王 粟，刘 杰，黄 波，裴占江，史风梅，罗一飞
（1黑龙江省黑土保护利用研究院/农业农村部种养结合重点实验室/黑龙江省秸秆能源化重点实验室，哈尔滨 150086；
2农业农村部国际交流服务中心，北京 100125）
东北地区是中国重要的商品粮生产基地，随着农业经济的快速发展，作物秸秆资源总量也不断增加，据测算，辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古四省区作物秸秆可收集量超过每年2亿t，占全国的25%左右[1]，受秸秆资源化利用技术研发深度和产业化发展成熟度等因素的影响，大量农作物秸秆仍未得到有效利用，秸秆的堆放、焚烧已逐渐成为大气污染和农村卫生质量变差的主要原因之一[2]。
近年来，秸秆燃料化利用作为除秸秆还田之外最主要的出口已得到普遍认可，市场开发潜力及产业发展空间巨大[3-5]。东北地区更是充分结合北方冬季采暖能耗高、效率低、品位差等实际问题，将秸秆燃料化利用作为开展“农村能源革命”的重要内容来抓[6]，不仅符合东北地区农业发展区域特点及产业结构，更对全面开展蓝天、碧水、净土保卫战，推进精准扶贫，实施乡村振兴战略起到了积极重要的作用[7]。目前，欧美等国家生物质燃料化技术设备研发较为成熟，已步入商业化阶段，开发出了专用炉具，可用来替代煤、天然气等作为民用燃料进行炊事、取暖，或用于区域供热和发电，年生产约500万t[8-9]，并拥有从原料收集到预处理，再到实际生产、配送与应用的一整条较为完备的产业链[10]。中国秸秆燃料化利用技术发展较快，王玉梅等[11]研究表明，中国农作物秸秆资源燃料化利用率已达到12%，秸秆固化燃料年产量约700 万t。然而，陈明江等[12]研究发现，与常用燃料相比，秸秆由于体积密度小，依靠人工收集秸秆劳动强度大，作业效率低，农民劳动意愿不高，导致秸秆收集、运输和贮藏等成本增加，影响了秸秆燃料的经济效益；
朱颢等[13]研究发现，秸秆燃料利用严重依赖政府补贴，缺乏引导示范和产业的培育发展，秸秆燃料化利用建设多为小型秸秆成型燃料企业，由于市场运作能力较低，燃料产品功效不顺畅，制约了行业的发展。因此，从国内外产业发展情况来看，制约中国秸秆燃料化利用发展的关键，不仅仅是技术装备的问题，更重要的是在应用模式推广中存在一定的盲目性和单一性，缺乏因地制宜、行之有效的秸秆燃料化利用模式及发展路径[14-15]。
本研究通过对东北地区秸秆燃料化利用发展情况开展调研，归纳总结东北地区秸秆燃料化利用发展的主要模式，分析秸秆燃料化利用的优势特点及障碍因子，提出发展建议与对策，从而为东北地区秸秆燃料化利用发展提供理论支撑，助力秸秆燃料产业化、规模化、规范化、集群化效应的形成。
1.1 利于解决秸秆禁烧问题，节能减排效果明显
秸秆生物质具有可再生、可持续的特点，作为含碳可再生能源资源，被认为是理想的代煤燃料[16]。在北方寒区，每年供暖期从10月到第二年的4月，冬季供暖时间较长，需要大量能源，而秋收季从每年的9月中旬到10月中旬结束，秸秆资源收获与供暖期恰好契合，因此，加快秸秆燃料化利用发展能够有效解决秸秆露天焚烧问题，也是提高秸秆资源化利用率的有效途径之一[17]。
秸秆燃料化产品具有点火方便、燃烧快、灰渣少、烟气清洁等特点，热效率可达80%以上，节能减排效果好[18]。根据国际能源机构研究结果和热值换算，每燃烧2 t 农作物秸秆的热值相当于1 t 标煤[19]，按照1000 万t秸秆燃料计算，相当于节约500万t标煤，可减排二氧化碳1330 万t，二氧化硫12 万t，氮氧化物3.5 万t[20]。此外，根据《锅炉大气污染物排放标准》[21-22]，以及排放实际检测，由表1可知，采用生物质炉具在燃烧生物质燃料或散煤情况下，均能满足环保要求，采用秸秆直燃锅炉相比普通燃煤供热标准，每供1 GJ热二氧化碳减排约120 kg，二氧化硫、氮氧化物和PM2.5减排量约达71%、73%和77%，可有效缓解农村区域大气环境污染情况。
表1 不同炉具污染物排放检测数据mg/m3
1.2 改善能源消费结构，缓解区域能源供需压力
近年来，随着城镇化发展与农村居民生活水平的提高，东北地区人均农村生活能源消费处于快速增长阶段，年均涨幅水平在5%左右。受北方寒冷气候的影响，东北地区农村炊事采暖用能在农村能源消费中占比达到60%以上[23-24]。由表2可知，尽管农村能源消费呈现多样化、商品化发展趋势，但秸秆薪柴等非商品能源消费仍占主导地位，占农村能源消费量的74.30%，且多为低值燃烧，热利用率仅为20%左右。此外，从需求侧看，东北农村地区煤炭消费量也逐年增加，占农村生活商品能源消费量的56.11%，而与此同时，东北各省区商品能源热力消费量为5.63万tce，仅占能源消费量的0.16%，总体热力供应需求还存在较大的缺口。
表2 东北地区农村生活能源消费量
随着北方清洁采暖工程的实施，秸秆供能的传统方式将逐渐减少，秸秆燃料化技术推广将取代城镇现有燃煤锅炉。因此，将作物秸秆转化为清洁能源用于居民生活利用，不但易于被农民接受，更有利于促进区域能源消费结构的优化，补齐农业农村发展短板，保证区域能源供应体系安全[25]。目前，东北地区秸秆综合利用率约为65%左右[26-27]，而秸秆燃料化利用如果能替代30%～50%的煤炭，就能够保证区域能源未来需求的缺口，并实现除还田、堆肥、做饲料之外的秸秆资源的全利用。
1.3 降低农村能源成本，技术市场孵化日趋成熟
目前，东北地区秸秆燃料化利用多以建立规模化秸秆固化成型燃料站为主，技术相对成熟，将粉碎秸秆压缩为棒状、块状或颗粒状等成型燃料，固化成型后秸秆体积压缩1/18～1/15，热效率增加50%～70%[28]，可提高其运输及贮存能力，改善燃烧性能及应用范围，生物质炉具采暖运行成本基本与燃煤锅炉持平[29-30]。以黑龙江省为例，全省对秸秆压块站建设和户用生物质炉具安装给予一次性补助，下拨升级补助资金达5.83亿元，已建成秸秆压块站915个，生产秸秆燃料80万t，安装户用生物质炉具5.42万台，秸秆收储能力覆盖2300个行政村，占全省1/4，约710万t。
近年来，秸秆打捆直燃新技术发展较为迅速，秸秆直燃锅炉结构相对简单，设备运行相对稳定，对运维人员能力素质要求不高，容易在农村地区推广普及[31-32]。如表3所示，秸秆打捆直燃供暖运行成本相对更低，由于无需压块成型生产，在同等功率及运行时间的条件下，燃料费用仅为10.84万元，明显低于燃煤、秸秆压块及电取暖等供热方式，供热成本约15.00元/m2左右，与燃煤相比，供暖成本降低约35.00元左右。东北地区秸秆燃料化发展逐渐成熟，燃料制备及生物质锅炉等装备已实现部分产业化和规模化生产，包括黑龙江海伦利民、哈尔滨天宇、辽宁众缘，以及其他地区的承德本特、山东宇冠、江西蓝色马丁、浙江绿野等企业，产品工艺路径、功能用途，设备型号等愈加丰富，节能环保性、安全性、选配适配性、自动化程度等不断得到加强，为秸秆燃料化利用的稳定发展提供了良好的基础。同时，秸秆燃料化利用技术具有多样性、商品性、灵活性等特点，易于分布式或集中式的开发利用，燃烧后的灰烬又可作为肥料还田，减少化肥投入，有利于产业链条的延长，提升行业竞争能力。
表3 不同种类锅炉燃料消耗对比分析
2.1 “一村一厂”分户式秸秆压块利用模式
该模式适用于广大农村地区分散居住形式的户用采暖，也是东北地区推广较早，比较普遍的利用模式，农民仅需向压块加工厂支付代加工费用，则可以较低价格获得燃料使用权。
2.1.1 案例1 黑龙江省兰西县永久村秸秆压块燃料站，年收储秸秆原料6000 t，其中年产秸秆压块燃料1400 t，生产成本328 元，销售价格400 元，供应全村350 户居民取暖，年收入约10 万元。为提升产品销售数量和经济受益，该村积极探索将秸秆压块用于饲料、食用菌基料、养殖场垫料、炭基肥原料等，拓宽应用领域，燃料站每年还加工牲畜用牧草4000 t左右，销售给大型养殖场，生产成本约380元，销售价格450元，纯效益达70元/t。
2.1.2 案例2 黑龙江海伦市西安村为农户安装生物质锅炉260台，并依托扶贫项目购买机械，组织秸秆打包合作社，农户采用“以物换物”方式，与专业合作社和企业签订秸秆收储协议，加工生产后，农户通过购买、补差价、代加工置换、抵扣等形式完成服务交易，打包剩余秸秆被分销到邻近村镇，每年户均节支近600元，在提高秸秆收储利用组织化程度的同时，也提升了农民参与秸秆能源化利用的积极性。
2.2 生物质锅炉改造供热
该模式主要结合村镇政府办公楼、学校、医院等公共基础设施小锅炉改造，适用于对公共事业单位进行大面积的采暖供热，节支效果显著。
2.2.1 案例1 黑龙江兰西县奋斗乡政府，取暖面积2000 m2，改造2 t 生物质锅炉，每年使用生物质燃料130 t，每吨价格约600元，全年取暖费用7.8万元，室内温度22℃，相比于电取暖，全年采暖费用节支近50%。
2.2.2 案例2 海伦市下属各乡镇，共有37所学校更换改造生物质锅炉，总吨位达34 t，年供热面积累计10.82万m2，年使用生物质燃料5765 t，由教育局统一配送，每吨燃料550～600元，年取暖费用合计345.95万元，较过往燃煤取暖，年节支费用近100万元。以海北小学为例，供热面积4823 m2，往年用煤180 t，需资金13.5万元，2017年更换1.5 t生物质节能锅炉1台，使用生物质燃料160 t，费用9.6万元，成本节支约30%，达3.9万元。
2.3 秸秆打捆直燃集中供热模式
打捆直燃技术作为一种秸秆燃料化新工艺，自2016年始在东北地区迅速发展，由于不需要成型压块等加工生产过程，运行成本更加低廉，适用于城市或乡镇的大中型锅炉的集中供热，发展前景十分广阔。
2.3.1 案例1 黑龙江省海伦市海北镇集中供热，采用20 t 打捆直燃锅炉供热，改造费用325 万元，供暖面积23.5万m2。由表4可知，原有燃煤锅炉，年燃煤消耗量为8225 t，供暖成本合计达653.30万元，每平方米供热成本为27.8 元。改造后，年消耗生物质秸秆2 万t，燃料价格降至150 元/t，每年节约达235 万元，供热成本降至17.8元/m2，预计1.5个供暖季可回收改造成本。
表4 秸秆打捆直燃模式成本效益分析
2.3.2 案例2 吉林省农安县伏龙泉镇佳伟家园供热项目，供暖面积4.2万m2，采用6 t打捆直燃锅炉供暖，改造费用85万元。由表4可知，原有燃煤锅炉年燃煤消耗量为1350 t，供暖成本合计达118.44万元。改造后，年消耗生物质秸秆3000 t，燃料价格降至180元/t，每年节约可达42.84万元，供热成本由28.2元/m2降至18元/m2。
2.3.3 案例3 辽宁省铁岭市铁岭县新台子镇集中供热项目，供暖面积7.3万m2，采用10 t打捆直燃锅炉供热，改造费用137万元。由表4可知，原有燃煤锅炉年燃煤消耗量为1700 t，供暖成本合计达157 万元。改造后，年消耗生物质秸秆4000 t，燃料价格降至180元/t，每年节约达47.5万元，供热成本15元/m2，相比传统燃煤供热，每平方米节约6.5 元，预计3 个供暖季可回收改造成本。
3.1 强化组织领导，坚持“以禁促用”
各级政府应进一步加强秸秆禁烧工作，压实责任，通过严厉的惩戒手段和严格的监管制度，配合秸秆综合利用工作，实现以禁促用。首先，建议各级政府把秸秆综合利用和秸秆禁烧纳入政府目标管理绩效考核范畴，奖优罚劣，坚决取缔秸秆焚烧现象，明确责任主体，建立健全行政首长负责制、目标管理责任制、责任追究制和工作协调机制；
此外，从控制大气污染角度出发，将禁煤区域向村镇延伸，从源头上减少煤炭等化石燃料的消费，从而促进秸秆能源化技术推广，助力农村生态环境整治任务。
3.2 坚持政府引导，完善政策制度体系建设
目前秸秆燃料供暖市场仍不成熟，一次性设备投资较大，需要政府的扶持和资金投入，且在政策方面，多注重压块企业和炉具等建设端的补贴，出口较窄，政策效能发挥不充分，制度体系有待进一步完善。首先，明确发展方向和任务，完善相关补贴政策、财税支持和监督制度，落实国家现有税务、用电、信贷等优惠政策，着重加强在秸秆消费应用与生态节能低碳等方面的补贴政策倾向，重点发展政府补助引导，合作社供应秸秆，专业化供暖企业投资并运营的企业化运作模式，探索政府购买服务、政府和社会资本合作等方式；
其次，针对秸秆资源收储运方面，鼓励乡镇和秸秆利用企业建设收储中心，支持专业合作组织、农民经纪人和企业建立收储站点，扶持建设完备的网络体系；
最后，重点关注对秸秆打捆直燃等新技术、新装备方面的支持与补贴，例如，以替代燃煤为主要方式，先采用试点、示范性引导，最后政策性引导，市场化运行，企业自主运营。据估算，按照锅炉改造成本1/3进行补贴（即补贴5 万元/t），政府投入10 亿元资金，带动社会资本20 亿元，可建成2 万t 秸秆直燃锅炉，供热1.5 亿m2，提升东北秸秆处理能力1000 万t 以上，从而有效缓解东北四省区的秸秆综合处理压力。
3.3 坚持因地制宜综合利用，创新发展模式与理念
东北地区秸秆资源分布、能源禀赋、能源供需基础等条件存在明显的区域性差异。因此，秸秆燃料化的开发利用应避免统一标准、统一建设，通过合理规划、科学设计，融合多方利益共同体，创新发展理念，推进秸秆利用方式的优化升级。首先，充分考虑燃料化供给应用，以及秸秆收储运等环节，规划形成合理的服务半径，结合淘汰燃煤小锅炉和散煤治理工作，推广秸秆直燃锅炉供暖和秸秆成型燃料技术。县城和工业小区淘汰燃煤小锅炉应首先考虑改用秸秆直燃锅炉，其次为秸秆成型燃料锅炉。结合推广北方农村户用清洁模式，引导农民在炊事采暖中使用成型燃料；
此外，积极将开展秸秆燃料化建设与农村“厕所革命”、畜禽粪污资源化利用、农村能源供给侧改革等工作紧密结合在一起，统筹规划，深化精准扶贫，助推乡村振兴发展。
3.4 健全市场化机制，助力秸秆燃料化利用长效稳定发展
目前的秸秆燃料市场，受低成本散煤价格冲击，以及秸秆收储运等成本的不稳定性影响，导致秸秆燃料价格往往高于其使用价值，产品销售缺少出口，行业发展内生动力不足，市场化机制与标准体系有待进一步完善。首先，由政府牵头，引导成立行业协会，建立秸秆燃料化企业数据库，严格市场监管，组织企业与用能大户直接对接，实现联产联销，减少中间环节，并依托重点企业相关项目，拓展生态循环农业发展模式；
其次，完善秸秆直燃供暖技术规范、建设和验收规范、装备与产品标准、排放标准等相关体系的制定，从源头保障和促进行业规范发展；
最后，完善产业和服务体系，稳定秸秆燃料服务交易，注重引导企业加强项目运行管理，创新健全技术产品的服务模式，同时推动政府机关事业单位采取生物质供暖，采用燃料购买、能源抵扣置换、补差价等形式，把财政供养单位供热市场交给生物质供热，扩宽秸秆燃料化销售渠道，调动能源供应企业的积极性。
3.5 注重技术创新支撑，加强宣传与意识提升
随着农业生产的机械化和农民生活水平的提高，秸秆的使用价值和商品属性已显著降低，由于在燃料化技术装备研发示范，居民受教育程度与环保意识等方面的欠缺，传统用能方式与旧思想仍根深蒂固，导致秸秆燃料化技术推广受到一定阻碍。首先，在关键技术研发上，单靠企业自身的研发实力还不足以支撑产业发展，建议政府通过设立重大研发资金立项引导，加快产学研结合，对秸秆直燃供热技术关键技术装备问题进行联合攻关，以满足未来市场发展需要。此外，要充分发挥新闻媒体舆论引导和监督作用，利用多途径宣传媒介，大力宣传秸秆燃料化技术，营造浓厚氛围，针对农户、相关专业服务和管理人员，进行培训和宣传，推广综合利用模式和技术装备，提升农户环境保护意识，增强居民参与积极性，促进秸秆综合利用技术普及。
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