村的生活用能依靠生物质能解决。如今，能源事业是一项必定事业，需要在思想上遵循科学规律，从而快速、稳固、科学地发展。随着市场化经济的发展，能源发展必须走科学化、产业化的道路，建立起生产、推广、科研的产业化体系。

高海拔地区农村能源利用有秸秆气化技术、沼气工程2 种途径，可以实现农村废弃物的循环利用，有利于农业结构调整、农民生产生活改善。

1 高海拔地区农村能源的利用

1.1 秸秆气化技术

农村废弃资源利用中，秸秆气化是非常重要的技术之一[3]。秸秆气等同于液化气、沼气等无污染、清洁的新能源。

1.1.1 气化原理。固体、液体转化为气体燃料称之为气化。秸秆类燃烧时，氧气充分燃烧，可燃成分包括甲烷、氢气、一氧化碳，这也是秸秆气的主要成分。

1.1.2 气化过程。秸秆的气化是以五代气化炉作为参考，科学分析秸秆的气化过程。秸秆气化时，在五代气化炉上部加入气化剂，从下部吹入，气化炉中层架燃烧反应的秸秆从上往下分成干燥区、热分解区、还原区和氧化区。秸秆气化过程温度下降，保持在650～850 ℃，还原区的主要物料为氢气、一氧化碳和二氧化碳，在氧化区生成的热气体进入上部的裂解区，没有反应的炭灰则落入氧化区。

（1）裂解反应。氧化区、还原区生成的热气体通过裂解层加热秸秆，秸秆加热后产生裂解反应。在秸秆裂解过程中，温度下降至350～550 ℃，产生部分烃类物质。裂解区主要物料有以下8类，即氢气、炭、一氧化碳、水蒸气、甲烷、二氧化碳、焦油、少许烃类物质等，其中热气体上升到干燥区，炭灰进入还原区。

（2）秸秆的干燥。从气化炉上部加入秸秆到干燥区，秸秆生成的热气体物料进行换热，促使水分蒸发，温度为90～280 ℃。干燥层留存物为水蒸气、干物料。水蒸气排出气化炉，干物料进入裂解区。气化是燃料的干燥裂解过程。

1.1.3 气化装置——秸秆气化炉。新型环保炉具为秸秆气化炉，替代了煤气、液化气、天然气等，特点为操控简单、设计科学、燃料广泛、经久耐用、安全可靠、昼夜不灭、干净卫生、结构简单、成本低廉、技术可靠。燃料资源包括杂草、麦秸及一切可燃物。气化炉工作期间，随开随用、火力猛、气量大，火焰为浅蓝色。与液化气相比，其火苗超過2倍，加满燃料可持续燃烧12 h。

1.2 沼气工程

沼气为各种有机物质在隔绝空气（还原条件）条件下，经过微生物发酵产生的一种可燃性气体。沼气的主要成分为甲烷，其中，甲烷、氮气、二氧化碳、氧气、氢气、硫化氢占比分别为50%～80%、0～5%、20%～40%、<0.4%、<1%、0.1%～3%。沼气略有臭味，是含硫化氢的缘故，这种特性与天然气相近。

甲烷是理想的燃料气体，无色无味，适合与空气混合后燃烧。与其他燃气相比，沼气抗爆性较强。沼气除可用于炊事、供暖外，还可作为化工原料制备福尔马林、甲醇、四氯化碳等。沼液和沼渣含有丰富的有机物质，可用作肥料和饲料，还可直接喷洒以提高农作物的产量和品质[4]。

1.2.1 沼气传统利用和综合利用技术。高海拔地区的沼气利用最初为农村户用沼气池项目。近年来，高海拔地区政府积极推广农村沼气事业，户用沼气在高海拔地区农村广泛使用，从最初的炊事发展到了取暖照明相关阶段。沼气发酵技术多层次、合理利用，逐步成为高海拔地区农村地区利用沼气促进可持续发展的有效方法。以北方“四位一体”、南方“猪—果”模式为纽带，逐步因地制宜建立“养殖—沼气植”“猪—沼—鱼”和“草—牛—沼”等模式，都是以点为龙头，以沼气为纽带。生态农业模式、生态果园模式、生态塑料大棚模式都是以沼气、沼液、沼渣多层次利用的生态农业模式，发展绿色种植业、养殖业已成为农村经济新的增长方式。

1.2.2 沼气发电技术。沼气发电技术是将厌氧发酵处理产生的沼气用于装有综合发电装置的设备上，从而产生热能和电能。沼气燃烧发电以大型沼气为起点，是在沼气综合利用上不断发展的一项沼气利用技术，具有安全环保、创效节能、成本低等特点。发达国家沼气发电受到广泛重视，西欧国家沼气发电所占比例已达11%左右。高海拔地区沼气发电尚处于空白状态，国内的沼气发电应用和研究还处于初级阶段，适用于高海拔地区的沼气发电技术少，但这些地区却有丰富的生物质能，利用沼气发电的前景十分广阔。

1.2.3 沼气燃料电池技术。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。燃料电池转换的效率高、无污染、噪声低，模块结构洁净、积木性强、比功率高，不受卡诺循环的限制，可分集中、分散2种方式供电，适合度高，排出的硫化物和氮氧化物浓度低。燃料电池以高效、清洁的方式在移动电源、不间断电源、电动汽车等方面应用前景广阔，市场潜力巨大。

2 结语

随着社会生活水平的提高，对能源的需求量也稳步上升，加剧了高海拔地区的供需矛盾，做好高海拔地区能源推广应用和建设模式意义重大。实践证明，在为农民提供清洁能源的同时，还要有效改善农村环境，才能促进农业可持续发展。农村能源建设要由过去的小范围试点发展到大规模集中建设整村推进，从以前的单一模式发展到生态领域，建设资源节约、让广大农民真正得益受惠的民心工程、清洁工程、能源生态工程和环境友好型工程。

3 参考文献

[1] 田宜水.2015年中国农村能源发展现状与展望田[J].中国能源，2016，38（7）：25-29.

[2] 仇焕广，严健标，李登旺，等，我国农村生活能源消费现状、发展趋势及决定因素分析基于四省两期调研的实证研究[J].中国软科学，2015（11）：28-38.

[3] 田宜水.2013年中国农村能源发展现状与趋势[J].中国能源，2014，36（8）：10-14.

[4] 张力小，胡秋红，王长波.中国农村能源消费的时空分布特征及其政策演变[J].农业工程学报，2011，27（1）：1-9.