本文以山西省芮城縣為具體研究對(duì)象，通過文獻(xiàn)調(diào)研和理論計(jì)算等方法統(tǒng)計(jì)得到該縣每年的生物質(zhì)資源總量約25.32萬tce；基于衛(wèi)星遙感影像識(shí)別的方法，進(jìn)一步繪制了農(nóng)作物秸稈資源分布圖；同時(shí)利用文獻(xiàn)和現(xiàn)場調(diào)研，梳理分析了該縣生物質(zhì)利用現(xiàn)狀及存在的問題。結(jié)合鄉(xiāng)村振興、清潔取暖等國家相關(guān)政策，明確了該縣生物質(zhì)能規(guī)劃的指導(dǎo)思想和基本原則，并針對(duì)不同生物質(zhì)類型提出了具體可行的“光儲(chǔ)直柔”型生物質(zhì)顆粒燃料加工新模式和生物天然氣技術(shù)路線，結(jié)合芮城實(shí)際發(fā)展情況和整體“雙碳”時(shí)間表，明確了三階段需要逐步完成的具體任務(wù)。

一、芮城縣生物質(zhì)利用現(xiàn)狀及問題

在上節(jié)給出的生物質(zhì)資源總量及分布情況的基礎(chǔ)上，通過文獻(xiàn)、現(xiàn)場調(diào)研等方式對(duì)芮城縣的生物質(zhì)利用現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行了總結(jié)分析，以便更好地確定全縣生物質(zhì)資源的發(fā)展目標(biāo)及利用原則。

表1  芮城縣主要農(nóng)作物產(chǎn)量、秸稈資源量、還田比例等基本情況

1.1 利用現(xiàn)狀

（1）農(nóng)作物秸稈。從上述表1.2中可以看出，目前芮城縣的農(nóng)作物秸稈利用方式主要為還田，總比例約為83.7%，其中小麥和玉米的還田比例分別為87.6%和82.9%。當(dāng)?shù)卣凑?0元/畝進(jìn)行補(bǔ)貼，所采用的方式是利用聯(lián)合收割機(jī)在對(duì)糧食進(jìn)行收集的同時(shí)，將秸稈收割至剩茬高度≤6cm，同時(shí)將收割后的秸稈粉碎至長度≤6厘米，均勻拋撒于田中，然后再用拖拉機(jī)對(duì)土地進(jìn)行旋耕，將秸稈埋到土里。

表2  芮城縣主要園林水果種植情況

（2）果樹剪枝。芮城縣的果樹在局部范圍內(nèi)分布相對(duì)集中，每年冬季，農(nóng)戶會(huì)對(duì)果樹進(jìn)行剪枝，這些剪枝除了其中一小部分被農(nóng)戶撿回家作為日常炊事或采暖的燃料之外，大部分還是直接廢棄在果園周邊任其腐爛。

（3）禽畜糞便。2018年11月，芮城縣成功申請(qǐng)到山西省區(qū)域生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，投資3000多萬元建設(shè)基于“豬—沼(肥)—糧(果菜)—豬”的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，其中沼氣用于發(fā)電，沼液和沼渣用于生產(chǎn)有機(jī)肥，該項(xiàng)目于2020年底投產(chǎn)，但所能消納的糞便量有限。

1.2 存在問題

通過對(duì)芮城縣農(nóng)作物秸稈、果樹剪枝、禽畜糞便和生活垃圾四大類主要生物質(zhì)資源利用現(xiàn)狀的分析，可以發(fā)現(xiàn)雖然芮城縣的生物質(zhì)資源利用產(chǎn)業(yè)具有一定的發(fā)展基礎(chǔ)，但總體上還存在以下四個(gè)方面的問題：

（1）農(nóng)作物秸稈消納方式不合理。對(duì)于玉米、小麥等農(nóng)作物秸稈采取直接還田的方式，在腐爛過程中會(huì)釋放出一定量的CH4、N2O等強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體[6]，由于兩者的全球增溫潛勢分別是CO2的28倍和265倍，會(huì)正向增加溫室效應(yīng)，而且秸稈還田還面臨很多現(xiàn)實(shí)問題，如過高的秸稈還田量需要吸收土壤中原有的大量氮素、磷素和水分，會(huì)引起土壤的碳氮比失衡，影響土壤微生物的生長繁殖，進(jìn)而影響還田秸稈的腐解、轉(zhuǎn)化和作物生長發(fā)育；當(dāng)秸稈過長、地溫過低、松緊度不當(dāng)時(shí)，不利于秸稈腐解，會(huì)影響出苗和作物生長，造成減產(chǎn)；秸稈還田還會(huì)使病原菌重新回到土壤中，長期積累會(huì)加重苗期病害和土傳病害的發(fā)生。對(duì)于果樹剪枝，小部分只是作為傳統(tǒng)的薪柴燃燒使用，能源利用效率偏低，其他大部分還是處于自然廢棄狀態(tài)，風(fēng)化腐爛過程中產(chǎn)生溫室氣體效應(yīng)。

（2）生物質(zhì)資源未實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。目前芮城縣對(duì)農(nóng)作物秸稈和果樹剪枝的利用方式簡單原始，不僅沒有將其實(shí)現(xiàn)商品化，而且政府還要投入大量的補(bǔ)貼資金進(jìn)行處理，資金效率過低。雖然對(duì)一部分禽畜糞便進(jìn)行了生態(tài)化處理，但是大量的分散型糞便資源尚未得到有效利用。

（3）原料收儲(chǔ)運(yùn)和終端應(yīng)用市場尚未建立?？h域內(nèi)生物質(zhì)原料的收儲(chǔ)運(yùn)體系尚未建立，不利于后續(xù)的能源化市場的建立，容易造成收集、運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本偏高，以及原料交易價(jià)格不可控、坐地漲價(jià)等現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）支持政策有待逐步完善。生物質(zhì)項(xiàng)目投資回報(bào)率較低，市場風(fēng)險(xiǎn)大，較難吸引社會(huì)資金進(jìn)入。未來在對(duì)全縣進(jìn)行生物質(zhì)資源化利用時(shí)，前期會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，競爭力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力差的情況，需要政府逐步完善相關(guān)支持政策，以便更好地發(fā)揮出產(chǎn)業(yè)應(yīng)有的影響和作用。

二、生物質(zhì)能發(fā)展及利用規(guī)劃

為更好地助力芮城縣2035年實(shí)現(xiàn)整體碳中和目標(biāo)，確定了該縣生物質(zhì)能源的總體發(fā)展方向是分批次逐步實(shí)現(xiàn)果樹剪枝和秸稈類資源、生活垃圾類資源、禽畜糞便類資源的100%商品化，具體路徑包括：對(duì)于果樹剪枝因?yàn)樽陨硇阅軆?yōu)良、品質(zhì)高，建議采用加工成顆粒燃料銷售給工業(yè)用戶的方式來增加果樹種植戶收入，同時(shí)打造利用太陽能光伏直驅(qū)的“光儲(chǔ)直柔”型生物質(zhì)顆粒燃料加工新模式，如圖2所示，以便更好地消納本村的太陽能零碳電力，減少加工過程的外部電力消耗和碳排放。

圖2 “光儲(chǔ)直柔”型生物質(zhì)顆粒燃料加工新模式

對(duì)于農(nóng)作物秸稈，建議在2030年前采用加工成顆粒燃料的方式進(jìn)行處理，可銷售給大型工業(yè)鍋爐或燃煤電廠進(jìn)行混燃，這樣不僅可以解決秸稈的就地消納問題，而且能為農(nóng)戶增加種地收入，待2030年調(diào)峰型生物質(zhì)熱電廠建成后，再采用直燃的方式與生活垃圾一起共同作為調(diào)峰熱電廠的燃料來源。

圖3  生物天然氣技術(shù)路線

對(duì)于禽畜糞便類制沼氣，建議采用“分布化發(fā)酵、集中化提純”生產(chǎn)生物天然氣的技術(shù)路線，如圖3所示，最終在全縣范圍內(nèi)建設(shè)50處左右的分布式有機(jī)廢物沼氣發(fā)酵-微藻-有機(jī)肥生產(chǎn)集成站，建設(shè)2處每年可生產(chǎn)1000萬立方米生物天然氣的提純站，每隔一定時(shí)間通過撬車將各發(fā)酵站點(diǎn)所產(chǎn)生的沼氣運(yùn)輸?shù)教峒冋旧a(chǎn)優(yōu)質(zhì)燃?xì)猓瑵M足工業(yè)生產(chǎn)需要，同時(shí)分離出的二氧化碳還可以用于食品、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，形成碳匯資源，用來抵消部分化石能源造成的碳排放。

為此，應(yīng)分三個(gè)階段逐步完成以下主要任務(wù)：

第一階段：至2025年底，在芮城縣建成較為完善的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)化利用及支撐體系，在生物質(zhì)成型燃料加工和利用方面實(shí)現(xiàn)100%生物質(zhì)資源的商業(yè)化和規(guī)?；?，在禽畜糞便方面實(shí)現(xiàn)50%以上的資源商品化利用，包括：

（1）2022年底前，在陌南鎮(zhèn)或永樂鎮(zhèn)等生物質(zhì)資源較為豐富的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，率先建設(shè)利用太陽能光伏直驅(qū)的年產(chǎn)2000t規(guī)模的果樹剪枝和玉米秸稈顆粒燃料加工示范廠1處，建設(shè)太陽能光伏直驅(qū)的年產(chǎn)2000t規(guī)模的小麥秸稈壓塊加工示范廠1處。

（2）2025年底前，在全縣建成太陽能光伏直驅(qū)的年產(chǎn)1~2萬t規(guī)模的果樹剪枝和玉米秸稈顆粒燃料加工廠共10~15處，以及年產(chǎn)2~3萬t的小麥秸稈壓塊加工廠5~10處。

（3）2023年底前，建成覆蓋2000頭豬以上的“分布式有機(jī)廢物沼氣發(fā)酵-微藻-有機(jī)肥生產(chǎn)集成系統(tǒng)”示范項(xiàng)目1處，2025年底前建成該系統(tǒng)10~20處。完成生物天然氣廠前期論證規(guī)劃等工作。

第二階段：至2030年底，在芮城縣實(shí)現(xiàn)100%的生物質(zhì)資源商品化利用，其中包括：

（1）建成太陽能光伏直驅(qū)的年產(chǎn)1~2萬t規(guī)模的果樹剪枝和玉米秸稈顆粒燃料加工廠共15處，以及年產(chǎn)2~3萬t的小麥秸稈壓塊加工廠10處。

（2）在每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建成“分布式有機(jī)廢物沼氣發(fā)酵-微藻-有機(jī)肥生產(chǎn)集成系統(tǒng)”3~5處左右，合計(jì)50處左右，實(shí)現(xiàn)縣域全覆蓋。

（3）建成年產(chǎn)1000萬方生物天然氣提純項(xiàng)目2處,所生產(chǎn)的生物天然氣可用于工業(yè)生產(chǎn)等用途，剩余部分還可以作為商品燃料出售。

（4）2028年底前完成生物質(zhì)電力調(diào)峰熱電廠前期論證規(guī)劃等工作。

第三階段：至2035年底，在芮城縣實(shí)現(xiàn)小麥和玉米秸稈類生物質(zhì)資源的轉(zhuǎn)型利用，其中包括：

（1）建成發(fā)電能力2×17.5萬kW的生物質(zhì)電力調(diào)峰熱電廠1處，每年運(yùn)行1500小時(shí)，發(fā)電5億kWh，消耗生物質(zhì)燃料17萬tce，其中包括3.5萬tce的生活垃圾和13.5萬tce的農(nóng)作物秸稈。

（2）培育一批技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)、規(guī)模較大的新型生物質(zhì)能企業(yè)，形成國內(nèi)外獨(dú)具規(guī)模和特色的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)體系。

至2030年底，芮城縣將實(shí)現(xiàn)100%的生物質(zhì)資源商品化利用，新模式和重大裝備技術(shù)能力顯著提高，培育一批技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)的新型生物質(zhì)能企業(yè)，形成國內(nèi)外獨(dú)具規(guī)模和特色的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)體系。芮城縣通過銷售木質(zhì)顆粒、秸稈壓塊、生物天然氣、秸稈原料以及生物質(zhì)發(fā)電和供熱收益等每年可以為該縣創(chuàng)造上千個(gè)就業(yè)崗位，新增產(chǎn)值6.5億元，實(shí)現(xiàn)CO2減排60萬噸以上。

四、結(jié)語

本文對(duì)芮城縣生物質(zhì)資源總量及分布情況進(jìn)行了核算，并結(jié)合目前存在的問題，明確了生物質(zhì)能清潔高效利用總體規(guī)劃的指導(dǎo)思想和基本原則，并根據(jù)不同生物質(zhì)類型提出了“光儲(chǔ)直柔”型生物質(zhì)顆粒燃料加工新模式和生物天然氣“分布化發(fā)酵、集中化提純”技術(shù)路線，同時(shí)制定了三個(gè)階段需要逐步完成的具體任務(wù)。山西芮城縣生物質(zhì)清潔高效利用項(xiàng)目目前正在穩(wěn)步推進(jìn)中，期望能夠在不斷的實(shí)踐中得到進(jìn)一步的優(yōu)化完善，并實(shí)現(xiàn)良好的生態(tài)效益、社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益。（作者：單明、劉彥青、孫濤、高峰、劉思遠(yuǎn)、楊旭東）