本文以山西省芮城縣為具體研究對象，通過文獻調研和理論計算等方法統計得到該縣每年的生物質資源總量約25.32萬tce；基于衛星遙感影像識別的方法，進一步繪制了農作物秸稈資源分布圖；同時利用文獻和現場調研，梳理分析了該縣生物質利用現狀及存在的問題。結合鄉村振興、清潔取暖等國家相關政策，明確了該縣生物質能規劃的指導思想和基本原則，并針對不同生物質類型提出了具體可行的“光儲直柔”型生物質顆粒燃料加工新模式和生物天然氣技術路線，結合芮城實際發展情況和整體“雙碳”時間表，明確了三階段需要逐步完成的具體任務。

一、芮城縣生物質利用現狀及問題

在上節給出的生物質資源總量及分布情況的基礎上，通過文獻、現場調研等方式對芮城縣的生物質利用現狀及存在問題進行了總結分析，以便更好地確定全縣生物質資源的發展目標及利用原則。

表1  芮城縣主要農作物產量、秸稈資源量、還田比例等基本情況

1.1 利用現狀

（1）農作物秸稈。從上述表1.2中可以看出，目前芮城縣的農作物秸稈利用方式主要為還田，總比例約為83.7%，其中小麥和玉米的還田比例分別為87.6%和82.9%。當地政府按照40元/畝進行補貼，所采用的方式是利用聯合收割機在對糧食進行收集的同時，將秸稈收割至剩茬高度≤6cm，同時將收割后的秸稈粉碎至長度≤6厘米，均勻拋撒于田中，然后再用拖拉機對土地進行旋耕，將秸稈埋到土里。

表2  芮城縣主要園林水果種植情況

（2）果樹剪枝。芮城縣的果樹在局部范圍內分布相對集中，每年冬季，農戶會對果樹進行剪枝，這些剪枝除了其中一小部分被農戶撿回家作為日常炊事或采暖的燃料之外，大部分還是直接廢棄在果園周邊任其腐爛。

（3）禽畜糞便。2018年11月，芮城縣成功申請到山西省區域生態循環農業項目，投資3000多萬元建設基于“豬—沼(肥)—糧(果菜)—豬”的生態循環農業項目，其中沼氣用于發電，沼液和沼渣用于生產有機肥，該項目于2020年底投產，但所能消納的糞便量有限。

1.2 存在問題

通過對芮城縣農作物秸稈、果樹剪枝、禽畜糞便和生活垃圾四大類主要生物質資源利用現狀的分析，可以發現雖然芮城縣的生物質資源利用產業具有一定的發展基礎，但總體上還存在以下四個方面的問題：

（1）農作物秸稈消納方式不合理。對于玉米、小麥等農作物秸稈采取直接還田的方式，在腐爛過程中會釋放出一定量的CH4、N2O等強溫室效應氣體[6]，由于兩者的全球增溫潛勢分別是CO2的28倍和265倍，會正向增加溫室效應，而且秸稈還田還面臨很多現實問題，如過高的秸稈還田量需要吸收土壤中原有的大量氮素、磷素和水分，會引起土壤的碳氮比失衡，影響土壤微生物的生長繁殖，進而影響還田秸稈的腐解、轉化和作物生長發育；當秸稈過長、地溫過低、松緊度不當時，不利于秸稈腐解，會影響出苗和作物生長，造成減產；秸稈還田還會使病原菌重新回到土壤中，長期積累會加重苗期病害和土傳病害的發生。對于果樹剪枝，小部分只是作為傳統的薪柴燃燒使用，能源利用效率偏低，其他大部分還是處于自然廢棄狀態，風化腐爛過程中產生溫室氣體效應。

（2）生物質資源未實現價值最大化。目前芮城縣對農作物秸稈和果樹剪枝的利用方式簡單原始，不僅沒有將其實現商品化，而且政府還要投入大量的補貼資金進行處理，資金效率過低。雖然對一部分禽畜糞便進行了生態化處理，但是大量的分散型糞便資源尚未得到有效利用。

（3）原料收儲運和終端應用市場尚未建立。縣域內生物質原料的收儲運體系尚未建立，不利于后續的能源化市場的建立，容易造成收集、運輸和儲存成本偏高，以及原料交易價格不可控、坐地漲價等現象的發生。

（4）支持政策有待逐步完善。生物質項目投資回報率較低，市場風險大，較難吸引社會資金進入。未來在對全縣進行生物質資源化利用時，前期會出現產業發展緩慢，競爭力和抗風險能力差的情況，需要政府逐步完善相關支持政策，以便更好地發揮出產業應有的影響和作用。

二、生物質能發展及利用規劃

為更好地助力芮城縣2035年實現整體碳中和目標，確定了該縣生物質能源的總體發展方向是分批次逐步實現果樹剪枝和秸稈類資源、生活垃圾類資源、禽畜糞便類資源的100%商品化，具體路徑包括：對于果樹剪枝因為自身性能優良、品質高，建議采用加工成顆粒燃料銷售給工業用戶的方式來增加果樹種植戶收入，同時打造利用太陽能光伏直驅的“光儲直柔”型生物質顆粒燃料加工新模式，如圖2所示，以便更好地消納本村的太陽能零碳電力，減少加工過程的外部電力消耗和碳排放。

圖2 “光儲直柔”型生物質顆粒燃料加工新模式

對于農作物秸稈，建議在2030年前采用加工成顆粒燃料的方式進行處理，可銷售給大型工業鍋爐或燃煤電廠進行混燃，這樣不僅可以解決秸稈的就地消納問題，而且能為農戶增加種地收入，待2030年調峰型生物質熱電廠建成后，再采用直燃的方式與生活垃圾一起共同作為調峰熱電廠的燃料來源。

圖3  生物天然氣技術路線

對于禽畜糞便類制沼氣，建議采用“分布化發酵、集中化提純”生產生物天然氣的技術路線，如圖3所示，最終在全縣范圍內建設50處左右的分布式有機廢物沼氣發酵-微藻-有機肥生產集成站，建設2處每年可生產1000萬立方米生物天然氣的提純站，每隔一定時間通過撬車將各發酵站點所產生的沼氣運輸到提純站生產優質燃氣，滿足工業生產需要，同時分離出的二氧化碳還可以用于食品、工業生產等領域，形成碳匯資源，用來抵消部分化石能源造成的碳排放。

為此，應分三個階段逐步完成以下主要任務：

第一階段：至2025年底，在芮城縣建成較為完善的生物質能產業化利用及支撐體系，在生物質成型燃料加工和利用方面實現100%生物質資源的商業化和規模化利用，在禽畜糞便方面實現50%以上的資源商品化利用，包括：

（1）2022年底前，在陌南鎮或永樂鎮等生物質資源較為豐富的鄉鎮，率先建設利用太陽能光伏直驅的年產2000t規模的果樹剪枝和玉米秸稈顆粒燃料加工示范廠1處，建設太陽能光伏直驅的年產2000t規模的小麥秸稈壓塊加工示范廠1處。

（2）2025年底前，在全縣建成太陽能光伏直驅的年產1~2萬t規模的果樹剪枝和玉米秸稈顆粒燃料加工廠共10~15處，以及年產2~3萬t的小麥秸稈壓塊加工廠5~10處。

（3）2023年底前，建成覆蓋2000頭豬以上的“分布式有機廢物沼氣發酵-微藻-有機肥生產集成系統”示范項目1處，2025年底前建成該系統10~20處。完成生物天然氣廠前期論證規劃等工作。

第二階段：至2030年底，在芮城縣實現100%的生物質資源商品化利用，其中包括：

（1）建成太陽能光伏直驅的年產1~2萬t規模的果樹剪枝和玉米秸稈顆粒燃料加工廠共15處，以及年產2~3萬t的小麥秸稈壓塊加工廠10處。

（2）在每個鄉鎮建成“分布式有機廢物沼氣發酵-微藻-有機肥生產集成系統”3~5處左右，合計50處左右，實現縣域全覆蓋。

（3）建成年產1000萬方生物天然氣提純項目2處,所生產的生物天然氣可用于工業生產等用途，剩余部分還可以作為商品燃料出售。

（4）2028年底前完成生物質電力調峰熱電廠前期論證規劃等工作。

第三階段：至2035年底，在芮城縣實現小麥和玉米秸稈類生物質資源的轉型利用，其中包括：

（1）建成發電能力2×17.5萬kW的生物質電力調峰熱電廠1處，每年運行1500小時，發電5億kWh，消耗生物質燃料17萬tce，其中包括3.5萬tce的生活垃圾和13.5萬tce的農作物秸稈。

（2）培育一批技術創新能力強、規模較大的新型生物質能企業，形成國內外獨具規模和特色的生物質能產業體系。

至2030年底，芮城縣將實現100%的生物質資源商品化利用，新模式和重大裝備技術能力顯著提高，培育一批技術創新能力強的新型生物質能企業，形成國內外獨具規模和特色的生物質能產業體系。芮城縣通過銷售木質顆粒、秸稈壓塊、生物天然氣、秸稈原料以及生物質發電和供熱收益等每年可以為該縣創造上千個就業崗位，新增產值6.5億元，實現CO2減排60萬噸以上。

四、結語

本文對芮城縣生物質資源總量及分布情況進行了核算，并結合目前存在的問題，明確了生物質能清潔高效利用總體規劃的指導思想和基本原則，并根據不同生物質類型提出了“光儲直柔”型生物質顆粒燃料加工新模式和生物天然氣“分布化發酵、集中化提純”技術路線，同時制定了三個階段需要逐步完成的具體任務。山西芮城縣生物質清潔高效利用項目目前正在穩步推進中，期望能夠在不斷的實踐中得到進一步的優化完善，并實現良好的生態效益、社會效益以及經濟效益。（作者：單明、劉彥青、孫濤、高峰、劉思遠、楊旭東）