刘志彬，任爱胜，高春雨，付伟铮，陈 晨

(1.中国农业科学院农业经济与发展研究所，北京 100081;2.华北电力大学经济管理系，保定 071003;3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081;4.中国农业部农业贸易促进中心贸易促进处，北京 100026;5.装甲兵工程学院院务部，北京 100072)

随着经济的快速发展和人口的不断增长，全球对电力能源的需求日益增加。目前，以煤为主的火力发电在发电装机总容量中仍占有较大比重，由此带来的能源安全和温室气体排放等问题也日益引起国际社会的广泛关注。预计全球能源需求量 (石油当量)将从2007年的人均1.8t增加到2030年的2.0t，二氧化碳排放量也将从2007年的人均4.4t上升到2030年的人均4.9t［1］。同时，世界各国纷纷宣布自己的减排目标:2009年中美两国分别提出，到2020年温室气体排放量将在2005年的基础上分别下降40%～45%和17%［2-3］。目前，中国火力发电在总装机容量中占70%以上，能源结构不合理，发电效率低下，温室气体排放量大。而农业生物质发电具有低污染、低排放和可再生性等优点;同时，中国农业生物质资源储量丰富，发电技术相对成熟，但其占可再生能源发电的比例仅为0.5%，远远低于25%的国际平均水平［4］。因此，大力开发农业生物质资源发电等新能源发电形式是优化能源结构、实现减排目标，从而保证能源安全的最有效途径之一。

目前，国内外对农业生物质发电的研究主要集中于发电现状、发电成本、发电技术和政府支持政策等方面［5-12］，国内针对农业生物质发电潜力方面的研究很少，国外主要是针对某类或某个区域的农业生物质发电潜力的研究［13-16］。截止2010年底，中国生物质发电总装机容量已达5 500MW，国家也已于2012年7月出台《可再生能源发展“十二五”规划》，确定到2015年，可再生能源发电在电力体系中上升为重要电源，生物质发电装机容量达到1.3万MW，其中农林生物质发电8 000MW。由于农业生物质资源分布广泛，准确评估其资源储量和发电潜力，对于实现可再生能源发展规划和发电项目正常运营具有重要意义。基于此，该文选取稻谷、小麦、玉米、棉花、甘蔗等9种主要农作物秸秆及加工废弃物为研究对象，以省为单位，按农业生物质资源种类和区域分别评估其最大发电潜力和净剩余资源发电潜力。

1 评估方法及参数确定

农业生物质资源主要包括农作物秸秆和农业加工业废弃物。文章选取稻谷、小麦、玉米、棉花、豆类、花生、油菜子、薯类、甘蔗9种主要农作物秸秆及加工废弃物为研究对象，测算其发电潜力。评估方法如下:

(1)计算农业生物质资源的理论可收集量

TABP(j)—第j省主要农业生物质资源的理论可收集量，万t;

P(i，j)—第i种农作物在第j省的经济产量，万t;

R(i)—第i种农作物的草谷比。

农作物的经济产量，可以通过《中国统计年鉴》整理得到。9种主要农作物秸秆形式及草谷比基于文献整理［17］及作者的抽样调查，如表1所示。

表1 主要农作物秸秆形式及草谷比

(2)计算农业生物质资源的实际可收集量

PABP(j)—第j省主要农业生物质资源的实际可收集量，万t;

F(i)—第i种农作物的可收集利用率。

根据实地调查和相关数据信息进行估算，稻草的可收集利用率为0.78，麦秸的可收集利用率为0.76，玉米秸的可收集利用率为0.95，棉秆的可收集利用率为0.90，豆类秸秆的可收集利用率为0.88，油料作物秸秆的可收集利用率为0.85，薯类藤蔓的可收集利用率为0.80，糖料作物副产品的可收集利用率为0.88;稻壳的可收集利用率为0.95，玉米芯的可收集利用率为0.97，花生壳的可收集利用率为0.70［17-19］。

(3)计算农业生物质资源的发热量

NABE(j)—第j省主要农业生物质资源的发热量，MJ;

C(i)—第i种农作物的低位发热量，MJ/t。

发热量 (又称热值)，是在一定温度下，单位质量的燃料完全燃烧后，在冷却至原有温度时释放的热量，是衡量燃料品质的重要指标。高位发热量是指1kg燃料完全燃烧所释放的全部热量，包括烟气中水蒸气凝结成水所释放的汽化潜热。从燃料的高位发热量中扣除烟气中水蒸气的汽化潜热，称为燃料的低位发热量。因为低位发热量最接近工业锅炉燃烧时的实际发热量，通常将其用于设计计算。主要农作物秸秆的低位发热量如表2所示［20-23］。

表2 要农作物秸秆的低位发热量 MJ/t

(4)计算农业生物质资源的最大发电潜力

ABPPMax(j)—第j省主要农业生物质资源的最大发电量，MW;

K—整体能量转换效率;

T—年度持续运行时间，秒。

目前的研究中，K的保守估计值为20%，年度持续运行时间按全年计算［24-25］。

(5)计算农业生物质资源净剩余量的发电潜力

ABPPNS(j)—第j省主要农业生物质资源净剩余发电量，MW;

RNS—主要农业生物质资源净剩余比率。

中国农业生物质资源丰富，但用途广泛。从全国农业生物质资源可收集利用总量中，扣除燃料、肥料、饲料、工业原料和食用菌基料之后，净剩余农业生物质资源量约占全国可收集利用量的17.87%［26］。

2 评估结果分析

2.1 中国主要农业生物质资源储量

该文以中国31个省、自治区和直辖市 (不包括台湾、香港和澳门)为研究区域，选取稻谷、小麦、玉米和棉花等9种主要农作物为研究对象，以2011年《中国统计年鉴》中主要农作物的经济产量为基础，测算中国主要农业生物质资源的可收集量，如表3和表4所示。

2011年中国农业生物质资源理论可收集总量为84 518.55万t，实际可收集量为73 067.28万t。玉米、稻谷和小麦是农业生物质资源的主要来源，分别占资源可收集总量的36.48%、26.37%和14.65%，总计达到77.50%。中国农业生物质资源主要分布在河南、黑龙江、山东、河北、吉林、安徽、新疆、四川、江苏和湖南 10个省份，分别占实际可收集总量的 9.20%、9.16%、8.01%、5.81%、5.54%、5.19%、5.18%、5.08%、4.99%和4.76%，总计达到62.92%。通过以上分析，玉米、稻谷和小麦秸秆及加工废弃物将成为生物质发电的主要原料来源，河南、黑龙江、山东、河北、吉林、安徽、新疆、四川、江苏和湖南等省份将成为农业生物质发电的重点发展地区。

2.2 中国主要农业生物质资源发电潜力

2011年中国主要农业生物质资源发电潜力及主要省份分布，如表5所示。2011年，中国主要农业生物质资源的最大发电潜力为68 332.31MW，考虑农业生物质资源用途的多样性，从资源可收集总量中，扣除燃料、肥料、饲料、工业原料和食用菌基料以后，净剩余农业生物质资源的发电潜力为12 210.98MW。玉米、稻谷和小麦3种大宗农作物秸秆的发电潜力较大，分别占净剩余资源总发电潜力的37.94%、24.30%和15.27%，总计达到77.51%。

玉米秸和玉米芯发电潜力占净剩余资源总发电潜力的37.94%(其中玉米秸占31.69%，玉米芯占

6.25%)，主要集中在黑龙江、吉林、山东、河南和河北5省，占全国玉米秸和玉米芯总剩余资源发电潜力的53.57%。稻草和稻壳发电潜力占净剩余资源总发电潜力的24.30%(其中稻草占18.29%，稻壳占6.01%)，主要集中在湖南、黑龙江、江西、江苏和湖北5省，占全国稻草和稻壳总剩余资源发电潜力的50.08%。麦秸发电潜力占净剩余资源总发电潜力的15.27%，主要集中在河南、山东、河北、安徽和江苏5省，占全国麦秸总剩余资源发电潜力的74.47%。棉秆发电潜力占净剩余资源总发电潜力的8.10%，主要集中在新疆、山东、河北、湖北和河南5省区，占全国棉秆总剩余资源发电潜力的79.60%。豆秸发电潜力占净剩余资源总发电潜力的4.28%，主要集中在黑龙江、内蒙古、云南、安徽和吉林5省区，占全国豆秸总剩余资源发电潜力的57.19%。油菜秆发电潜力占净剩余资源总发电潜力的4.01%，主要集中在湖北、四川、湖南、安徽和江苏5省，占油菜秆总剩余资源发电潜力的62.94%。蔗渣发电潜力占净剩余资源总发电潜力的2.18%，主要集中在广西、云南和广东3省区，占蔗渣总剩余资源发电潜力的92.27%。薯蔓发电潜力占净剩余资源总发电潜力的1.73%，主要集中在四川、重庆、贵州、甘肃和内蒙古5省区，占薯蔓总剩余资源发电潜力的42.70%。花生秧和花生壳发电潜力占净剩余资源总发电潜力的2.19%，主要集中在河南、山东、河北、辽宁和广东5省，占花生秧和花生壳总剩余资源发电潜力的 68.84%。

表3 2011年中国主要农业生物质资源可收集量 (按资源种类)万t

表4 2011年中国主要农业生物质资源可收集量 (按地区)万t

通过以上分析，农业生物质资源的发电潜力主要来源于玉米、稻谷和小麦3种农作物秸秆及加工剩余物。各类资源分布较为集中，除薯类作物外，其余8类农作物一半以上的发电潜力都集中在资源占有量较多的5个省份。

表5 2011年中国主要农业生物质资源发电潜力及分布 MW

2011年中国主要农业生物质资源分省份发电潜力，如表6所示。净剩余资源发电潜力在1 000MW以上的有河南、黑龙江和山东3个省份，占净剩余资源总发电潜力的27.21%。净剩余资源发电潜力在500～1 000MW的有河北、吉林、新疆、安徽、四川、江苏、湖南、湖北和内蒙古9个省份，占净剩余资源总发电潜力的45.52%。净剩余资源发电潜力在300～500MW的有辽宁、广西、云南和江西4个省份，占净剩余资源总发电潜力的12.86%。净剩余资源发电潜力在100～300MW的有山西、陕西、广东、甘肃、重庆、贵州和浙江7个省份，占净剩余资源总发电潜力的11.72%。净剩余资源发电潜力在100MW以下的有福建、宁夏、天津、海南、北京、青海、上海和西藏8个省份，占净剩余资源总发电潜力的2.66%。

生物质发电虽然具有低污染、低排放的特点，但其投资成本和原材料收集、运输成本较高。目前，大多数生物质发电企业处于亏损状态，主要依靠国家政策支持维持运营。同时，依据《国家发展改革委关于生物质发电项目建设管理的通知》的要求，原则上生物质发电厂应布置在粮食主产区、秸秆丰富的地区，且每个县或100km范围内不得重复布置生物质发电厂。因此，综合考虑原材料成本和文件要求，生物质发电厂应主要布置在净剩余资源发电潜力500MW以上的12个省份，但针对于甘蔗资源集中的广西、云南和广东3省可以布置蔗渣发电厂。

表6 2011年中国主要农业生物质资源省域发电潜力 MW

3 结论

该文基于中国主要农业生物质资源的可收集量，评估其最大发电潜力和净剩余资源发电潜力。2011年，中国主要农业生物质资源的理论可收集量为84 518.55万t，实际可收集量为73 067.28万t，玉米、稻谷和小麦是最主要的农业生物质资源作物，分别占资源可收集总量的36.48%、26.37%和14.65%。棉花、油菜子、豆类、甘蔗、薯类和花生6类农作物秸秆仅占资源可收集总量的22.50%。河南、黑龙江、山东、河北、吉林、安徽、新疆、四川、江苏和湖南10个省份的资源可收集量占实际可收集总量的 62.92%。

2011年，中国主要农业生物质资源的最大发电潜力为68 332.31MW，净剩余农业生物质资源的发电潜力为12 210.98MW。玉米、稻谷和小麦3种大宗农作物秸秆的发电潜力较大，分别占净剩余资源总发电潜力的37.94%、24.30%和15.27%，棉花、油菜子、豆类、甘蔗、薯类和花生6类农作物秸秆的发电潜力占净剩余资源总发电潜力的22.49%。除薯类作物外，其余8类农作物一半以上的净剩余发电潜力都集中在资源占有量较多的5个省份。净剩余资源发电潜力在1 000MW以上的有河南、黑龙江和山东3个省份，占净剩余资源总发电潜力的27.21%。净剩余资源发电潜力在500～1 000MW的有河北、吉林、新疆、安徽、四川、江苏、湖南、湖北和内蒙古9个省区，占净剩余资源总发电潜力的45.52%。其余有4个省份的净剩余资源发电潜力在300～500MW，7个省份的净剩余资源发电潜力在100～300MW，8个省份的净剩余资源发电潜力在100MW以下。因此，玉米、稻谷和小麦3种农作物秸秆应作为中国农业生物质资源发电的主要原料来源，农业生物质电厂应主要布置在净剩余资源发电潜力在500MW以上的河南、黑龙江、山东、河北、吉林、新疆、安徽、四川、江苏、湖南、湖北和内蒙古等省区。

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