农业工程能源互联网发展展望

杨世素 潘文杰

摘 要：目前我国经济发展迅速，农业为我国发展做出了很大贡献。我国是农业大國，农业方面的用电用能或产电产能都具有潜力。农业工程能源互联网是在能源互联网的基础上，将现有农业工程中的用电用能或产电产能引入能源互联网技术，是当前国内外产业界和学术界关注的焦点。介绍了农村生物质能源发展的主要问题，分析了日后农业工程能源互联网发展趋势。农业工程能源互联网的发展不仅能够减少当前世界各国对化石能源的依赖，还可以节约资源，保护环境，促进世界各国农业的进一步发展。

关键词：农业工程;能源互联网;发展展望

近几年，我国农业发展迅速，依然是推动我国社会经济发展的关键。循环农业技术主要利用物质多层、再生原理等技术实现高效率、低排放等目标，进而促进农业实现可持续发展。随着新型农村的建设与发展，大部分农村地区都积极应用能源循环农业模式，并积极响应农村秸秆回收等环节，进而为推动新农村建设的深入开展奠定了良好的基础。

一、农村生物质能源发展的主要问题

1.能源利用程度不高。农村生物质能源应用过程中，废弃物资源化处理是其应用的重要形态。现阶段，废弃物资源化利用效率低是农村生物质能源发展的主要问题。具体而言，其主要表现在以下两个层面：一方面，从宏观层面来看，农村废弃物的出率明显较低。在农村养殖场具有较大的畜禽粪便，通过其进行沼气生产是生物质能源利用的有效途径，然而当前养殖场沼气工程的建设比例仅为30%左右;另外，农村地区还存在着较为严重的农作物秸秆焚烧和废弃现象，这种直接处理的比例达到20%以上，即农村废弃物尚未彻底实现资源化和无害化利用。另一方面，生物质能源转化装置的应用较为短缺，这使得生物质能源转化技术水平不够。实际应用中，譬如在德国，较多的沼气工程配置了热电联用装置，其设备配置了高达98%，然而在我国农村地区，这些发点设置的装置配置了不足3%，能源利用效率较低。

2.技术及其设备发展落后。我国具有利用农业废弃物的传统，但多依托传统的经验，缺乏具有知识产权的技术和推广价值的创新性技术，传统的农业废弃物利用主要集中肥料化利用，沼气利用作为补充.由于全球新型能源开发技术的发展，我国热解气化技术也逐渐由工程示范到规模化产业发展，由于原料预处理及储存难、转化率低、过程能耗高、同时消化产气率低、气化利用中焦油控制工艺差、沼气发电与气化发电效率较低、设备与管理自动化程度较差、二次污染问题、工程系统运行强度和效率低等技术问题，严重限制现阶段农业废弃物燃气化利用。

农业废弃物发电技术单一，催化与转化效率低下、过程能耗和水耗高、比较成本高是我国现阶段农业废弃物发电面临的问题.现阶段秸秆燃烧发电成本达0.6～0.7元·（kW·h）-1，成本高于常规电力成本，即使有国家0.25元·（kW·h）-1的补贴也难以收支平衡。现阶段，我国农业废弃物能源化产业自主核心技术缺乏，对不同种类农业废弃物能源化利用的技术和工艺缺乏系统性研究，成套设备供应能力弱，缺乏关键设备的生产能力。

3.能源农业建设缓慢。农业经济发展中，玉米、小麦等材料不仅可以制作人类食用食品，更能进行牲畜饲料制作、和燃料生产等;在这行经济性活动运作中，应注重粮食安全问题的严格把控，这对能源农业的发展造成较多阻碍。目前，我国能源农业的发展仍处于探索阶段，其产业化运作尚有待提升。譬如，在纤维类生物质能源开发中，仅农村秸秆一项，其资源总量就能到达7亿t，其可以作为原材料，进行乙醇燃料生产。然而在实践中，这一过程的实现受到以下因素制约：其一，秸秆生物质能的转化特性和机制研究尚不充分。其二，较多的秸秆需要进行预处理，然而当前的秸秆分离应用尚不规范。其三，从生物质资源向能量转化过程中，生物提制技术的应用有待加强。

二、农业工程能源互联网发展展望

1.立体复合循环模式的应用。客观角度来讲，立体复合循环模式主要指将蚕桑业、种植业以及养殖业作为发展的核心，在丘陵山地实现立体复合循环农业经济模式。此模式主要依靠当地的优质蚕桑资源和当地的产业基础，将当地的农业龙头企业作为发展主体，采取“龙头企业+农户”组织运行方法，促进当地桑蚕养殖业实现可持续发展，同时还能促进林下种植以及养殖业的进步，通过合理利用自然资源最大程度上发挥出生物资源以及劳动资源的积极作用。此循环农业技术模式还能有效解决水土短缺的问题，从而为提升当地的农业经济效益奠定良好的基础。

2.制氢技术。H2和CH4制备的生物清洁能源，能够减少CO2和NOx气体排放量.农业有机废弃物作为发酵制氢的低成本原料，可以实现清洁能源发电和废物处理的双重效益.目前农业有机废弃物制氢的应用面临着制氢速率和底物降解速率均较低的瓶颈，新型技术生物光解法、光发酵法、暗发酵法、超临界水气化合成法等方法，尚处于实验室研究阶段或者小规模试验阶段，拥有巨大的潜力。提高产氢效率的新型生物技术，相关文献也有报道。通过遗传工程技术、分子生物学技术改造高产氢气的菌株，获得光合系统改进的工程菌株，提升光合生物制氢效率.降低光合细菌生长和产氢过程中对光的依赖性，培育对光依赖度低且产氢效率高的菌株，有效地降低人工光源的能耗.开发新型发酵工艺，利用多菌种、多菌株的协同作用，构建制氢生物菌种复合体，提高底物分解速率和产氢效率.基于低能耗的微生物产氢复合体，开发外置、内置光源等多种结构形式、具有光源能耗低的光合制氢反应器。相关技术从小试阶段转向产业应用，最终达到规模化生产，实现多元化发展，H2有望成为化石燃料的替代品。

3.优化生物质能开发技术与装置。现阶段，我国对于农村的开发和建设力度不断加大，要实现农村生物质能的高效应用，还应对当前能源开发利用的技术和装置进行全面优化。一方面，地方政府应注重生物质能源开发技术的广泛宣传，同时对农民进行技术培训和指导，确保其理解生物质能的应用价值，实现基础生物质资源储量关键的转变。另一方面，其应注重农村生物质能源利用设备的有效更新。具体而言，地方政府不仅要关注现有生物质能利用设备的优化，确保其处理链条的延伸，更要对新建生物质能设备的农户进行补贴，确保农村生物质能源开发效率和质量的全面提升。

新农村建设中，针对农村生物质能源利用过程的服务保证，应注重农民理念的引导，并在技术培训、经济补贴、建设指导中，实现农村生物质能源应用的进一步发展。

三、结语

从客观上讲，农村能源循环农业技术模式涉及多个方面的内容，具有一定的综合性以及复杂性，并且已广泛应用在大部分的农村地区。基于此背景，为了能够有效提高农村资源的回收利用率，需要积极响应环保理念，及时解决以往存在的能源浪费等问题，为新农村建设奠定良好的基础。基于此，就需要加强对能源循环农业技术模式的研究分析，进而推动我国农业实现可持续发展。

参考文献：

[1]王康哲，阳涛.循环农业发展模式、评价及对策[J].湖北农业科学，2018，57（21）：9-15.

[2]黄圣彪.农业循环经济呈多元化发展态势[J].环境经济，2018（8）：50-55.