基于秸稈能源的黑龍江省村鎮(zhèn)生活熱能復(fù)合供應(yīng)模式研究.pdf

1、黑龍江省秸稈資源十分豐富，具有推廣秸稈能源化利用技術(shù)的資源條件。利用秸稈可再生能源在農(nóng)村及小城鎮(zhèn)地區(qū)構(gòu)建供暖、供燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施，是符合城鄉(xiāng)一體化建設(shè)方向，體現(xiàn)小城鎮(zhèn)“服務(wù)農(nóng)村、帶動(dòng)周邊”功能的發(fā)展理念，也是秸稈可再生能源“因地制宜，多能互補(bǔ)”的利用策略。本文以黑龍江省村鎮(zhèn)地區(qū)為研究區(qū)域，在農(nóng)村居民生活用熱量化研究的基礎(chǔ)上，研究省內(nèi)各地秸稈可用量與村鎮(zhèn)地區(qū)生活熱需求之間的供需關(guān)系，進(jìn)而提出采用秸稈能源化利用技術(shù)的小城鎮(zhèn)與農(nóng)村地區(qū)生活熱能供應(yīng)

2、模式，并對(duì)其中的供暖系統(tǒng)以適宜的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面效益的研究。
　　首先，在黑龍江省農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行生活用能情況實(shí)地調(diào)查，分析農(nóng)村居民的生活用能特征并計(jì)算相應(yīng)的炊事與供暖年熱需求指標(biāo)，進(jìn)而獲得黑龍江省農(nóng)村地區(qū)生活用熱的年需求量。調(diào)查結(jié)果顯示，秸稈是黑龍江省農(nóng)村地區(qū)最主要的生活能源，在絕大多數(shù)農(nóng)戶中均有使用，但生物質(zhì)燃料的綜合效率僅為27.4％。黑龍江省農(nóng)村供暖年熱需求指標(biāo)為364MJ/(m2·a)，約等于當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)1-3

3、層節(jié)能建筑的368MJ/(m2·a)；農(nóng)村炊事年熱需求指標(biāo)為935MJ/(人·a)，低于城鎮(zhèn)的1036MJ/(人·a)。黑龍江省農(nóng)村居民的供暖年熱需求總量為1.76×1011MJ/a，為炊事年熱需求的近10倍。
　　第二，提出秸稈能源化供應(yīng)能力的概念，用以評(píng)價(jià)不同秸稈能源化利用技術(shù)下區(qū)域秸稈資源與生活熱需求之間的能量供需關(guān)系，在黑龍江省13個(gè)地級(jí)行政區(qū)的農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行秸稈供需關(guān)系的分區(qū)評(píng)估。結(jié)果表明各農(nóng)村地區(qū)均適宜采用秸稈固化技術(shù)，

4、其中7地同時(shí)具有采用秸稈干餾氣化技術(shù)的資源條件。固化供暖、干餾氣化供炊事的技術(shù)組合方式在除七臺(tái)河外的各農(nóng)村地區(qū)具有資源供應(yīng)可行性，其中10地供應(yīng)能力達(dá)1.5以上，將有豐富的剩余秸稈。
　　第三，基于以上秸稈資源在農(nóng)村地區(qū)的供需關(guān)系研究結(jié)果，結(jié)合黑龍江省小城鎮(zhèn)與農(nóng)村地區(qū)生活用能現(xiàn)狀及國(guó)家城鄉(xiāng)一體化發(fā)展要求，提出一種以小城鎮(zhèn)為中心覆蓋周邊農(nóng)村地區(qū)，以秸稈干餾氣化供應(yīng)炊事燃?xì)?，以燃煤熱電機(jī)組/燃煤鍋爐和秸稈鍋爐為集中供暖熱源，輔以固化戶

5、燃供暖的村鎮(zhèn)生活熱能復(fù)合供應(yīng)模式，并以秸稈能源化供應(yīng)能力為指標(biāo)對(duì)該模式在黑龍江省村鎮(zhèn)地區(qū)的資源供應(yīng)可行性進(jìn)行分區(qū)評(píng)估。分析結(jié)果表明，村鎮(zhèn)生活熱能復(fù)合供應(yīng)模式的供應(yīng)能力在黑龍江省10個(gè)地區(qū)均大于1，在耕地集中、秸稈資源豐富的松嫩平原和三江平原地區(qū)則達(dá)1.5以上，具有很好的資源供應(yīng)可行性。
　　第四，以采用燃煤熱電廠和秸稈調(diào)峰鍋爐房形式的村鎮(zhèn)復(fù)合集中供暖熱源子系統(tǒng)為研究對(duì)象，根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，提出化石能源相對(duì)節(jié)約率作為熱源化石能源替代效益

6、的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并以該指標(biāo)和一次能源相對(duì)節(jié)約率為優(yōu)化目標(biāo)建立優(yōu)化模型，對(duì)熱源的合理配置及能源效益進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，村鎮(zhèn)復(fù)合集中供暖系統(tǒng)以 B12、B25型背壓式熱電機(jī)組為適宜的基本熱源，熱源子系統(tǒng)相對(duì)當(dāng)前供暖、供電形式可節(jié)約10.9~32.7%的化石能源（燃煤）和22.1～33.1%的一次能源（燃煤和秸稈），且B12機(jī)組配置的綜合能源效益高于B25機(jī)組。
　　第五，以村鎮(zhèn)復(fù)合集中供暖熱網(wǎng)子系統(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行如下兩項(xiàng)研究：1）分

7、析不同形式熱網(wǎng)在供暖期內(nèi)熱媒溫度、流量的變化特征，發(fā)現(xiàn)農(nóng)村二級(jí)網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)中城鎮(zhèn)、農(nóng)村一級(jí)網(wǎng)各自的流量變化趨勢(shì)和回水溫度均有較大差異，需分別監(jiān)控并采取聯(lián)合調(diào)節(jié)；2）提出平均耗電輸熱比作為熱量輸送能耗的評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于該指標(biāo)對(duì)村鎮(zhèn)復(fù)合集中供暖系統(tǒng)的熱量輸送能耗及適宜供暖半徑進(jìn)行分析，得出適宜供暖半徑一般在7km以內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)為農(nóng)村二級(jí)網(wǎng)調(diào)峰且城鎮(zhèn)熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷比例不小于0.7，或系統(tǒng)為一級(jí)網(wǎng)集中調(diào)峰且城鎮(zhèn)熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷比例不小于0.8時(shí)，適

8、宜半徑原則上可擴(kuò)大至13km。
　　第六，以黑龍江省某典型的村鎮(zhèn)體系為例，分析村鎮(zhèn)復(fù)合集中供暖系統(tǒng)在不同方案下的經(jīng)濟(jì)效益。分析結(jié)果表明：采用秸稈固化燃料、農(nóng)村二級(jí)網(wǎng)調(diào)峰、農(nóng)村熱力站近村布置的方案具有最佳經(jīng)濟(jì)效益，年計(jì)算費(fèi)用為10926.0萬(wàn)元/a，相對(duì)于村鎮(zhèn)體系內(nèi)當(dāng)前年供暖費(fèi)用之和可降低271.3萬(wàn)元/a。該方案單位面積單位熱量的供暖成本分別為26.66元/(m2·a)和56.73元/GJ，同城鎮(zhèn)既有集中供暖系統(tǒng)相比分別降為其81

9、.6%和85.7%；同農(nóng)村當(dāng)前分戶供暖形式相比分別升為其2.6倍和2倍，但可免除農(nóng)村居民供暖所需的時(shí)間和勞動(dòng)量，提高供暖質(zhì)量并改善室內(nèi)空氣環(huán)境。
　　最后，利用新一代大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)法規(guī)模型 AERMOD對(duì)村鎮(zhèn)復(fù)合集中供暖系統(tǒng)的環(huán)境效益進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，村鎮(zhèn)復(fù)合集中供暖系統(tǒng)的SO2、NOx、TSP日均濃度極值分別為4.71、11.01和4.49μg/m3，僅分別為當(dāng)前供暖模式的3%、19%和7%，且當(dāng)前供暖模式下 SO2