高海拔地區(qū)農(nóng)村能源發(fā)展利用探討

張得平　鄂輝邦　劉應(yīng)生

摘要 高海拔地區(qū)農(nóng)村能源的供應(yīng)問題關(guān)系到當(dāng)?shù)丶Z食生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文對高海拔地區(qū)農(nóng)村能源進(jìn)行了概述，并從秸稈氣化技術(shù)和沼氣工程2個(gè)方面闡述了高海拔地區(qū)農(nóng)村能源的利用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 農(nóng)村能源；開發(fā)利用；秸稈氣化技術(shù)；沼氣工程；高海拔地區(qū)

中圖分類號(hào) S210.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）16-0163-01

農(nóng)村能源涵蓋農(nóng)村地區(qū)的能源儲(chǔ)備與消耗，涉及農(nóng)村生產(chǎn)生活等多個(gè)范疇。農(nóng)村能源的研發(fā)對象是農(nóng)村地區(qū)開發(fā)利用的能源，在高海拔地區(qū)有農(nóng)作物秸稈、人畜糞便、煤等，大多為可再生資源和可再生能源。農(nóng)村能源涵蓋國家層面供應(yīng)農(nóng)村的燃料油、電力和煤炭。因此，農(nóng)村能源的發(fā)展方向主要是合理、科學(xué)地開發(fā)和發(fā)展農(nóng)村地區(qū)各種能源、能量資源，包括在能源轉(zhuǎn)換、輸入、分配、最終消費(fèi)等方面的科學(xué)管理以及相應(yīng)的先進(jìn)技術(shù)，以使農(nóng)村能源實(shí)現(xiàn)最高效益，減少供需問題，保護(hù)生態(tài)，促使農(nóng)村長期穩(wěn)定發(fā)展[1-2]。

目前，農(nóng)村能源消耗包括生活和生產(chǎn)2個(gè)方面，生產(chǎn)消耗涵蓋田間、運(yùn)輸、產(chǎn)品加工3個(gè)整體項(xiàng)，其主要消耗的是以商品形式所產(chǎn)生的柴油、煤電等。

高海拔地區(qū)在能源規(guī)劃、分配中由于條件的原因常忽視農(nóng)村能源。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，農(nóng)村的生活用能依靠生物質(zhì)能解決。如今，能源事業(yè)是一項(xiàng)必定事業(yè)，需要在思想上遵循科學(xué)規(guī)律，從而快速、穩(wěn)固、科學(xué)地發(fā)展。隨著市場化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源發(fā)展必須走科學(xué)化、產(chǎn)業(yè)化的道路，建立起生產(chǎn)、推廣、科研的產(chǎn)業(yè)化體系。

高海拔地區(qū)農(nóng)村能源利用有秸稈氣化技術(shù)、沼氣工程2 種途徑，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)村廢棄物的循環(huán)利用，有利于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)民生產(chǎn)生活改善。

1 高海拔地區(qū)農(nóng)村能源的利用

1.1 秸稈氣化技術(shù)

農(nóng)村廢棄資源利用中，秸稈氣化是非常重要的技術(shù)之一[3]。秸稈氣等同于液化氣、沼氣等無污染、清潔的新能源。

1.1.1 氣化原理。固體、液體轉(zhuǎn)化為氣體燃料稱之為氣化。秸稈類燃燒時(shí)，氧氣充分燃燒，可燃成分包括甲烷、氫氣、一氧化碳，這也是秸稈氣的主要成分。

1.1.2 氣化過程。秸稈的氣化是以五代氣化爐作為參考，科學(xué)分析秸稈的氣化過程。秸稈氣化時(shí)，在五代氣化爐上部加入氣化劑，從下部吹入，氣化爐中層架燃燒反應(yīng)的秸稈從上往下分成干燥區(qū)、熱分解區(qū)、還原區(qū)和氧化區(qū)。秸稈氣化過程溫度下降，保持在650～850 ℃，還原區(qū)的主要物料為氫氣、一氧化碳和二氧化碳，在氧化區(qū)生成的熱氣體進(jìn)入上部的裂解區(qū)，沒有反應(yīng)的炭灰則落入氧化區(qū)。

（1）裂解反應(yīng)。氧化區(qū)、還原區(qū)生成的熱氣體通過裂解層加熱秸稈，秸稈加熱后產(chǎn)生裂解反應(yīng)。在秸稈裂解過程中，溫度下降至350～550 ℃，產(chǎn)生部分烴類物質(zhì)。裂解區(qū)主要物料有以下8類，即氫氣、炭、一氧化碳、水蒸氣、甲烷、二氧化碳、焦油、少許烴類物質(zhì)等，其中熱氣體上升到干燥區(qū)，炭灰進(jìn)入還原區(qū)。

（2）秸稈的干燥。從氣化爐上部加入秸稈到干燥區(qū)，秸稈生成的熱氣體物料進(jìn)行換熱，促使水分蒸發(fā)，溫度為90～280 ℃。干燥層留存物為水蒸氣、干物料。水蒸氣排出氣化爐，干物料進(jìn)入裂解區(qū)。氣化是燃料的干燥裂解過程。

1.1.3 氣化裝置——秸稈氣化爐。新型環(huán)保爐具為秸稈氣化爐，替代了煤氣、液化氣、天然氣等，特點(diǎn)為操控簡單、設(shè)計(jì)科學(xué)、燃料廣泛、經(jīng)久耐用、安全可靠、晝夜不滅、干凈衛(wèi)生、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、技術(shù)可靠。燃料資源包括雜草、麥秸及一切可燃物。氣化爐工作期間，隨開隨用、火力猛、氣量大，火焰為淺藍(lán)色。與液化氣相比，其火苗超過2倍，加滿燃料可持續(xù)燃燒12 h。

1.2 沼氣工程

沼氣為各種有機(jī)物質(zhì)在隔絕空氣（還原條件）條件下，經(jīng)過微生物發(fā)酵產(chǎn)生的一種可燃性氣體。沼氣的主要成分為甲烷，其中，甲烷、氮?dú)狻⒍趸?、氧氣、氫氣、硫化氫占比分別為50%～80%、0～5%、20%～40%、<0.4%、<1%、0.1%～3%。沼氣略有臭味，是含硫化氫的緣故，這種特性與天然氣相近。

甲烷是理想的燃料氣體，無色無味，適合與空氣混合后燃燒。與其他燃?xì)庀啾龋託饪贡暂^強(qiáng)。沼氣除可用于炊事、供暖外，還可作為化工原料制備福爾馬林、甲醇、四氯化碳等。沼液和沼渣含有豐富的有機(jī)物質(zhì)，可用作肥料和飼料，還可直接噴灑以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[4]。

1.2.1 沼氣傳統(tǒng)利用和綜合利用技術(shù)。高海拔地區(qū)的沼氣利用最初為農(nóng)村戶用沼氣池項(xiàng)目。近年來，高海拔地區(qū)政府積極推廣農(nóng)村沼氣事業(yè)，戶用沼氣在高海拔地區(qū)農(nóng)村廣泛使用，從最初的炊事發(fā)展到了取暖照明相關(guān)階段。沼氣發(fā)酵技術(shù)多層次、合理利用，逐步成為高海拔地區(qū)農(nóng)村地區(qū)利用沼氣促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的有效方法。以北方“四位一體”、南方“豬—果”模式為紐帶，逐步因地制宜建立“養(yǎng)殖—沼氣植”“豬—沼—魚”和“草—?！印钡饶Ｊ?，都是以點(diǎn)為龍頭，以沼氣為紐帶。生態(tài)農(nóng)業(yè)模式、生態(tài)果園模式、生態(tài)塑料大棚模式都是以沼氣、沼液、沼渣多層次利用的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，發(fā)展綠色種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)已成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)新的增長方式。

1.2.2 沼氣發(fā)電技術(shù)。沼氣發(fā)電技術(shù)是將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于裝有綜合發(fā)電裝置的設(shè)備上，從而產(chǎn)生熱能和電能。沼氣燃燒發(fā)電以大型沼氣為起點(diǎn)，是在沼氣綜合利用上不斷發(fā)展的一項(xiàng)沼氣利用技術(shù)，具有安全環(huán)保、創(chuàng)效節(jié)能、成本低等特點(diǎn)。發(fā)達(dá)國家沼氣發(fā)電受到廣泛重視，西歐國家沼氣發(fā)電所占比例已達(dá)11%左右。高海拔地區(qū)沼氣發(fā)電尚處于空白狀態(tài)，國內(nèi)的沼氣發(fā)電應(yīng)用和研究還處于初級(jí)階段，適用于高海拔地區(qū)的沼氣發(fā)電技術(shù)少，但這些地區(qū)卻有豐富的生物質(zhì)能，利用沼氣發(fā)電的前景十分廣闊。

1.2.3 沼氣燃料電池技術(shù)。燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池轉(zhuǎn)換的效率高、無污染、噪聲低，模塊結(jié)構(gòu)潔凈、積木性強(qiáng)、比功率高，不受卡諾循環(huán)的限制，可分集中、分散2種方式供電，適合度高，排出的硫化物和氮氧化物濃度低。燃料電池以高效、清潔的方式在移動(dòng)電源、不間斷電源、電動(dòng)汽車等方面應(yīng)用前景廣闊，市場潛力巨大。

2 結(jié)語

隨著社會(huì)生活水平的提高，對能源的需求量也穩(wěn)步上升，加劇了高海拔地區(qū)的供需矛盾，做好高海拔地區(qū)能源推廣應(yīng)用和建設(shè)模式意義重大。實(shí)踐證明，在為農(nóng)民提供清潔能源的同時(shí)，還要有效改善農(nóng)村環(huán)境，才能促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)村能源建設(shè)要由過去的小范圍試點(diǎn)發(fā)展到大規(guī)模集中建設(shè)整村推進(jìn)，從以前的單一模式發(fā)展到生態(tài)領(lǐng)域，建設(shè)資源節(jié)約、讓廣大農(nóng)民真正得益受惠的民心工程、清潔工程、能源生態(tài)工程和環(huán)境友好型工程。

3 參考文獻(xiàn)

[1] 田宜水.2015年中國農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀與展望田[J].中國能源，2016，38（7）：25-29.

[2] 仇煥廣，嚴(yán)健標(biāo)，李登旺，等，我國農(nóng)村生活能源消費(fèi)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及決定因素分析基于四省兩期調(diào)研的實(shí)證研究[J].中國軟科學(xué)，2015（11）：28-38.

[3] 田宜水.2013年中國農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].中國能源，2014，36（8）：10-14.

[4] 張力小，胡秋紅，王長波.中國農(nóng)村能源消費(fèi)的時(shí)空分布特征及其政策演變[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（1）：1-9.