农业生物质能温室气体减排潜力

中国拥有丰富的农作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物资源。农业生物质能技术是促进农业废弃物资源有效利用的重要途径，既能够解决农业废弃物的环境污染问题、减少因焚烧或无序堆放排放温室气体，又能够替代化石能源减排CO2、提升土壤固碳能力，未来在"双碳"背景下发展潜力很大。该研究基于LCA全生命周期评价方法，研究8种不同生物质能技术的温室气体排放因子，核算农业生物质能转化与利用过程消耗能源的排放、抵扣化石能源减排、副产物土壤碳汇3个方面，并基于秸秆和畜禽粪污两大类农业废弃物资源禀赋及能源化利用潜力，预测3种不同情景下，农业生物质能替代化石能源的潜力，以及减排温室气体的贡献。结果表明，从减排因子看，热解炭气联产和规模化沼气/生物天然气技术的温室气体减排贡献最大。其次为成型燃料、捆烧供暖、生物质发电、炭化和燃料乙醇等技术，而户用沼气的减排贡献相对较小，8种不同生物质能技术的温室气体排放因子分别为-3.47、-3.20、-2.57、-2.63、-2.58、-2.48、-2.42 t/t（单位为标准CO2当量/标准煤当量）；基于现有政策及规划情景、技术水平提升情景、能源需求结构变化情景等3种不同情景下，评价农业生物质能对温室气体减排贡献潜力。结果显示，2030年农业生物质能替代化石能源潜力为6 490×104～7 664×104 t，温室气体减排贡献为1.97×108～2.34×108 t；2060年替代化石能源潜力为9 073×104～10 763×104 t，温室气体减排贡献为2.79×108～3.36×108 t。该研究为实现农业农村领域碳达峰碳中和目标提供数据支撑。     

连续式秸秆捆烧锅炉设计与供暖工程减排潜力分析

针对连续式捆烧设备在连续进料过程中,秸秆捆连续稳定燃烧性能差、挥发分气体燃烧不充分、秸秆捆难燃尽,而导致热效率低、排放高的问题,该研究基于分级燃烧原理与秸秆捆燃烧特性,在设计计算过程中,对燃烧、换热、配风系统等较为重要设计参数给出了合理的参考值,并通过烟气预热干燥秸秆捆、增加挥发分二次燃尽的三级风、往复炉排增加捆间间隙等方式提高秸秆捆的燃烧性能。设备试制后,利用玉米秸秆捆为燃料开展了热工与排放性能试验。试验结果表明,连续式秸秆捆烧锅炉的平均热效率为80.37%,颗粒物、NOx、SO2平均排放质量浓度分别为48、197、7 mg/m3,环保与能效指标均符合设计要求与国家标准。并对建立的采暖示范工程进行排放、污染物等测算,结果表明采用秸秆捆烧供暖单位面积可减少标煤使用量23.1 kg/m2,CO2当量排放量58 kg/m2。该研究能为秸秆能源化利用与北方清洁区域供暖提供技术支撑,助力农业农村领域碳达峰、碳中和的目标实现。     

秸秆捆烧技术及其排放特性研究进展

秸秆捆烧技术是实现农业秸秆能源化清洁利用的有效途径之一,但实际运行中仍然存在燃烧不充分、NO_X和颗粒物生成机理不清晰、烟气污染物排放较高等问题。该文综述了秸秆捆烧技术最新研究进展,简述了秸秆捆燃烧反应原理和秸秆捆燃烧特性,重点分析了秸秆捆烧过程中颗粒物、NO_X和CO等污染物产生及减排方法,系统总结了国内外秸秆捆烧技术类型、原理及特点等研究进展。通过全球文献检索,分析了秸秆捆烧技术研究热点、主要研究机构以及发展趋势,并评价了秸秆捆烧供暖运行成本。建议深入开展秸秆捆烧燃烧与污染物排放特性研究,开展秸秆捆烧锅炉结构及配风工艺优化,从源头减少烟气污染物生成,为实现秸秆清洁能源化利用提供参考。     

秸秆类生物质气炭联产全生命周期评价

为探究秸秆类生物质热解转化生物炭及热解气过程的能源转化过程的效率、经济性及温室气体排放,该文依据全生命周期评价分析原理,建立秸秆类生物质气炭联产全生命周期3E(economic,energy and environment)模型,对以玉米秸秆为原料的生物质气炭联产过程进行全生命周期分析,评价范围从作物种植到生物气炭产物的利用,系统分为玉米作物种植阶段、秸秆从田间到转化工厂的收储运阶段、生物质气炭转化阶段、生物质气炭应用阶段等4个阶段,并对比分析了横流移动床生物质气炭联产和竖流移动床生物质气炭联产2种工艺技术优劣。结果表明,横流移动床生物质气炭联产的净能量6 542.2 MJ/t,能量产出投入比为4.5,其中,居能源消费的前三位的是种植氮肥、种植农机油耗、热解电耗,分别占总能耗的30.8%、20.4%、17.2%;气炭联产转化的总成本319.4元/t,其中热解气炭转化阶段成本最高,约占总成本34.0%,产品收入567.6元/t,纯利润248.2元/t;能源消耗过程的温室气体CO_2当量排放量18.05 g/MJ,经生物炭还田固碳,CO_2当量减排量约为40 g/MJ。竖流移动床生物质气炭联产技术能源效益较横流略低,但经济效益较高,2种生物质热解气炭联产技术各具优势,可根据产品应用特点选择最适宜的转化工艺方案。2种气炭联产技术具有一定的经济效益,而且均有较大的节能、减少温室气体排放的效益,具有一定的推广应用价值。     

中国大中型沼气工程温室气体减排效益分析

大中型沼气工程是中国可再生能源建设的重点项目,可提供清洁能源、减轻农村环境污染,具有良好的环境效益,同时也可减少CO2、CH4等温室气体排放,缓解全球变暖趋势.该文根据国际通用的减排量计算方法,对1996～2005年间中国大中型沼气工程所带来的主要温室气体减排量和减排效益进行了计算分析.结果表明:2005年,中国大中型沼气工程减少CO2排放0.54×106～1.51×106t,减少CH4排放1.53×105t(CO2当量),以国际市场价格计,中国大中型沼气工程减少CO2和CH4排放可实现1.16×108～2.69×108元(RMB)的经济效益.根据<可再生能源中长期发展规划>预测,2010和2020年中国大中型沼气工程的CO2减排量可分别达到0.56×107～1.71×107 t和1.95×107～5.99×108 t,CH4减排量分别达到1.79×106 t和6.28×106 t,减少主要温室气体(CO2,CH4)排放的经济效益可分别达1.17×109～3.00×109元和0.41×1010～1.05×1010元.中国大中型沼气工程建设可有效减少CO2和CH4等温室气体的排放,基于清洁发展机制具有显著的经济效益.     

基于价值工程原理的乡村秸秆清洁供暖技术经济评价

秸秆供暖可促进秸秆综合利用,推进中国北方乡村清洁供暖。在深入调研和归纳总结现阶段秸秆清洁供暖技术现状的基础上,提出了具有较好应用前景的乡村秸秆清洁供暖典型模式,建立了其功能评价指标体系,并采用价值工程原理和层次分析法,对7种典型模式的技术经济性进行了评价。研究结果表明,在不考虑资源禀赋、交通运输、自然地理、经济社会发展水平等外部条件的情况下,热电联产供暖、热解联产分户供暖、捆烧锅炉集中供暖、热解联产集中供暖、成型燃料分户供暖、捆烧锅炉分户供暖和成型燃料集中供暖对应的价值系数依次为1.062、1.050、1.005、0.990、0.973、0.965、0.956。该研究可为指导秸秆乡村清洁供暖技术研发和应用推广提供重要借鉴。     

大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排估算

发展秸秆沼气工程可有效地减少农业温室气体排放,科学核算温室气体减排量为管理和监督温室气体排放状况提供数据支撑。该文以河北省沧州市耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程为研究对象,参考和借鉴了自愿减排项目方法学、CDM方法学,构建了大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排计量方法,包括项目边界、基准线排放量、项目排放量、泄漏量、减排量5个方面,计算了2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排量。研究结果表明:项目基准排放量包括秸秆处理产生的温室气体排放、未建秸秆沼气工程情况下农村居民生活用能及农田施用化肥生产耗能产生的温室气体排放。项目排放量包括秸秆与沼肥运输过程耗能排放、工程运行过程耗能排放及沼气处理温室气体排放,项目泄漏量即沼气生产、储存、管网供气和利用过程中产生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程基准线CO2排放量为5 776.15 t,项目排放量为57.53 t,泄漏量为136.59 t,减排量为5 582.03 t,约相当于2 100 t标准煤CO2排放量,每消耗1 t(干质量)秸秆可净减排3.56 t,每利用1 m3沼气可净减排11.50 kg。同时,在工程设计、管道设计、工程管理、工艺技术改良升级等方面提出了提升大型秸秆沼气工程温室气体减排能力的策略。     

秸秆生物反应堆对温室葡萄根围土壤微环境及生长的影响

为了探究秸秆生物反应堆对寒冷地区温室葡萄根系周围土壤微环境及生长的影响，在温室内开展了葡萄秸秆生物反应堆栽培试验，共设计了4个处理（秸秆2.4×104 kg/hm2+发酵菌种配比2‰、秸秆3.6×104 kg/hm2+发酵菌种配比2‰、秸秆2.4×104 kg/hm2+发酵菌种配比3‰、秸秆3.6×104 kg/hm2+发酵菌种配比3‰），并以常规栽培作为对照。结果表明：1）在葡萄行间设置秸秆生物反应堆的当年，地温得到了明显提升，且生物反应堆中发酵菌种配比越高，则秸秆在前期发酵越快，地温变幅越大，但秸秆生物反应堆处理对下一年地温的影响微小；2）葡萄行间秸秆生物反应堆处理可以有效提高土壤中细菌和真菌数量，且反应堆中秸秆用量较高的处理（3.6×104 kg/hm2）对应的土壤细菌数量与秸秆用量较低的处理（2.4×104 kg/hm2）之间的差异达到显著水平（P<0.05），但秸秆生物反应堆处理对土壤放线菌的影响相对较小；3)在秸秆生物反应堆处理的当年，土壤脲酶活性大幅升高，增幅在38.5%～68.4%，但在下一年其活性相对稳定，而土壤蔗糖酶的活性却表现出持续升高的趋势，且在反应堆中秸秆用量相同的条件下，生物发酵菌种配比为2‰和3‰处理之间的差异并不显著（P>0.05）；4)在葡萄行间设置秸秆生物反应堆，可以有效提高葡萄根系活力和产量，在处理的当年，葡萄产量增幅为11.5%～17.2%，且还能促进下一年增产，增幅为9.6%～15.7%。综上，在葡萄行间设置秸秆生物反应堆处理后，根系周围土壤微环境得到明显改善，对葡萄生长产生了积极的效应，且生物反应堆中秸秆用量为3.6×104 kg/hm2、发酵菌种配比为2‰时处理效果较佳。该研究结果对寒冷地区温室葡萄生产具有一定的指导意义和参考依据。     

中国农作物秸秆综合利用潜力研究

针对秸秆分区布局规划不完善,导致地区性、季节性、结构性秸秆过剩,资源浪费与环境污染问题突出,研究秸秆综合利用规划理论,提出"一主多元、农用优先"秸秆综合利用途径。中国秸秆综合利用潜力总量8.76亿t,比2015年增加利用量1.56亿t,其中秸秆肥料化、饲料化和能源化利用量分别增加8 722.4万t、5 122.3万t和1 720.1万t。通过肥料和饲料化利用,可直接和间接替代化肥潜力氮肥(N)1 481.6万t、磷肥(P2O5)419万t、钾肥(K2O)1 885.1万t,节本增效节约化肥成本约685.9亿元(折合98.5元/t秸秆);通过能源化利用,可替代煤炭等化石能源5982.4万t(标准煤),可减排二氧化碳1.5亿t、二氧化硫448.7万t、氮氧化物224.3万t,烟尘4068万t,经碳排放交易经济效益可达20.25亿元(折合16.9元/t秸秆),环境和经济效益显著。     

秸秆热解炭化多联产技术应用模式及效益分析

通过秸秆热解多联产技术,能够将废弃的秸秆转化为燃气和生物炭等,既能提供清洁能源,改善用能结构,又能有效还田和固碳,具有较好的推广应用潜力。分析内加热式移动床生物质炭气联产技术、外加热式移动床生物质热解炭气联产技术、外加热式移动床生物质热解炭气油联产技术的工艺参数,提出了适宜自然村、村镇社区和规模化应用等3种不同规模用户的秸秆热解炭化生产技术应用模式,并以不同规模秸秆利用量为例,得到消耗每吨秸秆的纯利润分别为87、135和141元/t,销售利润率20%左右,温室气体碳排放交易可增加8%左右的纯收益,经济与环境效益良好。     

日光温室地源热泵供暖碳足迹的生命周期分析

为分析日光温室地源热泵供暖的碳足迹,该文以日光温室地源热泵供暖系统中浅层地热能的存储、提取、制冷压缩提升和温室末端供暖整个过程为研究对象,对系统的温室气体排放和单位温室供暖面积的排放水平进行分析,构建基于生命周期分析LCA(life cycle assessment)的日光温室地源热泵供暖碳足迹分析方法。同时以北京地区日光温室地源热泵系统冬季供暖采集的试验数据为依据,分析和计算出北京地区日光温室在采用燃煤和燃气2种不同发电方式下地源热泵系统的供暖碳足迹和基于20 a和100 a温室地源热泵供暖碳足迹的全球变化潜能(global warming potential,GWP,单位为二氧化碳当量排放-CO2-eq.)的变化。研究表明,在北京地区采用燃煤和燃气驱动地源热泵系统的碳足迹GWP分别为257和72 g/(m2·d)。基于100 a的GWP总量比20 a的计算值分别减少了1.6%和5.4%。对比荷兰Venlo型温室天然气供暖,该研究中采用燃煤发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹是其1.39倍,而燃气发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹仅为Venlo型温室供暖的41%。采用燃气发电驱动的地源热泵供暖系统具有更低的碳足迹。     

生物质热解多联产在北方农村清洁供暖中的适用性评价

推进北方地区冬季清洁取暖,关系北方地区广大群众温暖过冬,关系雾霾天能不能减少。该文在总结中国北方农村地区采暖现状的基础上,阐释了清洁采暖的现实问题和基本需求。归纳梳理了生物质热解多联产的技术特征和主要多联产模式。在此基础上,提出了以生物质热解多联产技术为核心,适合中国北方农村地区清洁供暖的技术路径与应用模式,对各模式技术可行性、经济可行性和环境影响等进行了分析。研究结果表明,现有经济技术条件下,生物质热解多联产适用于北方地区农村清洁供暖,尤其适合优先示范推广以自然村或新型农村社区为单位的小型集中或分散供暖,200户左右的自然村供暖项目初投资一般不超过300万元,投资回收期为4~5 a。该研究为破解北方地区农村清洁取暖问题提供了新思路、新途径。     

农村生物质气化燃气分散供暖经济和环境效益分析

为了充分利用农业废弃物资源,改善北方农村冬季供暖条件,该文对生物质气化燃气分散式供暖技术进行了经济和环境效益分析,探讨其在农村供暖中的可行性。生物质气化分散式供暖具有节约能源、减少大气污染、温度调节方便等优点。通过借鉴天然气分散式供暖的研究成果和对生物质气分散式供暖进行分析,结果表明采取分段式控温、分房间控温和建筑物节能改造等手段可将供暖费用降到合理水平,基本与城市供暖费用相同。通过该文分析可知生物质气化燃气分散式供暖可以作为农村供暖的一种新模式。     

热管联合多级串联热泵玉米干燥系统性能试验

中国东北地区现有的粮食干燥系统多为大型多段塔式燃煤干燥系统,在粮食干燥过程中,热空气与粮食经过一次换热后,生成的高温高湿废气直接排入了大气,不仅造成了能量的巨大浪费,而且严重污染了环境。该文针对东北地区寒冷气候特点及多段塔式燃煤玉米干燥系统存在的高能耗、高污染问题,开发了一种热管联合多级串联热泵玉米干燥系统,该系统能够实现对多段塔式燃煤玉米干燥中废气的余热回收和废气中杂质的清洁处理,从而达到节能减排的效果。在该系统的基础上研制了50、150和300 t/d的系列化玉米热泵干燥装备,进行了3种规模的产业化示范,并对300 t/d的玉米热泵干燥系统进行了性能试验。结果表明,系统每小时的耗电量为538 kW·h,除湿速率为2016 kg/h,热泵机组的制热系数COP(coefficient of performance,COP)在3.7~6.7之间,除湿能耗比SMER(specific moisture extraction rate,SMER)为3.75 kg/(kW·h)。对多段塔式玉米热泵干燥和玉米燃煤干燥经济性进行比较研究,结果表明:得到1 kg干玉米的热泵干燥成本为0.038元,而燃煤干燥的成本为0.049元,单位玉米的热泵干燥成本比燃煤干燥成本降低22.4%。与玉米燃煤干燥相比,玉米热泵干燥能大量降低污染物的排放,节能减排效果明显,可为热泵干燥技术在粮食烘干领域应用提供有价值的参考。     

生物质气化燃气和沼气分散供热经济与环境效益分析

随着中国新农村建设的推进和供热事业的迅速发展,高效清洁供热在中国农村引起关注。该文以天津市小塔沽村为供暖对象,对其进行热负荷估算,并采用方案比较法,针对农村2种新能源燃气(生物质气化燃气和户用沼气)分散供热的经济效益(投资、运行费用、投资回收期)和温室气体减排进行对比分析。研究结果发现户用沼气分散供热初投资高于生物质气化燃气分散供热,前者为后者的1.86倍;户用沼气运行费用也略高于生物质气化燃气,但生物质气化燃气分散供热后期管理要优于户用沼气分散供热,另外,户用沼气存在副产物经济效益,每年可高达29.9万元。2种供热方式温室气体减排效益接近,CO2的减排量都为561.18 t/a,CH4减排量约为1 300~2 200 kg/a。整体而言,生物质气化燃气分散供热优于户用沼气分散供热经济性。特别针对农村的管理水平落后,生物质气化燃气分散供热的优点更加突出。所以类似天津郊区这样的农村地区,供暖期需要大量燃气的农村宜采用生物质气化燃气分散供热方式。该文可从经济、环境角度为农村类似情况燃料及供热方式选择提供参考。