張 穎

（華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206）

沼氣發(fā)電具有創(chuàng)效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點，符合國家節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，是新能源發(fā)展的重要項目之一[1]。婁底市以農(nóng)業(yè)為主、林牧業(yè)并舉，以糧-豬型經(jīng)濟結(jié)構(gòu)為主要特征，在該市可利用的生物質(zhì)資源主要是禽畜糞便、農(nóng)作物秸稈。婁底市有100多個大中型畜禽場，只有不到1/3的養(yǎng)殖場建立了污水和廢棄物處理系統(tǒng)。目前該市農(nóng)業(yè)資源長期以來利用率較低的局面未得到根本改變，養(yǎng)殖場的污水排放和糞便的堆放給環(huán)境造成嚴重污染，農(nóng)作物秸稈普遍采取低效益的直接燃燒方式，可再生能源利用率低。沼氣工程是治理有機廢棄物污染、轉(zhuǎn)化有機廢棄物為燃氣等可利用物質(zhì)的有效技術，在可持續(xù)發(fā)展的背景下，大力推廣沼氣工程顯得尤為重要。因此，在婁底市大力推廣以沼氣為紐帶的綠色農(nóng)業(yè)前景非常廣闊，這將成為該市轉(zhuǎn)變農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展方式、調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的有效途徑。該研究以湖南湘村高科的沼氣工程為例，簡要介紹了該項目的工藝流程及投資收益情況。

1 湖南湘村高科沼氣發(fā)電工程

湖南婁底湘村高科農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司的黑豬原種場，是一家集豬品種研發(fā)、種豬繁育和推廣、商品豬生產(chǎn)、生豬屠宰、加工和連鎖銷售等為一體的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化省級龍頭企業(yè)。2011年該企業(yè)新建了集能源、環(huán)保和景觀于一體，日產(chǎn)沼氣800 m3的大型糞污綜合處理工程，開創(chuàng)了可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。

黑豬原種場共有兩個養(yǎng)殖小區(qū)，合計常年存欄豬8 000頭。一區(qū)有欄舍6棟，養(yǎng)殖能繁母豬近1 000頭；二區(qū)為育肥和產(chǎn)仔區(qū)，有欄舍12棟，現(xiàn)養(yǎng)殖育肥豬、產(chǎn)仔母豬和小豬近7 000頭。由于一區(qū)與二區(qū)相距較遠，且有地理條件的限制，一區(qū)采用糞便水沖入池的清糞方式，通過地埋式發(fā)酵池來處理糞便污水。該區(qū)鮮糞日收集量約3.0 t，尿及沖洗水約7.8 m3；二區(qū)采用干清糞方式，日可收集鮮糞量約16.0 t，尿及沖洗水16.0 m3。豬場糞污發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣供豬場職工生活用能、發(fā)電等，產(chǎn)生的沼渣制作顆粒有機肥出售，沼液作為液體有機肥施用于周邊農(nóng)田、林地、菜地，帶動當?shù)厣鷳B(tài)有機蔬菜種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

黑豬原種場沼氣工程采用以“常溫厭氧發(fā)酵+中溫CSTR一體化厭氧消化并聯(lián)”為核心的處理工藝，利用發(fā)電機余熱回收裝置及沼氣鍋爐來維持中溫發(fā)酵。該項目可產(chǎn)生沼氣690 m3/d，所產(chǎn)沼氣用于工程自身增溫、場區(qū)發(fā)電等。發(fā)電配置可考慮夏季不采暖的情況來配置，有660 m3/d的沼氣用于發(fā)電，可選擇2套50 kw發(fā)電機組輪換發(fā)電。按照1.5 kwh/m3的發(fā)電效率估算，24 h發(fā)電量可達990 kw以上。

2 沼氣發(fā)電工藝流程

結(jié)合物料特點，黑豬原種場工藝流程如下：

圖1 黑豬原種場沼氣發(fā)電工藝流程

一區(qū)豬場的水沖糞收集后依次進入一次厭氧發(fā)酵池和二次厭氧發(fā)酵沉淀池進行發(fā)酵，反應后的物料進行沼液池儲存；二區(qū)豬場沖洗污水通過格柵渠的細格柵去除糞中的草等較大雜物后，流入集污池，再由提升泵泵入調(diào)配池，同時投入干清糞至調(diào)配池，經(jīng)槳式攪拌機調(diào)配均勻后，由切割泵泵入CSTR一體化反應器內(nèi)進行厭氧發(fā)酵。發(fā)酵剩余的沼渣進入沼渣干化場干化后，用于生產(chǎn)顆粒有機肥，沼液進入沼液儲池，產(chǎn)生的沼氣存于柔性氣柜內(nèi)，經(jīng)干燥、脫硫等處理后由增壓風機輸出用于發(fā)電及鍋爐燃用。發(fā)電機余熱回收裝置滿足沼氣工程本身增溫需求，設置沼氣鍋爐以作項目啟動及備用熱源。

3 效益分析

3.1 社會生態(tài)效益

該項目每年可對15 622 t豬糞污水進行厭氧生物發(fā)酵，年供應沼氣251 850 m3用于場區(qū)用氣，有利于節(jié)約能源；副產(chǎn)品沼液、沼渣是緩速兼?zhèn)涞膬?yōu)質(zhì)有機肥，可顯著提高土壤團粒結(jié)構(gòu)，改善土壤理化性狀，增強土壤透水保肥性，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。沼氣發(fā)電項目不僅使豬場的廢物轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)能源和肥源，更為生態(tài)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)的建設提供了重要保障[2]。還可使企業(yè)步入良性循環(huán)，有利于企業(yè)擴大再生產(chǎn)，增加了當?shù)剞r(nóng)民就業(yè)機會，促進了農(nóng)民增收，成為養(yǎng)殖場糞尿處理問題解決的典范。

3.2 經(jīng)濟效益

沼氣發(fā)電工程不僅具有良好的社會效益及生態(tài)效益，而且創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。

（1）發(fā)電量：日發(fā)電990 kw，電費為 0.78元/kw，預計年收益為28.19萬元；

（2）沼液：產(chǎn)量 1.40萬 t/a，按 10元/t計算，預計可實現(xiàn)年產(chǎn)值約14.0萬元；

（3）有機肥：產(chǎn)量 1 682 t/a，按 100元/t計算，預計可實現(xiàn)年產(chǎn)值約16.82萬元。

合計年收入為59.01萬元。

4 婁底市建設沼氣發(fā)電工程的建議

近年來，婁底市相繼實施了國家農(nóng)村沼氣建設項目、退耕還林后續(xù)工程沼氣建設項目、扶貧沼氣建設項目和為民辦實事農(nóng)村沼氣項目等，促使該市農(nóng)村沼氣池建設從數(shù)量到質(zhì)量都上了一個新的臺階。并且使生態(tài)家園富民工程、大中型畜禽養(yǎng)殖場能源環(huán)保工程和城鎮(zhèn)生活污水凈化沼氣池工程建設也得到了長足發(fā)展[3]。但是，婁底市沼氣發(fā)電工程的綜合經(jīng)濟效益并沒有充分體現(xiàn)出來，其發(fā)展尚處于探索階段。

4.1 強化農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展意識多方投資，增強項目活力

雖然政府規(guī)定大型畜禽養(yǎng)殖場必須建設污水處理設施，但由于投資需求大，運行成本高，特別是已經(jīng)建成的污水處理設施多數(shù)經(jīng)濟效益不好，這嚴重影響了各方投資畜禽養(yǎng)殖場沼氣項目的積極性。目前主要資金來源是政府撥款，由此產(chǎn)生了兩個不良后果：第一，政府撥款有限，每年只能建設十幾個項目，這與養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展規(guī)模相比差距很大，不能解決廣泛存在的污染問題；第二，為了使政府撥款惠及面廣，每個項目的投資額不高，這限制了項目對高效技術選擇的空間，進而影響到項目建成后的運行和收益。解決畜禽養(yǎng)殖場污染問題必須在政府支持的基礎上，依靠全社會的力量，采用市場運作的手段，這樣才能獲得市場的認可和可持續(xù)的發(fā)展動力。

4.2 重點發(fā)展沼氣發(fā)電，以獲得效益的最大化

由于鋪設輸氣管網(wǎng)的建設費用和加壓成本太高，沼氣無法做為城鎮(zhèn)居民的生活燃料而實施集中供氣，沼氣若只作為鍋爐燃料替代原煤直接燃燒，其經(jīng)濟價值很低。在目前技術水平和政策框架下，筆者推薦沼氣發(fā)電作為首選，這既能提高沼氣自身的經(jīng)濟價值，又能為企業(yè)緩解電力緊缺的矛盾，并且國家對沼氣發(fā)電上網(wǎng)在價格上有優(yōu)惠政策[4]。婁底市沼氣發(fā)電工程具有規(guī)模小和分散性的特點，而沼氣發(fā)電更適用于大、中型沼氣工程。食品加工業(yè)及養(yǎng)殖場規(guī)模建設的沼氣工程年產(chǎn)沼氣平均在十幾萬到幾十萬平方米之間，所建的沼氣發(fā)電站裝機是幾十到幾百千瓦。小規(guī)模的沼氣發(fā)電雖然不適合發(fā)電上網(wǎng)，但是適宜內(nèi)部用電，一般用于驅(qū)動沼氣工程污水泵和豬場通風機、照明等。

5 結(jié)論與展望

畜禽糞便和廢水屬于可再生能源范疇里的生物質(zhì)能，生物質(zhì)能綜合利用的最佳途徑就是沼氣發(fā)電。用厭氧發(fā)酵的方法處理大型畜禽養(yǎng)殖場的污水和廢棄物在技術上已完全成熟，并能產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益，但它的經(jīng)濟效益表現(xiàn)欠佳，這成為阻礙其快速發(fā)展和有效運行的重要因素[5]。選擇合適的技術路線，確保設施的有效運行和良好維護，加上全面的市場戰(zhàn)略和創(chuàng)新的商業(yè)運作模式，婁底市的大型畜禽養(yǎng)殖場沼氣發(fā)電設施可以逐步規(guī)范化和產(chǎn)業(yè)化。

[1]沈劍山.生物質(zhì)能源沼氣發(fā)電[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2009.

[2]徐曉秋，王 鋼，劉 偉，等.畜禽糞便厭氧消化沼氣發(fā)電行業(yè)的現(xiàn)狀分析[J].應用能源技術，2011，24（6）：1-3.

[3]陳 勇.沼氣利用與循環(huán)農(nóng)業(yè)探析——以湖南婁底為例[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2010，31（3）：382-384.

[4]李金平，岳 華，馮永強.沼氣發(fā)電技術現(xiàn)狀及趨勢[C].生物質(zhì)能源行業(yè)發(fā)展與生物煉制技術研討會，2009，84-86.

[5]顏 麗，曾有為.中國沼氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)化可行性分析[J].中國沼氣，2005，23（3）：233-237.