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(shí)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(huì)

該文通過福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染普查調(diào)查，對(duì)畜禽糞便產(chǎn)沼氣潛力進(jìn)行了評(píng)估計(jì)算；同時(shí)，對(duì)福建省畜禽養(yǎng)殖業(yè)大中型沼氣工程沼氣利用狀況進(jìn)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(duì)這些問題，提出了若干建議，為推動(dòng)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(chǎng)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(zhǎng)的物質(zhì)需要，但畜禽糞污的污染日趨嚴(yán)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(jìn)行了廣泛調(diào)查，發(fā)現(xiàn)問題異常嚴(yán)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(píng)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(jì)，截止2007年12月，生豬存欄量為1317.12萬(wàn)頭，牛存欄量為76萬(wàn)頭，養(yǎng)雞數(shù)為5424.29萬(wàn)羽。

2007年與2005年豬、牛、雞存欄量對(duì)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(chǎng)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(gè)體養(yǎng)殖戶僅占17.35%。兩年來，規(guī)模養(yǎng)雞場(chǎng)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(chǎng)的平均存欄量由1.0041萬(wàn)羽擴(kuò)大到4.8841萬(wàn)羽。

1.1.2豬、牛、雞糞便年排放量

目前多數(shù)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞污只經(jīng)過簡(jiǎn)易處理后[1]，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(duì)環(huán)境的影響，成為面污染與點(diǎn)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(chǎng)統(tǒng)計(jì)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(chǎng)。

1.1.3沼氣潛力與分布特征

根據(jù)測(cè)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(chǎng)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(chǎng)集聚。全省規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)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(dāng)于79.4萬(wàn)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(wàn)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(wàn)t，以國(guó)際碳匯市場(chǎng)價(jià)格：即1 t CO2=15歐元計(jì)算[4]，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

1.2.1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(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(kù)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(chǎng)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(chǎng)沼氣工程988處，容積34萬(wàn)m3，年產(chǎn)沼氣4400多萬(wàn)m3，處理1100多萬(wàn)t畜禽糞水。全省共有規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)7724個(gè)，建池比例為12.8%，遠(yuǎn)高于全國(guó)的0.08%，居于全國(guó)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(yáng)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(gè)縣市又采用隨機(jī)抽樣方法分別選取20～50家規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考查或電話訪談，對(duì)172家規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)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(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?jī)?yōu)質(zhì)能源白白浪費(fèi)，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(chǎng)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(chǎng)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(xiàng)調(diào)查的啟示

福建沼氣工程建設(shè)走在全國(guó)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(duì)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。為了促進(jìn)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(jì)效益，逐步向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。

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(yán)重的環(huán)境影響和能源浪費(fèi)的建議”，12月16日就得到黃小晶省長(zhǎng)和張昌平常務(wù)副省長(zhǎng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)恢復(fù)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(chǎng)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(yán)重污染了水體和周圍環(huán)境，2001年國(guó)家環(huán)保局下達(dá)9號(hào)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(biāo)的大中型沼氣工程建設(shè)高潮。從“六五”初期到“八五”末，國(guó)家科委、農(nóng)業(yè)部設(shè)立專項(xiàng)課題，組織科技攻關(guān)，歷時(shí)15年形成成套技術(shù)。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。

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(jī)分離，污水進(jìn)入沼氣池。

沼氣池年產(chǎn)沼氣11.52萬(wàn)m3，其中炊飲年用氣1.62萬(wàn)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(wàn)m3，占32.8%。

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。

2.2.1.1經(jīng)濟(jì)核算

基準(zhǔn)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(wàn)元，其中：沼氣工程投45萬(wàn)元，發(fā)電工程投資 7萬(wàn)元

運(yùn)行成本：3.79萬(wàn)元，其中：工資費(fèi)用1人專職管理沼氣工程，工資1萬(wàn)元/a，沼氣發(fā)電柴油成本1.75萬(wàn)元/a，修理費(fèi)用按折舊費(fèi)的40%計(jì)算，年維修費(fèi)1.04萬(wàn)元。

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

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)：

靜態(tài)投資回收期：19.2年

凈現(xiàn)值NPV ：－28.93萬(wàn)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(chǎng)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(wàn)m3，發(fā)電用氣44.15m3，全場(chǎng)沼氣利用率88.3%。

對(duì)其進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)如下。

固定投資：150萬(wàn)元，其中：沼氣工程投資 90萬(wàn)元，發(fā)電工程投資（280kW沼氣發(fā)電機(jī)組） 60萬(wàn)元。

運(yùn)行成本：24.44萬(wàn)元，其中：1人專職管理沼氣工程，工資 1萬(wàn)元/a，沼氣發(fā)電柴油成本20.44萬(wàn)元，修理費(fèi)用 按折舊費(fèi)的40%計(jì)算，年維修費(fèi)3萬(wàn)元。

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

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)：

靜態(tài)投資回收期：4.9年

凈現(xiàn)值NPV： 110.84萬(wàn)元（折現(xiàn)率10%）

內(nèi)部收益率IRR： 25.1%

該方案采用先進(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(wàn)元。

2.2.1.3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(guó)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)。

2.2.2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(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(chǎng)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(yùn)行沼氣集中供氣工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)如下。

經(jīng)濟(jì)核算設(shè)定：基準(zhǔn)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(wàn)元，其中：沼氣管道、儲(chǔ)氣柜、沼氣凈化設(shè)備 18萬(wàn)元，（政府每戶補(bǔ)貼1200元，共補(bǔ)貼12.8萬(wàn)元，其余企業(yè)自籌）。

運(yùn)行成本：1.8萬(wàn)元，其中：1人專職管理沼氣工程及沼氣供氣，工資 1.2萬(wàn)元/a，修理費(fèi)用 0.6萬(wàn)元/a。

供氣收益：3.08萬(wàn)元，供氣107戶，每戶月平均用氣30m3，氣價(jià)0.8元/m3,每月氣費(fèi)24元，107戶年費(fèi)用3.08萬(wàn)元。年凈收益1.28萬(wàn)元。

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)：靜態(tài)投資回收期：14.1年，凈現(xiàn)值NPV：-7.1萬(wàn)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(shí)配備30kW沼氣發(fā)電機(jī)一臺(tái)，則其技術(shù)評(píng)價(jià)如下：

固定投資：25萬(wàn)元，其中：沼氣管道、儲(chǔ)氣柜、沼氣凈化設(shè)備18萬(wàn)元，30kW沼氣發(fā)電機(jī)7萬(wàn)元。

運(yùn)行成本：3.55萬(wàn)元，其中：1人專職管理沼氣工程及沼氣供氣，工資1.2萬(wàn)元/a，沼氣發(fā)電費(fèi)用:日平均運(yùn)行8小時(shí)，每小時(shí)耗氣13m3，可發(fā)電24kWh，每kWh柴油成本為0.25元，則年運(yùn)行費(fèi)用為1.75萬(wàn)元，修理費(fèi)用 0.6萬(wàn)元/a。

收益：7.46萬(wàn)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(fèi)24元，107戶年費(fèi)用3.08萬(wàn)元。

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

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)：

靜態(tài)投資回收期：6.11年

凈現(xiàn)值NPV：9.82萬(wàn)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(jì)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(tái)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，有關(guān)部門應(yīng)各盡其職、各司其責(zé)、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(guó)家對(duì)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(jí)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(hào)）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(duì)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。

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