福建省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所 徐慶賢 林 斌 官雪芳

福建省能源研究會 郭祥冰

福建省地處亞熱帶，氣候溫和，雨量充沛，對各種生物質(zhì)能資源繁殖、生長都很有利，生物質(zhì)能資源比較豐富。近年來，尤其是《可再生能源法》實(shí)施后，生物質(zhì)發(fā)電（尤其是垃圾發(fā)電）等發(fā)展比較迅速，生物柴油、沼氣等也取得了一定的進(jìn)展。據(jù)初步調(diào)查福建省2005年各類大宗生物質(zhì)能資源折成標(biāo)煤為1875萬t，其中，沼氣資源324.2萬t，生物柴油資源320萬t，垃圾發(fā)電資源68.4萬t，農(nóng)作物秸稈172萬t，農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品108萬t，林木枝椏和林業(yè)廢棄物800萬t[1]。

生物柴油、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場沼氣工程、城市垃圾發(fā)電等三種生物質(zhì)能的開發(fā)利用，在它轉(zhuǎn)換生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)能源的過程中，與生態(tài)環(huán)境治理密切相結(jié)合，備受福建省政府有關(guān)部門的重視。到2007年底，福建共有萬噸級以上規(guī)模生物柴油生產(chǎn)企業(yè)7家，已形成生產(chǎn)能力約33萬t，2007年實(shí)際產(chǎn)量20萬t，主要是利用廢油脂和油料加工下腳料加工成柴油；已投入運(yùn)行的垃圾焚燒發(fā)電廠5家，總裝機(jī)容量4.665萬kW，年發(fā)電量2.228億kWh[2]；福建省農(nóng)村畜禽糞便產(chǎn)沼氣潛力為11.11億m3，其中規(guī)模養(yǎng)殖場沼氣潛力為5.12億m3。

1 生物質(zhì)能發(fā)展概況及問題分析

1.1 福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染源普查與沼氣潛力評估

1）畜禽養(yǎng)殖概況

全省畜禽養(yǎng)殖以豬、牛、雞為主，根據(jù)畜牧部門統(tǒng)計(jì)，截止2007年12月，生豬存欄量為1317.12萬頭，牛存欄量為76萬頭，養(yǎng)雞數(shù)為5424.29萬羽。與前相比，規(guī)模聚集現(xiàn)象明顯加快。

2）豬、牛、雞糞便年排放量

目前多數(shù)畜禽養(yǎng)殖場糞污只經(jīng)過簡易處理[3]，嚴(yán)重地污染土壤、水體和空氣，危害人們的健康，同時(shí)還流失了大量的沼氣、沼渣、沼液等能源資源。隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，污染日趨嚴(yán)重，污染程度已超過了工業(yè)和城市生活排污對環(huán)境的影響，成為面污染與點(diǎn)污染源的大戶[4,5]。

3）沼氣潛力與分布特征

根據(jù)測算結(jié)果，2007年全省農(nóng)村畜禽糞便資源可產(chǎn)沼氣潛力為11.11億m3，其中規(guī)模養(yǎng)殖場沼氣潛力為5.12億m3。其分布特征是：

（1）沼氣資源以豬糞為主。全省豬糞沼氣潛力占沼氣資源總量近2/3，牛糞和雞糞占1/3。

（2）沼氣資源逐步向規(guī)模養(yǎng)殖場集聚。全省規(guī)模養(yǎng)殖場的沼氣資源占總資源量的比例，從2005年的41.07%增加到2007年的46.08%,平均每年以2.5%速度遞增，為大中型沼氣工程發(fā)展提供了基本條件。

4）節(jié)能減排潛力分析

按現(xiàn)有畜禽糞便資源量，每年產(chǎn)沼氣潛力為11.11億m3，相當(dāng)于79.4萬t的優(yōu)質(zhì)能源，若全部用于農(nóng)村生活用能，可供220多萬戶，解決全省1/3農(nóng)戶的生活用能；同時(shí)相當(dāng)于可減少CO2排放205萬 t，以國際碳匯市場價(jià)格，即1t CO2為15歐元計(jì)算[6]，價(jià)值約2.8億元人民幣。

1.2 畜禽養(yǎng)殖業(yè)大中型沼氣工程典型調(diào)查

1）福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)大中型沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀

畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，導(dǎo)致大江大河污染日益嚴(yán)重，2001年省政府決定限期治理九龍江干流及其支流和水口庫區(qū)沿岸1000m以內(nèi)畜禽養(yǎng)殖污水，制定優(yōu)惠政策，采取有力措施，畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程獲得迅速發(fā)展。到2007年，全省累計(jì)建成養(yǎng)殖場沼氣工程988處，容積34萬m3，年產(chǎn)沼氣4400多萬m3，處理1100多萬t畜禽糞水。全省共有規(guī)模養(yǎng)殖場7724個(gè)，建池比例為12.8%，遠(yuǎn)高于全國的0.08%，居于全國前列。2008年，又有85處投產(chǎn)。

2）典型調(diào)查結(jié)果

采用典型抽樣方法對172家規(guī)模養(yǎng)豬場進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：沼氣工程沼氣綜合利用率不高，產(chǎn)出的大部分沼氣放空；沼氣工程離村落距離較近，大部分可以滿足集中供氣所需壓力要求。

（1）沼氣利用率很低，大部分放空

表1 沼氣利用率

表1中看出，沼氣利用率在30%以下的占到81.49%，而沼氣利用率在80%以上的沼氣工程只有1個(gè)，占0.62%，說明我省大部分沼氣工程沼氣綜合利用率較低，大量優(yōu)質(zhì)能源白白浪費(fèi)，而且增加了大氣中溫室氣體排放。

（2）沼氣利用水平低

表2 沼氣利用方式

表2表明，98.77%的沼氣工程只利用少部分沼氣向養(yǎng)豬場職工提供生活用能，還有1.23%的沼氣工程產(chǎn)出沼氣都沒有得到利用，沼氣工程向周邊農(nóng)戶集中供氣僅占2.47%，沼氣發(fā)電的也只占6.79%，其他利用方式（例如保溫、供熱等）占8.64%，說明全省目前沼氣利用領(lǐng)域窄、工業(yè)化利用水平低，大部分沼氣沒有得到有效利用。

（3）沼氣工程集中供氣條件

表3 沼氣工程與村落距離

由表3可知，我省占81.4%的養(yǎng)豬場與村落的距離在5公里之內(nèi)，與村落距離10公里之內(nèi)的占95.4%，多數(shù)在3～4公里左右，大部分沼氣工程具備集中供氣所需壓力。

1.3 調(diào)查的啟示

福建沼氣工程建設(shè)走在全國前列，但是，發(fā)展沼氣工程主要著眼于環(huán)境效益，綜合利用經(jīng)濟(jì)效益相對較差，特別是沼氣作為農(nóng)村重要的清潔能源利用率不高，沼氣工程產(chǎn)出沼氣70%以上放空，釋放出大量溫室氣體（主要是甲烷）。充分利用大量放空沼氣是當(dāng)前亟待解決的問題。為了農(nóng)業(yè)沼氣更好更快發(fā)展，筆者提出如下建議：污染治理與能源資源開發(fā)利用并舉，不斷提高經(jīng)濟(jì)效益，逐步向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。

2 破題途徑

2.1 沼氣工程發(fā)展路線

30年來，沼氣技術(shù)由單一的戶用沼氣發(fā)展到大中型沼氣工程技術(shù)的路線可以歸結(jié)為：能源型→環(huán)保型→綜合型。

1978年能源供應(yīng)全面緊張，為獲得更多沼氣，上海虹橋養(yǎng)殖場率先將戶用小型沼氣池技術(shù)移植和放大到50m3[7]。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，大量畜禽糞便隨意排放，嚴(yán)重污染了水體和周圍環(huán)境，2001年福建掀起了以污染治理為主要目標(biāo)的大中型沼氣工程建設(shè)高潮。時(shí)至今日，沼氣技術(shù)已從單純的能源利用，發(fā)展成為具備污染治理、能源生產(chǎn)、生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展多種功能。沼氣技術(shù)有必要也有可能向污染治理與能源資源綜合利用方向發(fā)展。

2.2 沼氣充分利用途徑

充分利用大量放空沼氣主要途徑是向周邊農(nóng)戶集中供氣、供熱、發(fā)電等工業(yè)化應(yīng)用。我們選擇了一些案例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。案例分析表明：政府給予適當(dāng)補(bǔ)貼，提高沼氣工程產(chǎn)氣率和沼氣利用率，可以有效地提高沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益。

1）案例一：沼氣發(fā)電-以南平市延平區(qū)東順畜牧發(fā)展公司為例

東順畜牧發(fā)展公司生豬年存欄數(shù)6000頭，年出欄數(shù)17000頭，污水量為90m3/d，建有沼氣池800m3，為磚混結(jié)構(gòu)，工藝采用推流式。平均產(chǎn)氣率0.4m3/(m3·d)。

總體工藝流程為豬糞經(jīng)干清糞后，糞污再經(jīng)固液分離機(jī)分離，污水進(jìn)入沼氣池。

沼氣池年產(chǎn)沼氣11.52萬m3，其中炊飲年用氣1.62萬m3，占14%；配套雙燃料沼氣發(fā)電機(jī)組30kW，日發(fā)電8小時(shí)，每小時(shí)發(fā)電24kWh，用氣13m3，每kWh網(wǎng)電0.65元，沼氣電每kWh柴油成本0.25元，年用氣量3.78萬m3，占32.8%。

（1）改造前后經(jīng)濟(jì)分析

以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析不考慮沼渣、沼液以及減少排污等產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，只考慮沼氣利用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。原工程與改造方案的經(jīng)濟(jì)核算，詳見表4。

基準(zhǔn)折現(xiàn)率為10%，工程設(shè)備使用年限為20年。

表4 原工程與改造方案經(jīng)濟(jì)核算

·原沼氣工程效益差。原因在于沼氣池產(chǎn)氣率不高，沼氣利用率只有46.8%。

該場應(yīng)用全混合沼氣發(fā)酵工藝，建設(shè)沼氣池1800m3和280kW發(fā)電工程，平均沼氣產(chǎn)氣率0.8m3/(m3.d)以上，年產(chǎn)沼氣51.8萬m3，發(fā)電用氣44.15m3，全場沼氣利用率88.3%。

該改造方案采用先進(jìn)發(fā)酵工藝，產(chǎn)氣率提高1倍以上，沼氣利用率也從46.8%提高到88.3%，經(jīng)濟(jì)效益大幅提高，電用不完還可以上網(wǎng)，但需要解決上網(wǎng)問題，固定投資也增加了98萬元。

（2）結(jié)論

由案例一技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可以看出，沼氣工程經(jīng)濟(jì)效益不好的一個(gè)重要原因就是沼氣的利用率不高以及沼氣工程的發(fā)酵工藝落后。如果提高沼氣工程的產(chǎn)氣效率和沼氣利用率，可以有效地提高整個(gè)沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)，建池成本也大幅增加，因此，在沼氣工程產(chǎn)業(yè)化的初期，在一段時(shí)間內(nèi)國家應(yīng)根據(jù)沼氣工程不同發(fā)酵工藝以及沼氣利用率給予適當(dāng)補(bǔ)貼，為今后產(chǎn)業(yè)化打好基礎(chǔ)。

2）案例二、集中供氣-以福建省南平市延平區(qū)筠竹村為例

延平區(qū)筠竹村是一個(gè)以林業(yè)、果樹種植為主的經(jīng)濟(jì)村，全村人口達(dá)1200人左右，總戶數(shù)260戶左右，2001年筠竹村引進(jìn)南平市茫蕩牧業(yè)有限公司在筠竹村落戶，年存欄母豬400頭，出欄商品豬3000頭左右。該場于2007年底設(shè)計(jì)建設(shè)600m3ABR型沼氣池，沼氣池建成后日產(chǎn)沼氣240m3沼氣。2008年續(xù)建集中供氣工程，配置50m3貯氣柜，沼氣集中輸送到筠竹村107戶農(nóng)戶作生活燃料。

（1）改造前后經(jīng)濟(jì)分析

正在運(yùn)行沼氣集中供氣工程和增設(shè)沼氣發(fā)電機(jī)的改造方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算見表5。

經(jīng)濟(jì)核算設(shè)定：基準(zhǔn)折現(xiàn)率為10%，工程設(shè)備使用年限為20年。

表5 沼氣集中供氣工程和改造方案經(jīng)濟(jì)核算對比

（2）結(jié)論

由案例二分析可知，沼氣集中供氣投入較大，在供應(yīng)戶數(shù)較小的情況下，經(jīng)濟(jì)效益較差運(yùn)行中的沼氣工程集中供氣沼氣利用率僅為35.6%。

如果增設(shè)一臺30kW沼氣發(fā)電機(jī)，每天發(fā)電8小時(shí)，則沼氣利用率可提高到87.9%，同時(shí)，其靜態(tài)回收期也減少到可接受的6.11年，整體經(jīng)濟(jì)效益較好。

3 幾點(diǎn)建議

除現(xiàn)行政策外，建議：

1）實(shí)行污染治理與能源資源開發(fā)利用并舉方針，各有關(guān)部門應(yīng)各盡其責(zé)、各司其職、密切配合、加強(qiáng)協(xié)調(diào)，形成合力，扭轉(zhuǎn)重治理、輕利用的觀念，讓清潔的沼氣能源資源得到充分的利用，造福新農(nóng)村建設(shè)。

2）推廣福建經(jīng)驗(yàn)，國家對戶用沼氣補(bǔ)助范圍擴(kuò)大到集中供氣戶。2008年2月14日，福建省人民政府辦公廳關(guān)于認(rèn)真做好2008年農(nóng)村沼氣建設(shè)工作的通知規(guī)定：“沼氣工程集中供氣的，按照用氣農(nóng)戶計(jì)算，每產(chǎn)省級以上補(bǔ)助1200元”。2009年每戶補(bǔ)貼已提高到1500元。

3）加大省財(cái)政支持力度，鼓勵(lì)沼氣發(fā)電。①福建省從2009年起將沼氣發(fā)電設(shè)備列入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼范圍，建議應(yīng)加大農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼力度，補(bǔ)貼比例提高到30%；②逐步落實(shí)大型沼氣工程發(fā)電上網(wǎng)，目前暫不具備上網(wǎng)條件的沼氣發(fā)電項(xiàng)目未上網(wǎng)電量也參照《可再生能源法》配套法規(guī)《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》（發(fā)改價(jià)格[2006]7號）給予補(bǔ)貼，補(bǔ)貼電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一為0.25元/kWh。

4）加強(qiáng)沼氣科研創(chuàng)新和人才培養(yǎng)。支持大專院校開設(shè)農(nóng)村能源專業(yè)，建立重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，培育各種層次人才；支持產(chǎn)學(xué)研結(jié)合組建沼氣技術(shù)研發(fā)中心，對關(guān)鍵技術(shù)，包括低溫發(fā)酵技術(shù)與工藝、干發(fā)酵技術(shù)等攻關(guān)，研發(fā)建池新材料，研究沼氣發(fā)電、集中供氣等裝置標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化生產(chǎn)和商品化。

5）提高設(shè)計(jì)單位水平，培育集中供氣、沼氣發(fā)電等專業(yè)公司。

4 生物質(zhì)能前景展望

福建省生物質(zhì)能開發(fā)利用尚處于起步階段，研發(fā)能力低，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，經(jīng)濟(jì)扶持政策和管理機(jī)制不完善，目前還不具備規(guī)?；_發(fā)利用的條件。根據(jù)福建省有關(guān)部門開發(fā)利用生物質(zhì)能的意向，先從生物柴油、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場沼氣工程、城市垃圾發(fā)電等三種生物質(zhì)能中篩選重點(diǎn)示范建設(shè)項(xiàng)目，重點(diǎn)扶持，樹立榜樣，積累經(jīng)驗(yàn)，提高經(jīng)濟(jì)成熟度，逐步推廣。經(jīng)綜合分析測算，三種生物質(zhì)能2020年可開發(fā)資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤將達(dá)到438萬t[1]。

從長遠(yuǎn)看，農(nóng)業(yè)能源和林業(yè)能源是生物質(zhì)能發(fā)展的基礎(chǔ)，在堅(jiān)持不與糧食爭地的原則下，以科學(xué)方法培育高產(chǎn)量、低成本、抗逆性強(qiáng)、生態(tài)環(huán)境好的能源作物作為生物質(zhì)能發(fā)展的方向。堅(jiān)持科技創(chuàng)新，選準(zhǔn)重點(diǎn)開發(fā)種類，搞好重點(diǎn)示范項(xiàng)目建設(shè)，以點(diǎn)帶面逐步擴(kuò)大推廣范圍，促進(jìn)生物質(zhì)能開發(fā)利用規(guī)模。福建省具有優(yōu)良的地理氣候條件，發(fā)展生物質(zhì)能必定大有所為。

[1]《福建省加快風(fēng)電發(fā)展與生物質(zhì)能發(fā)展規(guī)劃研究報(bào)告》，福建省能源研究會，2008年6月

[2]《典型地區(qū)可再生能源法實(shí)施效果調(diào)研報(bào)告》，美國能源基金會-中國可持續(xù)能源項(xiàng)目，2008年4月

[3]LI C S，WANG Y K，Technology of swine manure treatment on intensive scaled swine farms，Transactions of the CSAE，2001，11(1)86～90

[4]錢午巧，包武，陳彪等，利用厭氧發(fā)酵技術(shù)綜合治理畜牧業(yè)污染的探討，福建能源開發(fā)與節(jié)約，2003（3）：51～52

[5]辛春林，畜禽糞便污染的現(xiàn)狀及對策，中國牧業(yè)通訊，2008（16）：46

[6]謝曉慧，林郁，李茂萱等，云南農(nóng)村沼氣建設(shè)與碳匯交易研究--基于減少薪柴消耗對減排CO2的貢獻(xiàn)分析，西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，21（3）：870～874

[7]樊京春，趙勇強(qiáng)，秦世平等，中國畜禽養(yǎng)殖場與輕工業(yè)沼氣技術(shù)指南，化學(xué)工業(yè)出版社，2009