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生物质能源战略与新型城镇化-看曹妃甸滨海镇

时间:2015-06-28人气:作者: 系统管理员

发展生物质能源是美丽中国的一个大战略。因为,这不仅可以满足全中国几亿人口经济社会发展的能源供应,降低空气和水污染,减排温室气体;而且,可以维持土地和水资源的生态活力,推进城镇化建设,实现可持续发展。


 

但是,长期以来各级政府和社会各界都对发展生物质能源重视不够。在盲目追求规模经济和GDP的氛围下,地方政府和企业对难以实现规模效应的生物质能源不肖一顾,导致大量生物质资源被浪费。一边是农户随意焚烧,造成严重空气污染;另一边是,大量购买化石能源增加了能源费用和温室气体;同时还带来一个恶果,缺乏对生物质资源梯级利用机制,无法将其转化为生态有机肥料,农业大量使用化学肥料,使农地有机质成分急剧下降,已造成严重的生态后果,直接威胁十三亿人的粮食安全。科学发展生物质能源,必须上升到国家战略。

燃气化就是城镇化

从2013年起,国家能源局综合司给我们中国能源网研究中心一个课题,研究中国城镇化中居民能源需求变化。长期以来,对于这方面的研究近乎空白,很多能源界大专家都认为中国农民一旦实现城镇化,能源需求将直线增加,有专家说要增加5倍,也有说增加7倍,还有人认为要增加9倍。仔细询问,大家都是只凭一些“印象”,却拿不出具体数据。

为此,我们三年来,前前后后走访了很多地区,做了很多样板研究,从东北到西北,从内蒙到广西,从北京到新疆,结果发现中国各地农村基本上是一个“高能耗、高污染、高能源支出和低能效”的实际现状。很多地方农户的实际能耗高于城镇居民,也是当地空气污染和雾霾的一个重要贡献群体,很多农户的综合能源支出一点不比城里人少。问题的关键是他们的能源结构不合理,用能方式不科学,而其中最关键的问题是农户大量使用散煤直接燃烧导致的。也就是说,如果我们能够向农户提供清洁方便的能源,改善他们的能源利用技术和居住方式,大多数农户在城镇化进程中,能源消费和污染排放非但不会增加,反而会有所下降,能源费用支出也会减少。如果能够科学利用农业的生物质废弃物,还会实现农民增收。

那么什么是“清洁方便的能源”呢?河北省唐山市的曹妃甸滨海镇有一个申家村。滨海镇所在的曹妃甸开发区是中国燃气公司的供气营业区,负责销售中石油南堡油田的石油伴生气。2011年中国燃气当地经理刘庆东为开拓燃气市场,与申家村党支部的孙书记建议尝试向农户供应天然气,改善农民生活品质,俩个人一拍即合。当年,由农户自己出一部分,村集体补贴一部分,燃气公司分担一部分,一共集资60多万元,为申家村103户农民家里安装了管道天然气。农民不仅使用了天然气灶做饭,还可以使用天然气壁挂炉洗澡采暖,甚至农民还自己研究设计了利用天然气壁挂炉加热的暖炕,使当地农民的生活品质一下就发生的质的变化。

以前,平均每户农民每年要烧2至2.5吨左右原煤,还要加上200至300捆30斤重的芦苇或柴草,才能解决冬季采暖需求。由于烧水洗澡不方便,人们洗澡并不频繁,尤其是冬季。烧煤烧柴取暖极不方便,不时要加煤添柴,把家里村里烧的乌烟瘴气,还要耗大量人工去割草收芦苇,没有劳动力的就得花钱去买。


除了采暖,做饭要另购买液化石油气(LPG),130~150元一罐,买一罐LPG要出去好几里路,村里都是老头老太太,非常麻烦。农村买到的LPG质量很差,掺入大量热值较低的二甲醚,罐内残液多,一年要消耗8至10罐左右。采暖做饭消费的商品能源的燃料费在2000~3000元一年。由于管道天然气清洁灵活方便,用时开,不用时关,壁挂炉可以根据设定的温度自动调节,能源利用效率超过80%。正因为如此,每户农民的能源费用非但没有增加,甚至还有所降低,深受农民群众欢迎。村里还有十几户原先拒绝使用天然气的农户,也积极要求通气。


 

因为通了气,农村的基础设施发生了质的变化,空气污染没有了,因为燃烧煤炭柴草引发的妇女呼吸系统疾病的发病率减少,村里也没有到处堆放煤炭柴草和乱倒灰渣的情景,使村里的环境从根本上得到改善。我们在申家村调研的直接印象是,中国新型城镇化的一个标志就是燃气化。


 

这些年,中国在解决“农村、农民和农业”三农问题上,已经付出了巨大努力,也取得无与伦比的成就。道路基本实现了“村村通”,电力和有线无线通讯也都解决了,有线电视和卫星电视均以普遍使用,这几年水利部实施农村饮水工程也解决了绝大多数地区农村的供水,许多农村正在着手解决下水排水和污水生物降解。现在,中国农村剩下最大的问题,就是燃料的现代化。只要通了气,从硬件而言城镇化目标也就完成了。我们在全国各地的调研中,几乎没有碰到一个农民愿意放弃他们的土地和宅基地搬到城市或县镇居住,更没有人愿意放弃农民身份。他们最大的愿望是改善他们世世代代居住村落的基础设施,完善医疗、教育等公共服务。同样的情况,我们在北京延庆、陕西宝鸡和广西武鸣等地都看到了,方便、清洁、高效、灵活的天然气是中国农村现代化的一个非常重要的基础,将大大改变中国农村千百年来的生活、卫生习惯,提升农民素质,推进农业现代化。


 

我们调研的2014年5月,曹妃甸滨海镇已经有三个村改用了天然气。到当年底,全镇10个自然村全部改用管道气。从2009年10月通气至2014年5月,申家村每户平均用气1800~2500方,每户农民一年做饭、洗澡、采暖年消耗天然气大约400~500方,气价2.35元/方,能源费用940~1175元。曹妃甸的天然气来自就近的南堡油田的石油伴生气,所以价格比中国绝大多数城市的天然气价格便宜。如果是现在城市燃气系统提供的高价天然气,绝大多数农民都很难用得起,如何解决农民需求的廉价天然气?只有靠他们自己解决。


 


 

种天然气田


 


 

曹妃甸当地有大面积的湿地,湿地中有大量的芦苇资源,这是生产生物质沼气的一种资源。如果有一种机制,将这些芦苇收割青储,同时收集当地养殖粪便和农村污水,在当地采用工业化的技术分布式生产沼气,并将这些沼气提纯到商业天然气标准,直接进入中压天然气管道向周边城镇乡村供气,成本就可以大幅度下降。沼气生产不平稳,就像太阳能、风能和小水电这些可再生能源一样,存在一定的不稳定和不确定性,还受到原料季节性限制和环境温度影响,很难持续稳定供气,需要大管网进行系统平衡。


 

在中国燃气的配合安排下,我们对广西进行了三次深入调研。调研小组在深入基层的研究中发现,生物质天然气将有可能成为中国一个巨大气源。中国不仅可以大规模地利用农业废弃物生产天然气,而且可以利用一些盐碱地、荒滩、湿地或经常淹没性潮间带土地大规模“种植天然气”。将天然气产业与农业、农村、农民有机结合,使中国的城镇化过程中,让城镇拥有“永不枯竭的天然气田”,让农民不仅是商品能源的消费者,还是清洁能源的生产者。


 

在北京昌平区科委支持下,通过国际合作和利用中国空间技术,培育种植芦竹(或称竹苇)。芦竹不是转基因物种,是一种本土物种,在匈牙利科学家优化育种培育和航天器搭载接受宇宙射线照射后,产量大大增加。一颗芦竹可以生长20年,高度达到6米以上,北方每年收割一次,北回归线以南可以收割两次,亩产干物质达2吨。芦竹在嫩绿时可作为牛饲料,甘甜,含糖份较高,适合发酵养殖甲烷菌。


 

可以大规模种植的,还有甜高粱。一亩甜高粱1天合成碳水化合物可生产3.2升酒精,而玉米只能生产1升,小麦0.2升,其光合转化率高达18%至28%。雅津甜高粱株高达到5米,最粗的茎秆直径为4至5厘米,茎秆含糖量很高,含糖分大约14%左右,可与甘蔗媲美,榨后同样会有大量糖蜜。甜高粱可生食、制糖、制酒,也可以加工成优质饲料,同时也是沼气生产的优质原料。一年两季,亩产最高可产高粱杆20吨,产高粱籽450公斤。广西蛟龙公司在厂区周边种植了几十亩甜高粱,单季亩产6吨。该公司在广东湛江实验种植,单季亩产达到8至10吨高粱杆,收获600斤高粱籽。高粱籽是酿酒的优质原料,市场价2元一斤,种植高粱仅粮食收入就达到2400元。如果高粱杆每公斤收购价格能到0.1元,收入可以增加1200~2000元,农民增收问题将会大幅度提升。使用甜高粱秸秆制沼气,即可以直接使用青储秸秆,也可以利用榨糖后秸秆发酵,同时还可以利用青储秸秆喂牛之后的粪便污水。


 

此外,还可根据各地情况种植非粮高产作物,如:苏丹草、芒草、黑麦草等,这些作物产量极高,即可作为饲料,也可作为燃料,同时还是非常好的沼气原料。苏丹草年产3.5吨/亩,喜湿热、耐干旱;芒草年产4吨/亩;黑麦草年产5~10吨/亩。广西、海南等地还是中国香蕉的主要产区,香蕉收割后的香蕉秆也可生产沼气,根据一些实验,每克干物质可生产沼气0.273立升,其产气潜力非常巨大。


 

在广东、广西、海南和云南,为生产蔗糖和淀粉,种植大量甘蔗和木薯。利用制糖剩余物糖蜜生产酒精,再利用酒精废水生产沼气。根据中国糖蜜网数据,中国每年生产糖蜜450万吨,糖蜜资源中57%用于酒精生产,为256.5万吨,可生产10.26亿方天然气。据研究,每吨干木薯制酒精排放10吨高COD浓度有机废液,每吨木薯制淀粉可排放15吨高COD浓度有机废液,而每吨木薯变酒精废液可产生12方的沼气,每吨木薯制淀粉废液可产生8方的沼气。处理1吨木薯可生产沼气120方,提纯商品级天然气72方。广西是我国木薯生产第一大省,2005年种植面积460万亩,占全国74%;年产鲜薯559万吨,占全国76%。据此推算,全国可利用木薯废弃物生产天然气5.83亿方。


 

当然,生产生物质天然气真正的大头还是秸秆。据2010年统计,全国秸秆理论资源量为8.4亿吨,可收集资源量约为7亿吨。当年,秸秆综合利用率达到70.6%,利用量约5亿吨。其中,作为饲料使用量约2.18亿吨,占31.9%;作为肥料使用量约1.07亿吨(不含根茬还田,根茬还田量约1.58亿吨),占15.6%;作为种植食用菌基料量约0.18亿吨,占2.6%;作为人造板、造纸等工业原料量约0.18亿吨,占2.6%;作为燃料使用量(含农户传统炊事取暖、秸秆新型能源化利用)约1.22亿吨,占17.8%。如果将作为燃料、食用菌生产以及还田使用的秸秆都回收利用转换沼气,作为饲料的秸秆也以养殖废弃物形态转换沼气,据此算,直接和间接可利用秸秆或与秸秆相关废弃物,以及一些养殖种植垃圾和水生废弃物可超过7.5亿吨,可转换商品气1732亿方。将全国各种生物质资源全部利用,可以增加人气供应约2000亿方,而2014年全国消费天然气总量仅为1800亿方,其资源潜力巨大。

为何要制沼气


 

习近平总书记当年在陕北延安延川插队时,就带领梁家河村农民大力兴建沼气。至今梁家河村口立有一块石碑,碑文是这样写的:“70年代初,为了响应国家大力发展农村沼气的号召,在时任村支书习近平同志的带领下,建沼气池60口,这口沼气池是保留的其中之一。1975年8月,全省沼气现场会在这里召开,村上做了经验介绍。”


 

截止到2009年广西累计建设户用沼气池355.3万户,沼气池入户率44.4%;大中型沼气工程613处,小型沼气工程1623处;农村沼气乡村服务网点4748个,县级服务站31个;推广省柴节煤灶744.6万台。已建成的农村能源设施投入正常使用后,形成年节约能源量656万吨标煤,并通过沼气带动养殖业、种植业的发展。


 

但是,广西和全国各地发展沼气都存在一个非常突出的问题,主要是小农经济式的一家一户为主体的生产模式已经不能适应今天国家新型城镇化建设进程。不能建立专业化的服务体系,中国的沼气发展就不可能实现可持续的经营模式。农民家中的沼气池就会出现,“政府不断投资,农民不断挖池,大家不断废弃”的无效无休无止的浪费。


 

将生物质燃料直接燃烧,只能利用其中的碳分子。如果直接焚烧发电,能源利用效率最高只能达到38%左右。而转化成为沼气,在每个碳原子上又增加了4个氢原子,热值大大提高,采用内燃机或燃气轮机发电效率可达40%至55%。生物质转换沼气可以因地制宜,根据资源规模和能源需求确定能源转换规模和模式,比生物质电厂更加灵活,也减少了燃料中间运输环节的消耗和输电输热环节的损失,系统效率更高,经济效益更好。


 

将农业废弃物和种植一部分高产作物作为原料生产沼气,收获的不仅仅是能源,更大的价值在于有机肥料。中国过度施用化学肥料的问题已经带来巨大的生态灾难。目前中国严重的雾霾,其中一个重要原因就是土地中大量使用氨肥导致氨氮污染,在逆温条件下形成大量有机挥发物最终形成可吸入颗粒物。土地中的氨氮还污染了水源和地下水,导致水中的藻类和微生物失控。控制使用化肥正在形成一项全球性环境政策,中国也已启动。长期大量使用化肥已经彻底破坏了中国农田土壤中的有机质,难以继续维持粮食高产,解决问题的出路在于加大有机肥料对化肥的替代。而沼气生产之后的沼渣就一直理想的有机肥料。在沼气发酵工程中,秸秆上以及辅助发酵的动物和人的排泄物中的病虫卵和病菌被杀灭。此外,沼液不仅是液体肥料,还是生物杀虫剂。


 

中国如果将7.5亿吨秸秆在生产成为沼气之后,可以生成3.75亿吨沼渣有机肥料。沼渣中的主要养分含量有:30~50%有机质、10~20%腐殖酸、0.8~2.0%全氮、0.4~1.2%全磷、0.6~2.0%全钾。每亩地施用1000公斤沼渣(湿重),可给土壤补充氮素3~4公斤、磷1.25~2.5公斤、钾2~4公斤。尿素含氮量为45%,相当于6.7~8.9公斤尿素。3.75亿吨沼渣可以替代近300万吨尿素。不仅节约了大量制造化肥的石油、天然气和煤炭,而且可以解决中国大量使用化肥造成土壤退化板结问题,恢复土壤中的有机质和生态活力。


 

将沼气提纯天然气,不仅将这种资源替代直接焚烧秸秆污染空气,而且替代煤炭并减少温室气体排放,还能作为汽车或拖拉机等农用机械的燃料,直接替代价值更高的燃油,经济效益更加彰显。沼气还可以通过分布式能源技术直接用于发电,并用发电后的余热供应工业蒸汽和热水,以及采暖和制冷。生物质燃气的灵活性可有效平衡太阳能、风能和小水电等各种可再生能源的不稳定和不确定,实现燃气、燃油、电力、热力和生态的综合系统平衡,就近解决和保障城镇化中的综合能源供应。燃烧后的二氧化碳可作为农业大棚的气体肥料用于种菜养花。鲜花王国荷兰大力发展燃气发电机组废气养花,不仅节省了肥料和水,还回收利用的温室气体。


 

生物制沼气和提纯生物质天然气技术在西方发达国家已非常成熟普遍,设施都能够长期稳定生产,大量工业化的分布式产气设施星罗棋布在城乡地区,基本实现无人值守,已经成为重要的生物质能源转换利用方式。2011年欧盟沼气产量为201.7亿方,其中德国的沼气产量为101.4亿方,占欧盟沼气生产量的50.27%。美国2011年沼气产量为126亿方,比2010年增长12.6%。中国2011年沼气产量约为200亿方,比2010年增加25%以上。


 

瑞典是沼气应用发展最快的国家。瑞典沼气年总产量2.3亿方,其中约60%产量源自200多家市政污水处理厂的污泥消化池,30%源自垃圾填埋场以及工业污水处理厂,10%源自混合消化厂。瑞典有900万人口,目前已有40多家沼气提纯工厂,车用沼气消费量已超过天然气用量。2008年,瑞典60%的车用燃气来源于生物质天然气,全国有1.7万辆生物质天然气汽车。瑞典的沼气计划在2050年前后将全部取代天然气,资源的理论潜力为年产100亿方提纯生物质天然气,目前开发率仅10%左右。


 

2010年,德国已有5000座大型沼气工厂,大量用于分布式热电联产。2009年沼气发电装机容量达159.7万千瓦,超过水电,仅次于风电。预计到2020年,沼气发电产能将占总发电量的10%。近年来,德国开始转向经净化和提纯成为生物质天然气后,直接注入天然气管网或用压缩罐送至汽车CNG加气站。据德国能源署资料,2010年已建成和在建的沼气提纯入管网工程有28处,项目规模每小时加工200至5000方不等。德国沼气协会估计,到2020年,生物质天然气将提供全国天然气消费量的20%。2013年德国天然气消费量为752亿方,预计生物质天然气产量届时将超过150亿方。


 

英国利用30万公顷的休耕土地种植能源作物,如青贮玉米、甜菜和黑麦草等进行轮作,年可产沼气相当于960万千瓦时的能量,折算300万方天然气。沼气分布式发电利用后,可满足220万户家庭用电需求,并提供相应的生活热水和采暖。印度的规模化沼气工程数量已达3380处。2007年底,甘蔗主产区马哈施特拉邦的三家榨糖厂利用德国技术和资金,将甘蔗酒精的废渣、废液处理作沼气发酵原料,分别建设了3个大型沼气工程。产生的沼气被纯化后装罐运至孟买等城市,替代天然气给大轿车提供燃料。


 

无论是国际和我国国内,发展生物质能源必定是一个方向,对于生物质资源一定要实现梯级利用,吃光用尽,最大限度提高能源利用效率。发展生物质能源必须调动农户的积极性,有机的融合到农业、农村和农民“三农”之中。中国三农问题最大的根源是农民缺乏组织,一盘散沙。我们过于迷信“包产到户”,在三农政策上没有与时俱进,没有在农村推进合作化。纵观农业发展好的国家,如以色列、美国、日本等,无一不是将你们提供各种合作机制进行组织。中国发展生物质能源也必须将农民利益集合组织起来,通过新型的合作化机制充分调动农民参与,并分享成果。

(摘自中国能源网)

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