武汉城市圈生物质资源特点及综合利用建议-武汉城市圈农村生

可再生能源2009.27（2）武汉城市圈农村生物质资源特点及综合利用建议陈应泉1汪翔1陈汉平1*杨海平1王贤华1张世红1（1华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074）摘要武汉城市圈农村生物质资源的特点是：可供利用的生物质资源总量很大；秸秆资源分布不均，富集程度西部高于东部；秸秆资源种类较多，以稻秆、油菜秆、棉秆为主，产出分为两季；资源浪费较严重，处理方式不环保。提出了三种综合利用系统：秸秆资源多元高质化利用系统、稻壳多联产气化发电系统、养殖小区废弃物全天候利用系统。建议在城市圈内选取合适的地区建设生物质资源综合利用示范项目，着力解决生物质资源综合利用中的共性和实用技术难题。关键字武汉城市圈；农村生物质资源；综合利用TheCharacteristicsandtheProposedComprehensiveUtilizationoftheRuralBiomassinWuhanCityCircleCHENYingquan1,CHENHanping1,WANGXianhua**1,YANGHaiping1&ZHANGShihong1(1StateKeyLaboratoryofCoalCombustion,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430074,P.R.China)AbstractItisthecharacteristicsanddistributionoftheruralbiomassresourcesinWuhancitycirclethat:therearealargevolumeofavailabilityrawmaterial;thedistributionofstrawresourcesisunevenandthedegreeofenrichmentinwesternregionhigherthanthatoftheeasternpartwhereXianningandHuangshiCityarethesmallestdegreeofenrichment;thereareseveraltypesofstrawresourcesandtheprimarytypesarericestraw,rapestalkandcottonstalkwhichmaybeoutputintwodifferentquarters;mostofthebiomassresourcesarewastedanditispossibletopollutetheenvironmentdealingwiththesebiomass.Toutilizetheenormousbiomasseffective,threecomprehensiveutilizationofbiomassresourcesaresuggested:high-qualitymulti-usesystemsforstrawresources,multi-generationandgasificationpowergenerationsystemsforricehusks,andwaste-weatherusesystemsatcellculture.Thecomprehensiveutilizationdemonstrationprojectsofbiomassresourcesarecommentatedtodevelopatthesomeselectedrightregioninthecitycircle,whichaddressthecomprehensiveutilizationofbiomassresourcesingeneralandpracticaltechnicalproblemsandletbiomassenergytobecomeanewmajorsourceofenergyinruralareas.AbstractWuhanCityCircle,BiomassResource,ComprehensiveUtilization随着化石能源的日益枯竭和环境恶化问题的日益严重，开发洁净的可再生能源已经成为了21世纪全球紧迫的问题。为了应对日益严重的环境污染和能源危机，我国的“十一五”规划纲要具体的节能减排的约束性指标[1]。在农业发达地区发展来源广泛、有利于改善环境和可再生的农业生物质资源是实现节能减排目标的有效途径之一[2]。武汉城市圈是我国重要的商品粮、油、棉基地，农业发达，蕴藏的生物质资源非常丰富。在城市圈广大农村推动生物质资源的利用，推动新农村建设中能源供应的可持续性，是城市圈实现资源节约型与环境友好型社会建设的重要组成部分。本文通过对武汉城市圈农村生物质资源（主要是农业废弃物）的调研，在掌握了城市圈农村生物质资源的基本特征与分布特点后，有针对性的提出适宜推广的生物质综合利用技术，希望能促使生物质资源成为城市圈新农村的主要能源。基金项目：973重大基础专项(2007CB210202)，国家自然科学基金项目(50721005，50676037)。ProjectsupportedbyKeyProjectsofNationalFundamentalResearchPlanning(2004CB217704)andNationalNaturalSciencefoundationofChina(50721005，50676037).可再生能源2009.27（2）1.城市圈农村生物质资源基本特征与分布特点综合调研所获数据与调研员对城市圈农村生物质资能源利用状况的了解，城市圈农村生物质资源的基本特征与分布特点为：可供利用的生物质资源总量非常庞大；秸秆资源分布不均，富集程度西部高于东部，咸宁、黄石二市富集度昀小；城市圈秸秆资源种类较多，以稻秆、油菜秆、棉秆为主，秸秆产出具有季节性；资源浪费比较严重，处理方式不环保。1.1可供利用的生物质资源总量很大城市圈可供利用的生物质能源包括以秸秆为主的农业废弃物、稻米加工厂产生的废弃物稻壳以及养殖小区产生的禽畜粪便。2007年城市圈秸秆总量达到1004.39万吨，折合标准477.32万吨；城市圈养猪业的猪粪产出量达2070.94万吨，可产沼气9.94亿立方米，折合标煤719.89万吨；城市圈各类稻米加工厂每年可以产生上百万吨的稻壳。2007年城市圈农村用电量折合标准煤206.04万吨，生物质资源所蕴藏的能量完全可以代替现在由化石能源提供的日常用，充分利用好秸秆还能满足农民生活水平提高一倍的用能量。表（1）为根据调研数据整理出来的城市圈及各市近三年秸秆资源产量与标煤当量数据表。近三年，城市圈秸秆资源总量上呈现增长的趋势，而增长速度比较缓慢，进一步提高农民的种植积极性，秸秆产量还有一定的提升空间。1.2秸秆资源分布不均，富集程度西部高于东部，咸宁、黄石二市富集度最小秸秆资源总量决定着综合利用系统的规模以及总体产出，但是秸秆资源能量密度低，收集成本占秸秆利用总成本的很大部分，而在秸秆资源富集程度较高的地区，秸秆收集上相对较容易些。本文采用单位国土面积的秸秆产量来量化各地的秸秆资源富集程度，城市圈各地秸秆资源富集情况见图(1).城市圈秸秆资源富集程度差别较大，这与各市的地形有很大的关联，主要区别表现在：仙桃市、天门市、潜江市以及孝感的汉川市地处江汉平原腹地，是国家重要的商品粮和棉花产地，因此秸秆资源富集度高；黄冈市、武汉市有很多丘陵及山地，耕地面积占国土面积的比重不高，秸秆资源的富集程度变小；咸宁市、黄石市平原区少，多是地少的丘陵、山区，因此秸秆资源富集度不高。根据城市圈秸秆资源的富集程度，可对城市圈制定秸秆资源梯级开发方案，先在秸秆资源富集区，也即秸秆收集相对容易的区域进行秸秆资源综合利用的试点示范，有效解决了秸秆综合利用中的共性和实用技术难题后，再逐步向其他地区推广，昀后寻找在以丘陵、山区为主区域的秸秆综合利用方案。表（1）城市圈及各市近三年秸秆资源产量与标煤当量数据表Table1TheproductionandstandardcoalequivalentofthestrawresourcesattheWuhanCityinthelastthreeyears2005年2006年2007年秸秆量折成标煤秸秆量折成标煤秸秆量折成标煤武汉市140.1967.19140.2967.29142.7468.51黄石市55.6826.4957.5927.4159.3528.23鄂州市30.0614.2831.0914.7432.3915.36孝感市183.9685.45186.9086.86201.3793.95黄冈市252.98118.09261.12122.41271.60127.40咸宁市88.1941.7786.5440.6690.2042.28仙桃市68.6332.7468.9032.9671.8234.55天门市64.9632.0968.2033.7772.2735.81潜江市53.2226.2159.7329.7262.6531.24合计937.86444.32960.36455.811004.39477.32可再生能源2009.27（2）图（1）城市圈秸秆资源分布情况（吨/平方公里）Fig1Thestrawresources’distributionatWuhanCity(tonperkilogram)图（2）城市圈各种秸秆的收获季节示意图Fia2Theharvestdiagramofstrawresource1.3城市圈秸秆资源种类多，以稻秆、油菜秆、棉秆为主，秸秆产出分为两季城市圈农业种植作物种类繁多，秸秆产量上比较客观的有稻秆、麦秆、棉秆、玉米秆、大豆秆、油菜秆等，其中以稻秆、油菜秆、棉秆为主。2007年城市圈棉杆产量为84.90万吨，油菜杆产量为195.42万吨，稻杆产量517.37万吨，分别占秸秆总产出的8.40%、19.46%、51.51%城市圈很多地区作物都是种植两季（城市圈各种农作物秸秆收获季节示意图如图（2）所示），间种方式可以为：小麦和棉花、油菜和棉花、油菜和稻谷。城市圈是两季稻种植区，但是由于大量劳动力外出，以及种稻收益的减少，越来越多农民选择种植一季稻并与油菜相间种。不同地区秸秆的种类不同，富集程度也不同，因此要进行分类，因地制宜的制定秸秆综合利用方案。1.4资源浪费比较严重，处理方式不环保综合实地考察所收集的生物质资源利用情况，城市圈生物质资源目前的处理方式为：①秸秆资源多为就地焚烧目前城市圈尚未执行秸秆禁烧令，农民为了处理上的方便，除开少量棉杆、油菜杆被收集做燃料外，绝大部分秸秆都是直接在田间焚烧还田，收获季节产生的浓烟会造成交通主道潜在的安全风险。②稻壳利用方式不合理，稻壳灰难以处理燃煤价格上涨，很多小型工厂改烧稻壳，产生大量的难以处理的稻壳灰，到处堆积带来污染。③养殖场（或养殖小区）废弃物处理不合理，对环境影响比较大城市圈养殖业逐渐往集约式的养殖小区发展，养殖小区处理废弃物存在潜在的环境污染。比如养猪的养殖小区只是将猪粪做简单的干湿分离，带有抗生素的干物被当地农民用作农肥污染了农作物，污水只是做简单的沉淀处理，仍然有大量养分的污水直接排空会带来周边水域的富营养化。2.城市圈生物质资源利用建议根据武汉城市圈农村生物质资源的基本特征与分布特点，并结合目前生物质利用技术的现状[3]，针对城市圈三种主要的生物质资源，提出相应的综合利用方案，分别是：秸秆资源多元高质化利用系统、稻壳多联产气化发电系统、养殖小区废弃物全天候利用系统。2.1秸秆资源多元高质化利用参照现有秸秆处理技术的发展现状，棉秆适宜作为秸秆炭化技术的原料，简单破碎后炭化，以便降低预处理的成本，目标产品可为燃料炭或活性炭；油菜秆破碎性好，预处理成本低，容易收集，利用价值较高，但是其缺陷是不易储存，遇水容易腐烂，适宜在油菜秆大量产出的季节利用固体成型技术制成成型燃料，压缩体积后再储存或加以利用；稻秆、小麦秆的产量比较大，多联产系统可按照这两种秸秆的处理特可再生能源2