高海拔地區農村能源發展利用探討

張得平　鄂輝邦　劉應生

摘要 高海拔地區農村能源的供應問題關系到當地糧食生產和國民經濟的發展。本文對高海拔地區農村能源進行了概述，并從秸稈氣化技術和沼氣工程2個方面闡述了高海拔地區農村能源的利用現狀和發展趨勢。

關鍵詞 農村能源；開發利用；秸稈氣化技術；沼氣工程；高海拔地區

中圖分類號 S210.7 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）16-0163-01

農村能源涵蓋農村地區的能源儲備與消耗，涉及農村生產生活等多個范疇。農村能源的研發對象是農村地區開發利用的能源，在高海拔地區有農作物秸稈、人畜糞便、煤等，大多為可再生資源和可再生能源。農村能源涵蓋國家層面供應農村的燃料油、電力和煤炭。因此，農村能源的發展方向主要是合理、科學地開發和發展農村地區各種能源、能量資源，包括在能源轉換、輸入、分配、最終消費等方面的科學管理以及相應的先進技術，以使農村能源實現最高效益，減少供需問題，保護生態，促使農村長期穩定發展[1-2]。

目前，農村能源消耗包括生活和生產2個方面，生產消耗涵蓋田間、運輸、產品加工3個整體項，其主要消耗的是以商品形式所產生的柴油、煤電等。

高海拔地區在能源規劃、分配中由于條件的原因常忽視農村能源。在計劃經濟時代，農村的生活用能依靠生物質能解決。如今，能源事業是一項必定事業，需要在思想上遵循科學規律，從而快速、穩固、科學地發展。隨著市場化經濟的發展，能源發展必須走科學化、產業化的道路，建立起生產、推廣、科研的產業化體系。

高海拔地區農村能源利用有秸稈氣化技術、沼氣工程2 種途徑，可以實現農村廢棄物的循環利用，有利于農業結構調整、農民生產生活改善。

1 高海拔地區農村能源的利用

1.1 秸稈氣化技術

農村廢棄資源利用中，秸稈氣化是非常重要的技術之一[3]。秸稈氣等同于液化氣、沼氣等無污染、清潔的新能源。

1.1.1 氣化原理。固體、液體轉化為氣體燃料稱之為氣化。秸稈類燃燒時，氧氣充分燃燒，可燃成分包括甲烷、氫氣、一氧化碳，這也是秸稈氣的主要成分。

1.1.2 氣化過程。秸稈的氣化是以五代氣化爐作為參考，科學分析秸稈的氣化過程。秸稈氣化時，在五代氣化爐上部加入氣化劑，從下部吹入，氣化爐中層架燃燒反應的秸稈從上往下分成干燥區、熱分解區、還原區和氧化區。秸稈氣化過程溫度下降，保持在650～850 ℃，還原區的主要物料為氫氣、一氧化碳和二氧化碳，在氧化區生成的熱氣體進入上部的裂解區，沒有反應的炭灰則落入氧化區。

（1）裂解反應。氧化區、還原區生成的熱氣體通過裂解層加熱秸稈，秸稈加熱后產生裂解反應。在秸稈裂解過程中，溫度下降至350～550 ℃，產生部分烴類物質。裂解區主要物料有以下8類，即氫氣、炭、一氧化碳、水蒸氣、甲烷、二氧化碳、焦油、少許烴類物質等，其中熱氣體上升到干燥區，炭灰進入還原區。

（2）秸稈的干燥。從氣化爐上部加入秸稈到干燥區，秸稈生成的熱氣體物料進行換熱，促使水分蒸發，溫度為90～280 ℃。干燥層留存物為水蒸氣、干物料。水蒸氣排出氣化爐，干物料進入裂解區。氣化是燃料的干燥裂解過程。

1.1.3 氣化裝置——秸稈氣化爐。新型環保爐具為秸稈氣化爐，替代了煤氣、液化氣、天然氣等，特點為操控簡單、設計科學、燃料廣泛、經久耐用、安全可靠、晝夜不滅、干凈衛生、結構簡單、成本低廉、技術可靠。燃料資源包括雜草、麥秸及一切可燃物。氣化爐工作期間，隨開隨用、火力猛、氣量大，火焰為淺藍色。與液化氣相比，其火苗超過2倍，加滿燃料可持續燃燒12 h。

1.2 沼氣工程

沼氣為各種有機物質在隔絕空氣（還原條件）條件下，經過微生物發酵產生的一種可燃性氣體。沼氣的主要成分為甲烷，其中，甲烷、氮氣、二氧化碳、氧氣、氫氣、硫化氫占比分別為50%～80%、0～5%、20%～40%、<0.4%、<1%、0.1%～3%。沼氣略有臭味，是含硫化氫的緣故，這種特性與天然氣相近。

甲烷是理想的燃料氣體，無色無味，適合與空氣混合后燃燒。與其他燃氣相比，沼氣抗爆性較強。沼氣除可用于炊事、供暖外，還可作為化工原料制備福爾馬林、甲醇、四氯化碳等。沼液和沼渣含有豐富的有機物質，可用作肥料和飼料，還可直接噴灑以提高農作物的產量和品質[4]。

1.2.1 沼氣傳統利用和綜合利用技術。高海拔地區的沼氣利用最初為農村戶用沼氣池項目。近年來，高海拔地區政府積極推廣農村沼氣事業，戶用沼氣在高海拔地區農村廣泛使用，從最初的炊事發展到了取暖照明相關階段。沼氣發酵技術多層次、合理利用，逐步成為高海拔地區農村地區利用沼氣促進可持續發展的有效方法。以北方“四位一體”、南方“豬—果”模式為紐帶，逐步因地制宜建立“養殖—沼氣植”“豬—沼—魚”和“草—?！印钡饶Ｊ?，都是以點為龍頭，以沼氣為紐帶。生態農業模式、生態果園模式、生態塑料大棚模式都是以沼氣、沼液、沼渣多層次利用的生態農業模式，發展綠色種植業、養殖業已成為農村經濟新的增長方式。

1.2.2 沼氣發電技術。沼氣發電技術是將厭氧發酵處理產生的沼氣用于裝有綜合發電裝置的設備上，從而產生熱能和電能。沼氣燃燒發電以大型沼氣為起點，是在沼氣綜合利用上不斷發展的一項沼氣利用技術，具有安全環保、創效節能、成本低等特點。發達國家沼氣發電受到廣泛重視，西歐國家沼氣發電所占比例已達11%左右。高海拔地區沼氣發電尚處于空白狀態，國內的沼氣發電應用和研究還處于初級階段，適用于高海拔地區的沼氣發電技術少，但這些地區卻有豐富的生物質能，利用沼氣發電的前景十分廣闊。

1.2.3 沼氣燃料電池技術。燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的裝置。燃料電池轉換的效率高、無污染、噪聲低，模塊結構潔凈、積木性強、比功率高，不受卡諾循環的限制，可分集中、分散2種方式供電，適合度高，排出的硫化物和氮氧化物濃度低。燃料電池以高效、清潔的方式在移動電源、不間斷電源、電動汽車等方面應用前景廣闊，市場潛力巨大。

2 結語

隨著社會生活水平的提高，對能源的需求量也穩步上升，加劇了高海拔地區的供需矛盾，做好高海拔地區能源推廣應用和建設模式意義重大。實踐證明，在為農民提供清潔能源的同時，還要有效改善農村環境，才能促進農業可持續發展。農村能源建設要由過去的小范圍試點發展到大規模集中建設整村推進，從以前的單一模式發展到生態領域，建設資源節約、讓廣大農民真正得益受惠的民心工程、清潔工程、能源生態工程和環境友好型工程。

3 參考文獻

[1] 田宜水.2015年中國農村能源發展現狀與展望田[J].中國能源，2016，38（7）：25-29.

[2] 仇煥廣，嚴健標，李登旺，等，我國農村生活能源消費現狀、發展趨勢及決定因素分析基于四省兩期調研的實證研究[J].中國軟科學，2015（11）：28-38.

[3] 田宜水.2013年中國農村能源發展現狀與趨勢[J].中國能源，2014，36（8）：10-14.

[4] 張力小，胡秋紅，王長波.中國農村能源消費的時空分布特征及其政策演變[J].農業工程學報，2011，27（1）：1-9.