北 方 園 藝 農(nóng)業(yè)經(jīng)緯 第一作者簡介 劉晨霞 女 博士 工程師 現(xiàn)主要 從事設(shè)施園藝工程等研究工作 收稿日期 甲醇作為能源在設(shè)施農(nóng)業(yè)的應(yīng)用前景 劉 晨 霞 馬 智 宏 陳 小 文 劉 魯 江 北京中農(nóng)富通園藝有限公司 北京 摘 要 從設(shè)施農(nóng)業(yè)能耗問題出發(fā) 闡述甲醇作為能源的優(yōu)勢及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)上可能的 應(yīng)用方式 溫室加溫 補(bǔ)充二氧化碳?xì)夥?通過對目前溫室加溫 補(bǔ)充二氧化碳?xì)夥誓茉刺?點(diǎn)進(jìn)行分析 說明了甲醇作為能源在設(shè)施農(nóng)業(yè)的應(yīng)用前景 為甲醇在設(shè)施農(nóng)業(yè)的推廣應(yīng)用提 供了參考依據(jù) 關(guān)鍵詞 設(shè)施農(nóng)業(yè) 加溫 二氧化碳?xì)夥?甲醇 中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào) 設(shè)施農(nóng)業(yè)是知識(shí)與技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè) 我國經(jīng) 過 多年的發(fā)展和探索 已取得了長足的進(jìn)步 成為全球設(shè)施農(nóng)業(yè)面積最大的國家 然而 高能 耗始終是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展道路上的 攔路虎 一直 以來備受學(xué)者們關(guān)注 據(jù)聯(lián)合國糧食計(jì)劃署統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)顯示 溫室加溫的能耗量占全球每年農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)能耗量的 冬季在北方大型溫室中 根 據(jù)緯度不同加溫耗能約占運(yùn)行總成本的 與此同時(shí) 隨著各國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 大氣 污染等環(huán)境問題也日益彰顯 傳統(tǒng)的化石能源不 僅因其被過渡開采利用而導(dǎo)致逐漸走向枯竭 也 因其燃燒時(shí) 生成的產(chǎn)物是造成大氣污染的主要 來源而備受關(guān)注 因此 發(fā)展并應(yīng)用清潔能源 減 少傳統(tǒng)化石能源的使用 已成為世界各國的努力 方向 甲醇作為一種可再生且在充分燃燒條件下 排放物無污染的能源 已是世界公認(rèn)的清潔能源 目前甲醇在我國已廣泛用于民用 餐飲 取暖 和 汽車領(lǐng)域 然而甲醇作為能源在農(nóng)業(yè)能耗量 較大的設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用值得探索 甲醇作為能源的應(yīng)用優(yōu)勢 甲醇的理化性質(zhì) 甲醇 是簡單的飽和一元 醇 分子中碳含量為 氫含量為 氧含量 為 因此 甲醇作為燃料燃燒會(huì)更充分 熱利 用率高 熱值雖然低 但甲醇汽化潛熱是汽油 的 倍多 在燃燒過程中 火焰溫度能得到降低 可以避免局部高溫 同時(shí) 甲醇具有閃點(diǎn)高 自 燃溫度高的特點(diǎn) 使其在運(yùn)輸過程中比較安全 根據(jù) 工 業(yè) 用 甲 醇 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 范 可知 醇燃料是 的甲醇時(shí) 燃燒的產(chǎn) 物是確定的 在完全燃燒的條件下僅產(chǎn)生 和 而且非常清潔環(huán)保 因此 甲醇在環(huán)保方面 的競爭力具有明顯的優(yōu)勢 甲醇的制備 甲醇制備原料采用天然氣和煤的較多 而我 國能源資源的特點(diǎn)是 富煤 貧油 少氣 因此主 要以煤為原料制備甲醇 生產(chǎn)工藝有單產(chǎn)甲醇和 聯(lián)產(chǎn)甲醇 種 聯(lián)產(chǎn)甲醇除在合成氨裝置聯(lián)產(chǎn)甲 醇外 還可利用化工廠尾氣或結(jié)合城市煤氣聯(lián)產(chǎn) 甲醇 隨著國家近幾年對煤炭直接燃燒使用的限 制 大量的燃煤供應(yīng)開始轉(zhuǎn)向煤化工產(chǎn)業(yè) 煤制 甲醇的興起不僅解決了煤炭產(chǎn)業(yè)的高產(chǎn)能 而且 使煤炭從高污染燃料直接變成了清潔燃料 甲醇的生產(chǎn)工藝簡單 反應(yīng)條件溫和 技術(shù)容 易突破 目前劣質(zhì)煤 煤矸石均可提制甲醇 煤制 甲醇綜合成本不高于 元 除此之外 石腦油 渣油 油田氣 煤層氣等均可以用來制備 甲醇 原料經(jīng)過部分氧化法或蒸汽轉(zhuǎn)化制得合成 氣 和 進(jìn)而制得甲醇 綜上可知 甲醇作為能源 其具有節(jié)能 環(huán)保 經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢 目前 甲醇在我國已被廣泛用于 民用和汽車領(lǐng)域 試驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示 在工業(yè)窯爐 內(nèi)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的能量利用效率高于汽油和柴 油 其中 車 用 甲 醇 相 對 于 汽 油 節(jié) 省 燃 料 費(fèi) 用 其經(jīng)濟(jì)性具有明顯的競爭力 據(jù)悉 現(xiàn)今除甲醇汽車外 甲醇燃料已應(yīng)用于船 舶 工業(yè)鍋爐 民用取暖 炊事灶具等能源領(lǐng)域 甲醇在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 設(shè)施農(nóng)業(yè)加溫 加溫需求 設(shè)施農(nóng)業(yè)是通過采用一定的設(shè)施和裝置 對 其內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行調(diào)控 以達(dá)到進(jìn)行動(dòng) 植物高效生 產(chǎn)的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式 屬于高投入 高產(chǎn)出的產(chǎn) 業(yè) 設(shè)施農(nóng)業(yè)的高投入 很大程度上是能源消耗 的投入 它包括冬季加溫 夏季降溫等環(huán)節(jié) 荷蘭是世界設(shè)施園藝強(qiáng)國 從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度 考慮 荷蘭冬季不冷 夏季不熱 多數(shù)地區(qū)在一年 中較多的時(shí)間處于 有利于設(shè)施農(nóng)業(yè)的 發(fā)展 即便如此 萬 溫室能耗消耗量卻 占荷蘭能源總消耗量的 能源消耗量的投入 可見一斑 季風(fēng)氣候是我國氣候的突出特征 也 因此我國絕大部分地區(qū)冬季要比世界上同緯度地 區(qū)冷 夏季比世界上同緯度地區(qū)熱 造成我國較多 地區(qū)溫度年較差在 以上 長江以北地區(qū)的年 較差甚至在 以上 較少地區(qū)的溫度年較差低 于 因此會(huì)造成我國設(shè)施農(nóng)業(yè)能耗投入更 大 由于我國是世界設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國 設(shè)施農(nóng) 業(yè)占世界總面積的 截止 年 溫室總面 積達(dá) 萬 其中日光溫室面積為 萬 約占溫室總面積的 塑料大棚 萬 連棟溫室 萬 我國設(shè)施農(nóng) 業(yè)能耗量會(huì)更大 總投入會(huì)更高 進(jìn)行種植的設(shè)施可根據(jù)有無蓄熱體分為無蓄 熱功能溫室和有蓄熱功能溫室 一般情況下 連 棟溫室和塑料大棚無蓄熱構(gòu)件 僅能夠滿足葉菜 類作物春提前 秋延后的栽培 生產(chǎn) 在冬季則需 要加溫才能進(jìn)行生產(chǎn) 其加溫時(shí)長 可根據(jù)地理 位置來確定 我國東北地區(qū)玻璃溫室和大棚的 加溫時(shí)間大約需要 個(gè)月 在華北地區(qū)則需要 個(gè)月 即使在南方地區(qū) 如果在該類溫室中 種植花卉或育苗也需要進(jìn)行加溫或臨時(shí)補(bǔ)溫 眾所周知 我國擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的日 光溫室具有蓄熱功能 其后墻和土壤具有一定的 蓄熱功能 可以將白天的太陽輻射能儲(chǔ)存 夜間通 過熱交換將蓄積的熱量供給溫室 但是由于墻體 材料的傳熱特性及熱容量的限制 熱能蓄積與釋 放過程比較緩慢 且釋放的熱能是有限的 在 華北及東北地區(qū)日光溫室越冬生產(chǎn)果菜類蔬菜 如果沒有加溫措施 風(fēng)險(xiǎn)很大 冬季連續(xù)陰 雪天氣導(dǎo)致的持續(xù)低溫會(huì)使作物生長遲緩 病蟲 害多發(fā) 嚴(yán)重影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量 因此 日光溫室育苗或種植果菜類蔬菜 配備加溫設(shè)施 是必要的 溫度環(huán)境是影響溫室作物生產(chǎn)的重要 因素 合理的溫度是保障作物品質(zhì)和產(chǎn)量的重要 手段 目前加溫能源 溫室的加溫方式多為鍋爐配套暖氣系統(tǒng)或電 能加溫 鍋爐燃料為燃煤 燃油 燃?xì)?均為不可再 生能源 目前加溫能源應(yīng)用不足 隨著國家對環(huán)境治理 保護(hù)措施及法規(guī)的制 定和實(shí)施 特別是 年 月 日由國務(wù)院公開 發(fā)布了 打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃 計(jì)劃中 制定了詳細(xì)的任務(wù)標(biāo)準(zhǔn) 對重點(diǎn)區(qū)域繼續(xù)實(shí)施煤 炭消費(fèi)總量控制 燃煤這類高耗低效燃燒效率燃 料 向空氣中排放出大量 和煙塵 造成大氣污染的能源的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用量也逐漸 縮小 燃料油主要由石油的裂化殘?jiān)秃椭别s殘 渣油制成 其粘度大 膠質(zhì) 瀝青質(zhì)多 一般需經(jīng)預(yù) 熱 才能使燃料進(jìn)行噴散霧化 燃料油燃燒時(shí) 如 果空氣供應(yīng)不合適 就會(huì)造成燃料燃燒不完全 排 煙溫度高 形成能源較大的浪費(fèi) 燃?xì)庀鄬τ谌济?北 方 園 藝 月 上 來說 比較潔凈 但由于天然氣成分復(fù)雜 燃燒過 程中也會(huì)產(chǎn)生 等污染氣體 且由于設(shè)施 農(nóng)業(yè)園區(qū)一般距離居民區(qū)較遠(yuǎn) 如果通過管道運(yùn) 輸燃料 管道的埋設(shè)等施工量大 成本高 電能加 溫表面上看起來環(huán)保 利用也比較方便 但是我國 電力有 左右來源于火力發(fā)電 而火力發(fā)電的 原料是煤 因此 作為二次能源的電能本身成本較 其它燃料高 綜上所述 作為產(chǎn)出比較低的設(shè)施農(nóng)業(yè) 亟待 尋找無污染 價(jià)格低的加溫燃料及燃燒設(shè)備 甲 醇這種清潔能源 必將在設(shè)施農(nóng)業(yè)中得以推廣 應(yīng)用 甲醇用于溫室加溫方法及注意事項(xiàng) 甲醇在溫室加溫方面的應(yīng)用 利用甲醇燃燒 產(chǎn)生的熱量 可以采用直接加熱溫室空氣的方法 為溫室供暖 也可采用以水或其它物質(zhì)為媒介 暖 氣片 管道等 為溫室供暖 為了較為精準(zhǔn)的控 制溫度 可以通過開發(fā)控制系統(tǒng) 根據(jù)不同種類的 植物及其生育期 設(shè)置其適宜溫度 進(jìn)而控制加溫 設(shè)備的啟停 保證作物的高效生產(chǎn) 注意事項(xiàng) 溫室是密閉的空間 夜間植物已不 進(jìn)行光合作用 作物的呼吸作用會(huì)使溫室中二氧 化碳的濃度不斷上升 因此 夜間不能將甲醇燃燒 后的氣體直接排放進(jìn)溫室 以免使溫室中的二氧 化碳濃度過高 造成植物中毒 園藝設(shè)施內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳?xì)夥?溫室補(bǔ)氣肥的優(yōu)點(diǎn) 二氧化碳是植物光合作用的主要原料 被稱 為 植物的糧食 生產(chǎn)中的日光溫室是一個(gè)相對 封閉的空間 當(dāng)太陽升起 植物就已經(jīng)開始進(jìn)行光 合作用 隨著光合作用的增強(qiáng) 溫室內(nèi)的二氧化 碳濃度不斷降低 甚至低于室外的濃度 而對于多數(shù)作物 光合作用需要 二氧化碳的最佳濃度為 因此 為了使溫室內(nèi)種植作物有較好的產(chǎn)量 可以 通過給溫室補(bǔ)充二氧化碳的方式 滿足作物光合 作用需求 有研究顯示 溫室內(nèi)補(bǔ)充適量二氧化 碳?xì)夥?不僅能夠提高產(chǎn)量 還可以提高果實(shí)品 質(zhì) 作物的抗病性 等 所以為生產(chǎn)溫室內(nèi) 補(bǔ)充二氧化碳肥非常有必要 目前溫室補(bǔ)二氧化碳?xì)夥实姆椒?溫室中施用的二氧化碳?xì)夥?其主要來源有 采用鋼瓶盛裝液體二氧化碳 通過配置電加熱 裝置 使鋼瓶內(nèi)輸出的二氧化碳由液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅?態(tài) 再利用塑料管將二氧化碳?xì)怏w輸送到溫室 內(nèi) 利用硫酸和碳酸鹽發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生二氧化 碳 采用生物質(zhì)堆肥發(fā)酵方法產(chǎn)生二氧化 碳 以上二氧化碳?xì)夥蕘碓捶謩e存在成本 高 不安 全 產(chǎn)生二氧化碳速度慢且不可控的 問題 甲醇作為能源補(bǔ)氣的優(yōu)點(diǎn) 補(bǔ)氣肥方式及 注意事項(xiàng) 甲醇點(diǎn)燃條件下 充分燃燒后 其生成物僅為 二氧化碳和水 見式 通過甲醇燃燒式及分子摩爾質(zhì)量可知 甲醇燃燒 可產(chǎn)生 二氧化碳 將 其釋放到 的空間內(nèi) 該部分二氧化碳的 濃度大于 因此 通過甲醇燃燒 可以迅速補(bǔ)充二氧化碳至作物所需量 甲醇作為能源補(bǔ)氣肥方式 如果溫室補(bǔ)充二 氧化碳量較小 則可以將甲醇燃燒后的氣體直接 排放到溫室中 如果溫室內(nèi)空氣濕度較大 則可以 通過冷凝的方法 將水汽冷凝排出 僅將二氧化碳 和空氣中的氮?dú)忉尫诺綔厥抑?注意事項(xiàng) 由于是在白天補(bǔ)充二氧化碳?xì)夥?所以要考慮人體對二氧化碳的反應(yīng)臨界濃度 保 證室內(nèi)工作人員的安全 另外 長時(shí)期使用過高濃 度的二氧化碳 植物光合作用增強(qiáng)的反應(yīng)將變?nèi)?植物也容易產(chǎn)生葉片黃萎 褐變和早衰等問題 因 此 二氧化碳的濃度應(yīng)根據(jù)植物的種類 生育期及 不同的天氣條件等因素而定 展望 面對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗及短缺問 題 可再生能源取代化石燃料的能源是必然趨勢 我國煤礦資源豐富 在甲醇制備技術(shù)不斷突破的 基礎(chǔ)上 甲醇作為一種可再生的清潔能源 也必將 在設(shè)施農(nóng)業(yè)上有更大的推廣和應(yīng)用空間 特別是 溫室加溫及補(bǔ)氣肥方面 另外 由于甲醇作為能 源 其壓力燃燒技術(shù)非常成熟 并已廣泛應(yīng)用于汽 第 期 北 方 園 藝 車行業(yè) 因此 甲醇也可為設(shè)施農(nóng)業(yè)中的機(jī)械提供 動(dòng)力 目前 北京中農(nóng)富通園藝有限公司已經(jīng)開始 以甲醇作為能源為溫室補(bǔ)充二氧化碳?xì)夥蔬M(jìn)行初 步探索 期望以甲醇作為能源在溫室加溫 補(bǔ)氣肥 應(yīng)用過程中探索更好的節(jié)能應(yīng)用方式 為甲醇在 設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)借鑒和數(shù)據(jù)支持 參考文獻(xiàn) 崔敏 設(shè)施農(nóng)業(yè)面臨難題 如何做到既節(jié)能又保產(chǎn) 農(nóng) 機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督 曲梅 溫室地板加熱系統(tǒng)的研究 北 京 中 國 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 舟唱機(jī) 現(xiàn)代溫室工程 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 羅艷托 徐英俊 湯湘華 等 國內(nèi)車用替代燃料的發(fā)展前景 國際石油經(jīng)濟(jì) 王亞紅 甲醇 柴油雙燃料發(fā)送機(jī)性能及排放研究 西 安 長安大學(xué) 楊文 山西代表團(tuán)代表聯(lián)名提交建議 發(fā)展甲醇替代燃料推 廣應(yīng)用甲醇汽車 山西日報(bào) 朱晶宇 柴油甲醇組合燃燒模式的甲醛排放特性研究 天津 天津大學(xué) 朱金良 發(fā)動(dòng)機(jī)燃用汽油與甲醇的性能對比研究 武 漢 華中科技大學(xué) 工業(yè)用甲醇 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 北京 中國標(biāo) 準(zhǔn)出版社 胥富春 平?jīng)鲈囁茝V甲醇燃 甘肅經(jīng)濟(jì)日報(bào) 周升 大跨度主動(dòng)蓄能型溫室太陽能熱泵增溫試驗(yàn)研究 北京 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 馮玉龍 姜淑梅 根系溫度對甜椒生理特性的影響 植物 生理學(xué)通訊 明村豪 蔣芳玲 王廣龍 等 黃瓜壯苗指標(biāo)與輻熱積關(guān)系的 模擬模型 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 孫維拓 郭文忠 徐凡 等 日光溫室空氣余熱熱泵加溫系統(tǒng) 應(yīng)用效果 中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 陳冰 羅小林 畢方琳 等 溫室太陽能與空氣源熱泵聯(lián)合加 溫系統(tǒng)的試驗(yàn) 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào) 趙云龍 于賢昌 李衍素 碳晶電地?zé)嵯到y(tǒng)在日光溫室番茄 生產(chǎn)中的應(yīng)用 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 姜兆彤 杜玉斌 王春華 等 溫室釋放二氧化碳?xì)夥蕦Σ葺?生產(chǎn)的影響 北方果蔬 李向前 梁然 張紅 等 二氧化碳?xì)夥试谌展鉁厥尹S瓜上的 應(yīng)用試驗(yàn) 現(xiàn)代農(nóng)村科技 魏珉 王秀峰 邢禹賢 等 幾種主要 施肥肥源性能的比 較與評價(jià) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 高瑞龍 王琨琦 郭文忠 等 基于生物質(zhì)原料的二氧化碳施 肥器效果試驗(yàn) 農(nóng)機(jī)化研究 劉猷紅 孟英 唐傲 等 農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物發(fā)酵 施肥對生 菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響 北方園藝 高瑞龍 設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的二氧化碳施肥器設(shè)計(jì) 西安 西安工業(yè)大學(xué) 北 方 園 藝 月 上