黑龍江省發(fā)展農(nóng)村能源技術(shù)探析

呂紅雨，李冠男，徐 莉

(黑龍江省人民政府 農(nóng)村能源辦公室，黑龍江 哈爾濱 150001)

1 黑龍江省農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀

黑龍江省是全國著名的農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和綠色食品產(chǎn)業(yè)大省，糧食和畜產(chǎn)品商品率位居全國前列，又是經(jīng)國家批準(zhǔn)的生態(tài)建設(shè)示范省之一。近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，畜牧業(yè)發(fā)展速度加快，已成為黑龍江省農(nóng)村經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。因此，黑龍江省發(fā)展以畜禽糞便為原料的沼氣和以農(nóng)作物秸稈為原料農(nóng)村能源項(xiàng)目具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

2001年以來，黑龍江省先后承擔(dān)了國家小型公益、沼氣基建、沼氣國債和集約化養(yǎng)殖場大中型沼氣工程等農(nóng)村能源重點(diǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目覆蓋13個(gè)市(地)、71個(gè)縣(市、區(qū))、845個(gè)村。共建設(shè)戶用沼氣池8.25萬個(gè)、沼氣工程52處；年產(chǎn)沼氣11萬立方米，年處理糞便100萬噸；建設(shè)秸稈氣化集中供氣42處，使1萬多戶農(nóng)民用上了秸稈燃?xì)?，建設(shè)秸稈固化站23處，年加工秸稈能力10萬噸。在國家重點(diǎn)項(xiàng)目的推動(dòng)下，全省推廣太陽房74.24萬平方米、太陽能熱水器19.6萬平方米、太陽能畜禽舍477萬平方米、日光節(jié)能溫室146萬平方米、陽光塑料大棚3990公頃、省柴節(jié)煤爐灶39萬個(gè)、省柴節(jié)煤炕53萬鋪、節(jié)能烤煙房3799座、節(jié)能磚瓦窯709座、“三坊”(豆腐坊、油坊、粉坊)改造10949個(gè)、燃池28845萬個(gè)，新形成年開發(fā)和節(jié)約72.7萬噸標(biāo)煤，實(shí)現(xiàn)綜合效益13.4億元，取得了顯著的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

通過農(nóng)村能源建設(shè)，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收，促進(jìn)了生態(tài)環(huán)境改善和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)了農(nóng)民生活質(zhì)量的提高和農(nóng)村人居環(huán)境的改善。

2 適合黑龍江省發(fā)展的農(nóng)村能源技術(shù)

農(nóng)村能源起源于沼氣，在中國走過了半個(gè)多世紀(jì)的歷程。雖然沼氣在全國上下發(fā)展形勢一片大好，但由于黑龍江省地處高寒地區(qū)，冬季寒冷漫長，特殊的地理位置和氣候條件，制約了沼氣在黑龍江省的發(fā)展。選擇適合黑龍江省發(fā)展的農(nóng)村能源技術(shù)，是我們農(nóng)村能源工作者的重要任務(wù)。經(jīng)過我們多年來不斷的研究，摸索出幾項(xiàng)適合黑龍江省發(fā)展的農(nóng)村能源技術(shù)。

2.1 日光節(jié)能溫室

日光節(jié)能溫室是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的重要組成部分，是“兩高一優(yōu)”農(nóng)業(yè)的重要舉措，是增加農(nóng)民收入的重要手段。它是采用加強(qiáng)維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫，充分利用太陽能，進(jìn)行人工調(diào)節(jié)水、肥、室溫為作物創(chuàng)造良好的生長發(fā)育條件設(shè)施，進(jìn)行較科學(xué)的保護(hù)地栽培。目前，這一技術(shù)在北方地區(qū)已不只限于在農(nóng)作物上應(yīng)用，而且還應(yīng)用到養(yǎng)殖業(yè)和果樹栽培等領(lǐng)域，今后應(yīng)用領(lǐng)域會更廣泛。黑龍江省日光溫室的發(fā)展經(jīng)歷了由玻璃作為透光材料，土墻為維護(hù)結(jié)構(gòu)，煤爐供熱，后煙道傳熱到現(xiàn)在以塑料薄膜作為透光材料，鋼架(或木架)支撐，磚墻復(fù)合體維護(hù)結(jié)構(gòu)，前煙道供熱裝置供熱，哈爾濱市市屬各縣區(qū)、牡丹江、佳木斯、大慶等地的溫室已達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，為豐富城市的菜籃子，農(nóng)民致富奔小康作出了重要的貢獻(xiàn)。

2.1.1 日光節(jié)能溫室的類型

日光節(jié)能溫室是相對舊溫室而言的。它的特點(diǎn)是具有東、西、北三面保溫性能較好，室寬合理，受光面科學(xué)，供暖系統(tǒng)效率較高。

1)全鋼拱架薄膜節(jié)能溫室。全鋼拱架薄膜節(jié)能溫室是一種較為現(xiàn)代化的日光溫室，一般尺寸為：長50m左右，有效跨度6.0m左右，脊高3.0～3.2m，后墻高1.8m，其栽培床低于外地表面0.3m。外墻體采用復(fù)合墻體，鋼筋骨架上弦采用Φ14～16鋼筋，下弦采用Φ12～14鋼筋，拉花筋采用Φ8～10鋼筋，骨架由3道花梁縱向拉接，花梁采用Φ12～14鋼筋，拱架間距1.0～1.2m，上端搭在后墻上，下端固定于前坡下面的暗墻上?；A(chǔ)埋深0.8m，寬同墻體。溫室外側(cè)四周設(shè)磚砌防寒溝，磚墻12cm厚，溝深0.8m，寬0.5m，內(nèi)墻添隔熱材料，如鋸末、樹葉等，上面用10cm厚自然土輕輕壓實(shí)。

2)土木結(jié)構(gòu)日光溫室。土木結(jié)構(gòu)日光溫室是由最初的農(nóng)用土溫室演變而來的。一方面增強(qiáng)溫室的保溫能力，另一方面增加太陽光的吸收量。黑龍江省最初發(fā)展的地區(qū)是肇東和大慶等地。這種土木結(jié)構(gòu)溫室，溫室跨度為6m，脊高3.5m，前立窗高0.6m，后墻高1.8m，前斜面的傾角33°，后斜坡的傾角20°，后墻和東西墻體都是草泥結(jié)構(gòu)的土墻，墻體底座寬1.8～2.0m，墻頂寬度1.2～1.5m，溫室的長度以50～100m長為宜。

3)磚木結(jié)構(gòu)改良型日光溫室。磚木結(jié)構(gòu)改良型日光溫室又稱一斜一立式溫室。溫室跨度7m左右，脊高7m左右，前立窗高50cm，后墻高1.8～2.0m后屋面水平投影1.5m。前屋面的采光角33℃左右。這種溫室前屋面每3m設(shè)一橫梁，由立柱支撐。

2.1.2 日光溫室的總體設(shè)計(jì)

日光溫室的總體設(shè)計(jì)要充分利用太陽能和適于作物栽培的要求，強(qiáng)度應(yīng)能滿足風(fēng)壓和雪壓及固定載荷的要求。日光溫室建造的性能、結(jié)構(gòu)形式、建造材料等要執(zhí)行地方標(biāo)準(zhǔn)。

1)性能指標(biāo)。①保溫能力，在冬季最冷月份，單層加保溫被、雙層膜加保溫被或地面加小棚覆蓋，加溫等措施。在種植菜葉情況下室內(nèi)夜間最低氣溫應(yīng)保持5℃以上，10cm深土溫應(yīng)能保持5℃；②耗能指標(biāo)，加溫期間70天，每m3需要釋放2.0934×107J/kg熱量，原煤總量需28kg～35kg；③固定載荷能力，最大載荷能力應(yīng)達(dá)120kg/m3以上，能承受一般雪壓30～40kg/m3，風(fēng)速為20m/s(十級)以上的風(fēng)壓40～50kg/m3；④供水設(shè)備，溫室內(nèi)應(yīng)有足夠的供水設(shè)備，水質(zhì)應(yīng)符合灌溉要求。

2)附屬設(shè)施。加溫方式，日光節(jié)能溫室雖然具有充分采光，防寒保暖能力，其發(fā)展方向正向著室內(nèi)不加熱的方向發(fā)展。但是黑龍江省處在高緯度地區(qū)，溫室的加溫與熱源附助是十分必要的，其附助采暖有以下幾種形式:①暖氣加溫，用節(jié)能型鍋爐水暖加溫，熱效率應(yīng)達(dá)到50%以上。但此種方式成本高，經(jīng)濟(jì)條件好的可以采用；②熱風(fēng)爐加溫，此種加溫方式一次性投入較高，爐具使用壽命受到限制，有條件的可采用；③煤爐煙道(磚、瓦或土陶管)加溫。這種加溫方式適合黑龍江省廣大農(nóng)村使用，造價(jià)低，使用方便，即可用散煤又可用型煤。經(jīng)驗(yàn)表明，用型煤效果更好，溫度控制也方便。無論用型煤還是散煤，其煙道走向必須改變舊有的后煙道供熱習(xí)慣。

2.2 燃池

燃池就是在需要供熱的室內(nèi)地面下砌筑一個(gè)燃料燃燒室。通過燃料在燃燒室內(nèi)緩慢燃燒向室內(nèi)持續(xù)供熱的設(shè)施。黑龍江省部分農(nóng)村地區(qū)這種供暖方式發(fā)展很快，取得了良好的效果。

2.2.1 燃池的建造

池體砌筑應(yīng)采用不低于75#新紅磚，水泥砂漿應(yīng)不低于50#。砌筑時(shí)砂漿一定要灌滿，水平沾灰面不低于90%，豎縫也需飽滿，不允許用凍磚或干磚砌筑。蓋板根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件以現(xiàn)場澆鑄為好?？梢杂孟蛉湛麠U做盒子板，不用拆；經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，嚴(yán)密性好，可以防止漏煙，更主要的是防止漏風(fēng)，避免燃燒速度失控。蓋板采用200#混凝土，采用46mm鋼筋，間距為100mm，保護(hù)層為25mm，蓋板厚50mm。

2.2.2 燃燒的控制

1)燃料加水控制。為了控制燃燒速度，燃料的含水率應(yīng)達(dá)40%～50%，只是在引火區(qū)(點(diǎn)火處向里50～70mm處)由上到下全部為干料就可以了。給燃料加水，應(yīng)在燃料入池前1～2天進(jìn)行攪拌悶透，以使燃料含水均勻。

2)燃料時(shí)間控制。影響燃料燃燒時(shí)間的因素很多，比如填什么燃料、整的還是碎的、填的密實(shí)程度、燃料的含水率多少、管理是否得法等都是影響燃燒時(shí)間的因素。一般燃料為碎屑狀的，含水率平均為50%左右(出煙口處可以達(dá)60%)，填料比較嚴(yán)實(shí)的燃燒時(shí)間較長，可以達(dá)40～60天。按燃料種類說，從長到短排序?yàn)殇從?、格蕘、牛馬糞、碎玉米芯、稻殼、樹葉。

3)燃燒溫度的控制。燃池點(diǎn)火后不能急于關(guān)小進(jìn)風(fēng)口，撥小煙囪插板口，否則會著不起來，燃燒不好。點(diǎn)火后應(yīng)讓燃池有適當(dāng)?shù)牡谆?，使池?nèi)達(dá)到一定的溫度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，上蓋有1/3變熱，方可半關(guān)進(jìn)風(fēng)口。當(dāng)上蓋大部分都熱了就可全關(guān)進(jìn)風(fēng)口，插板留小縫(2cm)即可。若需調(diào)高溫度不要拉插板，只需適當(dāng)開大風(fēng)門即可，一定時(shí)間后，上蓋溫度就會提高，然后再適當(dāng)調(diào)小風(fēng)孔就可以了。若要往下調(diào)，則可將封口關(guān)嚴(yán)。煙囪插板撥小就可以了。

2.3 秸稈能源化利用

黑龍江省是農(nóng)業(yè)大省，糧食商品率居全國首位，是國家的重要糧倉，全省農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，廣泛分布于松嫩平原和三江平原等糧食主產(chǎn)區(qū)，是廣大農(nóng)村地區(qū)人民生活的傳統(tǒng)能源和主要能源。經(jīng)測算如表1所示，2007年全省農(nóng)作物秸稈資源總量為5386萬噸。三種主要農(nóng)作物秸稈資源總量為5003萬噸，占全省秸稈總資源量的92.9%，其中，水稻秸稈資源量為1986萬噸、玉米秸稈資源量為2273萬噸，大豆秸稈資源量為744萬噸。從秸稈資源地域分布看，以哈爾濱市秸稈資源量最為豐富，其次為農(nóng)墾總局和綏化市，以上兩個(gè)市和農(nóng)墾總局的秸稈資源量占到全省的2/3左右。

表1 2007年全省農(nóng)作物秸稈資源量

注：單位為億斤

2.3.1 秸稈固化成型燃料項(xiàng)目

利用固化成型設(shè)備可將農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)壓縮為原體積的1/10左右，成為一種有一定形狀的固體燃料。熱值可達(dá)同重量煤的70%，約為14200KJ/kg，便于運(yùn)輸、儲存，即可用作燃料，也可用作飼料。一處年產(chǎn)5000噸的秸稈固化成型燃料項(xiàng)目，只需要投資100萬元左右，需要2000～3000m3場地，項(xiàng)目建設(shè)期較短，3個(gè)月即可完工。秸稈固化成型燃料作為一種商品能源，可替代農(nóng)戶炊事、采暖直接燃燒的秸稈，提高其生活質(zhì)量。利用秸稈生產(chǎn)固化燃料來解決農(nóng)戶生產(chǎn)生活用能，對建設(shè)社會主義新農(nóng)村具有重要意義。

2.3.2 秸稈氣化集中供氣工程

以農(nóng)村豐富的農(nóng)作物秸稈為原料，經(jīng)過熱解和還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)楹幸谎趸?、氫氣和甲烷等可燃?xì)怏w組成的秸稈燃?xì)狻⑦@種燃?xì)馔ㄟ^地下管網(wǎng)輸送到農(nóng)戶家中，可供炊事、采暖等燃用。通常情況下，1kg秸稈可產(chǎn)氣2m3，氣化效率約70%。其主要可燃成份為一氧化碳、氫氣，還有少量的甲烷。由于氣化原料的不同，秸稈燃?xì)獾臒嶂狄膊幌嗤?，一般?200KJ/m3左右。一般秸稈氣化機(jī)組的生產(chǎn)能力在300～2000立方米/小時(shí),秸稈燃?xì)獾纳a(chǎn)成本約為每立方米0.2元，主要為原料費(fèi)、人工費(fèi)、電費(fèi)及設(shè)備折舊。秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)投資受村屯規(guī)劃、規(guī)模、地理位置、用氣負(fù)荷等許多因素的影響。一般情況下，在黑龍江省建一處供氣 500 戶炊事用氣的氣化站，需260萬元。如果考慮部分農(nóng)戶冬季使用燃?xì)獠膳柽m當(dāng)增加機(jī)組供氣能力、擴(kuò)大儲氣裝置和輸送管網(wǎng)尺寸，投資大約在400萬元左右。

3 結(jié)語

根據(jù)我們多年的研究，并結(jié)合黑龍江省的實(shí)際情況，黑龍江省農(nóng)村利用日光節(jié)能溫室、燃池以及農(nóng)作物秸稈作為能源有廣闊的發(fā)展前景，在一定程度上可以解決黑龍江省農(nóng)村能源有效利用問題。當(dāng)然，隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，必將會發(fā)現(xiàn)更多的適合黑龍江省農(nóng)村利用的新能源技術(shù)和可再生資源。

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