水振江

摘 要：生物質(zhì)能源中的碳和硫含量是很少的，因此燃燒產(chǎn)生的有害氣體也是很少的，并且由于生物質(zhì)在生長(zhǎng)中也會(huì)吸收很多二氧化碳，因此不會(huì)影響溫室效應(yīng)的加劇。生物質(zhì)能源的另一個(gè)重大好處便是方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存，由于一般的可再生能源例如風(fēng)能和太陽(yáng)能等都是不可運(yùn)輸不便存儲(chǔ)的。生物質(zhì)能中所占比例最大的要數(shù)農(nóng)作物的秸稈了，我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源是非常豐富的。不過(guò)雖然豐富，但農(nóng)作物秸稈卻也有著儲(chǔ)運(yùn)不方便、資源分散、和能源密度低等缺點(diǎn)。由于這些缺點(diǎn)導(dǎo)致到目前為止利用率依舊不高。基于此，本文主要對(duì)生物質(zhì)電廠秸稈燃料收集范圍優(yōu)化進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)電廠;秸稈燃料;收集范圍;優(yōu)化分析

0 前言

生物質(zhì)發(fā)電是一種高效利用生物質(zhì)能的方式，但目前存在發(fā)電成本高的問(wèn)題。秸稈資源是生物質(zhì)的重要組成部分，也是生物質(zhì)發(fā)電廠的主要燃料，我國(guó)秸稈資源豐富，但分布廣泛且季節(jié)性強(qiáng)，這與生物質(zhì)電廠所要求的能源供應(yīng)穩(wěn)定、持續(xù)、經(jīng)濟(jì)等原則相矛盾。如何高效、經(jīng)濟(jì)地收集運(yùn)輸秸稈，對(duì)于降低生物質(zhì)電廠的發(fā)電成本以及原料供應(yīng)有重要意義。

1 生物質(zhì)發(fā)電原料收集和運(yùn)輸流程

由于我國(guó)生物質(zhì)資源分布廣泛、覆蓋范圍大、生物質(zhì)電廠的燃料需求量大，所以目前大部分秸稈收集均采用經(jīng)紀(jì)人分包制，經(jīng)紀(jì)人建立秸稈收儲(chǔ)點(diǎn)，分散收集附近地區(qū)的秸稈，達(dá)到一定數(shù)量后集中運(yùn)輸至生物質(zhì)電廠，少部分秸稈不經(jīng)壓縮及打包送至生物質(zhì)電廠，操作流程如圖1所示。

大多數(shù)生物質(zhì)電廠是根據(jù)生物質(zhì)需求量估算其收集范圍，忽略對(duì)秸稈收儲(chǔ)點(diǎn)收集范圍的考慮，導(dǎo)致各收儲(chǔ)點(diǎn)收集秸稈半徑不合理，導(dǎo)致運(yùn)費(fèi)增加。本文根據(jù)現(xiàn)有收集模式，優(yōu)化生物質(zhì)電廠燃料收集范圍，提出最小運(yùn)費(fèi)的最佳秸稈收集半徑計(jì)算模型。

2 生物質(zhì)資源收集運(yùn)輸模型

在整個(gè)生物質(zhì)發(fā)電過(guò)程中秸稈原料的購(gòu)買、收集、運(yùn)輸具有較強(qiáng)的市場(chǎng)性，所以具體運(yùn)作方式各不相同，其經(jīng)濟(jì)成本也有差別。

2.1 模型假設(shè)

因秸稈燃料的生產(chǎn)及運(yùn)輸過(guò)程復(fù)雜，為便于分析，作如下假設(shè)：

1）不考慮農(nóng)作物種類，農(nóng)作物在收集區(qū)域內(nèi)分布均勻，品種單一且單位面積的產(chǎn)量相等;

2）秸稈種植面積廣泛，在模型所示范圍內(nèi)生物質(zhì)電廠的供應(yīng)資源均為秸稈且滿足生物質(zhì)電廠的用量;

3）忽略農(nóng)作物的區(qū)域性、季節(jié)性;

4）收集、運(yùn)輸能力充足，忽略其他因素（交通、天氣等）對(duì)秸稈收集的影響;

5）按最不利情況，未覆蓋區(qū)域由生物質(zhì)電廠直接收購(gòu)。

2.2 模型建立

以一個(gè)年消耗秸稈量為20萬(wàn)t小麥秸稈的生物質(zhì)電廠為例，根據(jù)上述計(jì)算方法進(jìn)行求解。2012年我國(guó)小麥單位面積產(chǎn)量4986.23kg/hm2，小麥秸稈的谷草比為1.1，折算ρ=5.5×105kg/km2，2012年我國(guó)耕地面積占土地面積的比例約為12%，小麥秸稈收集系數(shù)為0.76，可利用系數(shù)為0.82。根據(jù)述式（1）可得：

經(jīng)計(jì)算可得R=39.34km，即秸稈收集半徑為39.34km。壓縮倍數(shù) a的取值為3～8，本案例取3，t1取0.001進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)n=1時(shí)，收儲(chǔ)點(diǎn)收集半徑為9.83km，可節(jié)省費(fèi)用172.99萬(wàn)元;當(dāng)n=2時(shí)，收儲(chǔ)點(diǎn)收集半徑為6.29km，可節(jié)省費(fèi)用212.31萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在微元分析法的基礎(chǔ)上建立生物質(zhì)電廠原料收集運(yùn)輸模型，利用該模型建立秸稈收集運(yùn)輸費(fèi)用函數(shù)關(guān)系式，通過(guò)求解得到秸稈收儲(chǔ)點(diǎn)的最佳收集半徑。

參考文獻(xiàn)

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