黑龙江省生物质能源的估算及分布特点

赵晓光，钟 敏

(东北林业大学经济管理学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

黑龙江省生物质能源的估算及分布特点

赵晓光，钟 敏

(东北林业大学经济管理学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

以黑龙江省2012年为基期，以统计局发布的官方数据为原始数据，全面地估算主要生物质能源的储量情况。经估算，四大类生物质能源储量和折算标准煤量分别为：秸秆6842.59万t、折算标准煤2079.43万t；林木生物质951.2万t、折算标准煤543.14万t；禽畜粪便12036.53万t、折算标准煤5571.03万t；城市垃圾和废水162589.2万t、折算标准煤97.06万t。生物质能源总体分布不均，各地市差异较大，可重点选取储量较大的城市大力发展生物质能源产业，发挥各地市生物质能源的发展优势，为未来的能源安全提供参考。

生物质能源；储量；分布；黑龙江

在粮食安全、能源危机、环境污染三大难题交织的今天，使得可再生能源的出现成为了历史的必然。主要的可再生能源包括太阳能、风能、水能、核能以及生物质能。这些能源的清洁、无污染以及可持续发展等特性决定了它们必将在未来社会能源领域发挥不可替代的作用。总的来说，这些能源中首屈一指的应该算是生物质能源，因为它在大量相关文献中是传统能源的主力军。以石元春和袁振宏为代表的一代生物质推崇者都认为在传统能源极大消耗的今天，利用现有的技术和手段大力开发生物质能源是未来能源发展的必经之路。可再生能源发展报告[1]中显示：2010年水电能源发电190 GW，生物质发电5.5 GW，风力发电10 GW，太阳能光伏发电0.3 GW；到2020年，水电能源发电300 GW，生物质发电30 GW，风力发电30 GW，太阳能光伏发电1.8 GW。其中生物质发电目标几乎增加6倍，可见生物质这种新兴能源的广阔前景[2]。

黑龙江省作为物产丰富的能源大省，土地条件居全国之首，总耕地面积和可开发的土地后备能源均占全国十分之一以上，人均耕地和农民人均经营耕地是全国平均水平的3倍左右。盛产大豆、玉米、小麦、马铃薯、水稻等粮食作物以及甜菜、烤烟、亚麻等经济作物。现阶段，由于生物质在储量上的统计难点，对外公布的年鉴上没有生物质的定量表示，本文拟对黑龙江生物质能源储量进行估算，挖掘东北老工业基地的潜力能源。

1 黑龙江的生物质能源估算

1.1 秸秆类生物质的估算

秸秆类生物质的估算主要从3个方面入手。

1.1.1 主要农作物分类 农作物主要包括粮食作物、油料作物、麻类、甜菜、烟叶、蔬菜和食用菌、瓜果类。目前黑龙江省的农作物统计在册的主要是粮食类(谷物：水稻、小麦、玉米、谷子高粱；豆类：大豆；薯类)，油料类(油菜籽、葵花籽、白瓜籽)，麻类(亚麻)，甜菜，烟叶(烤烟)，蔬菜、食用菌，瓜果类。

1.1.2 谷草比的确定 谷草比(GS)：grain-straw ratio，又称谷秆比，是作物经济性状指标，通常专指禾谷类作物的谷粒与其秸秆重量的比值。谷草比的值越大，表示植株光合产物转化效率高。一般来说，水稻的谷草比大于麦类作物；矮秆的品种大于高秆的品种。谷草比=籽粒产量/秸秆产量。草谷比(SG)：谷草比的倒数，是农作物秸秆产量同农作物产量呈固定比例关系。草谷比=秸秆产量/籽粒产量=1/谷草比。秸秆的能源量=作物产量×草谷比=作物产量/谷草比。

草谷比是秸秆类生物质储量估算的关键。在不同地区的田间试验得到不同的经验常数，虽然不同地区同种农作物大致相同，但是还是可能存在微小差异。不同专家和学者在估算中国秸秆能源储量时，有的采用了谷草比，有的采用了草谷比。李京京等[2]运用了谷草比，小麦1.1，大豆1.5，玉米2，谷子1，水稻1，花生2，红薯1，棉秆3。刘刚等[3]给出了另一组比较全面的谷草比，水稻1，小麦1.1，玉米2，谷子1.5，高粱2，豆类1.7，薯类1，花生1.5，油菜3，芝麻2，向日葵2，胡麻2，棉花3，麻类1.7，甘蔗0.1，甜菜0.1。钟华平等[4]给出的秸秆经济指数，即草谷比为水稻1∶1.1，小麦1∶1.1，玉米1∶2，谷子1∶2，高粱1∶2，其他1∶1.5，豆类1∶2，薯类1∶1.2，花生1∶2，油菜1∶3，芝麻1∶3，胡麻1∶2，向日葵1∶3，棉花1∶3，麻类1∶1.7，糖类1∶0.1。张福春等[5]更加全面地列举了几乎所有的草谷比。

不同地区作物有其地区特点，橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，肥沃的东北黑土地，不仅为粮食的生产打下了坚实的基础，连植物植株的生长也提供了丰富的养料。为了全面估计黑龙江省的生物质能源量，综合以上各组草谷比和黑龙江秸秆作物的生长特点，选择一组最适合的作物草谷比，见表1。

表1 本文选取的谷草比和草谷比[3-6]

1.1.3 折标系数 能源蕴藏计算公式为：WS=WP×SG，折算标准煤计算公式为：EWS=WP×SG×ρ。式中：WS为农作物秸秆产量；WP为农作物产量；SG为草谷比；EWS为总的秸秆能源蕴藏量折算为标准煤的总量；ρ为折标系数(表2)。

表2 生物质能源的折标系数[6] kgce·kg-1

1.1.4 估算结果 根据文献[7]中农作物的产量乘以对应的草谷比，再乘以对应的折标系数，剔除草谷比确定可能存在的误差、部分地区一些农作物的数据不全、部分农作物的折标系数用相近的农作物的折标系数估算等，大体估算出11种主要农作物的秸秆能源储量和折标煤量，见表3。

表3 秸秆能源量 万t

1.2 林木生物质的估算

黑龙江省是我国比较大的林业省份，森林能源主要分布在大兴安岭、小兴安岭、老爷岭、完达山以及长白山脉，优势明显。根据文献[8]数据可知，黑龙江省森林覆盖率42.93%，全国排名第九，林地面积2184.16万hm2，森林面积1926.97万hm2。林木生物质，即指以木本、草本植物和林木废弃物为主的生物质。本文运用4种估算方法进行估算：①森林采伐木剩余物，可用作燃料量按采伐量的1/3估算；②防护林、薪炭林的收获或育林剪枝，按营林林地面积估算；③零星植株(四旁树)的剪枝，按植株数量估算；④抚育间伐，包括幼林抚育和成林抚育。选取5种类型的林木生物质能源：薪炭林、防护林、采伐剩余物、零星植株和抚育间伐。

根据相关文献采用的估算系数(表4)及文献[7]中的数据，根据薪柴的折标系数为0.571 kgce·kg-1，得出黑龙江2012年林木生物质能源储藏量折算为标准煤大约543.14万t。由于文献[7]是按照用途将林木分为用材林、经济林、防护林、薪炭林和特种用途林，而整体估算系数只有防护林和薪炭林的，所以其他3个林种资源量并不在结果之内，可能会在一定程度上少估算了这一部分。

表4 北方山地林木生物质估算系数[9-10]

1.3 禽畜粪便估算

1.3.2 禽畜粪便估算结果 根据文献[7]中禽畜个数，用禽畜个数乘以其存活期粪便排放量得出其粪便能源总量，其中农役畜包括牛、马、驴、骡，取马的Mi，家禽包括肉禽和蛋禽，取肉禽的Mi，禽畜粪便能源储量合计12036.53万t，折算标准煤5571.03万t。由于以上结果主要存在误差在于只是估算了存栏牲畜而并未考虑每年的出栏牲畜，虽然出栏牲畜的粪便排泄量可能不及存栏牲畜。家禽的估算系数由于肉禽和蛋禽的排泄量也存在着存栏和出栏的问题，故取最低的系数值即肉禽值，致使结果低估了那一部分蛋禽的粪便排泄量。估算能源量和折标量具体见表5。

表5 禽畜粪便估算结果

1.4 城市垃圾和废水

人民生活水平、城市燃料结构、生活习惯和城市发展水平的不同都会引起城市生活垃圾数量的大小。根据龚海涛等[11]关于垃圾的估算标准和年鉴数据[7]，黑龙江2012年生活垃圾清运量为710.01万t，估算约折算82.37万t标准煤。

城市废水分为生活污水和工业废水2大类。一般城市污水约含有0.02%～0.03%的固体、99%以上的水分，可以用于产生沼气，估算公式为：废水产生沼气，WW=Qw×r1×r2，式中：WW为废水产生的沼气量；Qw为废水总量；r1为废水中COD平均含量；r2为单位COD产生甲烷的量。r1按《中国环境统计年报》[12]取值，r2取0.907 m3·kg-1，沼气的折标系数0.714 kgce·m-3。2012年黑龙江全省废水排放总量162589.2万t，COD排放量1498750.7万t，则废水产生沼气量1359366908.2 m3，折算标煤97.06万t。

2 黑龙江省生物质能源的分布特点

光合作用可以说是地球上规模最大的能量转化过程。黑龙江省地处中国的东北部，全年日照时间充足，通过植物的光合作用将太阳能转化为化学能贮存在生物内，合成大量生物质能。土地面积47.3万km2，占全国土地面积的4.9%。土地条件居全国之首，现有耕地990.5万hm2，土壤有机质含量高于全国其它地区，黑土、黑钙土和草甸土等占耕地的60%以上，是世界著名的三大黑土带之一。农作物主要是大豆、小麦、玉米、马铃薯、水稻等粮食作物以及甜菜、亚麻、烤烟等经济作物。黑龙江省连绵起伏的大兴安岭、小兴安岭和张广才岭、老爷岭构成了全省以山林资源，全省林地面积占整个土地面积的近50%，2012年荒山荒地造林面积15.7万hm2，林木采伐371.7万m3。以下就各地区各种生物质能源的储量和折合标准煤含量进行排名和分析。

2.1 各地区生物质能源储量

图1 黑龙江省各地区生物质能源储量

从图1可知，在13个地市加1个农垦总局中，秸秆储量较多的前5位是农垦总局、齐齐哈尔、绥化、哈尔滨和佳木斯，农垦总局辖区总面积5.62万km2，下辖113个农牧场，现有耕地288万hm2、2013年秸秆储量达到2518.43万t；粪便能源储量前5位的依次是绥化、哈尔滨、齐齐哈尔、农垦总局和大庆，绥化粪便能源储量4195.81万t；废水能源储量前15位的依次是哈尔滨、绥化、齐齐哈尔、农垦总局和大庆，哈尔滨废水量28542.18万t。说明农垦总局以农作物种植为主。绥化地区草原全部位于我国三大草原之一的松嫩草原腹地，总面积57.7万hm2；草地连片，草质优良，盛产羊草。羊草为牲畜的主要饲料，并以其优良的草质而远销日本，故粪便能源量居全省之首。哈尔滨作为黑龙江的省会城市，拥有全省最多的人口，全年废水量也是大得惊人。

图2 黑龙江省各地区生物质能源折标煤量

2.2 各地区标煤折算量

根据相关折算标准煤系数，可以计算出各地区各种生物质折算标准煤含量以及比例，结果见图2。

2.2.1 秸秆 从总体来看，折算标煤量较多的前5位依次是农垦总局、哈尔滨、绥化、齐齐哈尔、佳木斯，分别为831.17、554.05、515.34、453.92、292.95万t；从人均来看，13个地市中，前5位依次是佳木斯、黑河、绥化、齐齐哈尔、大庆，分别为1.22、0.9、0.89、0.81、0.67 t·人-1；从空间分布密度来看，前5位依次是绥化、齐齐哈尔、哈尔滨、佳木斯、大庆，分别为147.78、107.42、104.39、90.22、89.41 t。

2.2.2 粪便 从总体来看，折算标煤量较多的前5位依次是绥化、哈尔滨、齐齐哈尔、农垦总局、大庆，分别为1940.94、1694.67、1557.82、1153.98、987.44万t ；从人均来看，13个地市中，前5位的依次是大庆、绥化、齐齐哈尔、佳木斯、黑河，分别为3.51、3.36、2.79、2.63、、2.03 t·人-1；从空间分布密度来看，前5位依次是绥化、大庆、齐齐哈尔、哈尔滨、佳木斯，分别为556.57、465.67、368.67、319.29、193.62 t。

2.2.3 废水 从总体来看，折算标煤较多的前5位是哈尔滨、绥化、齐齐哈尔、农垦总局、大庆，分别为20.38、17.62、15.25、11.21、9.4万t；从空间分布密度来看，前5位依次是绥化、大庆、哈尔滨、齐齐哈尔、七台河，分别为5.05、4.43、3.84、3.61、2.01 t。

3 结论与讨论

黑龙江为全国水稻和玉米的主产区，所以各种秸秆类生物质比较来讲，水稻和玉米所占比重较大。地处我国东北部的黑龙江省，每年冬季时间较长，加之偏远农村地区仍然采用传统的方法取暖过冬，导致秸秆的能源利用率很差。林木生物质能源主要分布在几个大型的国有林区，能源比较集中，但是由于经济和技术等因素的限制，导致能源的利用率极低，亟待改进。黑龙江由于地处东北最北部，以天气寒冷著称，沼气开发方面也是举步维艰，周期问题是沼气开发面临的最大问题，多数农户的沼气池大多数只能使用1 a，都是以短期使用随即报废结尾。这种情况并不是个例，浪费大量物力、财力的同时，也大大的降低了农户们的参与积极性。

各种类别生物质能源量合计折合算标准煤储量达到8373.03万t，对一些模糊的估算系数，多采用同类的最低水平或是平均水平，所以黑龙江省的生物质能源储量一定不止于此。无论是技术手段还是人员配备上，8000多万t的潜在能源，仍然有很长的一段路需要走。黑龙江目前很多企业也都看到了生物质广阔的市场前景，纷纷加入到开发生物质能源的行列中来。黑龙江省帅亿集团投资建设年产15万t秸秆燃料乙醇项目和20万t生物油项目；大庆新肇粮食产业园区，省内第一个产业化能源项目，率先采用国际先进技术—酶裂解和微波技术，用农作物的秸秆为原料生产乙醇、生物油和其他的副产品；黑龙江金稞生物质能源开发有限公司，依靠其优势，研发出几十个品种的生物质固化燃料成套机械，主要是利用林业生产剩余物及各种农作物秸秆压制而成的生物质颗粒燃料，而且都获得了国家专利。这些都是大有潜力的新兴企业。通过文献的查阅，发现生物质能源的储量存在很大的统计误差，现阶段实际操作过程中转化效率也极低。作为可再生能源中的一个新星，其可再生性、可储藏性和二氧化碳零排放等诸多特性亟待国家、社会和大中小企业加大研究力度，以促其长足发展。

[1]王仲颖，任东明.中国可再生能源产业发展报告2009[M].北京：化学工业出版社，2010：4.

[2]李京京，任东明，庄幸.可再生能源的系统评价方法及实例[J].自然能源学报，2001，16(4)：375-379.

[3]刘刚，沈镭.中国生物质能源的定量评价及其地理分布[J].自然能源学报，2007，22(1)：10-16.

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[5]张福春，朱志辉.中国作物的收获指数[J].中国农业科学，1990，23(2)：83-87.

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[11]龚海涛，张晟义.新疆能源生物质能源的估算及分布特点[J].能源经济，2011(2)：50-54.

[12]中华人民共和国环境保护部.中国环境统计年报[M].北京：中国环境出版社，2013.

Estimation of Heilongjiang Province and the Distribution of Biomass Energy Research

ZHAO Xiao-guang，ZHONG Min

(Economics&ManagementSchoolofNortheastForestryUniversity，Harbin150040，Heilongjiang，China)

According to the study of energy development，Explore the direction of energy development in Heilongjiang Province，The data of Heilongjiang Province in 2012 as the base year and The statistics released by the department of statistics as the original data，estimated major reserves of biomass energy as comprehensively as possible.After estimating，four categories of biomass energy reserves and the amount of standard coal are as follows：crop resides 68425900 tons，standard coal 20794300 tons；forest and wood biomass 9512000 tons，standard coal 5431400 tons；dung 120365300 tons，standard coal 55.7103 million tons；city rubbish and wastewater 16.26 million tons，standard coal 970600 tons.Biomass energy distribution varies from city to city in Heilongjiang province in general，we can focus on the top few select cities to develop biomass energy industry around the city to play the advantages of biomass energy development and provide a reference for future energy security.

biomass energy；reserves；distribution；Heilongjiang

2014-06-04；

2014-07-07

教育部博士点基金(基于TRIZ理论的中国生物质能产业链整合模式及支撑体系研究，71073041)

赵晓光(1959—)，男，黑龙江双城人，东北林业大学副教授，博士，从事林业统计、林业经济研究。E-mail：zxiaoguang@hotmail.com。

钟敏(1989—)，女，黑龙江海林人，东北林业大学硕士研究生，从事林业统计、林业经济研究。E-mail：345258911@qq.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.02.037

S216

A

1002-7351(2015)02-0169-05