廢棄物利用新技術(shù)開辟農(nóng)村能源新天地
今年的國家科學技術(shù)獎勵大會上，“農(nóng)業(yè)廢棄物氣化燃燒能源化利用技術(shù)與裝置”榮獲2008年度國家科技進步二等獎。獲獎成果的非同尋常之處在于，它形成了適合于我國國情的農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電系統(tǒng)，設備已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，技術(shù)處于國際先進水平，投資不到國外同類技術(shù)的2/3，運行成本也降低50％左右。
近年來，農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化利用越來越受到科學家乃至大眾的關(guān)注。它在國家能源多元化戰(zhàn)略中占有怎樣的位置？技術(shù)上進展如何？推廣中難點何在？未來的發(fā)展之路又在何方？日前，中科院廣州能源所有關(guān)專家對一系列問題做了解答。
秸稈正在變成“寶貝”
“從‘七五’時期開始，我們已經(jīng)在關(guān)注農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用技術(shù)，至今已研究了近20年。”談起該領(lǐng)域的變化，中科院廣州能源所所長吳創(chuàng)之頗為感慨。“20年前，石油問題并不像今天這么突出，因此農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化利用鮮有人去關(guān)注。而現(xiàn)在，它已經(jīng)成為循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排領(lǐng)域的重要課題。”
吳創(chuàng)之介紹，我國是農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生的各類秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物約6.5億至7億噸，其中約30％還田，20％至30％作為農(nóng)村生活燃料，10％至15％作為飼料或造紙等工業(yè)原料，其余的在地里浪費。
近年來，隨著農(nóng)村生活水平的提高，越來越多的農(nóng)民開始使用煤炭、石油液化氣和天然氣等商品能源，以農(nóng)業(yè)秸稈作為生活能源的地區(qū)越來越少，大量的秸稈在收割季節(jié)就地焚燒，產(chǎn)生大量濃煙和灰塵，污染大氣，成為特殊的環(huán)保難題。雖然國家和很多地方都出臺了秸稈禁燒文件，但由于各種秸稈廢棄物數(shù)量巨大，而目前可大規(guī)模有效利用的技術(shù)途徑較少，浪費和焚燒問題仍然很嚴重。
事實上，這些秸稈完全可以變成“寶貝”。和其他生物質(zhì)一樣，農(nóng)業(yè)秸稈也是植物通過光合作用，把太陽能固定于地球上的有機物，其化學成分與煤、石油、天然氣等化石類燃料相似，按所含能量計算，2噸秸稈相當于1噸標煤，這決定了它們具備能源化利用的潛質(zhì)。
但是，由于秸稈能量密度低、種類復雜，適用于煤和石油的常規(guī)能源技術(shù)很難方便高效地用于秸稈。如何高效、低成本地利用秸稈中的能量，一直是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的瓶頸問題。
農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用方式多種多樣，可以壓塊成型，也可以液化利用，而發(fā)電利用是目前應用最多也最有效的方法。
傳統(tǒng)上，農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)電技術(shù)主要采用直接燃燒，產(chǎn)生蒸氣發(fā)電的辦法。但這一辦法只有在規(guī)模大時效率才高，適于現(xiàn)代化大農(nóng)場或大型加工廠的廢物處理，對于農(nóng)業(yè)廢棄物較分散、收集運輸手段較落后的發(fā)展中農(nóng)業(yè)國家則不適合。目前，國內(nèi)建設的一些秸稈燃燒發(fā)電站都出現(xiàn)了較大的成本問題，說明大規(guī)模秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)在我國確實有較大的局限性。但另一方面，我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展迅速，電力供應存在較大的缺口，開發(fā)適合我國農(nóng)業(yè)特點的中小規(guī)模生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)，靈活高效地利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源，不失為一條有效的解決途徑。
“農(nóng)業(yè)廢棄物氣化燃燒能源化利用技術(shù)與裝置”的研究正是著眼于中小規(guī)模的生物質(zhì)發(fā)電。其推廣應用不僅為解決農(nóng)村普遍存在的“秸稈焚燒”難題提供了有效途徑，更對發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、提高農(nóng)民就業(yè)創(chuàng)造了有利條件。
吳創(chuàng)之算了一筆賬：如果農(nóng)民把秸稈賣去發(fā)電，1畝地1年可增收100元；每建設一個10兆瓦的項目，就可以解決200個農(nóng)民的就業(yè)。
“我國還承擔著很重的節(jié)能減排任務，我們應該把農(nóng)村的資源、農(nóng)村的能源和農(nóng)村的發(fā)展結(jié)合起來。”吳創(chuàng)之指出，如果一個鎮(zhèn)上建這樣一座10兆瓦的電廠，每年能夠減少大約6萬噸的二氧化碳，現(xiàn)在國際上減排1噸二氧化碳成本約為140美元，這樣算來，新的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)如果得到推廣，將為國家省下一筆不菲的二氧化碳減排成本。
規(guī)模適當 效率要高
與傳統(tǒng)技術(shù)相比，新的中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢何在呢？
吳創(chuàng)之介紹，最大的好處在于，傳統(tǒng)的大型燃燒技術(shù)需要一個縣或者幾個縣的規(guī)模，而新的技術(shù)只需一個鎮(zhèn)的規(guī)模，運輸半徑小于10公里。這樣，農(nóng)民開著自己的手扶拖拉機等小型農(nóng)用車隨時都能運送，大大降低了原料運輸和儲存的成本。規(guī)模雖然小了，發(fā)電效率卻得到了提高。新技術(shù)在10兆瓦以內(nèi)，可以達到傳統(tǒng)技術(shù)25兆瓦以上的效率。
在核心技術(shù)上，廣州能源所的專家們實現(xiàn)了三大突破：一是突破了農(nóng)業(yè)廢棄物高效氣化技術(shù)，能夠把秸稈、谷殼、花生殼、樹枝等各種不同特點的生物質(zhì)統(tǒng)一變成可燃氣體，使其像煤氣一樣易于利用；二是研制出了簡單可靠的燃氣凈化集成系統(tǒng)，能夠很好地凈化生物質(zhì)燃氣中的雜質(zhì)，使其達到發(fā)電設備的要求；三是突破了小規(guī)模獨立應用的發(fā)電技術(shù)，提高了發(fā)電效率。
經(jīng)過近10年的研究，廣州能源所已經(jīng)繪制了具有我國特色的農(nóng)業(yè)廢棄物能源利用技術(shù)路線，研制出的農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電系統(tǒng)具有鮮明的特點。一方面實用性和適應性強，在我國大部分地區(qū)都具有推廣的條件；另一方面又具有充分的靈活性，目前研制成功并應用的氣化發(fā)電系統(tǒng)最小規(guī)模為200千瓦，最大已達 6000千瓦，可以根據(jù)規(guī)模的大小選用合適的發(fā)電系統(tǒng)，符合我國農(nóng)業(yè)廢棄物比較分散的特點。此外，還具有較好的潔凈性，環(huán)保效益明顯。
迄今為止，中小規(guī)模生物質(zhì)氣化發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)、核心設備和系統(tǒng)集成等方面已取得了6項發(fā)明專利，3項實用新型專利，而設備已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，投資不到國外同類設備的三分之二，運行成本比國外低50％左右。
如今，廣州能源所的專家們正在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)新的技術(shù)。原來只是將生物質(zhì)用來發(fā)電，而下一步他們希望用相同的核心技術(shù)，將生物質(zhì)變?yōu)橐后w燃料，代替農(nóng)村現(xiàn)在用的液化氣，以解決今后農(nóng)村面臨的能源緊張問題。
“現(xiàn)在農(nóng)村的能源主要有三種：一種是在落后地區(qū)仍然在燒的秸稈、柴禾，另一種是燒煤，第三種是沿海發(fā)達地區(qū)農(nóng)村已經(jīng)普遍使用的液化氣。其實，使用液化氣是全國的趨勢，但農(nóng)村不同于城市，存在搭建管道的難題。同時，液化氣肯定會越來越少、越來越貴。未來怎么辦？我們完全可以把秸稈變成液化氣的替代品，去滿足農(nóng)村高層次的能源需求。而這也是國家‘十一五’863計劃正在攻克的一個難題。”吳創(chuàng)之說。
推廣應用 初見端倪
在國家863項目支持下，利用生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)在江蘇興化建成裝機容量為5兆瓦的示范電站，該電站示范運行中每天可發(fā)電8萬多千瓦時，年發(fā)電可達2500多萬千瓦時，最高發(fā)電效率達到27.8％左右，是目前亞洲最大的生物質(zhì)氣化發(fā)電廠，也是國際上第一個可以實現(xiàn)商業(yè)運行的中型生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)電廠，性價比處于國際領(lǐng)先水平。運行結(jié)果表明，生物質(zhì)發(fā)電的上網(wǎng)成本約為0.55元／千瓦時，而按我國已頒布的生物質(zhì)發(fā)電補貼辦法，江蘇生物質(zhì)能電價最高可達0.75元／千瓦時，具有明顯的社會經(jīng)濟效益。
為了提高生物質(zhì)氣化發(fā)電站的成套性和實用性，專家們在進行應用示范的同時，又開發(fā)了從400千瓦到10兆瓦的不同規(guī)格的氣化發(fā)電裝置。自 2001年以來，已簽訂生物質(zhì)氣化發(fā)電項目27個，總裝機容量40多兆瓦，累計銷售設備合同額近1.65億元，每年新增發(fā)電量近1億千瓦時。
在我國農(nóng)村，這一新技術(shù)的推廣已經(jīng)取得了顯著效益，在國內(nèi)先后建成中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電站22座，為農(nóng)村提供1000多人的就業(yè)崗位；先后利用廢料共30多萬噸，相當于節(jié)約標煤約15萬噸，避免了大量的焚燒污染，與燃煤電站相比，減排二氧化碳約35萬噸、二氧化硫約5000噸，節(jié)能減排效果明顯。
雖然長期的實踐已經(jīng)證明了新技術(shù)的良好效益，但推廣難的問題也越來越清晰地顯現(xiàn)出來。
“最開始我們在農(nóng)村缺電的地方推廣這項技術(shù)，應用于木材廠、碾米廠等鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，由于電比較貴，供應又很不穩(wěn)定，這些企業(yè)可以用我們的設備自己發(fā)電自己用。秸稈焚燒難題凸現(xiàn)出來以后，我們開始瞄準農(nóng)業(yè)秸稈豐富的地方，如湖北、江蘇等盛產(chǎn)棉花(13510,-15.00,-0.11%)、水稻的省份進行推廣。但目前看來，推廣還是比較困難，問題主要存在于三個方面。”吳創(chuàng)之說。
問題之一在于生物質(zhì)發(fā)電相對于水電和煤電來說貴了很多。生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模小，比較分散，效率偏低，為此，國家進行了每千瓦時電0.25元的補貼。但各種成本算在一起，電價仍然比較高，難以保證企業(yè)盈利，因而對投資者缺乏足夠的吸引力。
問題之二在于原料供應沒有保障。農(nóng)民提供的原料是有季節(jié)性的，某幾個月有，某幾個月又沒有。同時，農(nóng)民愿意賣就賣，不愿意賣也沒有辦法。由于對原料的市場控制能力差，電廠的運行時間無法保障。如果一個電廠年發(fā)電6000小時才能盈利，那么只發(fā)電4000小時肯定虧本。
問題之三在于新技術(shù)是適合于分散利用的，而現(xiàn)在分散利用的技術(shù)還不多，因而還沒有明確的政策支持。生物質(zhì)能與風能等新能源不同，并不是越大越好。現(xiàn)有政策補貼明確要求12兆瓦以上的電站，而新技術(shù)適合10兆瓦以下的，國家補貼沒有明確規(guī)定，因而目前的小型發(fā)電項目大部分上網(wǎng)困難。
如何使這項利國利民的農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用技術(shù)真正惠及千家萬戶？吳創(chuàng)之認為，這需要多策并舉：一方面，要盡快探索出有利于農(nóng)業(yè)秸稈收集和管理的模式；另一方面，要發(fā)展更多適于分散利用的農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)電技術(shù)。同時，應盡快出臺相關(guān)政策，支持農(nóng)村分散利用生物質(zhì)，而不僅僅是大規(guī)模的工業(yè)化利用。
“過去農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電領(lǐng)域90％都是我們在做，量雖小，卻是一個很好的開端。今天，越來越多的研究者和企業(yè)已經(jīng)開始關(guān)注這一領(lǐng)域，相信在國家的支持下，它將獲得快速發(fā)展，為國家節(jié)能減排和農(nóng)村發(fā)展做出應有貢獻。”吳創(chuàng)之滿懷信心地說。
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