農(nóng)業(yè)工程能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展展望

楊世素 潘文杰

摘 要：目前我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，農(nóng)業(yè)為我國發(fā)展做出了很大貢獻。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)方面的用電用能或產(chǎn)電產(chǎn)能都具有潛力。農(nóng)業(yè)工程能源互聯(lián)網(wǎng)是在能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有農(nóng)業(yè)工程中的用電用能或產(chǎn)電產(chǎn)能引入能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是當(dāng)前國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點。介紹了農(nóng)村生物質(zhì)能源發(fā)展的主要問題，分析了日后農(nóng)業(yè)工程能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢。農(nóng)業(yè)工程能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不僅能夠減少當(dāng)前世界各國對化石能源的依賴，還可以節(jié)約資源，保護環(huán)境，促進世界各國農(nóng)業(yè)的進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程;能源互聯(lián)網(wǎng);發(fā)展展望

近幾年，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，依然是推動我國社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。循環(huán)農(nóng)業(yè)技術(shù)主要利用物質(zhì)多層、再生原理等技術(shù)實現(xiàn)高效率、低排放等目標，進而促進農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。隨著新型農(nóng)村的建設(shè)與發(fā)展，大部分農(nóng)村地區(qū)都積極應(yīng)用能源循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，并積極響應(yīng)農(nóng)村秸稈回收等環(huán)節(jié)，進而為推動新農(nóng)村建設(shè)的深入開展奠定了良好的基礎(chǔ)。

一、農(nóng)村生物質(zhì)能源發(fā)展的主要問題

1.能源利用程度不高。農(nóng)村生物質(zhì)能源應(yīng)用過程中，廢棄物資源化處理是其應(yīng)用的重要形態(tài)?，F(xiàn)階段，廢棄物資源化利用效率低是農(nóng)村生物質(zhì)能源發(fā)展的主要問題。具體而言，其主要表現(xiàn)在以下兩個層面：一方面，從宏觀層面來看，農(nóng)村廢棄物的出率明顯較低。在農(nóng)村養(yǎng)殖場具有較大的畜禽糞便，通過其進行沼氣生產(chǎn)是生物質(zhì)能源利用的有效途徑，然而當(dāng)前養(yǎng)殖場沼氣工程的建設(shè)比例僅為30%左右;另外，農(nóng)村地區(qū)還存在著較為嚴重的農(nóng)作物秸稈焚燒和廢棄現(xiàn)象，這種直接處理的比例達到20%以上，即農(nóng)村廢棄物尚未徹底實現(xiàn)資源化和無害化利用。另一方面，生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化裝置的應(yīng)用較為短缺，這使得生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)水平不夠。實際應(yīng)用中，譬如在德國，較多的沼氣工程配置了熱電聯(lián)用裝置，其設(shè)備配置了高達98%，然而在我國農(nóng)村地區(qū)，這些發(fā)點設(shè)置的裝置配置了不足3%，能源利用效率較低。

2.技術(shù)及其設(shè)備發(fā)展落后。我國具有利用農(nóng)業(yè)廢棄物的傳統(tǒng)，但多依托傳統(tǒng)的經(jīng)驗，缺乏具有知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和推廣價值的創(chuàng)新性技術(shù)，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)廢棄物利用主要集中肥料化利用，沼氣利用作為補充.由于全球新型能源開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，我國熱解氣化技術(shù)也逐漸由工程示范到規(guī)?；a(chǎn)業(yè)發(fā)展，由于原料預(yù)處理及儲存難、轉(zhuǎn)化率低、過程能耗高、同時消化產(chǎn)氣率低、氣化利用中焦油控制工藝差、沼氣發(fā)電與氣化發(fā)電效率較低、設(shè)備與管理自動化程度較差、二次污染問題、工程系統(tǒng)運行強度和效率低等技術(shù)問題，嚴重限制現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)廢棄物燃氣化利用。

農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)電技術(shù)單一，催化與轉(zhuǎn)化效率低下、過程能耗和水耗高、比較成本高是我國現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)電面臨的問題.現(xiàn)階段秸稈燃燒發(fā)電成本達0.6～0.7元·（kW·h）-1，成本高于常規(guī)電力成本，即使有國家0.25元·（kW·h）-1的補貼也難以收支平衡?，F(xiàn)階段，我國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化產(chǎn)業(yè)自主核心技術(shù)缺乏，對不同種類農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的技術(shù)和工藝缺乏系統(tǒng)性研究，成套設(shè)備供應(yīng)能力弱，缺乏關(guān)鍵設(shè)備的生產(chǎn)能力。

3.能源農(nóng)業(yè)建設(shè)緩慢。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中，玉米、小麥等材料不僅可以制作人類食用食品，更能進行牲畜飼料制作、和燃料生產(chǎn)等;在這行經(jīng)濟性活動運作中，應(yīng)注重糧食安全問題的嚴格把控，這對能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展造成較多阻礙。目前，我國能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展仍處于探索階段，其產(chǎn)業(yè)化運作尚有待提升。譬如，在纖維類生物質(zhì)能源開發(fā)中，僅農(nóng)村秸稈一項，其資源總量就能到達7億t，其可以作為原材料，進行乙醇燃料生產(chǎn)。然而在實踐中，這一過程的實現(xiàn)受到以下因素制約：其一，秸稈生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化特性和機制研究尚不充分。其二，較多的秸稈需要進行預(yù)處理，然而當(dāng)前的秸稈分離應(yīng)用尚不規(guī)范。其三，從生物質(zhì)資源向能量轉(zhuǎn)化過程中，生物提制技術(shù)的應(yīng)用有待加強。

二、農(nóng)業(yè)工程能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展展望

1.立體復(fù)合循環(huán)模式的應(yīng)用?？陀^角度來講，立體復(fù)合循環(huán)模式主要指將蠶桑業(yè)、種植業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)作為發(fā)展的核心，在丘陵山地實現(xiàn)立體復(fù)合循環(huán)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式。此模式主要依靠當(dāng)?shù)氐膬?yōu)質(zhì)蠶桑資源和當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，將當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)作為發(fā)展主體，采取“龍頭企業(yè)+農(nóng)戶”組織運行方法，促進當(dāng)?shù)厣ＰQ養(yǎng)殖業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，同時還能促進林下種植以及養(yǎng)殖業(yè)的進步，通過合理利用自然資源最大程度上發(fā)揮出生物資源以及勞動資源的積極作用。此循環(huán)農(nóng)業(yè)技術(shù)模式還能有效解決水土短缺的問題，從而為提升當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益奠定良好的基礎(chǔ)。

2.制氫技術(shù)。H2和CH4制備的生物清潔能源，能夠減少CO2和NOx氣體排放量.農(nóng)業(yè)有機廢棄物作為發(fā)酵制氫的低成本原料，可以實現(xiàn)清潔能源發(fā)電和廢物處理的雙重效益.目前農(nóng)業(yè)有機廢棄物制氫的應(yīng)用面臨著制氫速率和底物降解速率均較低的瓶頸，新型技術(shù)生物光解法、光發(fā)酵法、暗發(fā)酵法、超臨界水氣化合成法等方法，尚處于實驗室研究階段或者小規(guī)模試驗階段，擁有巨大的潛力。提高產(chǎn)氫效率的新型生物技術(shù)，相關(guān)文獻也有報道。通過遺傳工程技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)改造高產(chǎn)氫氣的菌株，獲得光合系統(tǒng)改進的工程菌株，提升光合生物制氫效率.降低光合細菌生長和產(chǎn)氫過程中對光的依賴性，培育對光依賴度低且產(chǎn)氫效率高的菌株，有效地降低人工光源的能耗.開發(fā)新型發(fā)酵工藝，利用多菌種、多菌株的協(xié)同作用，構(gòu)建制氫生物菌種復(fù)合體，提高底物分解速率和產(chǎn)氫效率.基于低能耗的微生物產(chǎn)氫復(fù)合體，開發(fā)外置、內(nèi)置光源等多種結(jié)構(gòu)形式、具有光源能耗低的光合制氫反應(yīng)器。相關(guān)技術(shù)從小試階段轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，最終達到規(guī)模化生產(chǎn)，實現(xiàn)多元化發(fā)展，H2有望成為化石燃料的替代品。

3.優(yōu)化生物質(zhì)能開發(fā)技術(shù)與裝置。現(xiàn)階段，我國對于農(nóng)村的開發(fā)和建設(shè)力度不斷加大，要實現(xiàn)農(nóng)村生物質(zhì)能的高效應(yīng)用，還應(yīng)對當(dāng)前能源開發(fā)利用的技術(shù)和裝置進行全面優(yōu)化。一方面，地方政府應(yīng)注重生物質(zhì)能源開發(fā)技術(shù)的廣泛宣傳，同時對農(nóng)民進行技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)，確保其理解生物質(zhì)能的應(yīng)用價值，實現(xiàn)基礎(chǔ)生物質(zhì)資源儲量關(guān)鍵的轉(zhuǎn)變。另一方面，其應(yīng)注重農(nóng)村生物質(zhì)能源利用設(shè)備的有效更新。具體而言，地方政府不僅要關(guān)注現(xiàn)有生物質(zhì)能利用設(shè)備的優(yōu)化，確保其處理鏈條的延伸，更要對新建生物質(zhì)能設(shè)備的農(nóng)戶進行補貼，確保農(nóng)村生物質(zhì)能源開發(fā)效率和質(zhì)量的全面提升。

新農(nóng)村建設(shè)中，針對農(nóng)村生物質(zhì)能源利用過程的服務(wù)保證，應(yīng)注重農(nóng)民理念的引導(dǎo)，并在技術(shù)培訓(xùn)、經(jīng)濟補貼、建設(shè)指導(dǎo)中，實現(xiàn)農(nóng)村生物質(zhì)能源應(yīng)用的進一步發(fā)展。

三、結(jié)語

從客觀上講，農(nóng)村能源循環(huán)農(nóng)業(yè)技術(shù)模式涉及多個方面的內(nèi)容，具有一定的綜合性以及復(fù)雜性，并且已廣泛應(yīng)用在大部分的農(nóng)村地區(qū)?；诖吮尘埃瑸榱四軌蛴行岣咿r(nóng)村資源的回收利用率，需要積極響應(yīng)環(huán)保理念，及時解決以往存在的能源浪費等問題，為新農(nóng)村建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。基于此，就需要加強對能源循環(huán)農(nóng)業(yè)技術(shù)模式的研究分析，進而推動我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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