王 粟，劉 杰，黃 波，裴占江，史風梅，羅一飛

（1黑龍江省黑土保護利用研究院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種養(yǎng)結(jié)合重點實驗室/黑龍江省秸稈能源化重點實驗室，哈爾濱 150086；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國際交流服務中心，北京 100125）

0 引言

東北地區(qū)是中國重要的商品糧生產(chǎn)基地，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，作物秸稈資源總量也不斷增加，據(jù)測算，遼寧、吉林、黑龍江和內(nèi)蒙古四省區(qū)作物秸稈可收集量超過每年2億t，占全國的25%左右[1]，受秸稈資源化利用技術研發(fā)深度和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成熟度等因素的影響，大量農(nóng)作物秸稈仍未得到有效利用，秸稈的堆放、焚燒已逐漸成為大氣污染和農(nóng)村衛(wèi)生質(zhì)量變差的主要原因之一[2]。

近年來，秸稈燃料化利用作為除秸稈還田之外最主要的出口已得到普遍認可，市場開發(fā)潛力及產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間巨大[3-5]。東北地區(qū)更是充分結(jié)合北方冬季采暖能耗高、效率低、品位差等實際問題，將秸稈燃料化利用作為開展“農(nóng)村能源革命”的重要內(nèi)容來抓[6]，不僅符合東北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)域特點及產(chǎn)業(yè)結(jié)構，更對全面開展藍天、碧水、凈土保衛(wèi)戰(zhàn)，推進精準扶貧，實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略起到了積極重要的作用[7]。目前，歐美等國家生物質(zhì)燃料化技術設備研發(fā)較為成熟，已步入商業(yè)化階段，開發(fā)出了專用爐具，可用來替代煤、天然氣等作為民用燃料進行炊事、取暖，或用于區(qū)域供熱和發(fā)電，年生產(chǎn)約500萬t[8-9]，并擁有從原料收集到預處理，再到實際生產(chǎn)、配送與應用的一整條較為完備的產(chǎn)業(yè)鏈[10]。中國秸稈燃料化利用技術發(fā)展較快，王玉梅等[11]研究表明，中國農(nóng)作物秸稈資源燃料化利用率已達到12%，秸稈固化燃料年產(chǎn)量約700 萬t。然而，陳明江等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與常用燃料相比，秸稈由于體積密度小，依靠人工收集秸稈勞動強度大，作業(yè)效率低，農(nóng)民勞動意愿不高，導致秸稈收集、運輸和貯藏等成本增加，影響了秸稈燃料的經(jīng)濟效益；朱顥等[13]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈燃料利用嚴重依賴政府補貼，缺乏引導示范和產(chǎn)業(yè)的培育發(fā)展，秸稈燃料化利用建設多為小型秸稈成型燃料企業(yè)，由于市場運作能力較低，燃料產(chǎn)品功效不順暢，制約了行業(yè)的發(fā)展。因此，從國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況來看，制約中國秸稈燃料化利用發(fā)展的關鍵，不僅僅是技術裝備的問題，更重要的是在應用模式推廣中存在一定的盲目性和單一性，缺乏因地制宜、行之有效的秸稈燃料化利用模式及發(fā)展路徑[14-15]。

本研究通過對東北地區(qū)秸稈燃料化利用發(fā)展情況開展調(diào)研，歸納總結(jié)東北地區(qū)秸稈燃料化利用發(fā)展的主要模式，分析秸稈燃料化利用的優(yōu)勢特點及障礙因子，提出發(fā)展建議與對策，從而為東北地區(qū)秸稈燃料化利用發(fā)展提供理論支撐，助力秸稈燃料產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；⒁?guī)范化、集群化效應的形成。

1 東北地區(qū)發(fā)展秸稈燃料化利用的優(yōu)勢和特點

1.1 利于解決秸稈禁燒問題，節(jié)能減排效果明顯

秸稈生物質(zhì)具有可再生、可持續(xù)的特點，作為含碳可再生能源資源，被認為是理想的代煤燃料[16]。在北方寒區(qū)，每年供暖期從10月到第二年的4月，冬季供暖時間較長，需要大量能源，而秋收季從每年的9月中旬到10月中旬結(jié)束，秸稈資源收獲與供暖期恰好契合，因此，加快秸稈燃料化利用發(fā)展能夠有效解決秸稈露天焚燒問題，也是提高秸稈資源化利用率的有效途徑之一[17]。

秸稈燃料化產(chǎn)品具有點火方便、燃燒快、灰渣少、煙氣清潔等特點，熱效率可達80%以上，節(jié)能減排效果好[18]。根據(jù)國際能源機構研究結(jié)果和熱值換算，每燃燒2 t 農(nóng)作物秸稈的熱值相當于1 t 標煤[19]，按照1000 萬t秸稈燃料計算，相當于節(jié)約500萬t標煤，可減排二氧化碳1330 萬t，二氧化硫12 萬t，氮氧化物3.5 萬t[20]。此外，根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標準》[21-22]，以及排放實際檢測，由表1可知，采用生物質(zhì)爐具在燃燒生物質(zhì)燃料或散煤情況下，均能滿足環(huán)保要求，采用秸稈直燃鍋爐相比普通燃煤供熱標準，每供1 GJ熱二氧化碳減排約120 kg，二氧化硫、氮氧化物和PM2.5減排量約達71%、73%和77%，可有效緩解農(nóng)村區(qū)域大氣環(huán)境污染情況。

表1 不同爐具污染物排放檢測數(shù)據(jù)mg/m3

1.2 改善能源消費結(jié)構，緩解區(qū)域能源供需壓力

近年來，隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展與農(nóng)村居民生活水平的提高，東北地區(qū)人均農(nóng)村生活能源消費處于快速增長階段，年均漲幅水平在5%左右。受北方寒冷氣候的影響，東北地區(qū)農(nóng)村炊事采暖用能在農(nóng)村能源消費中占比達到60%以上[23-24]。由表2可知，盡管農(nóng)村能源消費呈現(xiàn)多樣化、商品化發(fā)展趨勢，但秸稈薪柴等非商品能源消費仍占主導地位，占農(nóng)村能源消費量的74.30%，且多為低值燃燒，熱利用率僅為20%左右。此外，從需求側(cè)看，東北農(nóng)村地區(qū)煤炭消費量也逐年增加，占農(nóng)村生活商品能源消費量的56.11%，而與此同時，東北各省區(qū)商品能源熱力消費量為5.63萬tce，僅占能源消費量的0.16%，總體熱力供應需求還存在較大的缺口。

表2 東北地區(qū)農(nóng)村生活能源消費量

隨著北方清潔采暖工程的實施，秸稈供能的傳統(tǒng)方式將逐漸減少，秸稈燃料化技術推廣將取代城鎮(zhèn)現(xiàn)有燃煤鍋爐。因此，將作物秸稈轉(zhuǎn)化為清潔能源用于居民生活利用，不但易于被農(nóng)民接受，更有利于促進區(qū)域能源消費結(jié)構的優(yōu)化，補齊農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展短板，保證區(qū)域能源供應體系安全[25]。目前，東北地區(qū)秸稈綜合利用率約為65%左右[26-27]，而秸稈燃料化利用如果能替代30%～50%的煤炭，就能夠保證區(qū)域能源未來需求的缺口，并實現(xiàn)除還田、堆肥、做飼料之外的秸稈資源的全利用。

1.3 降低農(nóng)村能源成本，技術市場孵化日趨成熟

目前，東北地區(qū)秸稈燃料化利用多以建立規(guī)模化秸稈固化成型燃料站為主，技術相對成熟，將粉碎秸稈壓縮為棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料，固化成型后秸稈體積壓縮1/18～1/15，熱效率增加50%～70%[28]，可提高其運輸及貯存能力，改善燃燒性能及應用范圍，生物質(zhì)爐具采暖運行成本基本與燃煤鍋爐持平[29-30]。以黑龍江省為例，全省對秸稈壓塊站建設和戶用生物質(zhì)爐具安裝給予一次性補助，下?lián)苌壯a助資金達5.83億元，已建成秸稈壓塊站915個，生產(chǎn)秸稈燃料80萬t，安裝戶用生物質(zhì)爐具5.42萬臺，秸稈收儲能力覆蓋2300個行政村，占全省1/4，約710萬t。

近年來，秸稈打捆直燃新技術發(fā)展較為迅速，秸稈直燃鍋爐結(jié)構相對簡單，設備運行相對穩(wěn)定，對運維人員能力素質(zhì)要求不高，容易在農(nóng)村地區(qū)推廣普及[31-32]。如表3所示，秸稈打捆直燃供暖運行成本相對更低，由于無需壓塊成型生產(chǎn)，在同等功率及運行時間的條件下，燃料費用僅為10.84萬元，明顯低于燃煤、秸稈壓塊及電取暖等供熱方式，供熱成本約15.00元/m2左右，與燃煤相比，供暖成本降低約35.00元左右。東北地區(qū)秸稈燃料化發(fā)展逐漸成熟，燃料制備及生物質(zhì)鍋爐等裝備已實現(xiàn)部分產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)，包括黑龍江海倫利民、哈爾濱天宇、遼寧眾緣，以及其他地區(qū)的承德本特、山東宇冠、江西藍色馬丁、浙江綠野等企業(yè)，產(chǎn)品工藝路徑、功能用途，設備型號等愈加豐富，節(jié)能環(huán)保性、安全性、選配適配性、自動化程度等不斷得到加強，為秸稈燃料化利用的穩(wěn)定發(fā)展提供了良好的基礎。同時，秸稈燃料化利用技術具有多樣性、商品性、靈活性等特點，易于分布式或集中式的開發(fā)利用，燃燒后的灰燼又可作為肥料還田，減少化肥投入，有利于產(chǎn)業(yè)鏈條的延長，提升行業(yè)競爭能力。

表3 不同種類鍋爐燃料消耗對比分析

2 秸稈燃料化利用模式及經(jīng)驗借鑒

2.1 “一村一廠”分戶式秸稈壓塊利用模式

該模式適用于廣大農(nóng)村地區(qū)分散居住形式的戶用采暖，也是東北地區(qū)推廣較早，比較普遍的利用模式，農(nóng)民僅需向壓塊加工廠支付代加工費用，則可以較低價格獲得燃料使用權。

2.1.1 案例1 黑龍江省蘭西縣永久村秸稈壓塊燃料站，年收儲秸稈原料6000 t，其中年產(chǎn)秸稈壓塊燃料1400 t，生產(chǎn)成本328 元，銷售價格400 元，供應全村350 戶居民取暖，年收入約10 萬元。為提升產(chǎn)品銷售數(shù)量和經(jīng)濟受益，該村積極探索將秸稈壓塊用于飼料、食用菌基料、養(yǎng)殖場墊料、炭基肥原料等，拓寬應用領域，燃料站每年還加工牲畜用牧草4000 t左右，銷售給大型養(yǎng)殖場，生產(chǎn)成本約380元，銷售價格450元，純效益達70元/t。

2.1.2 案例2 黑龍江海倫市西安村為農(nóng)戶安裝生物質(zhì)鍋爐260臺，并依托扶貧項目購買機械，組織秸稈打包合作社，農(nóng)戶采用“以物換物”方式，與專業(yè)合作社和企業(yè)簽訂秸稈收儲協(xié)議，加工生產(chǎn)后，農(nóng)戶通過購買、補差價、代加工置換、抵扣等形式完成服務交易，打包剩余秸稈被分銷到鄰近村鎮(zhèn)，每年戶均節(jié)支近600元，在提高秸稈收儲利用組織化程度的同時，也提升了農(nóng)民參與秸稈能源化利用的積極性。

2.2 生物質(zhì)鍋爐改造供熱

該模式主要結(jié)合村鎮(zhèn)政府辦公樓、學校、醫(yī)院等公共基礎設施小鍋爐改造，適用于對公共事業(yè)單位進行大面積的采暖供熱，節(jié)支效果顯著。

2.2.1 案例1 黑龍江蘭西縣奮斗鄉(xiāng)政府，取暖面積2000 m2，改造2 t 生物質(zhì)鍋爐，每年使用生物質(zhì)燃料130 t，每噸價格約600元，全年取暖費用7.8萬元，室內(nèi)溫度22℃，相比于電取暖，全年采暖費用節(jié)支近50%。

2.2.2 案例2 海倫市下屬各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共有37所學校更換改造生物質(zhì)鍋爐，總噸位達34 t，年供熱面積累計10.82萬m2，年使用生物質(zhì)燃料5765 t，由教育局統(tǒng)一配送，每噸燃料550～600元，年取暖費用合計345.95萬元，較過往燃煤取暖，年節(jié)支費用近100萬元。以海北小學為例，供熱面積4823 m2，往年用煤180 t，需資金13.5萬元，2017年更換1.5 t生物質(zhì)節(jié)能鍋爐1臺，使用生物質(zhì)燃料160 t，費用9.6萬元，成本節(jié)支約30%，達3.9萬元。

2.3 秸稈打捆直燃集中供熱模式

打捆直燃技術作為一種秸稈燃料化新工藝，自2016年始在東北地區(qū)迅速發(fā)展，由于不需要成型壓塊等加工生產(chǎn)過程，運行成本更加低廉，適用于城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大中型鍋爐的集中供熱，發(fā)展前景十分廣闊。

2.3.1 案例1 黑龍江省海倫市海北鎮(zhèn)集中供熱，采用20 t 打捆直燃鍋爐供熱，改造費用325 萬元，供暖面積23.5萬m2。由表4可知，原有燃煤鍋爐，年燃煤消耗量為8225 t，供暖成本合計達653.30萬元，每平方米供熱成本為27.8 元。改造后，年消耗生物質(zhì)秸稈2 萬t，燃料價格降至150 元/t，每年節(jié)約達235 萬元，供熱成本降至17.8元/m2，預計1.5個供暖季可回收改造成本。

表4 秸稈打捆直燃模式成本效益分析

2.3.2 案例2 吉林省農(nóng)安縣伏龍泉鎮(zhèn)佳偉家園供熱項目，供暖面積4.2萬m2，采用6 t打捆直燃鍋爐供暖，改造費用85萬元。由表4可知，原有燃煤鍋爐年燃煤消耗量為1350 t，供暖成本合計達118.44萬元。改造后，年消耗生物質(zhì)秸稈3000 t，燃料價格降至180元/t，每年節(jié)約可達42.84萬元，供熱成本由28.2元/m2降至18元/m2。

2.3.3 案例3 遼寧省鐵嶺市鐵嶺縣新臺子鎮(zhèn)集中供熱項目，供暖面積7.3萬m2，采用10 t打捆直燃鍋爐供熱，改造費用137萬元。由表4可知，原有燃煤鍋爐年燃煤消耗量為1700 t，供暖成本合計達157 萬元。改造后，年消耗生物質(zhì)秸稈4000 t，燃料價格降至180元/t，每年節(jié)約達47.5萬元，供熱成本15元/m2，相比傳統(tǒng)燃煤供熱，每平方米節(jié)約6.5 元，預計3 個供暖季可回收改造成本。

3 秸稈燃料化利用發(fā)展建議與對策

3.1 強化組織領導，堅持“以禁促用”

各級政府應進一步加強秸稈禁燒工作，壓實責任，通過嚴厲的懲戒手段和嚴格的監(jiān)管制度，配合秸稈綜合利用工作，實現(xiàn)以禁促用。首先，建議各級政府把秸稈綜合利用和秸稈禁燒納入政府目標管理績效考核范疇，獎優(yōu)罰劣，堅決取締秸稈焚燒現(xiàn)象，明確責任主體，建立健全行政首長負責制、目標管理責任制、責任追究制和工作協(xié)調(diào)機制；此外，從控制大氣污染角度出發(fā)，將禁煤區(qū)域向村鎮(zhèn)延伸，從源頭上減少煤炭等化石燃料的消費，從而促進秸稈能源化技術推廣，助力農(nóng)村生態(tài)環(huán)境整治任務。

3.2 堅持政府引導，完善政策制度體系建設

目前秸稈燃料供暖市場仍不成熟，一次性設備投資較大，需要政府的扶持和資金投入，且在政策方面，多注重壓塊企業(yè)和爐具等建設端的補貼，出口較窄，政策效能發(fā)揮不充分，制度體系有待進一步完善。首先，明確發(fā)展方向和任務，完善相關補貼政策、財稅支持和監(jiān)督制度，落實國家現(xiàn)有稅務、用電、信貸等優(yōu)惠政策，著重加強在秸稈消費應用與生態(tài)節(jié)能低碳等方面的補貼政策傾向，重點發(fā)展政府補助引導，合作社供應秸稈，專業(yè)化供暖企業(yè)投資并運營的企業(yè)化運作模式，探索政府購買服務、政府和社會資本合作等方式；其次，針對秸稈資源收儲運方面，鼓勵鄉(xiāng)鎮(zhèn)和秸稈利用企業(yè)建設收儲中心，支持專業(yè)合作組織、農(nóng)民經(jīng)紀人和企業(yè)建立收儲站點，扶持建設完備的網(wǎng)絡體系；最后，重點關注對秸稈打捆直燃等新技術、新裝備方面的支持與補貼，例如，以替代燃煤為主要方式，先采用試點、示范性引導，最后政策性引導，市場化運行，企業(yè)自主運營。據(jù)估算，按照鍋爐改造成本1/3進行補貼（即補貼5 萬元/t），政府投入10 億元資金，帶動社會資本20 億元，可建成2 萬t 秸稈直燃鍋爐，供熱1.5 億m2，提升東北秸稈處理能力1000 萬t 以上，從而有效緩解東北四省區(qū)的秸稈綜合處理壓力。

3.3 堅持因地制宜綜合利用，創(chuàng)新發(fā)展模式與理念

東北地區(qū)秸稈資源分布、能源稟賦、能源供需基礎等條件存在明顯的區(qū)域性差異。因此，秸稈燃料化的開發(fā)利用應避免統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設，通過合理規(guī)劃、科學設計，融合多方利益共同體，創(chuàng)新發(fā)展理念，推進秸稈利用方式的優(yōu)化升級。首先，充分考慮燃料化供給應用，以及秸稈收儲運等環(huán)節(jié)，規(guī)劃形成合理的服務半徑，結(jié)合淘汰燃煤小鍋爐和散煤治理工作，推廣秸稈直燃鍋爐供暖和秸稈成型燃料技術?？h城和工業(yè)小區(qū)淘汰燃煤小鍋爐應首先考慮改用秸稈直燃鍋爐，其次為秸稈成型燃料鍋爐。結(jié)合推廣北方農(nóng)村戶用清潔模式，引導農(nóng)民在炊事采暖中使用成型燃料；此外，積極將開展秸稈燃料化建設與農(nóng)村“廁所革命”、畜禽糞污資源化利用、農(nóng)村能源供給側(cè)改革等工作緊密結(jié)合在一起，統(tǒng)籌規(guī)劃，深化精準扶貧，助推鄉(xiāng)村振興發(fā)展。

3.4 健全市場化機制，助力秸稈燃料化利用長效穩(wěn)定發(fā)展

目前的秸稈燃料市場，受低成本散煤價格沖擊，以及秸稈收儲運等成本的不穩(wěn)定性影響，導致秸稈燃料價格往往高于其使用價值，產(chǎn)品銷售缺少出口，行業(yè)發(fā)展內(nèi)生動力不足，市場化機制與標準體系有待進一步完善。首先，由政府牽頭，引導成立行業(yè)協(xié)會，建立秸稈燃料化企業(yè)數(shù)據(jù)庫，嚴格市場監(jiān)管，組織企業(yè)與用能大戶直接對接，實現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)聯(lián)銷，減少中間環(huán)節(jié)，并依托重點企業(yè)相關項目，拓展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式；其次，完善秸稈直燃供暖技術規(guī)范、建設和驗收規(guī)范、裝備與產(chǎn)品標準、排放標準等相關體系的制定，從源頭保障和促進行業(yè)規(guī)范發(fā)展；最后，完善產(chǎn)業(yè)和服務體系，穩(wěn)定秸稈燃料服務交易，注重引導企業(yè)加強項目運行管理，創(chuàng)新健全技術產(chǎn)品的服務模式，同時推動政府機關事業(yè)單位采取生物質(zhì)供暖，采用燃料購買、能源抵扣置換、補差價等形式，把財政供養(yǎng)單位供熱市場交給生物質(zhì)供熱，擴寬秸稈燃料化銷售渠道，調(diào)動能源供應企業(yè)的積極性。

3.5 注重技術創(chuàng)新支撐，加強宣傳與意識提升

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械化和農(nóng)民生活水平的提高，秸稈的使用價值和商品屬性已顯著降低，由于在燃料化技術裝備研發(fā)示范，居民受教育程度與環(huán)保意識等方面的欠缺，傳統(tǒng)用能方式與舊思想仍根深蒂固，導致秸稈燃料化技術推廣受到一定阻礙。首先，在關鍵技術研發(fā)上，單靠企業(yè)自身的研發(fā)實力還不足以支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建議政府通過設立重大研發(fā)資金立項引導，加快產(chǎn)學研結(jié)合，對秸稈直燃供熱技術關鍵技術裝備問題進行聯(lián)合攻關，以滿足未來市場發(fā)展需要。此外，要充分發(fā)揮新聞媒體輿論引導和監(jiān)督作用，利用多途徑宣傳媒介，大力宣傳秸稈燃料化技術，營造濃厚氛圍，針對農(nóng)戶、相關專業(yè)服務和管理人員，進行培訓和宣傳，推廣綜合利用模式和技術裝備，提升農(nóng)戶環(huán)境保護意識，增強居民參與積極性，促進秸稈綜合利用技術普及。