湖北省生物質能集約化應用的方向和途徑
《沼氣決策參考》（1995.2），系摘自《湖北省生物質能應用研究》報告（研究人員何忠民、徐新橋、楊曙光、郭北燕、鄭啟壽）湖北省生物質能集約化應用的方向和途徑
1994年3月25日國務院第16次常務會議通過的“中國21世紀議程”--中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書中寫道：“開發(fā)利用新能源和可再生能源。把開發(fā)可再生能源放在優(yōu)先地位，加快水能、生物質能、太陽能、風能、地熱能、海洋能的開發(fā)，提高可再生能源在能源結構中的比例”。這是我國政府對聯合國作出的政治承諾，也是各級政府和經濟管理部門一項重要工作。
1、實施小康家庭能源工程，推進沼氣的集約化經營，促進生物良性循環(huán)，建立生態(tài)農業(yè)。
生態(tài)農業(yè)的基本特點：充分合理利用自然資源，依靠生物之間的多種物資循環(huán)，在良性循環(huán)中保持相對平衡，系統(tǒng)內部的物質可以多次重復利用；從時間上和空間上不斷提高太陽能的利用率和生物能的轉化率，求得投入少產出多，達到生產水平較高，土地利用率較高、經濟效益和生態(tài)環(huán)境質量較好的目的。
生態(tài)農業(yè)本身就是一種多元能源的農業(yè)發(fā)展道路，開發(fā)農村能源是建設生態(tài)農業(yè)的戰(zhàn)略措施。以多級循環(huán)為主的生態(tài)農業(yè)，有各種各樣不同模式和類型，其中以沼氣為紐帶的生態(tài)模式堪稱是一枝獨秀。沼氣生產過程不僅可以最大限度地利用太陽能，并在沼渣沼液中保持原有的N、P、K等元素和有機質成為生態(tài)系統(tǒng)第二循環(huán)過程中的優(yōu)質有機肥料和飼料，大大提高生態(tài)系中能流和物流的質量，這就是沼氣生產在生態(tài)農業(yè)中的起的突出作用。
現在全國已有60%以上的沼氣戶（約300萬農戶）發(fā)展以沼氣為紐帶的庭院經濟，農民增加收入9億元以上。湖北省開展沼氣、沼液、沼渣的綜合利用的農戶已超過20萬戶，年增收4000多萬元。“九五”期間，隨著農村產業(yè)結構的調整，為農村沼氣發(fā)展提供良好機遇，湖北省將新增20-25萬戶農村家用沼氣池用戶，開展“三沼”綜合利用農戶將達到35萬戶以上，種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)與沼氣三結合或種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、加工業(yè)、沼氣四結合利用類型的模式將進一步推廣普及。為使這種模式在湖北省農村大量發(fā)展實施，應該注重選擇各種養(yǎng)殖、種植業(yè)專業(yè)戶大力舉辦沼氣，以期獲取最好的能源、生態(tài)經濟效益，同時提高農民用能質量和水平，充實小康內涵。
2、實施能源--環(huán)保工程，推進城鄉(xiāng)有機廢水的厭氧消化處理，獲得環(huán)保能源雙效益。
目前，我國工農業(yè)有機廢物廢水排放量相當大，據統(tǒng)計，1990年輕工系統(tǒng)僅制糖、食品發(fā)酵、皮革等行業(yè)排放的高濃度有機廢水就達60億噸，占全國工業(yè)廢水排放總量的22%，廢水中含有機物排放量的50%，若利用其中的50%，即125萬噸來制取沼氣，年產沼氣可達12.5億M3，相當于原煤125萬噸，標準煤90萬噸，可發(fā)電17.86億KW·h。同時，全國“菜籃子工程”的全面建設，集約化畜禽場的糞便排放量迅猛增加，給環(huán)境造成越來越大的壓力。解決這一問題的最優(yōu)化方案是采用生物質能的厭氧消化技術。以有機廢物廢水和禽糞糞便為原料，興建大中型的沼氣工程，既可以有效地治理環(huán)境污染，又能為當地職工和居民提供優(yōu)質氣體燃料，還可以利用發(fā)酵后的沼渣，生產養(yǎng)魚喂豬的顆粒飼料。
近十年來，湖北省的厭氧消化技術經多學科、多部門的科研攻關，取得了較大的進展。在禽畜糞便的處理方面，先后興建了容積分別為200-800立方米的沼氣工程，采用上流式厭氧污泥床處理工藝，中溫發(fā)酵，平均產氣率0.5-0.8m3/m3·d。特別是1994年由武漢市能源所負責設計建造的荊門出口豬場能源環(huán)保工程，采用上流式厭氧污泥床加固液分離器，后期為射流曝氣好氧處理，使得最后出水達到國家二級排放標準，在工業(yè)有機廢水處理方面，共興建了九處工程，首先在淀粉廢水的中試研究上取得成功。為全國淀粉廢水處理首開先河。緊接其后，酒廠的廢水處理進入高潮，先后在七個酒廠興建了沼氣工程，總容積3250立方米，采用中高溫發(fā)酵，滯留期4-5天，產氣率3-3.5m3/m3·d。湖北省這些大中型沼氣工程實現了工廠化產氣，商品化供氣，使能源建設上了一個新的臺階。它們有效地處理了酒廠的有機廢水和集約化禽畜場廠的糞便，改善了環(huán)境衛(wèi)生，對保護生態(tài)，促進生產，都具有明顯的效益�！熬盼濉逼陂g，湖北省將按照國家制定的計劃，重點在大中城市郊區(qū)、“菜籃子”工程基地，實施采用厭氧消化技術，以保護環(huán)境，兼取能源回收的能源--環(huán)保工程10-20處。近期首先在松滋、天門等地，興建一批發(fā)酵工程總容量在1000m3以上的大型工程，實現集中供氣，同時治理環(huán)境污染。
大中型沼氣工程，作為一項新興能源--環(huán)保工程，具有與其他能源工程（如城市煤氣）不同的優(yōu)越性的特點；
a、在工程目標上，煤氣工程單純制氣，而沼氣工程除制氣外，又治理污染，并可獲取有機肥料，而且不同的工程有不同的側重點。
b、在制氣原料上，煤氣工程使用煤炭，這些煤炭還需經長途轉運，而沼氣工程使用就地可取的可再生生物質如禽畜糞便、食品、釀造、制藥等企業(yè)排放的有機廢水，全部是污染環(huán)境的廢棄物。
c、從規(guī)模講，煤氣工程一般規(guī)模較大，沼氣工程則可因地制宜，大中小并舉，國家計委、農業(yè)部曾組織城市生物資源調查，不少中小城市的日排放高濃度有機廢水上萬噸。如按每噸COD5萬毫克/升濃度的廢水計算可產沼氣20立方計算，每天排放1500噸有機廢水所產的沼氣即可供近2萬戶居民使用。如將這些工廠和郊區(qū)畜牧場統(tǒng)一規(guī)劃，聯片供氣，將對城鎮(zhèn)煤氣化不足起到補充作用。
d、從建設周期來說，新建一個煤氣氣源廠，至少3-5年，而沼氣工程，從動工到產氣不到一年。
e、從投資上看，“六五”期間，平均每戶1500元，政府還要對用戶每人補貼煤氣費4元，現在每增加一個煤氣用戶至少投資2000元。如河北唐山市煤焦制氣廠每增加一個用戶需增加投資1250元，而河北華北制藥廠的沼氣工程，每戶僅需投資563元，還可節(jié)約排污罰款每噸1.27元。上海浦東煤氣廠平均每戶基建投資1500元，每千卡煤氣成本3.8×10-5元，而上海前進農場的沼氣站平均每個沼氣用戶投資709元（為浦東煤氣廠的47.3%），制氣成本為每千卡3×10-5元（比浦東煤氣廠低21%）。
目前湖北省的大中型沼氣工程無論其規(guī)模，其范圍，其投資額均是遠遠不夠的。一方面大量的糞便，工業(yè)有機廢水的排放污染了環(huán)境，另一方面，處處在呼吁能源短缺，廣大城鎮(zhèn)居民迫切要求使用優(yōu)質氣體炊事燃料。這兩大矛盾的最優(yōu)化解決的辦法就是積極、慎重地興建大中型沼氣集中供氣工程，實踐已反復證明只有這種對生物質能集約化應用的方式可同時做到治理環(huán)境污染，回收優(yōu)質能源的雙重效益。
3、開展生物質固化和氣化的研究與試驗，為農村小康化提供商品性能源。
為適應農村小康發(fā)展對用有質量的需求，我們在開展對生物質能利用技術的研究中，應轉變過去那種單純以解決缺燒為目標的觀點，而應以實現小康為目的，把農村的低級能源轉化為高級能源。因此，我們應立即著手進行生物質能固化和氣化的轉化技術研究與試驗，并開展氣化配套設施及用途的研制。如在木材、秸稈較為富余的地區(qū)，以這些原料或其它農業(yè)廢棄物生產出成型燃料，以供給嚴重缺柴區(qū)使用（比燒煤便宜）；同時，湖北省也應對國內生物能利用中極有前途的炭、油
、氣綜合轉換技術盡早進行研究及應用試驗，使常規(guī)生物質轉化為高品位能源，供農村生產和生活用。湖北省可用作氣化爐原料的生物質資源，除按通常方法所統(tǒng)計的2678萬噸（薪柴799萬噸，秸稈1879萬噸）外，還有大量的農業(yè)廢棄物，如木屑、木片、棉殼、稻殼等，據不完全統(tǒng)計，全省可收集的棉殼有26萬噸，稻殼140萬噸。若用這些廢棄物作氣化爐的原料，則所得產品的成本將大幅度下降，產品的市場競爭力也得到提高。從炭、油、氣這三種產品的社會需求來看，潛力是很大的。僅原沙市市，一年的生活用炭和工業(yè)用炭量就在5000噸以上，武漢市僅工業(yè)用炭量一年就需4700噸；此外，農民也迫切需要以秸稈變?yōu)槟咎拷鉀Q冬季取暖，至于木焦油、木質氣、其用途更廣，既可作優(yōu)質燃料，也可作化工原料（木焦油）。使用炭、油、氣綜合轉換設備主要以產炭為主，在調節(jié)爐內熱解溫度后，也能成為以油、氣為主要產品的生產過程。而在以產氣為主的氣化爐中，利用稻殼經氣化后即可得到優(yōu)質燃氣，據國內外研究試驗表明，用稻殼氣化、發(fā)電具有很高的經濟效益，整套設施（包括土建、設備和稻殼灰利用）的投資，在兩年內即可收回。江蘇昆山有我國最大的稻殼發(fā)電系統(tǒng)，7套機組共1560千瓦，其發(fā)電量已成為糧食工業(yè)的主要能源。綜上所述可見湖北省盡早開展生物固化與氣化研究有百利而無一害，有原料、有市場、更有技術，湖北省科技力量雄厚、門類齊全，科技攻關勢在必行。按照全國21世紀議程的規(guī)劃，對于生物質的高層次利用技術要在2000年取得突破性進展，湖北省若不立即著手進行必將落伍。因此，湖北省要充分利用自己技術、原料、市場三大優(yōu)勢對生物固體氣化轉換技術作高起點研究。
關于加快開展我省生物質能集約化應用的建議
綜上所述，既然開發(fā)生物質能在湖北省具有重大的戰(zhàn)略意義，是發(fā)展生態(tài)農業(yè)的根本有效措施，而湖北省又具有開發(fā)利用生物質能的良好自然資源條件，對生物質能的集約化應用也具有一定的基礎，那么制定規(guī)劃，采取措施，加速湖北省生物質能利用技術的發(fā)展則是當然之舉。建議如下：
1、將生物質能的應用納入湖北省國民經濟和社會發(fā)展“九五”計劃和2010年規(guī)劃。
國家十分關心包括生物質能在內的新能源和可再生能源發(fā)展，1995年1月5日，國家計委、科委、經貿委辦公廳聯合印發(fā)《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》，提出的今后15年發(fā)展總目標是：“提高轉換效率，降低生產成本，增大在能源結構中所占的比例。新技術、新工藝有大的突破，國內外已成熟的技術要實現大規(guī)模、現代化生產，形成比較完善的生產體系和服務體系；實際使用數量要達到39000萬噸標準以上（包括生物質能傳統(tǒng)利用方式的利用量），為保護環(huán)境和國民經濟持續(xù)發(fā)展做出貢獻”。根據國家《綱要》精神，結合湖北省實際情況，相應地編制湖北省生物質能“九五”計劃和2010年規(guī)劃，并做為湖北省生態(tài)農業(yè)和能源發(fā)展的相關內容，納入湖北省國民經濟和社會發(fā)展“九五”計劃和2010年規(guī)劃，使這一關系廣大農民切身利益和農村工作重要內容的生物質能發(fā)展列上黨和國家重要議事日程，并納入法制軌道。
2、制訂切實可行的優(yōu)惠政策和支持措施。
生物質能轉換技術是著眼于未來替代能源的、正在研究、探索、發(fā)展中的一項高新技術，許多技術的社會效益顯著而經濟效益卻一時難以體現。許多項目是為貧困落實地區(qū)廣大人民造福的扶貧事業(yè)，是改善生態(tài)環(huán)境、保障生態(tài)平衡的公益事業(yè)。為了促進這項戰(zhàn)略措施的發(fā)展，建議我國政府也和世界各國一樣，對于新能源的研究開發(fā)和推廣應用給予積極的鼓勵和支持，實行免稅、減稅、補貼、無息或低息貸款等優(yōu)惠政策。比如對于大中型沼氣工程的投資除了政策的部分撥款外，可將所要使用的技術改造貸款等優(yōu)惠政策。比如對于大中型沼氣工程的投資除了政策的部分撥款外，可將所要使用的技術改造貸款納入政策性銀行，由于大中型沼氣工程同時也是一項環(huán)保工程，應采取行政、法制和經濟手段鼓勵甚至強制推廣應用，從環(huán)保罰款中還可提留一定的比例作為投資來源之一。還可考慮從各種渠道籌集資金建立湖北省的生物質能研究開發(fā)基金，作為有關部門和科研人員從事專題項目的研究經費。
3、抓好示范項目，推選產業(yè)建設。
由于生物質能集約化應用，目前主要是面向廣大農村和中小城鎮(zhèn)，因此應以點帶面，抓好示范項目，然后推而廣之，使之形成氣候，推進產業(yè)建設，示范項目的選取須注意：技術先進而又成熟，工藝不甚復雜，成本不是很高，能源利用率較高，經濟和社會效益明顯等，近期可以考慮圍繞省柴節(jié)煤灶、生物質炭化有條件的地方可將固化氣體裂解等技術綜合使用和沼氣工程等示范項目推進產業(yè)建設。
1981年起，國家提倡農村使用省柴節(jié)煤灶，注重節(jié)約、實用、方便的統(tǒng)一，經過十年努力，便迅速控制了過量燃用生物質資源的嚴峻局面，新型高效爐灶成為農民歡迎的廚具，現在全國有1.2億農戶使用熱效率超過20%的爐灶，較舊式爐灶節(jié)些30-50%，1994年我省普及省柴灶已達1000萬戶，目前是，省柴節(jié)煤灶正向多功能、商品化方向發(fā)展，是農村能源一宗主要產業(yè)。
近年來湖北、河北、江蘇、山東、安徽等省將秸稈開發(fā)為“生物煤塊”，直接替代煤炭，供鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)鍋爐使用，或者進一步炭化，供鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)鍋爐使用，或者進一步炭化，制成生物炭，出售給冶金行業(yè)或提供出口，這樣每畝秸稈可增值40-50元，壓塊機和生物煤已成為新產業(yè)。
另外，大型的沼氣工程集中供氣站在抓沼渣沼液的綜合利用中，也呆派生出飼料、肥料等加工企業(yè)，小型戶用沼氣工程也可帶動發(fā)展預制模塊，家庭沼氣--養(yǎng)殖等產業(yè)。
4、加強技術科研工作并突出重點。
新能源技術是世界新技術革命的支柱技術之一，高效率的利用生物質屬于高科技領域，正在迅速發(fā)展，有許多技術難關須要攻克，有許多新產品有待開發(fā)研制，有許多成功的新技術要很好地消化吸收和推廣應用，因此，科研工作至關重要，應大力加強，增加投資。
由于小柴爐灶和沼氣工程已基本定型，只是鞏固推廣應用的問題，湖北省在“九五”期間可將生物質的氣化、固化技術列為近期重點科研攻關項目，隨著農村小康目標實現，農民用能水平、質量和設備現代化將成為評價小康內涵的重要內容，可以預見，炊事和采暖用能及其設備最具市場活力，可再生能源產品從研制經中試到商業(yè)利潤回收，不同階段應形成自身的梯度構架，即①成熟技術向市場投入一批，商業(yè)利潤回收一批；②向市場過渡中試示范投入一批；③重點科技攻關項目起動一批。
“九五”期間逐步開展以下工作；
①進一步研究完善生物質氣化裝置，并擴大功能，開拓市場，進入食品、中藥材、養(yǎng)殖、種植業(yè)的烘干供熱領域。
②對生物質固化成型技術，建議兩個面向，即一是制炭，一是制“生物煤”，制炭市場效益高，但對壓制成型技術要求高：比重1.35-1.45，機械彎曲強度38kg/cm2，抗壓強度320kg/cm2，關鍵技術是磨損件的使用壽命和可靠性，低壓成型產品“生物煤”壓制強度低，比重0.5-0.6，做到易燃，可運儲，取代煤和柴。
③生物質熱解液化技術難度較高，但應安排少量科技人員跟蹤國內外動向，做些技術儲備，為下一世紀生物質高品位產品進入市場打下基礎。
以下項目對湖北省農村的現實雖然是較長期的，投資是巨大的，但2010年可能是被接受的產品：
a、熱值達到（9350-450）×
4.1868J/m3的可管道輸送的甲烷化煤氣和熱解水煤氣；
b、生物質注氧/蒸汽氣化甲烷化，生產液體燃料替代礦物燃料油；
c、生物質制氫技術。
④重視生物質能軟課的研究，為制定正確研究開發(fā)方針，少走彎路，減少失誤，做好工程技術項目的前期準備，提供依據的佐證。
5、積極開展國際合作。
新能源技術在國際上是最為活躍的領域之一，相互交往多，學術活動頻繁，新論文、新資料多，新產品、新專利多，我們應積極開展國際合作，加強與國外學術交流，學習、引進、消化、吸收國外的先進技術，取人之長，為我所用。我國在生物質能、風能、太陽能等方面已有一些國外援助項目，湖北省亦應積極爭取。國家和地方政府對這類國際援助項目所需的配套資金應給予支持。
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