秸秆转化为生物质能源的利用策略研究

曹 磊

（宁夏农村能源工作站，宁夏 银川 750000）

1 浅析我国秸秆资源的现状与政策环境

1.1 秸秆利用情景假设分析

稻草生物质具有多种功能，可用作燃料、饲料、肥料、生物基质和工业原料。主要包括三个方面的利用：一是种植（养殖）行业的秸秆综合利用。秸秆分解后快速还田，经腹和机械化直接还田，生产优质饲料和食用菌；二是用作燃料能源。例如沼气、热解气化、固化、炭化、纤维素制取燃料乙醇；三是稻草加工产业。稻草饲料加工业和稻草编织业是以稻草为原料，生产非木浆、人造板、包装材料、餐具等产品。秸秆综合利用率是指秸秆直接利用率和生物质转化成能量的总和。

按照秸秆露天焚烧排放标准，主要污染物有：CO2、PM2.5、BC、OC、Co、NH3、SO2、NOx、CH4、NMVOC，秸秆在露天焚烧中的排放系数分别为1.43、0.01、0.000 6、0.003、0.034、0.000 7、0.000 9、0.003、0.006。

2015 年我国秸秆直接利用率达到69%，秸秆生物质能源转化利用率达到11%，秸秆综合利用率达到80%。2015 年秸秆综合利用率达到11%，秸秆总量达到6.8×108t。到2015年，将有7 500×104t 秸秆转化为生物质能源，折合3 800×104t 标准煤（系数相当于0.5 标准煤），约占2015 年全国煤炭消耗量的2%。生物质能是一种清洁能源，在使用过程中几乎没有任何污染物产生。

两者均可避免露天焚烧秸秆。2015 年露天焚烧过程中污染物排放清单和秸秆排放量系数测算结果为5.44×108t。减排8.11×108t 污染物（其中二氧化碳排放总量的96%）。

本文分别提出两种假设情况，并根据不同情况进行分析。

情景设定1：到2020 年，我国秸秆直接利用率与2015 年基本持平，生物质转化利用率提高5%～16%，秸秆综合利用率达到85%。截至2020 年，我国秸秆综合利用达7.6×108t，节约用煤6 100×104t，占煤炭消费总量的比例达3%，减少9.65×108t 污染物排放。

情景设定2：到2020 年，假设我国秸秆直接利用率在2015 年的基础上保持不变，将秸秆生物质能源转化为生物质能的利用率提高10%～21%，将秸秆综合利用率提高90%左右。我国秸秆综合利用到2020 年将达到7.6×108t，可节约煤8 000×104t，占到2015 年煤炭消费总量的4%，污染物排放量下降10.21×108t。

同理，假定7 种秸秆对节能减排有贡献。以2015 年为基准，直接利用秸秆率为69%，情景1 是把秸秆转化为生物能源的利用率提高到16%，情景2 是把秸秆转化为生物能源的利用率提高到21%；情景2 把第一组的秸秆产量降到了较低的水平，为便于以后计算第一组的经济可行性，把计算结果保留了小数点后两位。

1.2 分析经济可行性

相对于基准情景，情景1 将生物质发电中秸秆和生物量的利用率提高到了16%。电站增加了442×108元（收集、储存、运输增加了160×108元，收集、储存和运输增加了340/t），发电增加了282×108元（1 t 秸秆可以发电1 MW·h，发电增加了600/MW·h）。与此同时，电厂发电收入增加453×108元（上网电价750 元/MW·h）；碳交易收入100×108元（减排交易均价50 元/t）。稻草发电可减少约2×104t 二氧化碳排放（CO2排放系数为1.43）。所以情景1 在经济上是可行的。

情景2 的秸秆利用率比基准情景高21%，电厂总成本增加799×108元（假设提高10%用于生物量发电，则收集、储存和运输成本将增加289×108元，发电成本将增加510×108元）。电厂增加收入753×108元（其中电力供应638×108元，碳排放交易收入115×108元）。收益低于成本方案2 认为电厂存在亏损风险，在经济上是不可行的。单位成本下降，成本小于收入，才能在经济上可行。这个电厂需要把8 500×104t的秸秆转化为生物能源。在收入增加753×108元的情况下，成本要低于886 元/t，才能保证电厂的盈利。

1.3 结果分析

以2015 年为基准情景，分别对两个情景设定的我国2020 年秸秆产量进行分析，得出如下结论：

为落实情景1，将生物质能利用率提高到16%在经济上是可行的，其中提高秸秆综合利用水平是关键。在财政扶持政策方面，各级政府应加大对秸秆生物质发电的支持力度。

通过统计分析使用成熟的秸秆利用技术，建立完善的收储运输体系，是实现全区粮食主产区秸秆综合利用的关键。但目前还存在产业化程度低、开发能力弱、投资能力差等问题，因此中央政府还需要增加投资。省级、县级和乡级政府应细化秸秆收集运输补贴分配方案，建立收集运输系统，形成全区收集运输网络。

情景2 中秸秆作为生物质能来利用率提高到21%，在经济上是不可行的。

增加储运补贴，降低通行费，可以降低储运成本。生物质发电是以秸秆为原料生产生物质能源的一项新技术。通过贷款优惠、所得税减免等措施调动企业积极性。如果效益大于成本，即单位成本低于886 元/t，是经济的。为了实现情景2，政府需要增加对收、储、运的运输补贴，帮助企业降低成本。

2 秸秆转化生物质能源利用的方向和策略

生物质是指利用空气、水、土地等生物进行光合作用所获得的能量。秸秆是生物质的重要组成部分。在煤炭、石油和天然气之后，生物质是世界第四大能源。全球能源消耗量中有14%来自它。本世纪中叶，预计生物质替代燃料的新技术产量将占世界能源总量的40%以上。怎样让秸秆生物质能源发挥最大效益，已成为相关研究人员十分关注和研究的科学课题。

2.1 秸秆利用在生物质能转化中的发展方向

研究秸秆生物质转化具有重要意义。秸秆转化发电是今后发展的重要方向。在无二次污染的基础上，采取集中焚烧处理的方式，利用秸秆燃烧发电，同时秸秆燃烧还会产生热能。这样既能有效缓解我国煤炭资源紧张的状况，又能增加农民收入，使秸秆资源成为真正的财富。但同时要注意这一过程中气体的净化处理。

生物质能源的利用以秸秆为原料，生物质燃气的发展方向更为重要。其原理是利用沼气技术和热分解气化技术将秸秆转化为可燃气体，形成绿色清洁能源。沼气技术和热分解气化技术对于秸秆资源的转化再利用具有重要意义。利用沼气技术，采用干法和湿法两种发酵工艺，将秸秆转化为沼气能源，可大大降低煤耗。

大力开发秸秆转化柴油技术。随着石油资源的日益紧张，秸秆资源的利用日益重要。利用催化作用，在反应控制下，结合秸秆碳水化合物和木质素的化学结构特点，制备柴油和汽油馏分。

2.2 利用秸秆开发转化生物质的战略

要从政策上给予相应的战略支持，开发利用秸秆转化生物质能源。目前，国家出台了一系列法律政策，大力发展秸秆综合利用，促进了秸秆资源的快速开发和利用。新能源法把秸秆等可再生能源的利用作为相关政策扶持的重要内容，规定了相关规划和技术支持，为秸秆气化固化成型技术的推广应用提供了法律依据。此外，秸秆生物能源的开发利用也需要项目支持。水稻秸秆综合利用已成为农业各级工作的重点和难点。为解决这一难题，各级政府纷纷设立农业推广体系建设项目，以推动秸秆综合利用工作。

3 结语

当前，我国秸秆生物质能源的利用还存在诸多问题，需要从技术、经济等方面加以解决。对秸秆资源化技术进行研究，促进生物质能的开发利用。为我国秸秆生物质能源的开发利用提供决策依据，为我国应对气候变化提供新思路。