农林废弃物发电现状及其可持续发展

宋青松（安徽科技学院城建与环境学院，安徽凤阳233100）摘要:农林废弃物是当今世界上仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，长期以来没有得 到很好的开发利用；农林废弃物发电，是一种新兴的产业，因其资源的可再生性、污染小、 资源丰富等特点逐渐在国内兴起。现就国内农林废弃物发电的现状、国家政策及农林废弃物 利用的障碍性因素进行简单的阐述分析进一步对农林废弃物发电可持续发展提出可行性建 议。关键词:农林废弃物；发电；可持续发展农林废弃物分为两类：农作物秸秆和森林废弃物。秸秆通常指小麦、水稻、玉米、薯类、 油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获籽实后剩余的部分；森林废弃物主要指非成型树材， 树枝、树根等。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含有机质和氮、磷、 钙、镁、硫等多种养分，是一种具有多种用途的可再生生物资源，农业产生的秸秆量相当惊 人。据联合国环境规划署（UNEP）统计，世界上种植的各种农作物每年产生的秸秆多达17 亿t其中大部分没有得到利用。1农林废弃物发电现状农林废弃物由于自身蓬松、范围广，燃烧值较低等多方面原因，对农林废弃物的利用一 直处于较原始的利用状态。随着近几年经济的发展以及化石能源的日渐枯竭，农林废弃物的 再利用出现了一些较新的利用方式1。概括起来，有以下几种利用方式：1.1以秆代煤就是直接燃烧以利用其能源，是一种落后的能源利用方式，其社会效益、生态效益和经 济效益都很差。1.2秸秆还田此利用方式有两种：一种是将农作物秸秆直接粉碎抛洒在田间；另一种是将农作物秸秆 通过水的沤制，作为有机肥料用于增加土壤肥力，改善土壤结构。1.3就地焚烧将农林废弃物就地焚烧以加快收种和清除残余物的速度。针对大量焚烧秸秆带来的环境 污染和火灾隐患，有关部门从1998年以来加强了秸秆综合利用和禁烧工作力度。1999年初， 为保护生态环境，防止焚烧秸秆，保障人体健康，维护公共安全，根据中华人民共和国环 境保护法和中华人民共和国大气污染防治法，国家环境保护总局、农业部、财政部、 铁道部、交通部、国家民航总局联合制定了秸秆禁烧和综合利用管理办法2。同年，农 业部选择10个焚烧秸秆造成严重影响的大城市郊区和4条高速公路沿线，作为秸秆综合利用和禁烧的重点区域，集中投入，推广秸秆综合利用技术。2000年又将范围扩大为15个城 市郊区和8条国道两侧。1.4秸秆青饲料就是将秸秆作为牲畜的饲料，利用秸秆固有的纤维和营养，发展畜牧业。在江苏省农作物秸秆综合利用规划(20102015年)中提到了如下5种主要的农 作物秸秆利用方式：(1) 农作物秸秆肥料化利用；包括秸秆直接还田和加工商品有机肥。(2) 农作物秸秆能源化利用；包括农村直接生活燃料、秸秆发电、沼气、气化、固化 成型和炭化。(3) 农作物秸秆工业原料化利用；秸秆作为工业原料，目前主要应用于板材加工、造 纸、建材、编织、化工等领域。(4) 农作物秸秆饲料化利用；主要指通过氨化、青贮、微贮、揉搓丝化等处理技术， 增加农林废弃物饲料的营养价值，提高秸秆转化率。(5) 农作物秸秆基料化利用；包括食用菌基料和育苗基料、花木基料、草坪基料等， 目前主要以食用菌基料为主。从上述5种对农作物秸秆综合利用方式的阐述，农作物秸秆能源化利用是一种最理想的 利用方式。将废弃的农作物秸秆转换成一种能源，特别是将农作物秸秆转化成电能，对于缓 解国内目前的煤电紧张局势，具有良好的意义。根据调查，一个百万人口的县市，可年产 小麦、玉米、棉花及水稻等农作物秸秆100多万t，约相当于50万t标准煤。假设每年有3 亿t秸秆用于发电，就相当于节约1.5亿t标准煤。据已运行生物质电厂统计数据显示，1kg 秸秆可发电lkW.h,原料费用不到0.2元，而上网电价为0.50.6元/(kW.h)。一个年消 耗秸秆约17万t的发电机组，可增加农民收入3000多万元，具有良好的经济效益和社会效、人益。农林废弃物发电作为秸秆能源化利用的一种重要模式，目前在国内尚属于一项新兴产 业。丹麦是较早利用农林废弃物进行发电的国家，丹麦农作物主要有大麦、小麦和黑麦，这 些农林废弃物过去除小部分被还田或作为青饲料外，大部分就地焚烧，既污染环境影响交通， 又造成生物质能源的浪费。丹麦BWE公司是世界范围内率先研发秸秆生物质燃烧发电技术 公司之一，迄今仍在这一领域保持世界领先水平，在这家欧洲着名能源研发企业的努力下， 丹麦于1988年诞生了世界上第一座秸秆生物质燃烧发电厂，目前丹麦已拥有120余座秸秆 发电厂，秸秆发电等可再生能源占到该国能源消费量的24%以上，秸秆发电技术现已被联合 国列为重点推广项目。目前，位于英国坎贝斯的生物质能发电厂是目前世界上最大的秸秆发 电厂，装机容量38MW，总投资约5亿丹麦克朗。我国利用农林废弃物发电技术研发较晚，尚处于起步阶段，2006年12月1日，我国第 一座国家级生物发电示范项目一一单县秸秆直燃发电项目投产发电。单县秸秆发电项目是经 核准的第一座秸秆直燃发电示范项目，以棉花秸秆和林业废弃物为燃料，装机容量2.5万 kW,设计年发电量约1.6亿kW时，每年可减少二氧化碳排放10万t,每年可为当地农民增 加约3000万元的收入。该项目由国家电网公司控股的国能生物质发电有限公司投资建设， 电站采用丹麦BWE公司先进的高温高压水冷振动炉排燃烧技术，锅炉由济南锅炉厂制造，汽 轮机和发电机均由国内企业生产。2农林废弃物发电的制约因素长期以来，由于种种因素的制约，农林废弃物发电在国内发展缓慢，农林废弃物能源化 利用程度一直不高，总结起来，制约农林废弃物发电行业发展的主要因素有以下几点： 2.1农民积极性低，电厂发电原料难收集农民可以说是与农林废弃物接触的第一道线，长期以来，对于农林废弃物的收集、利用 积极性并不高。以江苏省为例，农作物收割主要为两季：稻、麦收割。随着经济的发展，单 从农业方面的经济收入已不再占农民收入的绝大部分，大量的农民工入城务工，改善家庭经 济状况。收入水平较以往大有改观。利益决定行为，秸秆的低收入直接导致农民的低积极 性，更倾向于将秸秆就地焚烧或直接还田，直接导致生物质电厂原料供应不足。2.2技术瓶颈问题直接导致生物质发电行业难以扩大目前，由于国内农林废弃物发电技术起步较晚，国内生物质电厂发电锅炉、排渣、发电 系统基本上依赖进口，前期投资巨大。山东单县2.5万kW生物质电厂前期投资约2.3亿元， 大部分资金用于采购国外设备，设备维护保养等方面都受到极大限制。2.3收集贮运体系问题农林废弃物收集贮运体系是农林废弃物综合利用产业化发展的前提和基础。农林废弃物 量大、分散、体积蓬松、密度较低、收获季节性强，收割、捡拾、打捆等配套设施缺乏，造 成农林废弃物的收集、贮运难度大、成本高，加上服务体系不健全，农林废弃物收集贮运问 题已成为制约农林废弃物发电产业化发展的主要瓶颈之一。2.4产业化带动问题农林废弃物规模化利用有赖于产业化发展的拉动。目前，社会资本投资农林废弃物开发 利用的积极性不高，农林废弃物利用的龙头型、骨干型企业不多，年利用量超过20万t的 规模化企业仅有江苏新大纸业一家，除农林废弃物发电厂以外，大多数规模企业年实际利用 量仅为2万t左右，投入产出效率较低，仍处于小规模、低层次水平。2.5政策激励机制问题目前，各地虽然制订了一些农林废弃物综合利用优惠政策，但政策的覆盖面不够宽、系 统性不完备、利益纽带不紧密。2008年10月，财政部秸秆能源化利用补助资金管理暂行 办法出台，其第三章对申报补助的企业列出了具体条件：“（一）企业注册资本金在1000 万元以上。（二）企业秸秆能源化利用符合本地区秸秆综合利用规划。（三）企业年消耗秸 秆量在1万吨以上（含1万吨）。（四）企业秸秆能源产品已实现销售并拥有稳定的用户。” 但并未给出具体的补助标准和金额比例等。政策激励机制不健全，国家支持力度没有具体到 位，是导致秸秆发电行业难以兴盛的又一因素。2008年1月11日，能源局在京组织召开了生物质能开发利用工作座谈会，回顾总结了 近年来我国生物质能开发利用情况和存在问题，并就如何做好生物质能开发利用工作进行了 交流和讨论。会议提出目前制约生物质利用的三大问题：资源、技术和市场。一是生物质资 源的季节性和生物质能生产的连续性的矛盾，致使生物质资源收集难度大，资源和成本都具 有很大的不确定性。二是生物质技术总体还处于发展阶段，尚不够成熟，建设和运行成本较 高。三是市场开拓难度大，除生物质发电外，其他生物质能技术，特别是生物质液体燃料面 临市场的严重制约。3针对农林废弃物发电可持续发展的几点思考2009年12月，江苏省人民政府办公厅颁发江苏省农作物秸秆综合利用规划2010 2015）（苏政办发（2009） 133号），提出：“到2012年，秸秆肥料化利用率达32%，能 源化利用率达26%,工业原料化利用率达12%,；到2015年秸秆肥料化利用率达33%，能 源化利用率达27%,工业原料化利用率达18%,。”“合理安排秸秆发电。充分考虑已批秸秆发电企业布局和秸秆资源状况等因素，重点抓 好已批28家秸秆发电厂的建设和管理，一方面着力提高已并网发电机组秸秆利用潜力，力 争一台额定容量15MW的发电机组利用秸秆量达10万吨以上;另一方面加快已批秸秆发电厂 的建设进度，力争2012年底前秸秆发电厂全部投入运营，全省建成并网发电机组800MW, 秸秆利用量达500万吨10。”国家国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要明确提出：“实行优惠的财税、投 资政策和强制性市场份额政策，鼓励生产与消费可再生能源，提高在一次能源消费中的比 重”，“加快开发生物质能，支持发展秸秆、垃圾焚烧和垃圾填埋气发电，建设一批秸秆和 林木质电站，扩大生物质固体成型燃料、燃料乙醇和生物柴油生产能力。并网风电装机、生 物质发电装机分别达到500万千瓦和550万千瓦，新建25MW的生物质发电厂80座;到2020 年，要达到3000万kW的规划目标，需新建25MW生物质发电厂1080座”。胡锦涛总书记指出：“加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的 必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。”随着一系列政策、规划的出台，农林废弃物发电日益为国内新能源开发的瞩目点，各大 电力集团纷纷投资生物质发电行业，推动农林废弃物发电行业的壮大。利用农林废弃物发电， 在国内毕竟属于一项新兴行业，如何将这一新兴事业可持续地发展下去，在世界能源体系中 拥有一席之地，还有许多问题亟待解决。3.1制定并补充可再生能源相关配套法规，完善政策，为农林废弃物发电行业壮大繁荣提 供法律保障为推动农林废弃物发电的进一步发展，当务之急是依据可再生能源法规定的“经济 激励与监督措施”，尽快制定适合农林废弃物发电行业财政贴息和税收优惠的相关政策，将 可再生能源法的指导性意义真正落实到实处。对于农林废弃物发电的补贴提出合理的量 化标准，中央政策与地方政策相配套，因地制宜，将生物质电价补贴、减免税款、政府贴息 等方面政策完善到位，让农林废弃物电厂轻松起步。在全国范围内加强农林废弃物禁烧宣传力度,将农林废弃物利用作为一项社会共性问题 进行宣传，改变人们的观点。由国家财政对农林废弃物收集利用农户进行资金补助，调动农 民的积极性。3.2遵循市场规律，让农林废弃物发电这一新兴行业独立行走利用农林废弃物发电，必须具备良好的利益机制。政策支持只是让农林废弃物发电企业 起步阶段不负重而行，如果要农林废弃物发电可持续发展下去，必须有它本身可盈利部分。 做好农林废弃物电厂的经济可行性分析，生产成本与并网电价相比较，找出农林废弃物发电 厂的利益空间，让农林废弃物发电厂在控制成本、追求利益最大化方面有自己的动力，而不 单单是靠政府的支持。3.3加大国产设备的研发力度，开发自主知识产品由国家牵头，通过财政拨款，加大对农林废弃物发电系列设备的研究，设立与之相适应 的学科，借鉴和学习国外先进的秸秆发电技术，不断提高我国的自主创新能力。3.4加大宣传力度，调动农民积极性农林废弃物综合利用事关千家万户，农民是利益主体，从利益引导、政策激励、技术支 撑等方面着手，充分调动和激发广大农民的积极性与主动性，是解决农林废弃物综合利用问 题的关键。3.5建立收集贮运体系，保证生物质电厂的原料供应农林废弃物收集贮运体系是农林废弃物综合利用产业化发展的前提和基础。根据农林废 弃物量大、分散、体积蓬松、密度较低、收获季节性强得特点，在一定范围内建立农林废弃 物打包、压块场所，将蓬松的农林废弃物加工致密。开发收割、捡拾、打捆等配套设施，将 原料的收集时间缩短，保证农时。4就生物质电厂运行中的一些问题提出解决方案农林废弃物与石油、煤炭、天然气等化石能源相比，有其自身缺陷：直接利用率差、含 水量高、燃烧值低等等。利用农林废弃物发电也对电厂设备有了更高的要求。以农作物秸秆 为例，由于具有很强的季节性，目前国内农田仍是早期的分散种植，大型农场式种植在国内 并没有大范围开展，农作物秸秆很难长时间保存，在下一季庄稼收获之前，生物质电厂必须 收集好足够的原料。这样又带来了另一个问题，秸秆含水率问题。刚收割的秸秆含水率较大， 直接送入发电锅炉中很难充分燃烧，锅炉在蒸发秸秆水分过程中浪费了大量的热能。潮湿的 烟气混合农林废弃物燃烧产生的硫化物，对锅炉造成了极大的腐蚀，大大缩短了设备的使用 寿命。热能得不到充分利用，设备寿命缩短，生物质电厂处于原料抢收和设备维护这一尴尬 之地，如何解决原料收购和烘干农林废弃物水分这个问题,成了诸多生物质电厂研究的课题。整个系统总长350m，由水平段、倾斜段、称重分配段、解包系统、烘干系统组成， 基本原理是在输送过程中，并入解包机、蓬松装置、烘干系统，通过不断改进烘干系统容积、 倾斜角度，利用锅炉废气余热(130C )对上料系统生物质进行烘干，通过PLC控制，不断 测试物料含水率，自动调整进气量和输送带速度，实现烘干效果最大化。解包机采用动刀与 定刀相结合方式，实现“大小包通吃” 12整个上料系统额定生产能力20t/h,解包机进包宽度12002000mm,进包高度450mm 900mm；烘干室温度W110C,烘干室总长5800mm；经上料系统处理后物料含水率在15%20% 之间，结块不大于等于200mmX 200mm X 200mm ；物料包绳索应全部被切断，不允许有捆绑完 好的或长度大于40cm的绳索进入散包辊；系统运行中无堵料堵车现象。1李青，公维平火力发电厂节能和指标管理技术M 中国电力出版社，2006.2 闫廷满.生物质能(秸秆)发电的思考J 东方电气评论2007，第21卷，1.3翟秀静，刘奎仁，韩庆新能源技术M 化学工业出版社，2005.4李荣刚，王飞，田宜水，孟海波，孙丽英，张艳丽.关于科学管理生物质发电产业的思考J， 产业论坛，18-21.5谢艳慧，李苗苗.生物质能秸秆发电：可再生能源的开发与利用J，学术纵横，2009，(06).6牛锋环境-资源保护与生态安全评价M 民族出版社,2004,(5)： 41.7 王敏，杨正宏，陈晓丽浅谈机械在秸秆综合利用中的现状及发展对策J，安徽农学通报, 2009，(15)： 189.8王秀丽.秸秆发电在我国的发展态势分析J，水利电力机械，2007，29 (7).9 李艳芳，岳小花.我国生物质发电行业存在的问题及对策J,中国地质大学学报2009, 9 卷(2).10江苏省政府办公厅文件，江苏省农作物秸秆综合利用规划(2010-2015)。11 2009 年全国电力工业统计年报数据.12国家统计局统计数据，