烤煙烘烤能源的時(shí)代更迭與發(fā)展趨勢(shì)

武圣江，劉明來，婁元菲，劉 瓊，楊章樂，張長云，段 昶，郝 斌

（1.貴州省煙草科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550081；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，云南 昆明 650201；3.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550003；4.貴州省煙草公司 畢節(jié)市公司，貴州 畢節(jié) 551700；5.華環(huán)國際煙草有限公司，安徽 滁州 231221；6.貴州省畢節(jié)市煙草公司 金沙縣分公司，貴州 金沙 551800）

目前，國內(nèi)外烤煙烘烤能源以煤炭、石油、天然氣為主，烘烤能耗高、效率低，且烘烤過程中會(huì)排放大量有害氣體和塵渣，這已成為煙葉提質(zhì)增效和綠色生產(chǎn)的短板，嚴(yán)重制約了我國生態(tài)文明的發(fā)展［1-3］。清潔綠色能源是指不排放污染物、能夠直接用于生產(chǎn)生活的能源，如水能、風(fēng)能、太陽能、潮汐能等；新能源是指開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、海洋能、氫能、生物質(zhì)能和核能等［4-7］。隨著化石能源的日益緊缺和綠色生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)，新型和清潔能源將成為國內(nèi)外煙葉烘烤能源發(fā)展的新方向。與常規(guī)能源相比，新型清潔能源不僅在提質(zhì)增效方面更有優(yōu)勢(shì)，也更符合當(dāng)前形勢(shì)下節(jié)能減排的新要求［6,8-9］。

目前，煙葉烘烤新能源主要有生物質(zhì)燃料［10-13］、電能［14-16］、太陽能［17-18］等。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，利用生物質(zhì)能、電能、太陽能等清潔可再生新能源，尤其是利用電能和太陽能替代煤炭、石油和天然氣，將是今后密集烤房實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要舉措，是今后密集烤房煙葉烘烤發(fā)展的重要趨勢(shì)。在此形勢(shì)下，回顧烤煙烘烤能源的發(fā)展歷史（表1），找出其存在的問題，探索今后清潔能源和新能源的發(fā)展方向，對(duì)促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

表1 烤煙烘烤能源發(fā)展簡史

1 常規(guī)能源

常規(guī)能源也稱為傳統(tǒng)能源，主要是指煤炭、石油、天然氣等化石燃料。1888年，Snidow設(shè)計(jì)了一種提高烤房系統(tǒng)熱效率的供熱設(shè)備，以煤炭作為烘烤燃料，但是直到1900年才陸續(xù)應(yīng)用到煙葉烘烤中［6］。我國于1913年引進(jìn)烤煙，引進(jìn)的也有以煤炭作為燃料的烘烤設(shè)備［19,27］。從20世紀(jì)的自然通風(fēng)氣流上升式普通烤房到21世紀(jì)的熱風(fēng)循環(huán)密集烤房，我國烤煙烘烤能源都以煤炭作為主要燃料。

近些年來，國內(nèi)95%以上的密集烤房都以煤炭為燃料，而國外煙葉烘烤主要采用液體油類、天然氣(主體為甲烷)作為燃料，國外液體油類燃料應(yīng)用于煙葉烘烤始于20世紀(jì)20年代［20-21,27］。2011年，王進(jìn)錄等［28］發(fā)明了天然氣加熱循環(huán)氣流煙葉烘烤室，烤房的烤煙效果良好，且降低了污染物的排放。2013年，任杰等［29］研究指出：天然氣水暖集中供熱密集烤房升溫準(zhǔn)、控溫穩(wěn)、提質(zhì)降工減排的效果明顯，但煙葉烘烤能耗成本有所增加。2020年，邱道富等［30］指出：雙能源(煤炭和液化石油氣)密集烤房較燃煤密集式烤房升溫快、控溫精確、能耗低，烤后煙葉的外觀和內(nèi)在品質(zhì)均得到大幅度提升。隨著化石能源價(jià)格的提升和資源的緊缺，目前國外煙葉烘烤以天然氣為主要能源［6,31］。

煙葉烘烤存在的主要問題：(1)烘烤成本較高，在一定程度上降低了煙農(nóng)的收益［6,28,31］；(2)燃燒過程產(chǎn)生的有害氣體和煙塵對(duì)環(huán)境污染較大，不僅威脅到了人類健康，而且影響了全球氣候的穩(wěn)定［32-33］；(3)煤燃料烤房溫度和濕度的控制精度低，煤燃燒效率低、浪費(fèi)大、勞動(dòng)強(qiáng)度大，加煤量不易精準(zhǔn)掌握，容易造成升溫過急、掉溫、烤壞煙葉的現(xiàn)象［34-35］。傳統(tǒng)能源制約了煙草綠色生產(chǎn)的長效發(fā)展，已經(jīng)引起了各級(jí)政府及煙草行業(yè)的高度重視。目前，煙葉烘烤能源的技術(shù)改革和替代燃料的研究和發(fā)展已成為趨勢(shì)。通過技術(shù)革新，應(yīng)用煤化氣技術(shù)可降低煤燃燒產(chǎn)生的污染，其次是加入二氧化氯脫硫劑或通過富氧燃燒等技術(shù)也是脫除二氧化硫、氮氧化物或汞等污染物的有效辦法［36-37］。盡管如此，傳統(tǒng)能源仍無法從根本上解決污染問題。因此，減少污染物的排放，加強(qiáng)新能源的開發(fā)利用已成為中國乃至世界保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重大課題。

2 新型與清潔能源

2.1 生物質(zhì)能源

生物質(zhì)能源是指綠色植物直接或間接地通過光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和貯藏在生物體內(nèi)的能量。生物質(zhì)來源廣泛、成本低廉、可再生，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和能源危機(jī)的日益關(guān)注，生物質(zhì)能源被認(rèn)為是一種可能的化石燃料替代品，如作物秸稈、林木、生活和工業(yè)有機(jī)廢棄物等［8］。根據(jù)生物質(zhì)能源的形態(tài)，可分為3類，即固體、液體和氣體生物質(zhì)能源。

2.1.1 固體生物質(zhì)能源 利用固體成型技術(shù)制成顆粒燃料或壓塊，加工后的固體生物質(zhì)能源密度熱值升高，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，可直接取代燃煤，或與煤混合燃燒，近些年在烤煙烘烤中應(yīng)用較多［38］。最初應(yīng)用于煙葉烘烤的生物質(zhì)是柴草。1492年，哥倫布在美洲新大陸發(fā)現(xiàn)煙草并傳播至全世界。在此之前，美洲新大陸的土著印第安人就已經(jīng)使用木柴進(jìn)行明火烤煙，也稱熏煙［23］。1831年，美國弗吉尼亞州的Davis C Tuck獲得了“用火管或火爐干燥煙葉的方法”的專利，但是火管烤煙在美國普遍推廣應(yīng)用始于1839年Stephen Slade發(fā)明的煙葉烘烤方法［23］。我國烤煙試種和生產(chǎn)始于1913年，起步相對(duì)較晚［19］。國內(nèi)在中華人民共和國成立前以柴草為主要能源進(jìn)行煙葉烘烤，近些年來，國內(nèi)外仍有將木柴直接作為能源進(jìn)行烤煙烘烤的［6,39］。

2005年安徽省煙草公司研究表明，“秸稈壓塊”生物質(zhì)替代煤炭烤煙的效率高、升溫快、控制靈敏、易調(diào)控，可以滿足烤煙工藝要求，且降低了烘 烤 成 本［10］。2006年，Tippayawong等［40］研 究 指出，目前泰國使用稻谷殼與玉米蕊作為烘烤燃料。2010年，孫建鋒等［41］將生物質(zhì)、原煤與固硫劑、粘合劑、助燃劑等壓制成生物質(zhì)型煤應(yīng)用于烤煙烘烤，其能耗明顯降低。2012年，馬延坡等［42］公開了一種生物質(zhì)成型燃料配方。2016年，郭全偉［43］研究指出，3種燃料中以生物質(zhì)粉末較好，用普通生物質(zhì)烤煙比用煤炭烤煙每千克干煙節(jié)約費(fèi)用0.574元，但是秸稈壓塊成本較高，原料的來源及數(shù)量難以保證，大面積推廣使用有一定的局限性。2019年，Wang等［44］使用固體燃燒與氣化一體的燃燒設(shè)備對(duì)生物質(zhì)燃料的直接燃燒進(jìn)行了改進(jìn)，大大提高了生物質(zhì)燃料的熱效率，污染物的排放也顯著減小。2019年，莫靜之［24］指出：混合生物質(zhì)顆粒燃料(70%煙稈+10%木屑+20%咖啡殼)較煤炭烘烤的煙葉物理和化學(xué)指標(biāo)較優(yōu)、烤后煙葉等級(jí)和經(jīng)濟(jì)效益較好、污染性氣體(CO、SO2)排放量較低。2020年，Song等［45］采用現(xiàn)代機(jī)電技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，研制了一種以生物質(zhì)成型能源為燃料的烤煙烘烤加熱裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度和濕度的精準(zhǔn)控制，降低了環(huán)境污染和烘烤燃料及用工成本。

2.1.2 液體生物質(zhì)能源 醇基燃料是以醇類物質(zhì)(如甲醇、乙醇、丁醇等)為主體配置的燃料，主要產(chǎn)物為二氧化碳和水，且煙氣中硫氧化物生成較少，是僅次于氫氣的清潔能源之一［6,12-13］。作物秸稈的纖維、半纖維、藻類通過微生物發(fā)酵，可轉(zhuǎn)化為乙醇生物質(zhì)燃料［46-47］。國內(nèi)對(duì)醇基燃料的研究開始于20世紀(jì)80年代，但最早作為烤煙烘烤能源的報(bào)道卻是在2013年［4,25］。2013年，段美珍等［25］認(rèn)為，甲醇密集烤房控溫精準(zhǔn)，能夠滿足煙葉烘烤，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，省工提質(zhì)明顯，且操作更方便、更快捷。2015年，徐成龍［12］、Zhan［48］等研究指出，醇基燃料烤煙烤房的性能和烤后煙葉的質(zhì)量均較好。2016年，高強(qiáng)［49］、郭大仰［50］等研究表明，醇基燃料烤煙提質(zhì)、增效、減排的效果明顯，但醇基燃料綜合成本約為褐煤的2.4倍。2018年王建安［6］研究指出，醇基燃料的供熱設(shè)備自動(dòng)化程度高，烤房溫度、濕度控制精度高，具有較高的系統(tǒng)熱效率，烤后煙葉的外觀質(zhì)量和感官質(zhì)量較好，用工成本低，但烘烤燃料成本比燃煤高1.22元/kg干煙。同年，李崢等［51］認(rèn)為，在燃煤烤房、生物質(zhì)烤房、醇基烤房和熱泵烤房中，醇基烤房對(duì)于煙葉產(chǎn)值變化的敏感性最強(qiáng)。2019年，陳妍潔等［13］指出，醇基燃料作為煙葉烘烤的一種新能源，可縮短烘烤時(shí)間，使煙葉干物質(zhì)損失減少，烤煙質(zhì)量得到很大幅度的提高，且對(duì)環(huán)境污染小。近些年來，美國和巴西的醇基燃料發(fā)展勢(shì)頭尤為迅猛，有不斷替代常規(guī)燃料的趨勢(shì)，但并沒有關(guān)于醇基燃料用于煙葉烘烤的報(bào)道［52］。目前，醇基能源烘烤設(shè)備一次性投資成本和燃料成本較高，是大面積推廣亟需解決的主要問題［12-13,25］。

生物柴油是指植物油(如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等)、動(dòng)物油(如魚油、豬油、牛油、羊油等)、廢棄油脂或微生物油脂與甲醇或乙醇經(jīng)酯轉(zhuǎn)化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯，是典型的“綠色能源”，具有環(huán)保、燃燒性能好、原料來源廣泛、可再生等特性。目前，歐盟是世界上最主要的生物柴油生產(chǎn)地，生產(chǎn)原料主要是菜籽油［52］。利用微藻可生產(chǎn)生物柴油，生產(chǎn)過程還可對(duì)化石燃料廢氣起固定作用［53-54］。生物質(zhì)木質(zhì)纖維素通過一系列的催化轉(zhuǎn)化作用，可獲得許多小分子含氧化合物，而含氧化合物的加氫轉(zhuǎn)化是合成各類液體燃料和精細(xì)化學(xué)品的關(guān)鍵技術(shù)之一［55］。目前，生物柴油是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題之一，利用儲(chǔ)量巨大、可再生的生物質(zhì)資源經(jīng)綠色精煉工藝生產(chǎn)高品質(zhì)生物柴油是一條重要途徑，而且生物柴油在煙葉烘烤中的應(yīng)用前景十分廣闊［56-58］。

2.1.3 氣體生物質(zhì)能源 生物質(zhì)氣化是一種很有前途的生物質(zhì)能源、生物燃料化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)［59］。氣體生物質(zhì)燃料主要有2種：一種是利用動(dòng)物糞便、工業(yè)有機(jī)廢水和城市生活垃圾等通過厭氧消化技術(shù)生成沼氣，目前已得到了廣泛的推廣應(yīng)用；另一種是將作物秸稈或林木高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w（如氫氣），汽化后能明顯提高生物質(zhì)燃料的熱效率［60-61］。生物質(zhì)作為一種清潔能源，荷蘭在20世紀(jì)70年代初、我國于80年代初研制出生物質(zhì)廢棄物氣化裝置［62］。1991年，葉經(jīng)緯等［5］研制出了生物質(zhì)氣化燃燒爐，將煙葉烘烤能源利用效率提高了50%。2002年，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)了一套BTC-1型生物質(zhì)氣化烤煙機(jī)，大大提高了煙葉烘烤效率［63］。2010年，張無敵等［26］指出，沼氣替代煤炭烤煙，烤房的溫度、濕度易于控制，有利于提高烘烤煙葉的質(zhì)量與等級(jí)，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排。生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其能量轉(zhuǎn)化最有效的方式之一，尤其是熱解和氣化將其轉(zhuǎn)化為高品位的氣體燃料，能有效改善生態(tài)環(huán)境和緩解能源危機(jī)［64-65］。

氣體生物質(zhì)能源的優(yōu)點(diǎn)：（1）屬于可再生能源，降低了成本，提高了烤煙烘烤質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；（2）生態(tài)效益顯著，生物質(zhì)燃燒可明顯減少SO2與NOx的排放［66］；（3）生物質(zhì)成型燃料的燃燒性好、耐燃燒、可控性強(qiáng)［67］；（4）能發(fā)揮密集烤房技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，保證烘烤工藝流程的順利實(shí)施，滿足優(yōu)質(zhì)煙烘烤需要。其不足之處：原料供應(yīng)不穩(wěn)定、設(shè)備成本高、技術(shù)創(chuàng)新不足、自動(dòng)化程度不高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、烘烤效果不佳等問題［11,25,42,44,68］。

我國是世界第一秸稈大國，生物質(zhì)約占全球一次能源需求的10%，但全國近50%的秸稈資源分布于全國百分之十幾的土地上［69-70］。因此，生物質(zhì)能源宜在適宜產(chǎn)區(qū)大力推廣應(yīng)用。

2.2 電能

電能烘烤設(shè)備主要有電熱泵和電熱式烤房（箱），其中以電熱泵烤房為主。電熱泵烤房是用熱泵將烤房外的熱能轉(zhuǎn)移至烤房內(nèi)的一種設(shè)備，原理是通過物理制冷，釋放熱量加熱空氣，使熱空氣在烤房內(nèi)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)烘烤的目的。根據(jù)低溫?zé)嵩床煌?，電熱泵烤房可分為空氣源、地源和水源熱泵烤房，其中空氣源電熱泵烤房在烤煙烘烤中?yīng)用較多［71］。熱泵技術(shù)于1930年在德國問世［72］，2003年宮長榮等［14］基于熱泵技術(shù)率先設(shè)計(jì)出熱泵型煙葉自控烘烤設(shè)備，顯著提高了熱能的利用率。2004年潘建斌等［15］研究認(rèn)為，電熱泵烤房減少了環(huán)境污染，自控性能較好，能耗明顯降低，煙葉質(zhì)量較普通烤房得到明顯提高。2010年，孫曉軍等［16］指出，電熱泵烤房烘烤能明顯降低烘烤成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而提高烤煙的經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)效益。2013年以來，河南省逐步加大熱泵烤房的推廣應(yīng)用。2014年，烤煙烘烤實(shí)現(xiàn)了熱泵除濕與余熱的循環(huán)利用［73］。2017年，李世軍［74］認(rèn)為，熱泵烤房烘烤過程實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制，內(nèi)除濕裝置有效避免了煙葉香氣損失，提高了煙葉的烘烤質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。2019年，趙新帥［75］研究認(rèn)為，閉式熱風(fēng)循環(huán)熱泵除濕型密集烤房在烘烤成本、能耗、烤后煙葉外觀質(zhì)量、煙葉主要化學(xué)成分、評(píng)吸結(jié)果、等級(jí)結(jié)構(gòu)等方面均優(yōu)于生物質(zhì)型密集烤房，并且動(dòng)態(tài)投資回收期僅為4.3年，經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。同年，劉克［76］指出，與燃煤密集烤房相比，空氣能熱泵烤房進(jìn)行烤煙烘烤可實(shí)現(xiàn)降本增收，電磁能熱源烤房烤后煙葉等級(jí)質(zhì)量更好、中下部煙葉化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)。

目前，電熱式烤煙烘烤設(shè)備在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用相對(duì)較少。1999年，聶榮邦［77］研究指出，微電熱烤房的熱效率高、操作方便，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提質(zhì)增效明顯。2012年，張宗錦［78］研究指出，新型電烤煙房的能耗低于傳統(tǒng)烤房，而烤煙品質(zhì)上無明顯差異。同年，遠(yuǎn)紅外碳纖維電加熱技術(shù)在貴州應(yīng)用于煙葉烘烤中的效果顯著［79］。2012年，田春燕［80］公開了一種太陽能輔助加熱的電烤房的專利。2020年，張得平等［81］公開了板房式電熱烤房的專利，既能用于常規(guī)煙葉生產(chǎn)時(shí)的烘烤，也能用于小規(guī)模煙葉的烘烤試驗(yàn)，且煙葉烘烤效果較好。

電能烘烤的優(yōu)點(diǎn)：電烤房降低了能耗用工成本，減少了環(huán)境污染，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精準(zhǔn)控制，減小勞動(dòng)強(qiáng)度，烤后煙葉工業(yè)可用性明顯提高［71,82-83］。其不足之處：電烤房(群)對(duì)電網(wǎng)保障的要求較高，前期建設(shè)或現(xiàn)有烤房投入和改造成本較高；烤房加熱設(shè)備不易移動(dòng)，且放置在地面存在安全隱患［13-15］。盡管存在這些不足之處，但隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的不斷重視，利用電能烤煙將是我國煙葉烘烤發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。

2.3 太陽能

太陽能是一種清潔、安全的能源，無需開采和運(yùn)輸，開發(fā)利用極為方便，被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)生活中，而且太陽每秒輻射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬t煤燃燒產(chǎn)生的能量［84］。目前，太陽能在烤煙烘烤上的利用主要有2種形式：一是光伏發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，利用電能進(jìn)行加熱；二是直接通過太陽能集熱裝置加熱空氣，將熱空氣引入烤房進(jìn)行煙葉烘烤，這也是目前太陽能的主要利用形式。15世紀(jì)，美洲印第安人最初利用太陽能將煙葉曬干。20世紀(jì)70年代嚴(yán)浩然發(fā)明了太陽能收集器［22］。1981年，楊樹申［85］設(shè)計(jì)了平板型太陽能集熱器加熱空氣進(jìn)行烘烤。同年，Danford［86］申報(bào)了太陽能集熱器和余熱回收輔助新型煙葉烘烤和干燥設(shè)備的專利。1991年，陳繼峰等［17］研制出TF式小型太陽能烤房，由烘烤房和集熱室組成，以太陽能為主要能源，燃煤為輔助能源。隨后的20年，太陽能在烤煙烘烤中的利用發(fā)展相對(duì)緩慢。

進(jìn)入21世紀(jì)，太陽能在烤煙烘烤應(yīng)用中獲得了快速發(fā)展。2009年，聶榮邦等［87］研制出了一種智能化集熱太陽能密集烤房，在與其他熱源協(xié)調(diào)好的狀態(tài)下能夠滿足煙葉烘烤工藝的要求，且節(jié)能減排、提質(zhì)增效顯著。2010年，王剛［88］、董賢春［89］等將電熱泵技術(shù)與太陽能相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)太陽能的利用率較高，且具有一定的節(jié)能減排效果。同年，謝德平等［90］研究指出，烤房干燥區(qū)頂部安裝太陽能采集板，烘烤1 kg干煙的耗煤量降低12.35%，烘烤費(fèi)用降低12.72%。2011年，太陽能輔助烤房研發(fā)與烘烤效果的報(bào)道較多，利用太陽能烘烤的烤后煙葉質(zhì)量好，節(jié)能減排效果顯著［91-96］。2012年，徐增漢［97］、張之礬［98］等分別指出，單體密集烤房太陽能集熱器或太陽能光伏發(fā)電輔助密集烤房的節(jié)能減排效果顯著，煙葉烘烤質(zhì)量有所提高。2013年，關(guān)于太陽能光伏發(fā)電及集熱器輔助烤煙烘烤效果的報(bào)道也較多［99-101］。2015年，黃寶瑞等［102］指出，不同類型密集烤房集溫室集熱效果表現(xiàn)為太陽能集熱+余熱回收烤房＞太陽能集熱烤房＞余熱回收烤房＞普通密集烤房。2016年，李絢陽［103］建立了太陽能輔助烘烤烤房的煙葉含水率變化模型。2017年，韋建玉等［104］建成了太陽能和化石能聯(lián)合供熱的密集烤房，提質(zhì)節(jié)能減排效果顯著。2018年，許躍奇等［105］認(rèn)為，在5種不同能源類型烤房中，太陽能輔助熱泵烤房的烘烤效果最佳。2019年，劉亮［106］通過對(duì)比分析指出，太陽能、排風(fēng)熱回收技術(shù)輔助熱泵技術(shù)供熱的新型烤房的節(jié)能效果明顯，運(yùn)行成本只有燃煤烤房的39.2%，每年減排污染物量近6萬t。2020年，Wang等［107］設(shè)計(jì)了一種太陽能熱水集熱裝置，太陽能日轉(zhuǎn)換效率在65%~67%之間，整個(gè)烘烤過程可節(jié)約用煤18.4%，碳排放絕對(duì)值降低10%以上。太陽能集熱輔助烘烤能夠降低烘烤成本、減少污染物排放、提高煙葉烘烤質(zhì)量，且對(duì)多種類型烤房均可以實(shí)現(xiàn)輔助加熱［108］（圖1）。

圖1 太陽能集熱輔助烤房系統(tǒng)的工作原理

目前，光伏發(fā)電在國內(nèi)外各領(lǐng)域都有一定規(guī)模的應(yīng)用，如太陽能汽車、太陽能電動(dòng)車、電動(dòng)自行車等；利用光伏發(fā)電設(shè)備將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，儲(chǔ)存于蓄電池中進(jìn)行供電［15］(圖2)。從目前情況來看，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與其他熱源供熱系統(tǒng)相結(jié)合，推廣混合能源密集烤房對(duì)我國現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)具有積極的促進(jìn)作用［9］。

圖2 光伏發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)的工作原理

太陽能烘烤的優(yōu)點(diǎn)：太陽能資源豐富，屬于清潔無污染能源；利用太陽能集熱和光伏發(fā)電裝置輔助烘烤能明顯降低燃煤消耗量，節(jié)約烘烤成本；利用太陽能集熱器還可以實(shí)現(xiàn)烤房的綜合利用，在非烤煙烘烤季節(jié)可干燥其他農(nóng)產(chǎn)品等［84,109-110］。其局限性：太陽能具有間歇性和難收集性，受天氣影響較大；光伏發(fā)電烤煙烘烤系統(tǒng)前期投入較大、成本較高、太陽能集熱裝置的集熱效率不高、蓄電池的電能轉(zhuǎn)換效率低，太陽能與其他供熱系統(tǒng)相結(jié)合才能滿足烘烤等［22,45,107］。

3 前景與展望

國內(nèi)生物質(zhì)如作物秸稈、木柴來源和儲(chǔ)量豐富，但是山區(qū)生物質(zhì)回收難、利用難的問題也十分突出。利用生物質(zhì)加工技術(shù)、微生物發(fā)酵技術(shù)等不僅可以實(shí)現(xiàn)烤煙能源替代和創(chuàng)新，而且能減緩全球性氣候變暖趨勢(shì)，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和維持綠色發(fā)展有著重要的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煙草種子和葉片等將成為液體生物燃料(如脂肪酸和三?；视?的重要來源之一。隨著生物質(zhì)能源加工技術(shù)的進(jìn)步和配套烘烤設(shè)備的不斷完善和改進(jìn)，生物質(zhì)能源宜在適應(yīng)產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用。醇基燃料對(duì)烤房溫度、濕度的控制精準(zhǔn)，但是生產(chǎn)成本高。因此，降低生物柴油生產(chǎn)成本是其在烤煙烘烤中廣泛應(yīng)用的前提條件。

電能烤房具有升溫快、熱效率高、自動(dòng)化程度高、綠色環(huán)保、節(jié)能省工的優(yōu)點(diǎn)。我國積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化，努力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)與碳中和愿景，大力開發(fā)風(fēng)力、太陽能等清潔電力能源。面對(duì)新形勢(shì)，在國內(nèi)電力設(shè)施配套齊全的地區(qū)推廣應(yīng)用電熱泵密集烤房是可行的。太陽能具有清潔、無污染、輻射功率大、取之不盡等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)和利用太陽能是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，是實(shí)現(xiàn)能源替代、保護(hù)生態(tài)和降低成本的重要途徑。近些年，太陽能已經(jīng)應(yīng)用到煙葉烘烤中，但應(yīng)用力度不大、存在烤房升溫困難等問題。隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)、光伏發(fā)電成本的不斷下降，以及太空太陽能電站的逐步建立，將太陽能傳輸?shù)降厍虿⑥D(zhuǎn)化為電能是一條經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益共同發(fā)展之路。未來，太空太陽能空間電站的建立，不僅能實(shí)現(xiàn)太陽能的不間斷利用、擺脫天氣的限制，還將大大降低對(duì)環(huán)境的污染。利用太陽能烤煙，不斷降低烤房烘烤設(shè)備成本是重中之重，研制高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的太陽能加熱密集烤房并推廣應(yīng)用已成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。

烤煙烘烤新型能源發(fā)展空間巨大、前景廣闊，但新能源在烤煙烘烤中的應(yīng)用體系還不夠完善。在高科技支持、烤房設(shè)備以及鄉(xiāng)村配套設(shè)施等方面，仍需要得到國家和行業(yè)的重視和大力支持。共同推進(jìn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化生產(chǎn)，保障充足科研經(jīng)費(fèi)，積極研發(fā)太陽能、電能(風(fēng)力、水力)、地?zé)崮?、海洋能、化工能、生物質(zhì)能等新能源和清潔能源，提高新能源烘烤的技術(shù)成熟性和智能化程度，健全完善市場競爭機(jī)制，主動(dòng)應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，減少污染物的排放，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化的綠色可持續(xù)發(fā)展。隨著電能、太陽能等清潔新能源在煙葉烘烤中的逐步推廣，將大大推進(jìn)節(jié)能環(huán)保進(jìn)程，從而推動(dòng)煙葉烘烤的可持續(xù)發(fā)展。