生物质清洁取暖的“黑龙江模式”

我国居民取暖领域年碳排放量高达10亿t，其中北方农村取暖面积达到70亿㎡，清洁取暖率已由2016年的9%提高至31%，但大量燃煤及秸秆薪柴仍是农村取暖的主力热源，年碳排放量超3亿t。今年是推进北方地区冬季清洁取暖工作的第5年，在“双碳”目标大背景下，清洁取暖更有其特殊的意义。因此，北方农村地区取暖“碳排放量能否降下来”将是实现碳中和的关键。目前，“大力发展清洁能源，尤其是可再生能源已成为全球能源革命和应对气候变化的普遍共识、战略方向和一致的优先行动”，这是降低能源消费总量，实现碳中和的重要支撑。

北方农村地区取暖存在的问题

北方农村地区取暖尽管取得了一些成效，但是从调研情况来看，还存在一些问题。

（一）取暖的安全问题

▲东北农村灶具和燃料

东北农村灶具和燃料的使用情况是怎样的？用东北老百姓的话讲，是“住着大砖房子，开着小轿车子，烧着苞米荄子”，所谓的苞米荄子就是指秸秆燃料。实际上，改革开放40多年来，中国的农村经济社会发展很快，人们的生活水平有了很大的提升，衣食住行都有了很大改善，但是在多数地区农村能源结构仍还没有从根本上得到一些改变。

WHO2018年空气质量 告中提出，中国每年近200万人死于环境和室内空气中细颗粒物造成污染，50%死于环境空气污染，50%死亡由非清洁燃料和烹饪技术造成室内空气污染所致。尽管我对这个数字持一个怀疑的态度，但是前段时间我看了《北方典型地区农村居民冬季取暖研究 告2019》中的一组数据，其中室内PM2.5和CO浓度远高于WHO标准，我也很震撼，北方冬季炉灶泄漏问题依然存在，室内空气污染和安全问题不容忽视。

（二）低效率导致高污染高排放

另一方面问题就是低效率导致了高污染、高排放。过去我们环保一直非常重视拔大烟囱，主要关注重点是是能源和工业领域燃煤问题，但是比较之下，农村散煤污染更不容小觑。

▲不同供能方式排放因子比较

（三）低效率导致能源浪费

农村家庭灶具的能源效率很低，柴火灶的能源效率只有20%左右。东北农村广泛使用的炕连灶能源效率相对比较高，也只有50%左右，所以低效率导致的能源浪费问题，在农村取暖中仍然存在。

▲中国农村家庭灶头能源结构

▲中国农村家庭炉灶的能源效率

尤为重要的，现在广大农村都是单层的、分散的建筑，节能建筑数量不足20%，能耗非常高，如果要搞清洁取暖，首先要解决农村建筑节能的问题。而对农村住宅进行节能改造，成本又很高，如果没有政府推动，单靠农户去推动难度是非常大的。

北方农村清洁取暖路径选择

对于北方农村清洁取暖的路径到底如何选择，我们做了一些定性和半定量的研究。

（一）北方农村地区清洁取暖要求

低成本化、可及化、便利化和安全化，是北方农村地区取暖的基本要求。在“双碳”背景下，高效化、清洁化、生态化、低碳化是下一阶段清洁取暖非常重要的一个目标。

（二）清洁供暖方式选择

围绕不同的供暖方式，我们进行调查，其中，生物质清洁取暖在低成本化和可及性方面占有绝对的优势。

▲不同供暖方式比较

▲不同供暖方式经济性比较

以燃煤的单位热价比作为1，从表中可以看出，唯有秸秆颗粒、秸秆压块和秸秆直燃技术的热价比是低于1的，而木质颗粒、天然气、商业用电的的热价比都比较高。对于农村来讲，如果是种植业区，其实没有更多的选择，烧秸秆是目前经济社会发展阶段一个不二的选择。

▲主要作物秸秆与煤的工业分析和元素分析

我们对秸秆燃料进行了一个工业分析和元素分析，秸秆燃料的特点是三高两低，三高是水分高、挥发分高、灰分碱金属氧化物含量高；两低是热值低、堆积密度低。

生物质清洁取暖“龙江模式”

（一）“一村一厂”分户式秸秆成型燃料取暖模式

分户式的秸秆成型燃料取暖主要是采取“一村一厂”的模式。目前，黑龙江省现已建成秸秆压块站1400余处，秸秆固化成型燃料年生产能力达到750万t，安装户用生物质炉具13.2万台。但在推广过程中遇到了玉米芯和秸秆成型燃料“争嘴”的问题。但换个角度去考虑，只要把散煤替代了，解决了农村清洁取暖问题，这个问题也就不是问题了。

▲秸秆成型燃料取暖技术模式

以黑龙江省尚志市大房子村为例，该村共有368户，推广了368套生物质物具。由村委会负责协调，同周边秸秆压块加工企业，签订秸秆收储、燃料供销与置换的一体化合同能源管理运营协议，按照每t450元进行供货。有的老百姓是拿原料进行抵扣，有的是直接购买。针对炉具装备创建了表格数据化管理，建立企业售后服务信息卡，在方便企业售后跟踪维护的同时，加强对设备使用安全的管理。

在黑龙江省兰西县永久村，采用的是秸秆压块和秸秆饲料联产的方式。该村建有秸秆固化成型燃料厂1处，年收储秸秆6000t，其中生产秸秆压块燃料1400t，生产成本328元/t，销售价400元/t，供全村350户取暖；其余约4000t秸秆加工成草球销售给养殖场，生产成本约380元/t，销售价格450元/t，年纯效益在30万元左右。

（二）生物质锅炉改造的机关企事业单位取暖技术模式

该技术模式依托生物质成型燃料加工生产，采用生物质成型燃料专用锅炉，为乡村两级具备集中供热的农户采暖，以及乡镇政府、学校、卫生院及机关事业单位采暖，也可以为城市热 辐射不到的单体建筑，如宾馆、浴池和工业企业提供清洁能源。热用户通过燃料购买或能源托管的方式获得燃料或热服务，具有排放达标、管理方便等优势。

▲生物质锅炉改造的机关企事业单位取暖技术模式

实际上东北农村老百姓没有花钱购买燃料的习惯，所以秸秆成型燃料厂在市场销售上遇到了很大的困境。所以在进行秸秆代煤的工作中，要优先改造当地政府、学校等企事业单位，而且政府不能光给政策，给补贴，还要给一定的市场，这样才能保证燃料厂有一定的基础生产量和销售量，来保持它的持续经营。

以黑龙江省海伦市中小学校集中供热为例，海伦市现有学校71所，供热面积共计38.5万平方米。2017年，由政府出资，37所农村学校陆续更换了生物秸秆固化燃料节能锅炉共计52台，总t位达33.94t（其中，最大锅炉t位2t，最小锅炉t位0.35t），改善供热面积10.8万m2。通过改造建设，年供热消耗秸秆固化燃料5765.9t，燃料成本节支达95.8万元/年，成效非常显著，这也是政府购买供热服务的一个典型模式。

（三）村镇社区秸秆打捆直燃集中取暖技术模式

该技术采用秸秆直燃方式，无需秸秆粉碎等加工环节，可实现从田头到炉头无缝衔接，从而降低供暖成本，适宜在东北地区以种植业为主的乡镇村屯推广。黑龙江省现已建成秸秆直燃锅炉供热项目46个，供热面积275万m2，供热户数4.2万户，年可利用秸秆数量48万t，成效非常显著。

秸秆打捆直燃集中供暖技术具备几个特点：一是原料适应性强。因为秸秆燃料成型要求原料水分要低于20%，超过20%就很难加工，而秸秆打捆直燃锅炉适合各种打包规格，对水分、杂质要求不严格；二是燃料成本低廉。从田间到炉头，随取随用，减少中间环节和防范消防风险；三是技术兼容性强。适用于乡镇政府、学校、浴池，养殖场和住宅分散或集中取暖的小区；四是生态耦合性好。收获期和供暖期季节同步，秸秆过炉还田，实现养分循环。

运营模式方面，秸秆供应由企业与合作社合作共同负责秸秆原料收储，农户不需要承担秸秆收集离田所需人工及机械工作费用。供暖企业协调供热管理运营，农户及相关取暖部门，采用供热服务购买方式，保障企业经济效益。从而实现了“秸秆收储—自动上料—秸秆进料直燃—小区供热—灰渣排出—有机肥制备—生物质灰基肥还田”整套生产工艺流程。

▲秸秆打捆直燃集中取暖技术模式

以黑龙江省海伦市海北村为例，海北村居民1721户，5935人，耕地3.1万亩，种植结构玉米及大豆，年产秸秆量约1.88万t。多年来，该村沿用老式10蒸t燃煤锅炉进行集中供暖，供暖期6个月，居民户均年采暖费用约2700元，占用能的74%，锅炉燃烧效率低、燃煤费用高，电机噪音影响小区生活，排烟污染环境，供暖技术模式急需变革。

通过投资435万，新上1台20蒸t（14MW）的秸秆打捆直燃锅炉，替代了10t老式燃煤锅炉，增设秸秆生物质收储场地1处，取得了良好的实施效果。一是居民取暖费用由原36.2元/m2降至32元/m2 ，16.5万m2年节约热费69.3万元。商服及其他公共设施7万m2 ，取暖费用由原52元/m2降至40元/m2，年节约热费84万元。二是供热端的年运行成本与燃煤相比降低47.8%，每年可以节省312.5万元。单位面积供暖成本降至14.5元/m2。企业年热费收入总计为808万元，年毛利润达467.2万元，两个取暖季就能把成本收回来，当然这是在原有锅炉替代的场景下实现的，没有考虑管 和用户端建设情况，并且秸秆是由供暖企业自己由田间打包运回供热车间的。如果采用购买方式获得原料的话，每t秸秆的成本会上升到240元左右，这将延长投资回收期。同时，该项目一个采暖期利用秸秆1.48万t，替代燃煤约8225t，减排二氧化碳2.1万t，2600t灰渣还可以作为土壤调理剂或肥料原料还田，促进农田系统养分平衡。

▲秸秆直燃与燃煤供暖费用比较

秸秆打捆燃烧后产生10%—15%左右的灰渣，含有Si、Ca、Mg、Al、K、P等中、微量元素，同时灰渣中的杂草种子、虫卵、病原菌等有害物质被完全去除，可用作肥料和基质。灰渣收集后，可作为土壤调理剂或肥料原料使用，一方面解决灰渣二次污染问题；二是可以实现秸秆“过炉还田”，促进农田系统养分平衡。

我们研发了两个剂型的生物质灰基壮秧剂（2.5kg和15kg）产品，三年的实验表明：生物质灰基壮秧剂可以促进水稻秧苗的生长，抑制病害的发生。发病指数比对照的降低41%—42%；叶绿素平均提高9—11。100株干重增加0.5g—1.01g，鲜重增加6.72g—7.80g。

另外，也利用秸秆灰开发了系列的生物质灰基肥料产品，也有较好的增产效果。

生物质清洁取暖发展建议

一是要有好原料保证稳定发展。首先是科学布局，保证燃料合理运距和价格；其次要控制燃料含水量<30%、含土<20%，提高热值；最后是分散储存，保证消防安全。

二是要有好监管促进规范发展。要对燃料的标准、产品的标准、管理的规范、排放标准提出一系列标准，目前我们仅是对秸秆直燃锅炉提出了一个技术层面的地方标准。

三是要有好模式支撑协同发展。首先是因地制宜，要符合区域资源禀赋和经济社会发展阶段。其次是技术要多元化，节能优先，多能互补。再有是要从全产业链的视角去支撑发展，包括原料供应、装备支撑、建设运维、热费收取等；最后是要目标协同，将秸秆综合利用、区域环境治理、农民增收统筹考虑，与美丽宜居乡村建设、人居环境整治、城镇化等高度协同。

四是要有好的政策引领有序发展。黑龙江是将“秸秆直燃锅炉集中供热”纳入重点推广技术，并按每蒸t5万元补贴。补贴虽然不多，但是有力地推动了行业的发展。

五是要有好的机制推动持续发展。首先是要完善服务体系，引导生产企业加强设备的售后服务，促进供热企业加强项目安全运行。其次是要强化产业链布局，稳定市场预期，增强企业的信心，吸引社会资本进入农村清洁供暖领域。最后是按照城乡一体化的发展要求，把农村清洁取暖逐步纳入公共事业的管理范畴。