遼寧省玉米秸稈資源量估算及能源化利用潛力評價

韓冬雪

（吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000）

1 研究方法

1.1 玉米秸稈理論資源量估算方法

玉米的莖、葉、芯是收獲過程中得到的副產(chǎn)物，即玉米秸稈。本文只將玉米的莖、葉列入研究范圍，不包括玉米芯。玉米秸稈理論資源量，即玉米秸稈產(chǎn)量，由玉米產(chǎn)量與草谷比系數(shù)計算得出，公式如下：

式中，CR 代表區(qū)域內(nèi)玉米秸稈理論資源量；Q 代表玉米產(chǎn)量；r 為玉米的草谷比系數(shù)。

1.2 玉米秸稈資源能源化潛力評價方法

1.2.1 玉米秸稈可收集資源量評價方法

在玉米的收集運輸環(huán)節(jié)中，玉米秸稈不可避免地會產(chǎn)生損耗，因此扣除留茬、自然脫落、收集損耗等理論秸稈量中無法回收的部分，剩余的即是玉米秸稈資源可收集量，其具體計算公式如下：

式中：CRa——區(qū)域內(nèi)可收集玉米秸稈資源量；f——玉米的可收集系數(shù)。

1.2.2 玉米秸稈可能源化利用量評價方法

將用于直接還田部分和喂養(yǎng)牲畜、工業(yè)生產(chǎn)等部分的可收集量扣除后剩余的即是玉米秸稈資源可能源化利用量，其具體計算公式如下：

式中：CRc——區(qū)域內(nèi)玉米秸稈可能源化利用量；λ——玉米的可能源化系數(shù)。

1.2.3 玉米秸稈可能源化潛力量評價方法

玉米秸稈可能源化潛力量即將玉米秸稈可能源化利用量通過熱值計算與標(biāo)準(zhǔn)煤進(jìn)行換算，其具體計算公式如下：

式中：CRe——玉米秸稈能源化潛力量；η——折標(biāo)煤系數(shù)。

1.3 研究參數(shù)的確定

玉米產(chǎn)量Q 可以通過遼寧省統(tǒng)計年鑒查詢得出，但草谷比系數(shù)r，可收集系數(shù)f，可能源化系數(shù)、折標(biāo)煤系數(shù)在不同區(qū)域、不同時間、不同種植情況下均有一定差異，參數(shù)的不確定性導(dǎo)致了秸稈資源研究結(jié)果的差異，接下來將解釋和說明相關(guān)系數(shù)的計算方法。

1.3.1 草谷比系數(shù)

草谷比系數(shù)是指單位面積農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量與農(nóng)作物產(chǎn)量的比值。由于種植地域、氣候環(huán)境、種植技術(shù)、收割方式的不同，農(nóng)作物的草谷比系數(shù)也有著明顯的差異，表1 給出了不同文獻(xiàn)中所采用的不同的玉米草谷比系數(shù)。

表1 不同研究中玉米秸稈草谷比系數(shù)Tab.1 Ratio of crop straw amount to crop yield in different studies

從表1 中可以看出在不同研究中，草谷比取值最大為2.00，最小為1.20，其取值差異巨大，若以最小取值與最大取值分別計算遼寧省玉米秸稈產(chǎn)量，則結(jié)果相差巨大，為了使估算結(jié)果更加準(zhǔn)確，必須合理確定草谷比系數(shù)。

因為遼寧省的氣候類型、土壤成分、播種季節(jié)、玉米品種等都與其他省份有著明顯的差別，故不能采用全國統(tǒng)一數(shù)據(jù)。王曉玉等[8]在《大田作物秸稈量評估中秸稈系數(shù)取值研究》中采用數(shù)學(xué)模擬取值法、實測數(shù)據(jù)取值法、相同或相似地區(qū)平均取值法、同類作物取值法等方法，將全國劃分為不同的地區(qū)，分別研究每個地區(qū)的農(nóng)作物秸稈系數(shù)取值，準(zhǔn)確性較高。本文采用其研究成果，取玉米草谷比r=1.03。

1.3.2 可收集系數(shù)

在農(nóng)作物收割過程中，農(nóng)作物的穗軸枝梗不可避免地會產(chǎn)生一定的遺失，同時田里還會有一定的留茬量，這便是農(nóng)作物秸稈不可收集的部分?？墒占禂?shù)即秸稈總量減去不可收集部分后與秸稈總量的比值。表2 給出了不同文獻(xiàn)中所采用的不同的可收集系數(shù)。

表2 不同研究中的可收集系數(shù)Tab.2 Collectible coefficients in different studies

人工收割和機械收割兩種不同的收割方式造成的田間留茬量與穗軸枝梗損失量會有所不同，畢于運的研究考慮了上述情況，較為全面，本文采用其研究成果，玉米秸稈可收集系數(shù)。

1.3.3 可能源化系數(shù)

遼寧省玉米秸稈資源量豐富，根據(jù)刑廷銑[11]的研究，農(nóng)村玉米秸稈主要應(yīng)用于工業(yè)原料（造紙）、畜牧飼料、直接還田、農(nóng)村生活能源等4 個方面，遼寧省2018 年各方面所消耗的秸稈資源量所占比例如下圖1 所示。

由于農(nóng)村生活水平的提高以及商品能源消耗比例的逐年上升，以前大量用于日常生活燃燒的玉米秸稈被閑置下來，棄置在田間或者就地焚燒，浪費資源的同時也會污染環(huán)境，這一部分玉米秸稈應(yīng)該是能源化利用的首要目標(biāo)。而且農(nóng)村傳統(tǒng)爐灶的能源利用率不高，熱效率低，會產(chǎn)生大量的灰燼污染環(huán)境，這一部分玉米秸稈應(yīng)該是能源化利用的主要目標(biāo)，將這兩者結(jié)合起來，則2018 年遼寧省玉米秸稈資源能源化利用所占比例大致為55%，即可源化系數(shù)λ=0.55。

1.3.4 折標(biāo)煤系數(shù)

折標(biāo)煤系數(shù)是指單位質(zhì)量的農(nóng)作物秸稈與標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒熱值的比值，本文的玉米秸稈折標(biāo)煤系數(shù)根據(jù)《2018 年中國能源統(tǒng)計年鑒》[12]獲得，取折標(biāo)煤系數(shù)η=0.529。

2 玉米秸稈資源量估算結(jié)果

本文采用《2019 年遼寧省統(tǒng)計年鑒》[13]中的數(shù)據(jù)，遼寧省各市的玉米產(chǎn)量見表3 所示。

根據(jù)公式（1）與表3 可得出遼寧省玉米秸稈理論資源量見表4 所示。

據(jù)表4 可知遼寧省玉米秸稈資源量豐富，2018 年總量為1 745.79×104t。從地理分布上來看，遼寧省秸稈資源各市之間存在一定差異，分布不均衡，玉米秸稈資源較豐富的地區(qū)為鐵嶺市、沈陽市、朝陽市、阜新市，分別為304.67×104t、273.34×104t、253.80×104t，201.26×104t，占全省玉米秸稈資源量的17.5%、15.7%、14.5%、11.5%；玉米秸稈資源量較少的地區(qū)為本溪市、營口市、盤錦市，分別為28.04×104t、23.16×104t、15.41×104t，占全省玉米秸稈資源量的1.6%、1.3%、0.8%。詳細(xì)數(shù)據(jù)見圖2。

表3 2018 年遼寧省各地區(qū)玉米產(chǎn)量Tab.3 Corn production in all regions

表4 2018 年遼寧省各地區(qū)玉米秸稈理論資源量Tab.4 Theoretical resources of corn stalk in various regions

3 玉米秸稈能源化利用潛力評價結(jié)果

根據(jù)公式（2）與表4 可得出遼寧省玉米秸稈可收集資源量見表5 所示。根據(jù)公式（3）與表5 可得遼寧省玉米秸稈資源可能源化利用量見表6 所示。根據(jù)公式（4）與表6 可得遼寧省玉米秸稈資源能源化潛力見表7。

據(jù)表7 可知遼寧省玉米秸稈能源化潛力為482.54×104t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中能源化潛力較大的地區(qū)為鐵嶺市、沈陽市、朝陽市，分別為84.21×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤、75.55×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤、70.15×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤。營口市、盤錦市能源化潛力最小，分別為6.4×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤、4.26×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤。

4 討論

4.1 遼寧省玉米秸稈資源能源化利用潛力評價

為得出遼寧省玉米秸稈資源能源化利用潛力，本文應(yīng)用了一系列估算方法，結(jié)果具有一定的參考性。但本文所研究的玉米秸稈并未包括玉米芯，玉米芯是我國北方農(nóng)村主要的燃料來源，也可以進(jìn)行能源化利用，本文并未對其進(jìn)行討論。另外，本文所采用的草谷比系數(shù)、可收集系數(shù)、可能源化系數(shù)等估算參數(shù)均參考自相關(guān)文獻(xiàn)，并未進(jìn)行實地考察，在后續(xù)研究過程中應(yīng)加以改進(jìn)。

4.2 遼寧省玉米秸稈資源能源化利用途徑

目前秸稈固化成型燃料、秸稈熱解氣化、秸稈沼氣、秸稈發(fā)電為遼寧省所應(yīng)用的玉米秸稈能源化主要利用方式。秸稈固化成型燃料、秸稈熱解氣化與秸稈發(fā)電均屬于秸稈燃料轉(zhuǎn)化技術(shù)，秸稈發(fā)電是直接將秸稈與化石燃料混合燃燒或者熱解氣化成可燃?xì)怏w，玉米秸稈具有燃燒熱值高、含硫量低等特點，既可以減少化石燃料用量還可以減少溫室氣體排放。秸稈固化成型技術(shù)是將體積大、密度低、結(jié)構(gòu)松散的玉米秸稈通過專用設(shè)備壓縮成高密度固體燃料，這一過程需要在一定的溫度和壓力條件下進(jìn)行。秸稈固化成型技術(shù)降低了運輸、儲存成本，提高了燃燒效率，目前凌源市已部分實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。秸稈沼氣是將秸稈通過微生物降解成沼氣及沼渣的技術(shù)，具有能耗低、無污染等諸多優(yōu)點，已在遼寧省有了廣泛的應(yīng)用。

5 結(jié)論

（1）經(jīng)文獻(xiàn)考證，本文將草谷比系數(shù)、可收集系數(shù)、可能源化系數(shù)、折標(biāo)煤系數(shù)分別取值為：1.03、0.95、0.55、0.529。

（2）遼寧省玉米秸稈資源量豐富，2018 年總量為1 745.79×104t。從地理分布上來看，遼寧省秸稈資源各市之間存在一定差異，分布不均衡，玉米秸稈資源較豐富的地區(qū)為鐵嶺市、沈陽市、朝陽市、阜新市，分別為304.67×104t、273.34×104t、253.80×104t，201.26×104t，占全省玉米秸稈資源量的17.5%、15.7%、14.5%、11.5%。

（3）2018 年遼寧省玉米秸稈能源化潛力為482.54×104t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中鐵嶺市、沈陽市、朝陽市、能源化潛力較大，分別為84.21×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤、75.55×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤、70.15×104t 標(biāo)準(zhǔn)煤，在建立秸稈能源化企業(yè)時應(yīng)重點考慮以上3 市。

表5 2018 年遼寧省各地區(qū)玉米秸稈可收集量Tab.5 Corn stalk collectable quantity in various region

表6 2018 年遼寧省各地區(qū)玉米秸稈可能源化利用量Tab.6 Energy utilization of corn stalk in various regions

表7 2018 年遼寧省各地區(qū)玉米秸稈能源化潛力Tab.7 Energy utilization potential of corn stalks in various regions