徐慶賢 郭祥冰 林 斌 官雪芳

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福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)大中型沼氣工程調(diào)查研究及實例分析

徐慶賢1郭祥冰2林 斌1官雪芳1

1.福建省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所 2.福建省能源研究會

該文通過福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染普查調(diào)查，對畜禽糞便產(chǎn)沼氣潛力進行了評估計算；同時，對福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)大中型沼氣工程沼氣利用狀況進行了調(diào)查，并通過案例分析，提出了福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)大中型沼氣工程沼氣利用存在的問題，針對這些問題，提出了若干建議，為推動畜禽養(yǎng)殖業(yè)大中型沼氣產(chǎn)業(yè)又好又快發(fā)展提供參考。

畜禽養(yǎng)殖業(yè) 沼氣工程 調(diào)查 問題 建議

改革開放以來，福建省畜禽養(yǎng)殖場快速發(fā)展，畜禽由輸入省一躍成為輸出省，滿足了人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需要，但畜禽糞污的污染日趨嚴重，也阻礙了畜禽養(yǎng)殖業(yè)自生的發(fā)展。最近，筆者配合有關(guān)部門進行了廣泛調(diào)查，發(fā)現(xiàn)問題異常嚴重，已經(jīng)到了非改不可的程度。

1 問題的提出

1.1 福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染源普查與沼氣潛力評估

1.1.1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，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。

2007年與2005年豬、牛、雞存欄量對比，規(guī)模聚集現(xiàn)象明顯加快。全省豬的存欄量2007年只比2005年增加3.11%，而規(guī)模養(yǎng)豬場存欄量占總存欄量的比例，從28.2%上升到46.59%，提高了18.39%；個體養(yǎng)殖戶僅占17.35%。兩年來，規(guī)模養(yǎng)雞場數(shù)量由1236家縮小到416家，縮小了1/3，但每家規(guī)模養(yǎng)雞場的平均存欄量由1.0041萬羽擴大到4.8841萬羽。

1.1.2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)過簡易處理后[1]，嚴重地污染土壤、水體和空氣，危害人們的健康，同時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)模的擴大，污染日趨嚴重，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，成為面污染與點污染源的大戶[2,3]。2007年全省豬、牛、雞糞便排放量如表1所示。

表1 2007年豬、牛、雞糞年排放量

注：規(guī)模養(yǎng)殖場統(tǒng)計范圍：年出欄500頭以上豬、存欄100頭以上奶牛、出欄200頭以上肉牛、存欄20000羽以上蛋雞、出欄50000羽以上肉雞的養(yǎng)殖場。

1.1.3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全省沼氣資源總量近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。

1.1.4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11.11億m3，相當于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；同時相當于可減少CO2排放205萬t，以國際碳匯市場價格：即1 t CO2=15歐元計算[4]，價值約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

1.2.1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，導致大江大河污染日益嚴重，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，建池比例為12.8%，遠高于全國的0.08%，居于全國前列。2008年，又有85處投產(chǎn)。

1.2.2典型調(diào)查結(jié)果

采用典型抽樣方法調(diào)查南平延平區(qū)、建陽市、建甌市、龍巖新羅區(qū)、漳州市、福清市、莆田涵江區(qū)、沙縣等縣市，每個縣市又采用隨機抽樣方法分別選取20～50家規(guī)模養(yǎng)豬場進行實地考查或電話訪談，對172家規(guī)模養(yǎng)豬場進行調(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，大部份放空。表2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，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，而且增加了大氣中溫室氣體排放。

表2 沼氣利用率

（2）沼氣利用水平低

表3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。

表3 沼氣利用方式

（3）沼氣工程集中供氣條件

由表4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。

表4 沼氣工程與村落距離

1.3 兩項調(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前亟待解決的問題。為了促進農(nóng)業(yè)沼氣更好更快發(fā)展，筆者提出的方針是：污染治理與能源資源開發(fā)利用并舉，不斷提高經(jīng)濟效益，逐步向產(chǎn)業(yè)化邁進。

2008年12月10日筆者根據(jù)調(diào)查結(jié)果，通過省科協(xié)的科技工作者建議向省政府提出“關(guān)于重視解決農(nóng)村沼氣大量放空造成嚴重的環(huán)境影響和能源浪費的建議”，12月16日就得到黃小晶省長和張昌平常務(wù)副省長的批示：“要繼續(xù)加大力度”。

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年后，國民經(jīng)濟恢復發(fā)展，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[5]。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，嚴重污染了水體和周圍環(huán)境，2001年國家環(huán)保局下達9號令，頒布《畜禽養(yǎng)殖污染管理辦法》，福建掀起了以污染治理為主要目標的大中型沼氣工程建設(shè)高潮。從“六五”初期到“八五”末，國家科委、農(nóng)業(yè)部設(shè)立專項課題，組織科技攻關(guān)，歷時15年形成成套技術(shù)。時至今日，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行經(jīng)濟效益分析。案例分析表明：政府給予適當補貼，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)濟效益。

2.2.1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)固液分離機分離，污水進入沼氣池。

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)電機組30kW，日發(fā)電8小時，每小時發(fā)電24kWh，用氣13 m3，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%。

以下技術(shù)經(jīng)濟分析不考慮沼渣、沼液以及減少排污等產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，只考慮沼氣利用產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

2.2.1.1經(jīng)濟核算

基準折現(xiàn)率為10%，工程和設(shè)備使用年限為20年。

固定投資：52萬元，其中：沼氣工程投45萬元，發(fā)電工程投資 7萬元

運行成本：3.79萬元，其中：工資費用1人專職管理沼氣工程，工資1萬元/a，沼氣發(fā)電柴油成本1.75萬元/a，修理費用按折舊費的40%計算，年維修費1.04萬元。

收益：6.5萬元，其中：炊飲用能1.62萬m3，氣價按1.2元/m2計，節(jié)省燃料費用1.94萬元年發(fā)電7.01萬kWh，年產(chǎn)電效益4.56萬元，年凈收益2.71萬元。

經(jīng)濟評價指標：

靜態(tài)投資回收期：19.2年

凈現(xiàn)值NPV ：－28.93萬元（折現(xiàn)率=10%）

內(nèi)部收益率IRR： 0.44%

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

2.2.1.2改造方案

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%。

對其進行技術(shù)經(jīng)濟評價如下。

固定投資：150萬元，其中：沼氣工程投資 90萬元，發(fā)電工程投資（280kW沼氣發(fā)電機組） 60萬元。

運行成本：24.44萬元，其中：1人專職管理沼氣工程，工資 1萬元/a，沼氣發(fā)電柴油成本20.44萬元，修理費用 按折舊費的40%計算，年維修費3萬元。

收益：55.08萬元，其中：炊飲用能1.62萬m3，節(jié)省燃料費用1.94萬元，年發(fā)電81.76萬kWh，年產(chǎn)電效益53.14萬元，年凈收益30.64萬元。

經(jīng)濟評價指標：

靜態(tài)投資回收期：4.9年

凈現(xiàn)值NPV： 110.84萬元（折現(xiàn)率10%）

內(nèi)部收益率IRR： 25.1%

該方案采用先進發(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。

2.2.1.3結(jié)論

由案例一技術(shù)經(jīng)濟分析可以看出，沼氣工程經(jīng)濟效益不好的一個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沼氣工程的經(jīng)濟效益，但同時，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補貼，為今后產(chǎn)業(yè)化打好基礎(chǔ)。

2.2.2集中供氣：以福建省南平市延平區(qū)筠竹村為例

延平區(qū)筠竹村是一個以林業(yè)、果樹種植為主的經(jīng)濟村，全村人口達1200人左右，總戶數(shù)260戶左右，2001年筠竹村引進南平市茫蕩牧業(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50 m3貯氣柜，沼氣集中輸送到筠竹村107戶農(nóng)戶作生活燃料。

（1）正在運行沼氣集中供氣工程技術(shù)經(jīng)濟評價如下。

經(jīng)濟核算設(shè)定：基準折現(xiàn)率為10%，工程和設(shè)備使用年限為20年。

固定投資：18萬元，其中：沼氣管道、儲氣柜、沼氣凈化設(shè)備 18萬元，（政府每戶補貼1200元，共補貼12.8萬元，其余企業(yè)自籌）。

運行成本：1.8萬元，其中：1人專職管理沼氣工程及沼氣供氣，工資 1.2萬元/a，修理費用 0.6萬元/a。

供氣收益：3.08萬元，供氣107戶，每戶月平均用氣30m3，氣價0.8元/m3,每月氣費24元，107戶年費用3.08萬元。年凈收益1.28萬元。

經(jīng)濟評價指標：靜態(tài)投資回收期：14.1年，凈現(xiàn)值NPV：-7.1萬元（折現(xiàn)率10%），內(nèi)部收益率IRR：4.1% 。

（2）以上案例中，集中供氣僅占所產(chǎn)沼氣35.6%。假設(shè)該沼氣池同時配備30kW沼氣發(fā)電機一臺，則其技術(shù)評價如下：

固定投資：25萬元，其中：沼氣管道、儲氣柜、沼氣凈化設(shè)備18萬元，30kW沼氣發(fā)電機7萬元。

運行成本：3.55萬元，其中：1人專職管理沼氣工程及沼氣供氣，工資1.2萬元/a，沼氣發(fā)電費用:日平均運行8小時，每小時耗氣13m3，可發(fā)電24kWh，每kWh柴油成本為0.25元，則年運行費用為1.75萬元，修理費用 0.6萬元/a。

收益：7.46萬元，其中：供氣收益：供氣107戶，每戶月平均用氣30m3，0.8元/m3，每月用氣費24元，107戶年費用3.08萬元。

沼氣發(fā)電：年發(fā)電7.01萬kWh，效益4.56萬元/a，年凈收益：4.09萬元。

經(jīng)濟評價指標：

靜態(tài)投資回收期：6.11年

凈現(xiàn)值NPV：9.82萬元（折現(xiàn)率10%）

內(nèi)部收益率IRR1：8.8%

（3）結(jié)論

由以上分析可知，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)濟效益較差，該案例中，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，每天發(fā)電8小時，則沼氣利用率可提高到87.9%，同時，其靜態(tài)回收期也減少到可接受的6.11年，整體經(jīng)濟效益較好。

3 幾點建議

除現(xiàn)行政策外，建議：

（1）實行污染治理與能源資源開發(fā)利用并舉方針，有關(guān)部門應(yīng)各盡其職、各司其責、密切配合、加強協(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，國家對戶用沼氣補助范圍擴大到集中供氣戶。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)戶計算，每產(chǎn)省級以上補助1200元”。2009年每戶補貼已提高到1500元。

（3）加大省財政支持力度，鼓勵沼氣發(fā)電。①福建省從2009年起將沼氣發(fā)電設(shè)備列入農(nóng)機補貼范圍，建議應(yīng)加大農(nóng)機補貼力度，補貼比例提高到30%；②逐步落實大型沼氣工程發(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)電價格和費用分攤管理試行辦法》（發(fā)改價格[2006]7號）給予補貼，補貼電價標準統(tǒng)一為0.25元/kWh。

（4）加強沼氣科研創(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)，建立重點實驗室，培育各種層次人才；支持產(chǎn)學研結(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、集中供氣等裝置標準化規(guī)范化生產(chǎn)和商品化。

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

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福建省科技廳重點項目“沼氣能源轉(zhuǎn)化的鎘殘留分析及二次污染近紅外監(jiān)測技術(shù)”（ 2008I0008）；福建省科技廳重點項目“沼氣能源生態(tài)溫室建設(shè)與茶園沼渣生態(tài)營養(yǎng)劑應(yīng)用研究”（2007I0038）；福建省環(huán)保局重點課題“豬場廢棄物資源化利用新工藝研究”（200743）；福建省財政專項-福建省農(nóng)科院創(chuàng)新基金項目（STIF-Y05）