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秸秆发电搜集半径分析
河南科技学院
2020届本科毕业论文（设计）
论文题目：
秸秆发电搜集半径分析
学生姓名：
张宝林
所在院系：
机电学院
所学专业：
机械设计制造及其自动化
导师姓名：
马孝琴
完成时刻：
2020年5月25日
摘要
随着化石能源的欠缺和环境污染的日趋严峻，人们开始寻觅新的能源来代替常规能源。
秸秆是一种绿色可再生能源，但随着人民生活条件的提高，农人将其在田间直接燃烧或成为废弃物，结果带来了严峻的环境污染。
为了解决能源与环境问题，国家大力进展秸秆综合利用技术，而秸秆发电又是一个专门好的进展方向。
2005年公布和实施的《可再生能源法》为我国秸秆发电产业化进展提供了历史性机缘和重要保障。
秸秆发电在国外已经推行并应用了连年，而国内真正的产业进展才方才起步，许多关键性问题函待解决。
本文通过搜集资料，对国内外秸秆发电的阻碍因素和指标进行了综合比较和分析，构建了秸秆搜集、技术和政策的评判体系。
具体内容如下：
（l）秸秆气化发电通常采纳内燃机或汽轮机的发电方式，规模一样小于5MW;秸秆直燃发电通常采纳中压锅炉或高压锅炉，规模一样小于30MW;秸秆混燃发电大多由常规电厂改造而成，规模一样大于100MW。
（2）秸秆直接搜集方式适合规模较小的电厂;建收购点的秸秆搜集方式适合于规模较大的电厂;秸秆统一搜集方式适合于农业机械化程度高的地域的发电厂。
秸秆最好不要露天、松散贮存。
关键词：
秸秆发电指标体系搜集半径规模鼓舞政策
Abstract
Withfossilenergyshortingandenvironmentalpollutionworsening，peoplestart tolookfornewenergytoreplaceconventionalenergy．Strawisarenewableenergybutasthepeople’slivingconditionsimprove，itbringsseriousenvironmentalpollutionasburndirectlyinthefield．Inordertosolvetheenergyandenvironmentalissues，Ourgovernmentdevelopvigorouslycomprehensiveutilizationtechnologyofstraw，andStrawgeneratingisagooddirection．Promulgationandimplementationofthe＂RenewableEnergyAct＂，inPowerindustries get thehistoricalopportunityofadevelopmentandtheyareprotectedinlaw．
Strawpowerhasbeenextendedandappliedinothercountriesformanyyears，whilerealindustrialdevelopmenthasjuststartedinourcountry.Manyofthekeyissuesmustbe resolved．Bycollectingalargeamountofinformationandresearch．ThispapersummarizesandComparativelyanalysisthefactsthataffectdomesticand internationalstrawPowergeneration，thestrawcollectivetechnicalandpolicyevaluationsystemisconstructed.Specificdetailsareasfollows：
（1）strawgasificationplantsaretypicallysmallerthan5MW，Whichoftenuse Internal-combustionenginesandsteamturbine；Strawdirect-firedpowerplantsare typicallysmallerthan30MW．StrawBoileroftenarethemedium-pressureboilers；Afewarehigh-pressureboilers；cofiringstrawpowerplantsaretypicallygreaterthan 100MW，Mostadaptedfromconventionalpowerplants．
（2）ThemethodofStrawdirectcollectionissuitableforsmall-scalegenerationofStrawpowerplants；themethodofbuildingstrawcollectionpointissuitableforlarge-scalepowergenerationofstrawpowerplant；ThemethodofStrawuniformcollectionissuitableforahighdegreeofmechanizationofagricultureintheareasof strawpowerplant；OpenstorageandLoosestorageofstrawarebestnotused．
Keywords：
strawpower；IndicatorSystem；Collectionradius；size；Encouragepolicy
摘要
1综述
秸秆发电的背景
能源是现代社会赖以生存和进展的基础，也是制约国民经济进展的重要因素。
人类正面临着庞大的能源与环境压力。
现今的能源工业主若是矿物燃料工业，包括煤炭、石油和天然气。
矿物能源的应用推动了社会的进展，其资源却在日趋耗尽；世界石油探明储量约×107万吨，世界煤炭探明储量约×108万吨，按目前技术水平和开采量计算，石油可开采40年，煤炭可开采200年，天然气可开采60年；现今人类关于化石能源的极大依托，不仅对人类赖以生存的环境带来了严峻的污染，而且由于这种能源慢慢匾乏，成为以后社会的潜在危机。
能源欠缺和环境污染已成为全社会普遍关注的核心。
中国属于能源高消费国家，要紧以煤炭、石油等化石燃料为主，能源结构不合理。
煤炭消费占一次能源消费比例高达75%，为世界煤炭消费占一次能源消费比例的三位左右[1]。
目前，我国的能源生产和消费均居美国以后的第二位。
长期以来，能源结构以煤炭为主。
2004年，我国一次能源生产总量×105万吨标准煤，一次能源消费总量×105万吨标准煤。
其中，化石能源超过90%，煤炭消费量×105万吨，原油×104万吨，天然气×106万米3。
2005年，我国一次能源生产总量达×105万吨标准煤，能源消费总量达x105万吨标准煤，其中，煤炭消费达到×105万吨，化石能源总量超过90%。
同时我国也是化石能源超级欠缺的国家，一次能源资源情形也不容乐观，人均煤炭资源约90吨，仅为世界平均水平的%，人均石油可采储量吨，为世界平均值的%;人都可开采天然气×103米3，为世界平均值的%，远远低于世界人均水平[2]。
另外，近期内我国石油产量也不可能大幅增加，我国煤炭资源尽管比较丰硕，但探明程度很低，尚未利用的经济精查储量中绝大部份散布在干旱缺水且距离消费中心较远的中西部地域，开发、运输和利用的难度增加。
常规能源总的特点：
（1）能源消费总量大，增加速[9]，GDP占世界的4%，消耗了世界30%的要紧能源和原材料。
由表1-1可知：
持续3年GDP增加>9%，
表1-1中国2002-2003年能源消耗情形
种类
2002消费量
2003消费量
增长率
煤（万吨）
×105
×105
%
石油（万吨）
×104
×104
%
天然气（亿立方米）
×102
×102
%
电力（亿千瓦时）
×104
×104
%
（2）能源储量少、散布不合理、能源欠缺[9]，表1-2说明：
煤剩余可采储量×107万吨，石油25×105万吨，天然气×109万米3。
2004年煤产量×105万吨，大煤矿采收率、小煤矿采收率10～15%（国外75%），去年采了近万吨，等于消耗了约万吨煤资源，这意味着只够采30年。
石油剩余可采购储量×105万吨，占%，2004年产量×104万吨，可采19年。
天然气剩余可采储量×108万米3，占%;2004年产量×105亿米3，可采30年。
由于散布不合理，致使运力紧张。
表1-2中国2004年能源预测
种类
剩余可采储量
2004年产量
剩余可采年数
煤（万吨）
×107
×105
100
石油（万吨）
×105
×104
19
天然气（亿立方米）
×109
×106
30
我国能源与环境问题尤其突出，矿物能源的无控制利用，引发了日趋严峻的环境问题，如致使全世界气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈碳平稳、释放有害物质、引发酸雨等自然灾害。
煤炭的过量生产和消耗造成了严峻的环境污染和生态破坏，废气排放中约90%的S02、85%的C02和67%的NOx，和80%的烟尘都是由于利用煤炭造成的。
矿物能源消费产生大量的污染物:
CO、S02、C02和NOx是大气污染的要紧污染源。
我国S02的年排放量已超过能源消费大国美国，燃煤产生的S02、NOx等致使全国82个城市显现过酸雨，面积己达国土面积的30%，有48个城市的S02超过国家二级排放标准。
许多城市的氮氧化物有增无减，其中北京、广州、乌鲁木齐和鞍山等城市超过国家二级排放标准。
由于污染引发的酸雨造成的经济损失约占全国GDP的2%。
由于大量燃烧煤炭等矿石燃料，大气中的二氧化碳浓度增加，这是20世纪地球变暖的要紧缘故，造成了所谓的“温室效应”。
因此，限制和减少化石燃料燃烧产生二氧化碳等温室气体排放，已成为国际社会减缓全世界气候转变的重要组成部份。
举世关注的《京都议定书》已于2005年2月开始生效，这是人类历史上第一次以法规的形式限制温室气体排放。
我国是世界上C02第二大排放国，排放量占世界总量的11%，仅居美国的22%以后。
中国在90年代碳排放量已达10×104万吨，到2021年碳的排放量可能达到×104万吨（DOE/IEA数据），可能是届时世界上最大的排放国。
尤其是我国八亿农人都趋向利用化石燃料，不仅我国的能源供给会愈来愈紧张，环境的压力也不可经受。
尽管《京都协议书》中对我国温室气体的减排没有明确要求，但也必需承担起相应的责任。
随着全世界工业化的快速进展，一次性能源（如：
石油、煤炭、天然气）的消耗量不断增加，能源与环境问题已经严峻制约了我国经济社会的全面可持续进展，因此开发利用生物质能将是必然趋势。
我国是典型的农业大国，秸秆资源相当丰硕。
秸秆通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收成籽实后剩余的部份。
农作物光合作用的产物有一半左右存在于秸秆中，秸秆富含有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硫等多种养分，是一种具有多种用途的可再生生物资源[3]。
依照我国地理散布和气候条件，南方地域水域多、气温高，适合水稻、甘蔗、油料等农作物生产，北方地域四季温差大，适合玉米、豆类和薯类作物生长，故播种面积大于其它地域[4]。
我国秸秆产量约占全世界秸秆总量的30%。
每一年农作物秸杆资源量约占我国生物质能资源量的近一半[5]。
秸杆在我国农村生活用能中占有重腹地位。
1998年，我国可用作能源量的秸秆量为×104万吨，占秸秆总产量的%。
估量在2000年到2020年期间，我国每一年秸秆资源的可取得量为×104到×104万吨，相当于万吨标准煤[7]。
若是将这些秸秆资源用于发电，相当于×103万千瓦火电机组年平均运行×103小时，年发电量为×107万度[6]。
随着人民生活条件的提高，燃烧秸秆现象时有发生。
为了解决燃烧秸杆所带来的难题，国家有关部委及各级地址政府多次发文要求禁止燃烧农作物秸秆，农作物资源的有效利用已成为我国农业可持续进展的重要问题。
采取有效的技术方法，开发利用秸秆资源，已引发国家的高度重视。
开发利用农作物秸秆将是实现我国全面小康和建设社会主义新农村的重要支撑。
农作物秸秆发电技术，不仅为农村提供更多电力，更成心义的是将使农作物秸秆资源的商品化成为可能。
需采取方法将本地丰硕的农作物秸秆资源转化成高品位的能源，解决这些地域用电用能问题，可大大增进中国农村地域能源欠缺局面，增进本地经济进展，对加速我国的农村建设和社会稳固具有重要意义。
2003年，我国电力生产总量×108万度，用电缺口×102万度，目前我国还有5千多个无电村[8]，整体上我国电力的生产增加低于全国经济的增加，随着经济的高速进展及农村用电需求的启动，随时会显现局部地域电力紧张的情形。
2004年，我国煤的产量为×105万吨，消耗量为×105万吨[9]，煤炭消费量的增加，加上交通运输的瓶颈阻碍，使得煤炭供给愈显紧张，因此应利用新能源、可再生能源，以便减缓能源紧张的现状。
国内外对资源丰硕、可再生性强、有利于改善环境和资源的开发利用给予了极大的关注，农作物秸秆资源是一种能够与环境和谐进展的能源，具有庞大的进展潜力。
第一，秸秆发电在可再生能源发电中电能质量好、靠得住性高，比小水电、风电和太阳能发电等间歇性发电要稳固的多，能够作为小水电、风电、太阳能发电的补充能源，具有很高的经济价值。
第二，在全面建设小康社会的目标下，农村能源结构由传统农作物秸秆资源利用为主向现代化方向转化，秸秆发电是这种转化的便利途径[10]。
第三，丰硕的农作物秸秆资源巫待有效开发、加工增值，以增进经济进展，目前我国农作物秸秆资源量为×104万吨标煤，随着退耕还林和种植新树林，估量到2020年农作物秸秆资源量可达×l04～×105万吨标煤，在我国能占到举足轻重的地位。
秸秆发电的重要意义
（1）农作物秸秆量大,覆盖面广,燃料来源充沛。
尤其是农作物生长中的光合作用吸收CO2,它与农作物秸秆燃烧生成的CO2相平稳,这对减少温室气体排放,执行“京都议定书”有着直接成效。
（2）由于秸秆含硫量很低,且低温燃烧产生的氮氧化物较少,因此除尘后的烟气再也不进行脱硫,烟气可直接通过烟囱排入大气。
烟道上装设有在线检测烟气成份装置进行监测。
丹麦等国家的运行实验也说明秸秆锅炉经除尘后的烟气不加其他净化方法完全能够知足环保要求。
（3）麦秸秆、玉米秸秆的发烧量在农作物秸杆中为最小,但低位发烧量约kg,相当0.492kg标准煤,利用秸秆发电,可降低煤炭消耗。
（4）秸秆燃烧后的灰渣是专门好的钾肥,可被农作物直接利用或深加工成为复合肥料。
（5）作为燃料,煤炭开采具有必然的危险性,专门是井工开采,治理难度大。
农作物秸秆与其相较,那么危险性小,易治理,且属于废弃物利用,符合国家能源进展产业政策。
秸秆发电的前景展望
农作物秸秆已成为再生能源利用的重要组成部份。
秸秆电厂一样建在煤炭紧缺、农业密集的地域。
利用生物质能技术发电,不仅能够减缓煤炭能源紧缺的状况,而且为广大农村剩余秸秆找到了前途。
利用剩余秸秆发电,一方面能够增加农人的收入，,另一方面也改善了农人的生活环境,提高了他们的生活质量,同时也幸免因燃烧秸秆所带来的环境污染。
作为一项新技术，建秸秆发电厂还有一些设备需要进一步完善,一些问题需要解决,例如秸秆的搜集。
在发达国家,农庄自动化生产为秸秆的搜集提供了便利条件。
而在我国,农业生产的分散性,给秸秆的收购带来必然困难。
为保证秸秆电厂有充沛的燃料,应将秸秆的收购作为秸秆电厂建设的一个重要问题给予解决。
应依照本地实际情形,设置秸秆收购、运输机构,配置必要的打包设备,设立二级贮存仓库,制定燃料运输挑唆打算,以保证秸秆电厂燃料的充沛持续供给。
推行秸秆发电技术,符合国家环保政策,是一项增加农人收入、经济效益和社会效益俱佳的共赢战略。
因此,进展生物质能利用技术前景任重道远。
2秸秆的物理特性
（l）我国秸秆总量大，但秸秆密度小，散布分散
我国每一年产生的农作物秸秆资源量超过万吨，约占全世界秸秆总量的30%左右，但我国农村人多地薄，自然村相对分散，很难在几个自然村的小范围内搜集到大型秸秆发电系统所需要的几十万吨秸秆燃料。
除非扩大搜集半径。
如此又涉及到秸秆的搜集、分选、运输、贮存、防腐等诸多问题，收购本钱会急剧上升。
另外，与传统化石燃料比较，农作物秸秆还具有密度小、体积大等特点，即便重量相同，假设其密度较小，运输时就需要较大的容器，搜集、运输的本钱也会增加。
干燥的秸秆密度超级小，大约为100kg/m3，因此其运输相当困难，若是电厂规模过大，那么秸秆搜集半径相应过大，搜集、运输本钱增加。
（2）秸秆成熟季节性强，含水率大
含水率越高，运输生物质的同时需要运输大量的水，使得搜集、运输的本钱增加。
麦草、稻草、玉米秆等秸秆作物在收成其果实的季节，仍属后鲜期，，初成熟的秸秆含水率相当高，约为60%，而发电所需含水率为15%[11]，这就需要干燥。
在中部地域，收过秸秆以后专门快就要种植下一季庄稼，时刻很紧。
若是大量收购，那么水分含量很高，无法干燥，因此尽可能幸免大量收购。
采取田间打包，当场收购的方式，不仅成本高，而且未经风干的秸秆打包后极易发烧、变质，阻碍其燃烧发烧值[12]，若是将这种含水量大的打包原料再进行堆垛存储，还容易发生自燃现象。
因此，先期的项目建设单位（包括设计部门）如打算采取上述方式进行原料采购和储运工艺的，应充分考虑其实际问题和不足，尽可能幸免有关风险。
（3）秸秆种类繁多
中国地大物博、幅原辽阔，气候由南向北别离包括热带、亚热带、暖温带、中温带、寒温带。
经度跨越达62°（东经135°03′～73°22′），纬度达50°（北纬3°51′～53°34′），其秸秆类原料的品种和数量居世界前列。
秸秆类原料要紧包括农作物和自燃类植物两个方面。
其中，农作物的秸秆类品种要紧包括稻草、麦草、玉米秆、棉花秆、高粱秆，和谷物类、油料作物类（花生、大豆、油菜）等，自燃类植物类秸秆要紧包括芦苇、龙须草、树木枝丫材和野生灌木等。
随着林纸一体化项目的进展，以后还会有必然数量的树皮、木削等可燃物质。
不同秸秆类原料的性质是有专门大不同的，其热值[13]，见表2-1和其挥发分、灰分、碳、氢等方面的白分含量会随收成后贮存期长短发生转变，并阻碍其燃烧发烧值。
因此，把握原料收购机会，和科学地贮存、储运关于其质量及热能效的发挥相当重要。
表2-1不同秸秆的热值及灰分含量
种类
燃烧值（kJ/kg）
灰分（%）
甘蔗渣
7-8
木屑
稻壳
19-20
麦草
13-14
棉花杆
17-19
稻草
15-16
花生壳
2-3
3搜集半径的确信
秸秆资源可搜集系数
秸秆资源可搜集系数是秸秆资源可取得量占秸秆资源总量的比值
η=M3/M1
M3—秸秆资源可取得量
Ml—秸秆资源总量
η—秸秆资源可搜集系数
秸秆资源总量Ml是通过粮食产量计算的，粮食产量与秸秆资源总量成正比关系，即Ml=KM2.
Ml—秸秆资源总量
M2—粮食产量
K—草谷比
若是明白粮食产量和草谷比K，就可求出秸秆资源总量M1。
草谷比K见表2-2，
表2-2各类农作物的草谷比k值
农作物种类
小麦
水稻
玉米
棉花
油菜
草谷比
注：
按各省、市、自治区的草谷比的加权平均值计算，在实际测算时，最好采纳本地的实际测量草谷比k值。
（中国农业生物能利用状况与展望研究报告，农业部计划设计研究院）
由于有一部份秸秆用作动物饲料、化工原料，因此不可能完全作为燃料，可作为燃料的秸秆量称为秸秆资源可取得量M3。
秸秆资源可供给系数
秸秆资源可供给系数是指秸秆资源可供给量占秸秆资源可取得量的比值，
η2=M4/M3
M4—秸秆资源可供给量
M3—秸秆资源可取得量
η2—秸秆资源可供给系数
由于其它缘故，比如一部份农户不肯意出售秸秆，或没有车辆输送，或天阴下雨秸秆腐臭，这些可取得的秸秆不可能全数供给。
真正能够供给到电厂的秸秆资源量称为秸秆资源可供给量M5。
搜集半径的计算方式
秸秆搜集半径是指保证发电厂原料消耗量的最小供给距离。
秸秆搜集半径大小是由秸秆资源可搜集系数、秸秆资源可供给系数和秸秆单位亩产量来决定。
其计算公式如下:
r2=M/（ηl·η2·m）
式中：
R—秸秆搜集半径
M—发电厂年消耗秸秆原料量
η1—秸秆资源可搜集系数
η2—秸秆资源可供给系数
m—秸秆单位亩产量
案例：
河北晋州秸秆发电厂装机容量为2×MW，年消耗秸秆量约为16万吨，即M=16万吨,中节蓝天投资咨询治理有限责任公司调研得出:
ηl=、η2=[14]，我国作物秸秆的年亩产量约为300kg（干秸秆）,为了计算搜集半径需做以下假设，（l）秸秆散布具有单一性。
（2）农作物品种单一。
秸秆单位面积的产量相等，不考虑农作物品种不同、种植条件不一样因素带来的产量不同。
③均匀性。
农作物在该区域内散布均匀，疏密程度相同，即农作物与非农作物占用土地的比例、密度在整个区域内是相同的。
④周期性。
农作物的生长周期为一年，相应的，生物质秸秆的搜集周期也为一年，忽略农作物生长的季节性。
把以上数据代入公式得:
搜集半径r=km
若是再考虑村落、道路、沟道所占的土地，要保证电厂足够的原料来源秸秆搜集范围最好在50千米之内。
4目前国内外应用的三种秸秆搜集方式
秸秆的搜集方式目前在国内有三种：
直接搜集、建收购点和电厂统一搜集。
（1）直接搜集确实是各个行政村、农户自己把搜集后的秸秆输送至电厂，再由电厂统一收购、加工、贮存[15]。
（2）建收购点确实是按资源的散布情形，将收购区划分出假设干收购点，各收购点之间的距离以10千米为限，每一个收购点集中收购半径5千米范围内的可用燃料，按要求统一进行粉碎打包后运输至电厂[16]。
（3）电厂统一搜集确实是电厂购买收割设备，组织收割队伍，给农户免费或少收费收割秸秆，同时要求农户把秸秆出让给电厂，每一年签定一次合同。
5搜集方式的比较
假设：
（1）打包密度都相同，为cm3，打包的本钱相同。
（2）秸秆含水率均小于20%。
（3）秸秆发电厂的原料搜集范围定为50km，收购点的原料搜集范围定为5km，收购点的其他本钱不予考虑。
搜集模型
调研得知：
利用三轮车的农户占拥有运输车辆农户的75%。
本钱比较
若是搜集半径边缘的秸秆原料能够搜集到厂，那么搜集半径内部的秸秆原料也超级容易搜集到厂。
因此，秸秆到厂价钱应由搜集半径边缘的秸秆原料搜集本钱来定。
秸秆到厂价钱应有以下公式确信：
P1·M=P2·M+C+（α+β+γ+δ）·r·2
P1—单位秸秆到厂价钱
M—为秸秆重量
P2—单位秸秆价值
C—农人劳动力机遇本钱
α—油费
β—养路费
γ—折旧费
δ—维修费
r—运输距离
（l）直接搜集秸秆原料到厂价钱的计算：
调研得知：
一样三轮车一次可拉玉米秸秆吨左右，假设一天拉一次。
此刻油价元/升，三轮车每100千米耗油5升，那么单位千米油费为元/千米。
三轮车养路费为元/千米。
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