黑龍江省生物質(zhì)能源的估算及分布特點(diǎn)

趙曉光，鐘 敏

(東北林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

黑龍江省生物質(zhì)能源的估算及分布特點(diǎn)

趙曉光，鐘 敏

(東北林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

以黑龍江省2012年為基期，以統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的官方數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，全面地估算主要生物質(zhì)能源的儲(chǔ)量情況。經(jīng)估算，四大類生物質(zhì)能源儲(chǔ)量和折算標(biāo)準(zhǔn)煤量分別為：秸稈6842.59萬(wàn)t、折算標(biāo)準(zhǔn)煤2079.43萬(wàn)t；林木生物質(zhì)951.2萬(wàn)t、折算標(biāo)準(zhǔn)煤543.14萬(wàn)t；禽畜糞便12036.53萬(wàn)t、折算標(biāo)準(zhǔn)煤5571.03萬(wàn)t；城市垃圾和廢水162589.2萬(wàn)t、折算標(biāo)準(zhǔn)煤97.06萬(wàn)t。生物質(zhì)能源總體分布不均，各地市差異較大，可重點(diǎn)選取儲(chǔ)量較大的城市大力發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)，發(fā)揮各地市生物質(zhì)能源的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，為未來(lái)的能源安全提供參考。

生物質(zhì)能源；儲(chǔ)量；分布；黑龍江

在糧食安全、能源危機(jī)、環(huán)境污染三大難題交織的今天，使得可再生能源的出現(xiàn)成為了歷史的必然。主要的可再生能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、核能以及生物質(zhì)能。這些能源的清潔、無(wú)污染以及可持續(xù)發(fā)展等特性決定了它們必將在未來(lái)社會(huì)能源領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用?？偟膩?lái)說(shuō)，這些能源中首屈一指的應(yīng)該算是生物質(zhì)能源，因?yàn)樗诖罅肯嚓P(guān)文獻(xiàn)中是傳統(tǒng)能源的主力軍。以石元春和袁振宏為代表的一代生物質(zhì)推崇者都認(rèn)為在傳統(tǒng)能源極大消耗的今天，利用現(xiàn)有的技術(shù)和手段大力開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源是未來(lái)能源發(fā)展的必經(jīng)之路?？稍偕茉窗l(fā)展報(bào)告[1]中顯示：2010年水電能源發(fā)電190 GW，生物質(zhì)發(fā)電5.5 GW，風(fēng)力發(fā)電10 GW，太陽(yáng)能光伏發(fā)電0.3 GW；到2020年，水電能源發(fā)電300 GW，生物質(zhì)發(fā)電30 GW，風(fēng)力發(fā)電30 GW，太陽(yáng)能光伏發(fā)電1.8 GW。其中生物質(zhì)發(fā)電目標(biāo)幾乎增加6倍，可見(jiàn)生物質(zhì)這種新興能源的廣闊前景[2]。

黑龍江省作為物產(chǎn)豐富的能源大省，土地條件居全國(guó)之首，總耕地面積和可開(kāi)發(fā)的土地后備能源均占全國(guó)十分之一以上，人均耕地和農(nóng)民人均經(jīng)營(yíng)耕地是全國(guó)平均水平的3倍左右。盛產(chǎn)大豆、玉米、小麥、馬鈴薯、水稻等糧食作物以及甜菜、烤煙、亞麻等經(jīng)濟(jì)作物?，F(xiàn)階段，由于生物質(zhì)在儲(chǔ)量上的統(tǒng)計(jì)難點(diǎn)，對(duì)外公布的年鑒上沒(méi)有生物質(zhì)的定量表示，本文擬對(duì)黑龍江生物質(zhì)能源儲(chǔ)量進(jìn)行估算，挖掘東北老工業(yè)基地的潛力能源。

1 黑龍江的生物質(zhì)能源估算

1.1 秸稈類生物質(zhì)的估算

秸稈類生物質(zhì)的估算主要從3個(gè)方面入手。

1.1.1 主要農(nóng)作物分類 農(nóng)作物主要包括糧食作物、油料作物、麻類、甜菜、煙葉、蔬菜和食用菌、瓜果類。目前黑龍江省的農(nóng)作物統(tǒng)計(jì)在冊(cè)的主要是糧食類(谷物：水稻、小麥、玉米、谷子高粱；豆類：大豆；薯類)，油料類(油菜籽、葵花籽、白瓜籽)，麻類(亞麻)，甜菜，煙葉(烤煙)，蔬菜、食用菌，瓜果類。

1.1.2 谷草比的確定 谷草比(GS)：grain-straw ratio，又稱谷稈比，是作物經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)，通常專指禾谷類作物的谷粒與其秸稈重量的比值。谷草比的值越大，表示植株光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化效率高。一般來(lái)說(shuō)，水稻的谷草比大于麥類作物；矮稈的品種大于高稈的品種。谷草比=籽粒產(chǎn)量/秸稈產(chǎn)量。草谷比(SG)：谷草比的倒數(shù)，是農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量同農(nóng)作物產(chǎn)量呈固定比例關(guān)系。草谷比=秸稈產(chǎn)量/籽粒產(chǎn)量=1/谷草比。秸稈的能源量=作物產(chǎn)量×草谷比=作物產(chǎn)量/谷草比。

草谷比是秸稈類生物質(zhì)儲(chǔ)量估算的關(guān)鍵。在不同地區(qū)的田間試驗(yàn)得到不同的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，雖然不同地區(qū)同種農(nóng)作物大致相同，但是還是可能存在微小差異。不同專家和學(xué)者在估算中國(guó)秸稈能源儲(chǔ)量時(shí)，有的采用了谷草比，有的采用了草谷比。李京京等[2]運(yùn)用了谷草比，小麥1.1，大豆1.5，玉米2，谷子1，水稻1，花生2，紅薯1，棉稈3。劉剛等[3]給出了另一組比較全面的谷草比，水稻1，小麥1.1，玉米2，谷子1.5，高粱2，豆類1.7，薯類1，花生1.5，油菜3，芝麻2，向日葵2，胡麻2，棉花3，麻類1.7，甘蔗0.1，甜菜0.1。鐘華平等[4]給出的秸稈經(jīng)濟(jì)指數(shù)，即草谷比為水稻1∶1.1，小麥1∶1.1，玉米1∶2，谷子1∶2，高粱1∶2，其他1∶1.5，豆類1∶2，薯類1∶1.2，花生1∶2，油菜1∶3，芝麻1∶3，胡麻1∶2，向日葵1∶3，棉花1∶3，麻類1∶1.7，糖類1∶0.1。張福春等[5]更加全面地列舉了幾乎所有的草谷比。

不同地區(qū)作物有其地區(qū)特點(diǎn)，橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳，肥沃的東北黑土地，不僅為糧食的生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，連植物植株的生長(zhǎng)也提供了豐富的養(yǎng)料。為了全面估計(jì)黑龍江省的生物質(zhì)能源量，綜合以上各組草谷比和黑龍江秸稈作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)，選擇一組最適合的作物草谷比，見(jiàn)表1。

表1 本文選取的谷草比和草谷比[3-6]

1.1.3 折標(biāo)系數(shù) 能源蘊(yùn)藏計(jì)算公式為：WS=WP×SG，折算標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算公式為：EWS=WP×SG×ρ。式中：WS為農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量；WP為農(nóng)作物產(chǎn)量；SG為草谷比；EWS為總的秸稈能源蘊(yùn)藏量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤的總量；ρ為折標(biāo)系數(shù)(表2)。

表2 生物質(zhì)能源的折標(biāo)系數(shù)[6] kgce·kg-1

1.1.4 估算結(jié)果 根據(jù)文獻(xiàn)[7]中農(nóng)作物的產(chǎn)量乘以對(duì)應(yīng)的草谷比，再乘以對(duì)應(yīng)的折標(biāo)系數(shù)，剔除草谷比確定可能存在的誤差、部分地區(qū)一些農(nóng)作物的數(shù)據(jù)不全、部分農(nóng)作物的折標(biāo)系數(shù)用相近的農(nóng)作物的折標(biāo)系數(shù)估算等，大體估算出11種主要農(nóng)作物的秸稈能源儲(chǔ)量和折標(biāo)煤量，見(jiàn)表3。

表3 秸稈能源量 萬(wàn)t

1.2 林木生物質(zhì)的估算

黑龍江省是我國(guó)比較大的林業(yè)省份，森林能源主要分布在大興安嶺、小興安嶺、老爺嶺、完達(dá)山以及長(zhǎng)白山脈，優(yōu)勢(shì)明顯。根據(jù)文獻(xiàn)[8]數(shù)據(jù)可知，黑龍江省森林覆蓋率42.93%，全國(guó)排名第九，林地面積2184.16萬(wàn)hm2，森林面積1926.97萬(wàn)hm2。林木生物質(zhì)，即指以木本、草本植物和林木廢棄物為主的生物質(zhì)。本文運(yùn)用4種估算方法進(jìn)行估算：①森林采伐木剩余物，可用作燃料量按采伐量的1/3估算；②防護(hù)林、薪炭林的收獲或育林剪枝，按營(yíng)林林地面積估算；③零星植株(四旁樹(shù))的剪枝，按植株數(shù)量估算；④撫育間伐，包括幼林撫育和成林撫育。選取5種類型的林木生物質(zhì)能源：薪炭林、防護(hù)林、采伐剩余物、零星植株和撫育間伐。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)采用的估算系數(shù)(表4)及文獻(xiàn)[7]中的數(shù)據(jù)，根據(jù)薪柴的折標(biāo)系數(shù)為0.571 kgce·kg-1，得出黑龍江2012年林木生物質(zhì)能源儲(chǔ)藏量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤大約543.14萬(wàn)t。由于文獻(xiàn)[7]是按照用途將林木分為用材林、經(jīng)濟(jì)林、防護(hù)林、薪炭林和特種用途林，而整體估算系數(shù)只有防護(hù)林和薪炭林的，所以其他3個(gè)林種資源量并不在結(jié)果之內(nèi)，可能會(huì)在一定程度上少估算了這一部分。

表4 北方山地林木生物質(zhì)估算系數(shù)[9-10]

1.3 禽畜糞便估算

1.3.2 禽畜糞便估算結(jié)果 根據(jù)文獻(xiàn)[7]中禽畜個(gè)數(shù)，用禽畜個(gè)數(shù)乘以其存活期糞便排放量得出其糞便能源總量，其中農(nóng)役畜包括牛、馬、驢、騾，取馬的Mi，家禽包括肉禽和蛋禽，取肉禽的Mi，禽畜糞便能源儲(chǔ)量合計(jì)12036.53萬(wàn)t，折算標(biāo)準(zhǔn)煤5571.03萬(wàn)t。由于以上結(jié)果主要存在誤差在于只是估算了存欄牲畜而并未考慮每年的出欄牲畜，雖然出欄牲畜的糞便排泄量可能不及存欄牲畜。家禽的估算系數(shù)由于肉禽和蛋禽的排泄量也存在著存欄和出欄的問(wèn)題，故取最低的系數(shù)值即肉禽值，致使結(jié)果低估了那一部分蛋禽的糞便排泄量。估算能源量和折標(biāo)量具體見(jiàn)表5。

表5 禽畜糞便估算結(jié)果

1.4 城市垃圾和廢水

人民生活水平、城市燃料結(jié)構(gòu)、生活習(xí)慣和城市發(fā)展水平的不同都會(huì)引起城市生活垃圾數(shù)量的大小。根據(jù)龔海濤等[11]關(guān)于垃圾的估算標(biāo)準(zhǔn)和年鑒數(shù)據(jù)[7]，黑龍江2012年生活垃圾清運(yùn)量為710.01萬(wàn)t，估算約折算82.37萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。

城市廢水分為生活污水和工業(yè)廢水2大類。一般城市污水約含有0.02%～0.03%的固體、99%以上的水分，可以用于產(chǎn)生沼氣，估算公式為：廢水產(chǎn)生沼氣，WW=Qw×r1×r2，式中：WW為廢水產(chǎn)生的沼氣量；Qw為廢水總量；r1為廢水中COD平均含量；r2為單位COD產(chǎn)生甲烷的量。r1按《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》[12]取值，r2取0.907 m3·kg-1，沼氣的折標(biāo)系數(shù)0.714 kgce·m-3。2012年黑龍江全省廢水排放總量162589.2萬(wàn)t，COD排放量1498750.7萬(wàn)t，則廢水產(chǎn)生沼氣量1359366908.2 m3，折算標(biāo)煤97.06萬(wàn)t。

2 黑龍江省生物質(zhì)能源的分布特點(diǎn)

光合作用可以說(shuō)是地球上規(guī)模最大的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。黑龍江省地處中國(guó)的東北部，全年日照時(shí)間充足，通過(guò)植物的光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在生物內(nèi)，合成大量生物質(zhì)能。土地面積47.3萬(wàn)km2，占全國(guó)土地面積的4.9%。土地條件居全國(guó)之首，現(xiàn)有耕地990.5萬(wàn)hm2，土壤有機(jī)質(zhì)含量高于全國(guó)其它地區(qū)，黑土、黑鈣土和草甸土等占耕地的60%以上，是世界著名的三大黑土帶之一。農(nóng)作物主要是大豆、小麥、玉米、馬鈴薯、水稻等糧食作物以及甜菜、亞麻、烤煙等經(jīng)濟(jì)作物。黑龍江省連綿起伏的大興安嶺、小興安嶺和張廣才嶺、老爺嶺構(gòu)成了全省以山林資源，全省林地面積占整個(gè)土地面積的近50%，2012年荒山荒地造林面積15.7萬(wàn)hm2，林木采伐371.7萬(wàn)m3。以下就各地區(qū)各種生物質(zhì)能源的儲(chǔ)量和折合標(biāo)準(zhǔn)煤含量進(jìn)行排名和分析。

2.1 各地區(qū)生物質(zhì)能源儲(chǔ)量

圖1 黑龍江省各地區(qū)生物質(zhì)能源儲(chǔ)量

從圖1可知，在13個(gè)地市加1個(gè)農(nóng)墾總局中，秸稈儲(chǔ)量較多的前5位是農(nóng)墾總局、齊齊哈爾、綏化、哈爾濱和佳木斯，農(nóng)墾總局轄區(qū)總面積5.62萬(wàn)km2，下轄113個(gè)農(nóng)牧場(chǎng)，現(xiàn)有耕地288萬(wàn)hm2、2013年秸稈儲(chǔ)量達(dá)到2518.43萬(wàn)t；糞便能源儲(chǔ)量前5位的依次是綏化、哈爾濱、齊齊哈爾、農(nóng)墾總局和大慶，綏化糞便能源儲(chǔ)量4195.81萬(wàn)t；廢水能源儲(chǔ)量前15位的依次是哈爾濱、綏化、齊齊哈爾、農(nóng)墾總局和大慶，哈爾濱廢水量28542.18萬(wàn)t。說(shuō)明農(nóng)墾總局以農(nóng)作物種植為主。綏化地區(qū)草原全部位于我國(guó)三大草原之一的松嫩草原腹地，總面積57.7萬(wàn)hm2；草地連片，草質(zhì)優(yōu)良，盛產(chǎn)羊草。羊草為牲畜的主要飼料，并以其優(yōu)良的草質(zhì)而遠(yuǎn)銷日本，故糞便能源量居全省之首。哈爾濱作為黑龍江的省會(huì)城市，擁有全省最多的人口，全年廢水量也是大得驚人。

圖2 黑龍江省各地區(qū)生物質(zhì)能源折標(biāo)煤量

2.2 各地區(qū)標(biāo)煤折算量

根據(jù)相關(guān)折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)，可以計(jì)算出各地區(qū)各種生物質(zhì)折算標(biāo)準(zhǔn)煤含量以及比例，結(jié)果見(jiàn)圖2。

2.2.1 秸稈 從總體來(lái)看，折算標(biāo)煤量較多的前5位依次是農(nóng)墾總局、哈爾濱、綏化、齊齊哈爾、佳木斯，分別為831.17、554.05、515.34、453.92、292.95萬(wàn)t；從人均來(lái)看，13個(gè)地市中，前5位依次是佳木斯、黑河、綏化、齊齊哈爾、大慶，分別為1.22、0.9、0.89、0.81、0.67 t·人-1；從空間分布密度來(lái)看，前5位依次是綏化、齊齊哈爾、哈爾濱、佳木斯、大慶，分別為147.78、107.42、104.39、90.22、89.41 t。

2.2.2 糞便 從總體來(lái)看，折算標(biāo)煤量較多的前5位依次是綏化、哈爾濱、齊齊哈爾、農(nóng)墾總局、大慶，分別為1940.94、1694.67、1557.82、1153.98、987.44萬(wàn)t ；從人均來(lái)看，13個(gè)地市中，前5位的依次是大慶、綏化、齊齊哈爾、佳木斯、黑河，分別為3.51、3.36、2.79、2.63、、2.03 t·人-1；從空間分布密度來(lái)看，前5位依次是綏化、大慶、齊齊哈爾、哈爾濱、佳木斯，分別為556.57、465.67、368.67、319.29、193.62 t。

2.2.3 廢水 從總體來(lái)看，折算標(biāo)煤較多的前5位是哈爾濱、綏化、齊齊哈爾、農(nóng)墾總局、大慶，分別為20.38、17.62、15.25、11.21、9.4萬(wàn)t；從空間分布密度來(lái)看，前5位依次是綏化、大慶、哈爾濱、齊齊哈爾、七臺(tái)河，分別為5.05、4.43、3.84、3.61、2.01 t。

3 結(jié)論與討論

黑龍江為全國(guó)水稻和玉米的主產(chǎn)區(qū)，所以各種秸稈類生物質(zhì)比較來(lái)講，水稻和玉米所占比重較大。地處我國(guó)東北部的黑龍江省，每年冬季時(shí)間較長(zhǎng)，加之偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)仍然采用傳統(tǒng)的方法取暖過(guò)冬，導(dǎo)致秸稈的能源利用率很差。林木生物質(zhì)能源主要分布在幾個(gè)大型的國(guó)有林區(qū)，能源比較集中，但是由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等因素的限制，導(dǎo)致能源的利用率極低，亟待改進(jìn)。黑龍江由于地處東北最北部，以天氣寒冷著稱，沼氣開(kāi)發(fā)方面也是舉步維艱，周期問(wèn)題是沼氣開(kāi)發(fā)面臨的最大問(wèn)題，多數(shù)農(nóng)戶的沼氣池大多數(shù)只能使用1 a，都是以短期使用隨即報(bào)廢結(jié)尾。這種情況并不是個(gè)例，浪費(fèi)大量物力、財(cái)力的同時(shí)，也大大的降低了農(nóng)戶們的參與積極性。

各種類別生物質(zhì)能源量合計(jì)折合算標(biāo)準(zhǔn)煤儲(chǔ)量達(dá)到8373.03萬(wàn)t，對(duì)一些模糊的估算系數(shù)，多采用同類的最低水平或是平均水平，所以黑龍江省的生物質(zhì)能源儲(chǔ)量一定不止于此。無(wú)論是技術(shù)手段還是人員配備上，8000多萬(wàn)t的潛在能源，仍然有很長(zhǎng)的一段路需要走。黑龍江目前很多企業(yè)也都看到了生物質(zhì)廣闊的市場(chǎng)前景，紛紛加入到開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源的行列中來(lái)。黑龍江省帥億集團(tuán)投資建設(shè)年產(chǎn)15萬(wàn)t秸稈燃料乙醇項(xiàng)目和20萬(wàn)t生物油項(xiàng)目；大慶新肇糧食產(chǎn)業(yè)園區(qū)，省內(nèi)第一個(gè)產(chǎn)業(yè)化能源項(xiàng)目，率先采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)—酶裂解和微波技術(shù)，用農(nóng)作物的秸稈為原料生產(chǎn)乙醇、生物油和其他的副產(chǎn)品；黑龍江金稞生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)有限公司，依靠其優(yōu)勢(shì)，研發(fā)出幾十個(gè)品種的生物質(zhì)固化燃料成套機(jī)械，主要是利用林業(yè)生產(chǎn)剩余物及各種農(nóng)作物秸稈壓制而成的生物質(zhì)顆粒燃料，而且都獲得了國(guó)家專利。這些都是大有潛力的新興企業(yè)。通過(guò)文獻(xiàn)的查閱，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)能源的儲(chǔ)量存在很大的統(tǒng)計(jì)誤差，現(xiàn)階段實(shí)際操作過(guò)程中轉(zhuǎn)化效率也極低。作為可再生能源中的一個(gè)新星，其可再生性、可儲(chǔ)藏性和二氧化碳零排放等諸多特性亟待國(guó)家、社會(huì)和大中小企業(yè)加大研究力度，以促其長(zhǎng)足發(fā)展。

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[8]國(guó)家林業(yè)局.中國(guó)林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒[Z].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2013.

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Estimation of Heilongjiang Province and the Distribution of Biomass Energy Research

ZHAO Xiao-guang，ZHONG Min

(Economics&ManagementSchoolofNortheastForestryUniversity，Harbin150040，Heilongjiang，China)

According to the study of energy development，Explore the direction of energy development in Heilongjiang Province，The data of Heilongjiang Province in 2012 as the base year and The statistics released by the department of statistics as the original data，estimated major reserves of biomass energy as comprehensively as possible.After estimating，four categories of biomass energy reserves and the amount of standard coal are as follows：crop resides 68425900 tons，standard coal 20794300 tons；forest and wood biomass 9512000 tons，standard coal 5431400 tons；dung 120365300 tons，standard coal 55.7103 million tons；city rubbish and wastewater 16.26 million tons，standard coal 970600 tons.Biomass energy distribution varies from city to city in Heilongjiang province in general，we can focus on the top few select cities to develop biomass energy industry around the city to play the advantages of biomass energy development and provide a reference for future energy security.

biomass energy；reserves；distribution；Heilongjiang

2014-06-04；

2014-07-07

教育部博士點(diǎn)基金(基于TRIZ理論的中國(guó)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)鏈整合模式及支撐體系研究，71073041)

趙曉光(1959—)，男，黑龍江雙城人，東北林業(yè)大學(xué)副教授，博士，從事林業(yè)統(tǒng)計(jì)、林業(yè)經(jīng)濟(jì)研究。E-mail：zxiaoguang@hotmail.com。

鐘敏(1989—)，女，黑龍江海林人，東北林業(yè)大學(xué)碩士研究生，從事林業(yè)統(tǒng)計(jì)、林業(yè)經(jīng)濟(jì)研究。E-mail：345258911@qq.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.02.037

S216

A

1002-7351(2015)02-0169-05