生物质气化燃气和沼气分散供热经济与环境效益分析

随着中国新农村建设的推进和供热事业的迅速发展,高效清洁供热在中国农村引起关注。该文以天津市小塔沽村为供暖对象,对其进行热负荷估算,并采用方案比较法,针对农村2种新能源燃气(生物质气化燃气和户用沼气)分散供热的经济效益(投资、运行费用、投资回收期)和温室气体减排进行对比分析。研究结果发现户用沼气分散供热初投资高于生物质气化燃气分散供热,前者为后者的1.86倍;户用沼气运行费用也略高于生物质气化燃气,但生物质气化燃气分散供热后期管理要优于户用沼气分散供热,另外,户用沼气存在副产物经济效益,每年可高达29.9万元。2种供热方式温室气体减排效益接近,CO2的减排量都为561.18 t/a,CH4减排量约为1 300~2 200 kg/a。整体而言,生物质气化燃气分散供热优于户用沼气分散供热经济性。特别针对农村的管理水平落后,生物质气化燃气分散供热的优点更加突出。所以类似天津郊区这样的农村地区,供暖期需要大量燃气的农村宜采用生物质气化燃气分散供热方式。该文可从经济、环境角度为农村类似情况燃料及供热方式选择提供参考。     

中国农村生物质能利用技术和经济评价

农村生物质能利用技术种类较多,确定各类技术的适用范围及经济性,有利于在农村地区选择合适的技术,促进生物质能利用技术在农村的开发利用。该文提出了户均用能成本的概念和计算方法,对农村户用沼气、养殖场沼气工程、固体成型燃料、秸秆沼气、秸秆气化集中供气等技术进行了技术经济评价。研究结果表明:农村户用沼气技术的经济性最好,其次为固体成型燃料技术,而秸秆气化集中供气技术的经济性最差。随着农村社会经济的发展,认为固体成型燃料技术将逐渐占主导地位,而秸秆沼气技术可以填补由于畜禽粪便短缺而带来的空白。     

中国农村生物质能利用技术和经济评价

农村生物质能利用技术种类较多,确定各类技术的适用范围及经济性,有利于在农村地区选择合适的技术,促进生物质能利用技术在农村的开发利用。该文提出了户均用能成本的概念和计算方法,对农村户用沼气、养殖场沼气工程、固体成型燃料、秸秆沼气、秸秆气化集中供气等技术进行了技术经济评价。研究结果表明：农村户用沼气技术的经济性最好,其次为固体成型燃料技术,而秸秆气化集中供气技术的经济性最差。随着农村社会经济的发展,认为固体成型燃料技术将逐渐占主导地位,而秸秆沼气技术可以填补由于畜禽粪便短缺而带来的空白。     

基于能值分析的秸秆-羊-田循环系统生产效率与可持续性评估

生态循环农业是解决现代规模化养殖污染的有效手段。该文使用能值分析方法,对现代"秸秆-羊-田"循环系统的生产效率与可持续性进行评估。结果表明,与单一湖羊养殖系统相比,"秸秆-羊-田"复合循环系统的能值转换率降低96.09%,表明循环系统大大提高了终端产品的能值利用效率;能值投资率和环境负载率降低程度达67.66%以上,而可持续发展指数明显增加,表明循环系统在生产过程中能够较好地降低环境压力而具有很好的可持续发展潜力;净能值产出率和能值产投比分别降低70.32%和70.43%,表明复合生态循环系统的生产效率和经济效益有所降低,主要是由于生产原材料(豆粕、秸秆等)、基建与设备投入增加造成。因此,需要对其提供的生态服务功能的正外部性进行经济补偿,补偿标准为380.76元/(只·a)。然而,如果对目前的循环生产过程进行优化,理论上能够提高净能值产出率,从而实现对循环系统环境效益的自我补偿。     

京郊农村大中型沼气工程发展现状分析与对策研究

能源危机和可再生能源开发给中国农村大中型沼气工程的发展带来了宝贵机遇.大中型沼气工程作为农村生物质能源的一种,对解决农村用能和养殖业污染问题有重要意义.该文在对京郊农村大中型沼气工程发展现状进行实地调查的基础上,分析了北京市大中型沼气工程的分布、规模、发展特点、成功经验及存在问题.同时结合环境经济学中的外部性效益分析方法,提出了进一步促进北京大中型沼气工程发展的对策和建议,旨在为京郊养殖废弃物资源化利用提供理论参考.     

南方双季稻区生物质炭还田模式生态效益评价

应用生态经济系统能值分析理论与方法,引入环境污染指数和能值反馈率2个新的指标,分析了无秸秆还田(CK,即常规施肥处理)、低量秸秆还田(LS)、高量秸秆还田(HS)、低量秸秆源生物质炭施用(LC)和高量秸秆源生物质炭施用(HC)5种秸秆还田模式的能值效益,从农业可持续发展水平来评价南方双季稻区最佳管理模式。结果表明:秸秆还田显著增加了农田温室气体能值产出,LS、HS处理分别是CK处理的1.94倍和2.92倍,分别减少了8.13%和10.80%的水稻生物量能值产出。秸秆源生物质炭还田温室气体能值产出与常规施肥处理(CK)差别不大,但明显低于秸秆直接还田,减少了49.10%~59.36%。秸秆源生物质炭还田增加了水稻生物量能值产出,比常规施肥处理(CK)增加了4.32%~10.49%,比秸秆直接还田增加了16.96%~20.27%。5种秸秆还田模式,能值产投比早稻季依次为:LCHCCKHSLS,晚稻季依次为:HCLCCKLSHS。综合评价双季稻生态系统可持续发展水平,早稻和晚稻季节HC均高于其他模式。因此,从能值效益角度,高量秸秆源生物质炭还田是该区域双季稻生产中最优的秸秆还田模式,可以大力推广。     

生物质流化床气化与结渣特性中试试验

为优化生物质流化床气化工艺,该研究在中试规模流化床实验台上进行了成型树皮和成型秸秆的空气气化试验,研究了空气当量比、气化温度与送风温度对成型树皮和成型玉米秸秆气化特性的影响,同时采用电子探针显微分析仪与X射线光谱分析仪对气化过程中结渣的微观结构与成分进行了分析。结果表明:气化效果随着空气当量比增大先升后降,空气当量比较佳值在0.24左右,此工况下树皮与秸秆合成气热值分别为5.66和3.92 MJ/m~3,气化效率分别为59.62%与33.92%;气化温度增加促进气化效果提升,气化温度从700℃升高至800℃,树皮合成气热值与气化效率分别提升了1.01 MJ/m~3与14.28%;一次风温度的提升对气化效果无显著影响(P0.05),但明显提升了炉膛底部温度,容易导致结渣,不利于设备稳定运行。2种生物质都有明显结渣现象,其表面呈现熔融玻璃状。结渣主要由KAl(SiO3)、K2MgSi_5O_(12)等复杂化合物与SiO_2组成。导致结渣的原因主要是生物质中K、Mg等碱金属元素在床料中富集,与石英砂床料反应形成低熔点熔融盐;树皮含有较多Ca,气化中形成高熔点的CaSO_4进而抑制结渣,而秸秆成灰率高,含有较多的K,导致结渣更为严重。     

长汀县循环农业产业联盟模式能值分析

实施种养结合,将农牧生产废弃物利用并回流坡耕地和开展地力恢复是长汀县水土保持的重要内容.应用能值分析法分析2014年长汀县循环农业产业联盟和长汀县农业生态系统(对照)的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数,以及循环农业模式能量流动特征.结果表明:2014年循环农业产业联盟的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为7.12、49.35、0.44和16.26.同期长汀县农业生态系统的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为1.20、3.29、0.23和5.17.循环农业产业联盟净能值产出率和可持续发展指数分别高于当地农业生态系统5.92和11.09个单位,对当地农业发展具明显带动作用.提出了有关优化循环农业产业联盟的建议:1)控制牧业生产规模;2)扩大有机肥厂生产规模;3)引进更多的种植企业,参与循环产业联盟,利用沼液;4)增加科技投入,提高沼气和沼液利用率.通过项目引导构建循环农业产业联盟模式,分析循环农业模式能量流动特征,不仅有助于说明循环农业模式实施效果,也可为循环农业模式自身优化提供理论依据.     

农业废弃物制备的生物质炭对红壤酸度和油菜产量的影响

利用自行研制的生物质炭化炉在田间条件下制备花生秸秆炭和油菜秸秆炭,采集秸秆气化站产生的稻壳炭,研究了这3种生物质炭对酸性土壤的改良效果和对油菜产量的影响。结果表明:施用稻壳炭、花生秸秆炭和油菜秸秆炭均可提高土壤p H,降低土壤交换性酸含量,效果随施用量的增加而增强。生物质炭对酸性土壤的改良效果主要决定于其本身的含碱量,施用花生秸秆炭和油菜秸秆炭显著增加土壤交换性盐基阳离子、有效磷、有效阳离子交换量和盐基饱和度,并提高油菜籽产量。田间条件下施用花生秸秆炭和油菜秸秆炭3年后土壤p H仍明显高于对照处理,说明生物质炭对土壤酸度的改良具有持续性。因此,花生秸秆炭和油菜秸秆炭是优良的酸性土壤改良剂。     

玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化

为实现秸秆类农业生物质废弃物的高效清洁能源化转化利用,采用带有二级返料系统的循环流化床气化炉对玉米秸秆进行了气化试验。在二级返料系统开启及闭合条件下,选取空气当量比为0.20～0.35,研究空气当量比对玉米秸秆气化特性的影响,结果表明二级返料系统开启及闭合两种工况均在空气当量比为0.26时取得较优值,二级返料系统开启时具有较好的气化效果,碳转化率与气化效率最大值分别达到93.54%与77.06%。在二级返料系统开启状态下,试验研究了水蒸气配比对玉米秸秆气化特性的影响,结果表明以空气为主气化介质,辅助以水蒸气气化,可以有效改善气化燃气品质,提升气化效率。当空气当量比为0.26、水蒸气配比为0.2时,玉米秸秆空气—水蒸气气化具有较好的气化特性,燃气热值与气化效率分别达到最大值5.89MJ/m3与81.45%。典型工况条件下的焦油蒸馏馏分分析结果表明,提高气化炉反应温度,并保持一定的水蒸气气化环境,可促进焦油裂解转化。试验可为秸秆类生物质的高效清洁转化利用提供参考依据。     

生物质资源能源化与高值利用研究现状及发展前景

生物质是唯一能够直接转化为燃料的可再生能源，其开发利用既可以弥补低碳能源的需求，减少环境污染，也是中国实现"碳中和"目标的重要手段。该研究围绕以秸秆为主的生物质资源制备清洁能源和高值利用的总目标，系统分析生物质资源通过生物或热化学等转化途径制备气、液、固三相清洁能源的综合利用技术和模式，重点论述厌氧消化制备生物燃气、水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化与生物油提质和生物质制备固体燃料4项技术发展现状与研究进展。在4项生物质转化技术中，厌氧消化制备生物天然气工业化程度最高，由于其大都基于大型养殖场建立，可有效解决原料收集问题，而且厌氧消化技术与沼气净化技术相对较为成熟，生物天然气可直接作为燃料、电力和热力来源供用户使用；由于生物质制备液体燃料中存在转化过程成本较高、产物分离困难、提质效率低、产品不稳定等问题，很难与当前应用端平稳接轨，因此水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化制备生物油技术规模化发展水平较低；对于生物质制备固体燃料，其成型技术较为成熟，配套炉具的研发也有效解决了成型燃料应用端的问题，其规模化应用最大的难点在于原料的收集与存储。文章最后对未来生物天然气、生物质液体燃料与固体成型燃料发展前景进行展望，为实现农村生物质资源高效制备清洁能源及高值利用提供借鉴。     

中国生物质能产业发展现状及趋势分析

该文在综合评价中国生物质能资源、产业发展和政策环境的基础上，分析未来生物质能产业发展趋势。中国具有丰富的生物质资源，生物质能产业初具规模：沼气产业基本形成，燃料乙醇年生产能力已达到102万t，开发了甜高粱茎秆等非粮作物生产燃料乙醇的技术，秸秆直燃发电示范工程正式并网运行；促进生物质能产业发展的宏观政策环境逐渐形成。因此得出结论：未来中国生物质能产业发展的重点是沼气及沼气发电、液体燃料、生物质固体成型燃料以及生物质发电；促进生物质能产业发展的政策环境将进一步完善；技术水平进一步提高；将有更多的大型企业参与；生物质能产业必将成为中国国民经济新的增长点。     

基于能值分析的规模化沼气工程沼液回流工艺生态效益评价

为评价沼气工程沼液回流以及不回流2种模式的优劣,该研究引入相对能值转换系数和生态投入能值的概念,给出了三沼分配产出能值的方法,并选取D(CSTR工艺)和L(USR工艺)2座具有代表性的沼气工程实例应用,每个工程均设定沼液回流和不回流2种模式相对应,利用能值评价指标对2座工程进行了详细的分析。结果表明D工程各项评价指标优于L工程,沼液不回流模式优于沼液回流模式;但当沼气工程无途径消纳产生的沼液时,回流模式可以降低沼液对周边环境的污染,此时沼液回流模式优于不回流模式,L工程周边土地较少,采用回流工艺使环境负载率由2.15降低为1.05,能值可持续指标由0.41增加到0.93。采用何种模式要根据工程实际情况而定,建议沼气工程每处理每吨VS(鸡粪)需配备的土地为0.5 hm~2/t,处理每吨VS(牛粪)需配备土地0.2 hm~2/t,当周边土地小于需配备土地时,沼气工程应适当采用沼液回流。     

中国农村生物质集中供气工程建设与管理模式

该文着重分析中国农村生物质气化站建设与运行管理中存在的问题,提出生物质集中供气工程的建设及运行管理模式,并对运营模式进行了综合分析。提出农村气化站的燃气输配应以集中制气管网输送及车载配送为主,采取政府引导、企业带动、社会参与、多方投入的产业建设机制,实现专业化运营管理模式,从而解决制约生物质气化技术推广的关键问题。     

基于能值分析的奶牛产业园区循环发展模式评价

以沼气工程为纽带的循环农业模式是降低农业产业园区废弃物污染、提高资源利用率的有效方式。该研究构建了适合园区规模的循环农业模式能值评价指标体系,以河北省某典型奶牛产业园区为案例,将园区现行的利用全混式厌氧反应技术(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)的湿法单相厌氧消化沼气工程,与湿法两相耦合厌氧消化、干法序批式厌氧消化、干法连续式厌氧消化3种不同沼气工程模式进行对比,运用能值理论及计算方法对以沼气工程为纽带的农业产业园循环模式进行了评价,选择最适宜园区发展的沼气工程模式。结果表明,该园区能值投入率为17.57,能值产出率为0.41,环境负载率0.33,可持续发展指数1.23,以CSTR湿法单相厌氧消化沼气工程为纽带的循环农业模式整体效益优于其他3种模式。研究对其他园区的循环农业模式评价和以沼气工程为纽带的循环农业发展具有借鉴意义。     

成都平原不同秸秆还田模式下稻麦轮作农田系统能值分析

[目的]探索成都平原高产条件下稻麦轮作农田系统适宜的秸秆还田模式,为区域秸秆资源的农业循环再利用和农田系统的可持续发展提供一定的实践指导与科学依据。[方法]在田间定位试验中,设置了常规施肥(CF)、秸秆半量还田(CFS1)、秸秆全量还田(CFS2)和秸秆1.5倍量还田(CFS3)4种施肥模式,应用能值分析方法探讨了不同农田系统的能值投入产出总量、结构及综合指标的变化。[结果](1)从能值结构看,较CF模式,秸秆还田模式降低了农田系统能值投入中工业辅助能的比重,增强了系统的自给能力,并提高了系统总能值产出;(2)从能值指标看,较CF模式,秸秆还田模式提高了农田系统的净能值产出率、能值投入率、能值反馈率、能值生产力和能值—劳动生产率,降低了环境负载率,有效提升了农田系统的可持续发展性能,增强了系统的发展潜力,其中CFS2和CFS3模式的养分物质内部循环利用率较高,环境负载率较小,有利于农田系统的持续、高效运行。[结论]CFS2和CFS3模式是成都平原稻麦轮作农田较优的秸秆还田生产模式。     

新能源与新农村建设

党的十六届五中全会明确提出了建设社会主义新农村的重大历史任务,强调要大力发展新能源产业,构筑稳定、经济、清洁的能源供应体系,培育更多新的增长点。加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源。强调要大力普及农村沼气,积极发展适合农村特点的清洁能源。本文通过对新农村建设内涵以及新能源建设内容与潜力的解析,系统阐述了新能源和新农村建设的内在联系及其独特的作用。     

基于能值方法的成都平原农田生态系统秸秆循环利用模式研究

本文采用能值分析方法与理论,以成都平原"稻-麦"轮作农田生态系统不同秸秆循环利用模式为研究对象,通过系统定位试验与随机抽样调查,对农田生态系统常规施肥生产模式(CF)、秸秆直接还田生产模式(CFS)和食用菌菌废料还田生产模式(按物质投入量不同分为FR1、FR2和FR3)的能值投入产出进行比较。研究表明:CF和CFS模式不可更新能值投入比例较大,主要依附工业辅助能的投入;不同模式系统的总能值产出量依次为CFFR2CFSFR1FR3,与CF和CFS模式相比,FR1、FR2、FR3模式的产投比相对较大,FR2模式最大,其产投比为2.35。菌废料还田生产模式下农田生态系统有机能值占系统总能值比例较高,系统净能值产出率高,环境负载率较低,环境压力小,可持续发展性能较强,FR2菌废料还田生产模式是最适合成都平原的秸秆循环利用生产模式。     

大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排估算

发展秸秆沼气工程可有效地减少农业温室气体排放,科学核算温室气体减排量为管理和监督温室气体排放状况提供数据支撑。该文以河北省沧州市耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程为研究对象,参考和借鉴了自愿减排项目方法学、CDM方法学,构建了大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排计量方法,包括项目边界、基准线排放量、项目排放量、泄漏量、减排量5个方面,计算了2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排量。研究结果表明:项目基准排放量包括秸秆处理产生的温室气体排放、未建秸秆沼气工程情况下农村居民生活用能及农田施用化肥生产耗能产生的温室气体排放。项目排放量包括秸秆与沼肥运输过程耗能排放、工程运行过程耗能排放及沼气处理温室气体排放,项目泄漏量即沼气生产、储存、管网供气和利用过程中产生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程基准线CO2排放量为5 776.15 t,项目排放量为57.53 t,泄漏量为136.59 t,减排量为5 582.03 t,约相当于2 100 t标准煤CO2排放量,每消耗1 t(干质量)秸秆可净减排3.56 t,每利用1 m3沼气可净减排11.50 kg。同时,在工程设计、管道设计、工程管理、工艺技术改良升级等方面提出了提升大型秸秆沼气工程温室气体减排能力的策略。