湖北省生物质能集约化应用的方向和途径
《沼气决策参考》（1995.2），系摘自《湖北省生物质能应用研究》报告（研究人员何忠民、徐新桥、杨曙光、郭北燕、郑启寿）湖北省生物质能集约化应用的方向和途径
1994年3月25日国务院第16次常务会议通过的“中国21世纪议程”--中国21世纪人口、环境与发展白皮书中写道：“开发利用新能源和可再生能源。把开发可再生能源放在优先地位，加快水能、生物质能、太阳能、风能、地热能、海洋能的开发，提高可再生能源在能源结构中的比例”。这是我国政府对联合国作出的政治承诺，也是各级政府和经济管理部门一项重要工作。
1、实施小康家庭能源工程，推进沼气的集约化经营，促进生物良性循环，建立生态农业。
生态农业的基本特点：充分合理利用自然资源，依靠生物之间的多种物资循环，在良性循环中保持相对平衡，系统内部的物质可以多次重复利用；从时间上和空间上不断提高太阳能的利用率和生物能的转化率，求得投入少产出多，达到生产水平较高，土地利用率较高、经济效益和生态环境质量较好的目的。
生态农业本身就是一种多元能源的农业发展道路，开发农村能源是建设生态农业的战略措施。以多级循环为主的生态农业，有各种各样不同模式和类型，其中以沼气为纽带的生态模式堪称是一枝独秀。沼气生产过程不仅可以最大限度地利用太阳能，并在沼渣沼液中保持原有的N、P、K等元素和有机质成为生态系统第二循环过程中的优质有机肥料和饲料，大大提高生态系中能流和物流的质量，这就是沼气生产在生态农业中的起的突出作用。
现在全国已有60%以上的沼气户（约300万农户）发展以沼气为纽带的庭院经济，农民增加收入9亿元以上。湖北省开展沼气、沼液、沼渣的综合利用的农户已超过20万户，年增收4000多万元。“九五”期间，随着农村产业结构的调整，为农村沼气发展提供良好机遇，湖北省将新增20-25万户农村家用沼气池用户，开展“三沼”综合利用农户将达到35万户以上，种植业、养殖业与沼气三结合或种植业、养殖业、加工业、沼气四结合利用类型的模式将进一步推广普及。为使这种模式在湖北省农村大量发展实施，应该注重选择各种养殖、种植业专业户大力举办沼气，以期获取最好的能源、生态经济效益，同时提高农民用能质量和水平，充实小康内涵。
2、实施能源--环保工程，推进城乡有机废水的厌氧消化处理，获得环保能源双效益。
目前，我国工农业有机废物废水排放量相当大，据统计，1990年轻工系统仅制糖、食品发酵、皮革等行业排放的高浓度有机废水就达60亿吨，占全国工业废水排放总量的22%，废水中含有机物排放量的50%，若利用其中的50%，即125万吨来制取沼气，年产沼气可达12.5亿M3，相当于原煤125万吨，标准煤90万吨，可发电17.86亿KW·h。同时，全国“菜篮子工程”的全面建设，集约化畜禽场的粪便排放量迅猛增加，给环境造成越来越大的压力。解决这一问题的最优化方案是采用生物质能的厌氧消化技术。以有机废物废水和禽粪粪便为原料，兴建大中型的沼气工程，既可以有效地治理环境污染，又能为当地职工和居民提供优质气体燃料，还可以利用发酵后的沼渣，生产养鱼喂猪的颗粒饲料。
近十年来，湖北省的厌氧消化技术经多学科、多部门的科研攻关，取得了较大的进展。在禽畜粪便的处理方面，先后兴建了容积分别为200-800立方米的沼气工程，采用上流式厌氧污泥床处理工艺，中温发酵，平均产气率0.5-0.8m3/m3·d。特别是1994年由武汉市能源所负责设计建造的荆门出口猪场能源环保工程，采用上流式厌氧污泥床加固液分离器，后期为射流曝气好氧处理，使得最后出水达到国家二级排放标准，在工业有机废水处理方面，共兴建了九处工程，首先在淀粉废水的中试研究上取得成功。为全国淀粉废水处理首开先河。紧接其后，酒厂的废水处理进入高潮，先后在七个酒厂兴建了沼气工程，总容积3250立方米，采用中高温发酵，滞留期4-5天，产气率3-3.5m3/m3·d。湖北省这些大中型沼气工程实现了工厂化产气，商品化供气，使能源建设上了一个新的台阶。它们有效地处理了酒厂的有机废水和集约化禽畜场厂的粪便，改善了环境卫生，对保护生态，促进生产，都具有明显的效益。“九五”期间，湖北省将按照国家制定的计划，重点在大中城市郊区、“菜篮子”工程基地，实施采用厌氧消化技术，以保护环境，兼取能源回收的能源--环保工程10-20处。近期首先在松滋、天门等地，兴建一批发酵工程总容量在1000m3以上的大型工程，实现集中供气，同时治理环境污染。
大中型沼气工程，作为一项新兴能源--环保工程，具有与其他能源工程（如城市煤气）不同的优越性的特点；
a、在工程目标上，煤气工程单纯制气，而沼气工程除制气外，又治理污染，并可获取有机肥料，而且不同的工程有不同的侧重点。
b、在制气原料上，煤气工程使用煤炭，这些煤炭还需经长途转运，而沼气工程使用就地可取的可再生生物质如禽畜粪便、食品、酿造、制药等企业排放的有机废水，全部是污染环境的废弃物。
c、从规模讲，煤气工程一般规模较大，沼气工程则可因地制宜，大中小并举，国家计委、农业部曾组织城市生物资源调查，不少中小城市的日排放高浓度有机废水上万吨。如按每吨COD5万毫克/升浓度的废水计算可产沼气20立方计算，每天排放1500吨有机废水所产的沼气即可供近2万户居民使用。如将这些工厂和郊区畜牧场统一规划，联片供气，将对城镇煤气化不足起到补充作用。
d、从建设周期来说，新建一个煤气气源厂，至少3-5年，而沼气工程，从动工到产气不到一年。
e、从投资上看，“六五”期间，平均每户1500元，政府还要对用户每人补贴煤气费4元，现在每增加一个煤气用户至少投资2000元。如河北唐山市煤焦制气厂每增加一个用户需增加投资1250元，而河北华北制药厂的沼气工程，每户仅需投资563元，还可节约排污罚款每吨1.27元。上海浦东煤气厂平均每户基建投资1500元，每千卡煤气成本3.8×10-5元，而上海前进农场的沼气站平均每个沼气用户投资709元（为浦东煤气厂的47.3%），制气成本为每千卡3×10-5元（比浦东煤气厂低21%）。
目前湖北省的大中型沼气工程无论其规模，其范围，其投资额均是远远不够的。一方面大量的粪便，工业有机废水的排放污染了环境，另一方面，处处在呼吁能源短缺，广大城镇居民迫切要求使用优质气体炊事燃料。这两大矛盾的最优化解决的办法就是积极、慎重地兴建大中型沼气集中供气工程，实践已反复证明只有这种对生物质能集约化应用的方式可同时做到治理环境污染，回收优质能源的双重效益。
3、开展生物质固化和气化的研究与试验，为农村小康化提供商品性能源。
为适应农村小康发展对用有质量的需求，我们在开展对生物质能利用技术的研究中，应转变过去那种单纯以解决缺烧为目标的观点，而应以实现小康为目的，把农村的低级能源转化为高级能源。因此，我们应立即着手进行生物质能固化和气化的转化技术研究与试验，并开展气化配套设施及用途的研制。如在木材、秸秆较为富余的地区，以这些原料或其它农业废弃物生产出成型燃料，以供给严重缺柴区使用（比烧煤便宜）；同时，湖北省也应对国内生物能利用中极有前途的炭、油
、气综合转换技术尽早进行研究及应用试验，使常规生物质转化为高品位能源，供农村生产和生活用。湖北省可用作气化炉原料的生物质资源，除按通常方法所统计的2678万吨（薪柴799万吨，秸秆1879万吨）外，还有大量的农业废弃物，如木屑、木片、棉壳、稻壳等，据不完全统计，全省可收集的棉壳有26万吨，稻壳140万吨。若用这些废弃物作气化炉的原料，则所得产品的成本将大幅度下降，产品的市场竞争力也得到提高。从炭、油、气这三种产品的社会需求来看，潜力是很大的。仅原沙市市，一年的生活用炭和工业用炭量就在5000吨以上，武汉市仅工业用炭量一年就需4700吨；此外，农民也迫切需要以秸秆变为木炭解决冬季取暖，至于木焦油、木质气、其用途更广，既可作优质燃料，也可作化工原料（木焦油）。使用炭、油、气综合转换设备主要以产炭为主，在调节炉内热解温度后，也能成为以油、气为主要产品的生产过程。而在以产气为主的气化炉中，利用稻壳经气化后即可得到优质燃气，据国内外研究试验表明，用稻壳气化、发电具有很高的经济效益，整套设施（包括土建、设备和稻壳灰利用）的投资，在两年内即可收回。江苏昆山有我国最大的稻壳发电系统，7套机组共1560千瓦，其发电量已成为粮食工业的主要能源。综上所述可见湖北省尽早开展生物固化与气化研究有百利而无一害，有原料、有市场、更有技术，湖北省科技力量雄厚、门类齐全，科技攻关势在必行。按照全国21世纪议程的规划，对于生物质的高层次利用技术要在2000年取得突破性进展，湖北省若不立即着手进行必将落伍。因此，湖北省要充分利用自己技术、原料、市场三大优势对生物固体气化转换技术作高起点研究。
关于加快开展我省生物质能集约化应用的建议
综上所述，既然开发生物质能在湖北省具有重大的战略意义，是发展生态农业的根本有效措施，而湖北省又具有开发利用生物质能的良好自然资源条件，对生物质能的集约化应用也具有一定的基础，那么制定规划，采取措施，加速湖北省生物质能利用技术的发展则是当然之举。建议如下：
1、将生物质能的应用纳入湖北省国民经济和社会发展“九五”计划和2010年规划。
国家十分关心包括生物质能在内的新能源和可再生能源发展，1995年1月5日，国家计委、科委、经贸委办公厅联合印发《新能源和可再生能源发展纲要》，提出的今后15年发展总目标是：“提高转换效率，降低生产成本，增大在能源结构中所占的比例。新技术、新工艺有大的突破，国内外已成熟的技术要实现大规模、现代化生产，形成比较完善的生产体系和服务体系；实际使用数量要达到39000万吨标准以上（包括生物质能传统利用方式的利用量），为保护环境和国民经济持续发展做出贡献”。根据国家《纲要》精神，结合湖北省实际情况，相应地编制湖北省生物质能“九五”计划和2010年规划，并做为湖北省生态农业和能源发展的相关内容，纳入湖北省国民经济和社会发展“九五”计划和2010年规划，使这一关系广大农民切身利益和农村工作重要内容的生物质能发展列上党和国家重要议事日程，并纳入法制轨道。
2、制订切实可行的优惠政策和支持措施。
生物质能转换技术是着眼于未来替代能源的、正在研究、探索、发展中的一项高新技术，许多技术的社会效益显著而经济效益却一时难以体现。许多项目是为贫困落实地区广大人民造福的扶贫事业，是改善生态环境、保障生态平衡的公益事业。为了促进这项战略措施的发展，建议我国政府也和世界各国一样，对于新能源的研究开发和推广应用给予积极的鼓励和支持，实行免税、减税、补贴、无息或低息贷款等优惠政策。比如对于大中型沼气工程的投资除了政策的部分拨款外，可将所要使用的技术改造贷款等优惠政策。比如对于大中型沼气工程的投资除了政策的部分拨款外，可将所要使用的技术改造贷款纳入政策性银行，由于大中型沼气工程同时也是一项环保工程，应采取行政、法制和经济手段鼓励甚至强制推广应用，从环保罚款中还可提留一定的比例作为投资来源之一。还可考虑从各种渠道筹集资金建立湖北省的生物质能研究开发基金，作为有关部门和科研人员从事专题项目的研究经费。
3、抓好示范项目，推选产业建设。
由于生物质能集约化应用，目前主要是面向广大农村和中小城镇，因此应以点带面，抓好示范项目，然后推而广之，使之形成气候，推进产业建设，示范项目的选取须注意：技术先进而又成熟，工艺不甚复杂，成本不是很高，能源利用率较高，经济和社会效益明显等，近期可以考虑围绕省柴节煤灶、生物质炭化有条件的地方可将固化气体裂解等技术综合使用和沼气工程等示范项目推进产业建设。
1981年起，国家提倡农村使用省柴节煤灶，注重节约、实用、方便的统一，经过十年努力，便迅速控制了过量燃用生物质资源的严峻局面，新型高效炉灶成为农民欢迎的厨具，现在全国有1.2亿农户使用热效率超过20%的炉灶，较旧式炉灶节些30-50%，1994年我省普及省柴灶已达1000万户，目前是，省柴节煤灶正向多功能、商品化方向发展，是农村能源一宗主要产业。
近年来湖北、河北、江苏、山东、安徽等省将秸秆开发为“生物煤块”，直接替代煤炭，供乡镇企业锅炉使用，或者进一步炭化，供乡镇企业锅炉使用，或者进一步炭化，制成生物炭，出售给冶金行业或提供出口，这样每亩秸秆可增值40-50元，压块机和生物煤已成为新产业。
另外，大型的沼气工程集中供气站在抓沼渣沼液的综合利用中，也呆派生出饲料、肥料等加工企业，小型户用沼气工程也可带动发展预制模块，家庭沼气--养殖等产业。
4、加强技术科研工作并突出重点。
新能源技术是世界新技术革命的支柱技术之一，高效率的利用生物质属于高科技领域，正在迅速发展，有许多技术难关须要攻克，有许多新产品有待开发研制，有许多成功的新技术要很好地消化吸收和推广应用，因此，科研工作至关重要，应大力加强，增加投资。
由于小柴炉灶和沼气工程已基本定型，只是巩固推广应用的问题，湖北省在“九五”期间可将生物质的气化、固化技术列为近期重点科研攻关项目，随着农村小康目标实现，农民用能水平、质量和设备现代化将成为评价小康内涵的重要内容，可以预见，炊事和采暖用能及其设备最具市场活力，可再生能源产品从研制经中试到商业利润回收，不同阶段应形成自身的梯度构架，即①成熟技术向市场投入一批，商业利润回收一批；②向市场过渡中试示范投入一批；③重点科技攻关项目起动一批。
“九五”期间逐步开展以下工作；
①进一步研究完善生物质气化装置，并扩大功能，开拓市场，进入食品、中药材、养殖、种植业的烘干供热领域。
②对生物质固化成型技术，建议两个面向，即一是制炭，一是制“生物煤”，制炭市场效益高，但对压制成型技术要求高：比重1.35-1.45，机械弯曲强度38kg/cm2，抗压强度320kg/cm2，关键技术是磨损件的使用寿命和可靠性，低压成型产品“生物煤”压制强度低，比重0.5-0.6，做到易燃，可运储，取代煤和柴。
③生物质热解液化技术难度较高，但应安排少量科技人员跟踪国内外动向，做些技术储备，为下一世纪生物质高品位产品进入市场打下基础。
以下项目对湖北省农村的现实虽然是较长期的，投资是巨大的，但2010年可能是被接受的产品：
a、热值达到（9350-450）×
4.1868J/m3的可管道输送的甲烷化煤气和热解水煤气；
b、生物质注氧/蒸汽气化甲烷化，生产液体燃料替代矿物燃料油；
c、生物质制氢技术。
④重视生物质能软课的研究，为制定正确研究开发方针，少走弯路，减少失误，做好工程技术项目的前期准备，提供依据的佐证。
5、积极开展国际合作。
新能源技术在国际上是最为活跃的领域之一，相互交往多，学术活动频繁，新论文、新资料多，新产品、新专利多，我们应积极开展国际合作，加强与国外学术交流，学习、引进、消化、吸收国外的先进技术，取人之长，为我所用。我国在生物质能、风能、太阳能等方面已有一些国外援助项目，湖北省亦应积极争取。国家和地方政府对这类国际援助项目所需的配套资金应给予支持。
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