吉林省秸秆综合利用模式研究绪论

　　第一章 绪论
　　
　　1.1 研究的背景及意义
　　
　　1.1.1 研究背景
　　
　　吉林省是农业大省，农作物秸秆特别是玉米秸秆产量大、分布广，长期以来一直是农业生产和农民生活的宝贵资源。在国家惠农富农政策支持下，吉林省粮食生产实现“十连增”,粮食产量突破 700 亿斤，秸秆的产量也随之增加。据农业部门测算，2013 年吉林省秸秆可收集量已接近 4000 万吨。而随着农村生活条件的改善和农业生产方式的转变，化肥替代秸秆农家肥、农机车辆替代畜力（秸秆不再用于饲料）、煤炭电力等替代秸秆燃料，吉林省开始已经出现了季节性、地区性、结构性的秸秆过剩[1].近年来，在国家和省里政策引导和扶持下，吉林省秸秆综合利用取得了一定成效，但利用模式仍以简单还田和青储饲料为主，秸秆的高端化、产业化利用比例不高，秸秆综合利用产业（本论文所研究的“秸秆综合利用产业”是指通过工业化、规模化、专业化方式对秸秆进行利用的物质生产部门）不强，关键技术尚未突破，产品附加值低，对农民增收的促进作用尚不明显。
　　
　　从环境角度看，吉林省秸秆露天焚烧、随意丢弃的现象严重，造成了资源的浪费和大气污染，甚至引发火灾，危及交通安全。为杜绝秸秆焚烧，吉林省人民政府先后印发了《吉林省人民政府关于禁止露天焚烧农作物秸秆的通告》（吉政明电〔2013〕16 号）、《吉林省人民政府办公厅关于进一步做好秋冬季秸秆禁烧工作的通知》（吉政办明电〔2014〕89 号），提出了建立城乡禁烧工作网络，层层落实秸秆禁烧责任等工作措施，但在实际操作过程中，由于农民认识不到位，加之秸秆综合利用产业不发达，缺乏有效的消纳途径，秸秆焚烧现象屡禁不止。2014 年 10 月，吉林省长春、吉林等地区出现大面积严重雾霾，据气象部门分析，秸秆焚烧产生的有害气体和颗粒物是引发吉林省雾霾的重要原因[2].2014年 11 月 15 日，国家环境保护部公布了 10 月份全国秸秆禁烧工作检查情况，据卫星遥感监测数据统计结果和各地报告的现场巡查检查结果，吉林省发现起火点 470 个，列全国第二位，较 2013 年增长 388 个[3].按照空气质量新标准，2013 年长春市空气质量优良天数的比例仅为 71.0%,大气污染呈现常态化趋势[4].
　　
　　从资源角度看，吉林省是煤炭、石油等一次能源匮乏的省份，发展面临的资源、能源压力日趋严重，2013 年全省一次能源生产量约 4300 万吨标准煤，实际消耗量近 9000 万吨，能源自给率不足 50%,对外预存度高，已经制约了吉林省经济发展[5].同时，从 2015年 4 月 1 日开始，吉林省重点国有林区将全面停止木材商业性采伐[6],林产工业将面临原料短缺的困境。在国际层面，气候变化问题已引起全世界的广泛关注，绿色低碳循环发展已成为我国发展方式转变的必由之路。2014 年 11 月 12 日《中美气候变化联合声明》中，我国已经明确提出控制温室气体排放的行动目标，计划 2030 年前后达到二氧化碳排放峰值，非化石能源占一次能源消费比重达到 20%左右。要实现上述目标，必须积极调整能源结构，大力发展清洁能源和可再生能源。
　　
　　秸秆作为生物质能可替代化石能源，作为林产工业原料可以替代木材，作为化工原料可以替代粮食，大力发展秸秆综合利用产业，有利于调整能源结构，保障国家粮食安全，减少二氧化碳排放，保护生态环境[7-8].《国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》提出，“十二五”期间，全国秸秆综合利用率超过 80%的目标。按照党的十八大提出的建设生态文明的总要求，全面促进资源节约，发展循环经济，加大生态系统和环境保护力度，秸秆综合利用产业发展面临着难得的发展机遇。
　　
　　1.1.2 研究意义
　　
　　加快发展秸秆综合利用产业有利于缓解吉林省资源压力。首先，秸秆作为生物质能可替代化石能源，2 吨秸秆的热值即相当于 1 吨标准煤。加快秸秆能源化利用，可节约大量能源，减少二氧化硫等大气污染物排放[9];其次，秸秆纤维是一种天然纤维素，可替代木材作为造纸[10]、制板等林业工业原材料[11],节约大量森林资源[10];第三，秸秆含有大量的有机质，可以替代玉米作为生物基化工原材料，用于制糖、制醇[12] [13];第四，秸秆含有大量的微量元素，是优良的生物有机肥[14],以吉林省秸秆产生了测算，每年 4000 万吨秸秆中约含氮 20 万吨、磷 4.5 万吨、钾 45 万吨，相当于 2013 年吉林省化肥施用量的六分之一左右[15].
　　
　　加快发展秸秆综合利用产业可有助于改善生态环境质量。由于秸秆综合利用产业不够发达，大量秸秆得不到收集利用，秸秆随意丢弃、露天焚烧的现象屡禁不止[16],危害飞行安全，也成为大气污染的重要成因[17],通过发展秸秆综合利用产业，提高秸秆综合利用率，可减少秸秆露天焚烧量，减少空气污染。
　　
　　加快发展秸秆综合利用产业有助于农民增收。秸秆综合利用产业可为农民提供大量工作岗位，并增加农民收入。目前吉林省秸秆的收购价格在 200-300 元/吨，若秸秆综合利用率提高十个百分点，则每年可多利用秸秆 400 万吨，农民将至少增收 8 亿元以上。建设一条年产 5 万吨纸浆的秸秆纸生产线，年可利用秸秆 15 万吨，带动直接就业人数 500 人，同时增加秸秆收储运等间接就业岗位 1000 个。
　　
　　综上，立足吉林省实际，深入研究吉林省秸秆综合利用产业发展现状，设计构建秸秆综合利用产业发展模式、确定重点发展方向，分析典型案例实施效果，提出促进产业发展的政策措施建议，对于缓解吉林省资源约束、改善生态环境质量、增加农民收入、发展循环经济、应对气候变化等都具有一定的理论指导意义和实际应用价值。
　　
　　1.2 国内外秸秆综合利用产业发展现状
　　
　　1.2.1 国内秸秆综合利用产业发展现状
　　
　　在研究方面，目前国内对秸秆品种、产量、组分、热值研究较多，数据较为齐全[18].
　　
　　针对《国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》中确定的五种秸秆利用途径划分秸秆燃料化、饲料化、肥料化、工业原料化、食用菌基料化“五化”利用现状、比较、存在问题的研究有很多[19] [20],从规模化生产、产业发展角度对秸秆综合利用模式和产业进行综合分析的研究较少。毕于运（2010 年）在分析我国秸秆综合利用的总体趋势为：
　　
　　一是秸秆能源化利用量增加；二是秸秆饲用量增加；四是秸秆食用菌基料化利用量增加；三是秸秆工业原料利用量增加。秸秆废弃及露天焚烧、秸秆直接燃用量减少[21].芦晓伟（2010 年）以吉林省玉米秸秆资源作为研究对象，提出应该建立吉林省玉米秸秆资源综合利用的生态工业园，实现经济效益和生态效益双赢[22].董宇、马晶等（2010）对秸秆直燃发电、制备乙醇、制生物柴油、秸秆沼气、秸秆气化利用模式的原理、操作条件、设备、经济性等进行比较，结果表明，利用秸秆生产燃料乙醇，每吨秸秆产生的热量最多（18900MJ），秸秆利用率高，经济效益好，是秸秆能源化利用中效益较好的途径[23].于春燕（2010年）针对黑龙江省秸秆还田、秸秆制饲料、秸秆直燃发电、秸秆产沼气、秸秆食用菌基料五种利用方案，从经济效益、生态效益、社会效益三个角度出发，建立秸秆综合利用效益比较模型，经对比后得出，秸秆利用的经济效益优劣排序为：食用菌>还田>发电>沼气>饲料。生态效益优劣排序为：发电=沼气>食用菌=饲料>还田。社会效益优劣排序为：
　　
　　食用菌>发电>沼气>饲料>还田。秸秆利用的综合效益排序为：食用菌>发电>沼气>还田>饲料，这五种秸秆利用综合效益差别不是很大，都为较好[24].葛明华（2011 年）对吉林省秸秆资源进行全面统计摸底后，提出制定吉林省秸秆资源综合利用项目应该考虑秸秆分布的资源特点，采取有针对性的设计和布局，优先保证农业方面种植业和养殖业利用，合理安排秸秆作为生物质能的开发利用，稳步推进以秸秆为原料的加工业利用的利用思路[25].侯新强（2012 年）结合农户问卷调查数据，分析新疆农作物秸秆资源化利用模式，论述了企业在秸秆产业化利用过程中的优势。通过已经建成新疆秸秆项目，分析了“企业+农户”秸秆综合利用模式的优势和经济社会效益[26].张灵芝（2013 年）通过问卷调查方式分析了影响对烟台市秸秆综合利用影响因素进行了调查，结果表明，影响当地农户秸秆综合利用的因素依次为文化程度、还田补贴、禁烧监管、农业机械化水平、政府宣传力度及家庭养殖业[27].
　　
　　同时，我国秸秆资源利用方式趋于多样化，产业发展水平不断提高，政策支持力度较大。
　　
　　在秸秆资源及利用方面：据统计数据，2010 年，全国秸秆可收集资源量约为 7 亿吨，品种以玉米秸秆、稻草、麦秸、棉杆等为主[28].其中，玉米秸秆、稻草、麦秸、棉秆分别为 2.73、2.11、1.54、0.26 亿吨。2010 年，全国秸秆综合利用量约 5 亿吨，利用率 70.6%.
　　
　　其中，饲料使用量最多，约 2.18 亿吨，占 31.9%;其次作为燃料使用量约 1.22 亿吨，占17.8%;肥料使用量约 1.07 亿吨，占 15.6%;作为人造板、造纸等工业原料量约 0.18 亿吨，占 2.6%;食用菌基料量约 0.18 亿吨，占 2.6%[29].2013 年，全国秸秆可收集量约 8.3亿吨，综合利用量约 6.4 亿吨，综合利用率达 77.1%.
　　
　　在秸秆综合利用产业发展方面：一是产业逐步壮大。各类秸秆从牲畜饲料、生活能源等简单利用途径发展到食用菌基料、造纸、人造板、化工、能源等多种用途[30] [31].据统计，截至 2010 年底，全国投产和在建的秸秆直燃发电项目 170 多个，总装机容量达到 400 万千瓦，年利用秸秆 3000 万吨以上，其中已投产的秸秆电厂装机容量约为 150 万千瓦。秸秆乙醇、秸秆造纸等秸秆高端化利用模式实现大规模产业化[32].二是技术水平迅速提高。
　　
　　秸秆高端化技术取得较大突破，农业秸秆综合利用机械得到大规模应用[33],河南天冠秸秆纤维素乙醇项目已通过国家鉴定[34],秸秆直燃发电装置基本实现国产化[35],山东泉林秸秆清洁制浆技术实现了秸秆造纸废液的循环利用[36].三是综合效益显现。通过推进秸秆综合利用产业化，解决了重点区域秸秆焚烧问题，西安、咸阳、镇江等城市相继实现了“秸秆零焚烧”,缓解了大气污染问题，增加了农民收入，促进农村剩余劳动力就业。
　　
　　在政策支持方面：2008 年，国家发展改革委、财政部《资源综合利用企业所得税优惠目录（2008 年版）》规定，利用秸秆等为产品原料生产代木产品，电力、热力及燃气的企业，可享受税收优惠政策；2010 年，国家发展改革委印发了《关于完善农林生物质发电价格政策的通知》，对秸秆等生物质发电电价执行 0.75 元/千瓦时标杆上网电价的补贴政策；2014 年，国家发展改革委对北京市等 7 个大气治理试点省市及黑龙江、吉林等 10个产粮大省（区）打捆下达了秸秆综合利用中央预算内资金，支持除秸秆直燃发电、秸秆机械还田外的秸秆综合利用工业化项目建设[37].国内一些省市也加大了对秸秆综合利用的支持力度，如上海市从 2011 年开始对开展秸秆综合利用的企业给予固定资产投资额 30%的资金补贴，支持项目建设[38];江苏省从 2014 年 10 月开始对整车合法装载农作物秸秆的运输车辆免收公路通行费，降低秸秆运输费用[39];安徽省从 2014 年 6 月开始，对农作物秸秆直燃发电企业实施财政奖补，按照水稻、小麦、其它农作物秸秆每吨 50 元、40 元、30 元的额度直接补给秸秆发电企业，降低企业运营成本[40].这些政策都促进了国内秸秆综合利用产业的发展。
　　
　　1.2.2 国外秸秆综合利用产业发展现状
　　
　　美国、日本、欧洲等发达国家在农作物秸秆堆肥、还田的基础上[41],通过法律手段禁止或限制秸秆焚烧。如美国的俄亥俄州，农场主必须提交书面申请，经环保部门同意后才可以规定的时间、限定的地点焚烧秸秆。同时，发达国家通过科技与技术创新，开发出秸秆直燃发电、纤维素乙醇、秸秆建材、秸秆人造板多种工业用途[42-43].
　　
　　在秸秆发电方面，国外产业发展较好。主要发达国家中，生物质发电量占可再生能源发电量的比例达到 70%.特别丹麦在生物质直燃发电方面起步较早、产业发达，2002 年丹麦生物质能发电量占可再生能源发电量的比例达到 81%[45].
　　
　　在秸秆乙醇方面，国外产业起步较早。美国已经将纤维素乙醇的研究推广纳入国家战略。美国能源法案提出到 2012 年全美纤维素来源生产乙醇的比例达到 3%,到 2022 年达到 44%,美国能源部已经对 12 户纤维素乙醇生产企业进行了投资[46].加拿大 Iogen 公司早在 2003 年就建成了年产 32 万升小麦秸秆纤维素乙醇的示范工厂[47].
　　
　　在秸秆制板方面，国外产业规模不大。发达国家秸秆制板技术成熟，产品以麦秸板为主，生产中心位于美国和加拿大[48].北美目前有十几家以麦秸为原料生产人造板的企业，规模较大如美国 PrimeBoard 公司、加拿大 Isobeard 公司[49].但由于麦秸秆成本较高，和木材原料的人造板相比没有成本优势，整体产业规模较小[50].
　　
　　总体上看，发达国家出于节约资源、低碳发展等目的，对秸秆综合利用产业相当重视，产业化起步早，技术储备好，政策扶持力度大，具有较大的先发优势。
　　
　　1.3 研究内容
　　
　　（1）本论文通过数据统计、问卷调查、实地调研等方式，研究吉林省秸秆资源现状、综合利用现状、产业发展现状，分析产业发展中存在的问题。
　　
　　（2）以循环经济理论为基础，设计构建吉林省玉米秸秆综合利用产业发展模式，并确定重点发展方向。
　　
　　（2）通过实地调研、会议座谈等方式，研究吉林省正在实施的秸秆制浆造纸、秸秆生产高效有机肥、秸秆生产食用菌培养料、秸秆制酒精、秸秆成型燃料、秸秆生态能源村等秸秆产业化六个典型案例（项目），对比不同利用途径的优缺点，分析项目前景及存在问题，调研企业政策需求。
　　
　　（4）提出破解吉林省秸秆综合利用产业发展瓶颈、促进产业做大做强的政策建议。
　　
　　1.4 技术路线
　　
　　本研究的技术路线见图 1.1.
　　
　　1.5 拟解决的关键问题
　　
　　1、设计吉林省秸秆综合利用产业发展模式，确定重点发展方向。同时，对比秸秆综合利用产业化模式典型案例的实施效果，分析其发展风险及政策需求。
　　
　　2、提出促进吉林省秸秆综合利用产业发展的政策建议。
　　
　　1.6 创新点
　　
　　1、通过问卷调查方式，对吉林省秸秆综合利用产业进行了定性分析；2、系统的阐述了不同秸秆利用模式的优缺点，确定了重点发展方向；3、采取实地调研、会议座谈等方式深入了解吉林省秸秆综合产业化典型案例的实际情况和企业的需求。