王賀禮，范 敏，羅成龍，席細(xì)平，石金明，孫李媛

(江西省科學(xué)院能源研究所，330096，南昌)

規(guī)?；B(yǎng)豬場沼氣發(fā)電碳減排效益案例研究

王賀禮，范 敏，羅成龍，席細(xì)平，石金明，孫李媛

(江西省科學(xué)院能源研究所，330096，南昌)

對贛西山區(qū)某規(guī)?；B(yǎng)豬場沼氣發(fā)電的碳減排效益進(jìn)行了分析，表明規(guī)?；B(yǎng)豬場沼氣發(fā)電工程具有可觀的碳減排量和很好的環(huán)境、社會效益，如果碳減排指標(biāo)能以合理的價格在碳市場出售，建設(shè)養(yǎng)豬場沼氣工程的投資回報將大大改善。對于建立碳市場過程中對沼氣發(fā)電碳減排指標(biāo)的定價具有一定的指導(dǎo)意義。

規(guī)?；B(yǎng)豬場；沼氣發(fā)電；碳減排

1 沼氣工程簡介

某養(yǎng)豬場位于贛西山區(qū)，生豬存欄量約1.2萬頭。所有的豬均為圈養(yǎng)，糞便和污水沒有直接排入當(dāng)?shù)氐乇硭?，沼氣工程建設(shè)前使用的敞開式的厭氧池深度為17 m，項(xiàng)目所在地年平均溫度為15 ℃，厭氧池污水的停留時間平均約3-6個月，項(xiàng)目情景下使用的污水處理系統(tǒng)底部有防滲層，不會對地下水造成污染。

養(yǎng)殖糞污采用干清糞工藝，每天可產(chǎn)生糞便污水150 m3。沼氣工程建成后，糞便污水先進(jìn)入格柵預(yù)處理，然后進(jìn)入?yún)捬醭?，厭氧處理工藝為?nèi)部循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)，IC反應(yīng)器直徑為3.6～7 m，高度23 m，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣儲存在儲氣柜中，經(jīng)除雜、除水、脫硫后進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電，發(fā)電機(jī)組使用的是濰柴培新氣體發(fā)動機(jī)有限公司的6160Q機(jī)組。項(xiàng)目建成后，年產(chǎn)沼氣127 750 m3，沼氣發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量60 kW，年發(fā)電量12 萬kWh。所發(fā)電力全部自用，沼渣和沼液出售給當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶[1]。

圖1 沼氣工程工藝流程

本沼氣工程為能源環(huán)保型，將清理的固體糞便單獨(dú)處理不參與厭氧發(fā)酵過程，僅對污水進(jìn)行處理。特點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷低，占用土地較少，處理的出水可達(dá)標(biāo)排放或回用，缺點(diǎn)是固態(tài)有機(jī)物未參與發(fā)酵過程，沼氣產(chǎn)氣量低。

2 沼氣工程碳減排量測算

2.1項(xiàng)目邊界

本項(xiàng)目活動的邊界如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目活動邊界

基準(zhǔn)情景只考慮敞開式厭氧發(fā)酵池的直接排放的CH4和N2O，不含有機(jī)廢物分解產(chǎn)生的CO2排放。項(xiàng)目情景排放包括現(xiàn)場使用電力的CO2排放、厭氧池工藝的CH4和N2O排放、污水好氧處理的CH4和N2O排放、污泥的CH4和N2O排放?；鶞?zhǔn)情景和項(xiàng)目情景下的項(xiàng)目邊界范圍內(nèi)的溫室氣體排放源和溫室氣體種類見表1。

表1 碳減排量計算范圍

表1(續(xù))

2.2減排量計算

本項(xiàng)目使用的方法學(xué)是ACM0010(第7版)——“糞便管理系統(tǒng)減少溫室氣體排放的整合方法學(xué)”[2]。

ACM0010方法學(xué)同時引用了以下工具：含甲烷氣體的火炬燃燒產(chǎn)生的項(xiàng)目排放計算工具；化石燃料燃燒產(chǎn)生的項(xiàng)目排放或泄露計算工具；電網(wǎng)排放因子計算工具；電力消費(fèi)的基準(zhǔn)線排放、項(xiàng)目排放和/或泄露計算工具。

根據(jù)方法學(xué)ACM0010(第7版)，本項(xiàng)目的減排量計算如下。

2.2.1 基準(zhǔn)線排放

BEy=BECH4,y+BEN2O,y+BEelec/heat,y

其中：BEy為y年的基準(zhǔn)線排放(tCO2e/y)；BECH4,y為y年的基準(zhǔn)線甲烷排放(tCO2e/y)；BEN2O,y為y年的基準(zhǔn)線N2O排放(tCO2e/y)；BEelec/heat,y為y年基準(zhǔn)線下使用的電力和/或熱能導(dǎo)致的CO2排放(tCO2e/y)。由于敞開式厭氧池不消耗電力和熱量，該項(xiàng)排放不考慮。

基準(zhǔn)線排放計算結(jié)果如表2。

表2 基準(zhǔn)線排放計算結(jié)果表/tCO2e·a-1

2.2.2 項(xiàng)目排放

PEy=PEAD,y+PEAer,y+PEN2O,y+PEPL,y+

PEflared,y+PEelec/heat,y

其中：PEAD,y為糞便管理系統(tǒng)收集甲烷時產(chǎn)生的泄露(tCO2e/a)；PEAer,y為糞便管理系統(tǒng)中好氧處理產(chǎn)生的甲烷排放(tCO2e/a)；PEN2O,y為項(xiàng)目糞便管理系統(tǒng)產(chǎn)生的N2O排放(tCO2e/a)；PEPL,y為收集的甲烷輸送到燃燒器或供熱和/或發(fā)電設(shè)施過程中的泄露(tCO2e/a)；PEelec/heat,y為項(xiàng)目活動y年用電和/或熱產(chǎn)生的CO2排放(tCO2e/a)。由于本項(xiàng)目活動收集的甲烷用來發(fā)電，發(fā)電量遠(yuǎn)大于糞便管理設(shè)施的用電量，這部分排放為0。

項(xiàng)目排放計算如表3。

表3 項(xiàng)目排放計算結(jié)果表/tCO2e·a-1

2.2.3 泄露 泄露包括土地利用的排放和項(xiàng)目邊界之外的排放。凈泄露是項(xiàng)目活動的泄露和基準(zhǔn)線的泄露之差，凈泄露只有為正值時才給予考慮。

LEy=(LEP,N2O-LEB,N2O)+(LEP,CH4-LEB,CH4)

其中：LEP,N2O為項(xiàng)目活動處理后的糞便進(jìn)行土地利用導(dǎo)致的N2O排放(tCO2e/a)；LEB,N2O為基準(zhǔn)情景處理后的糞便進(jìn)行土地利用導(dǎo)致的N2O排放(tCO2e/a)；LEP,CH4為項(xiàng)目活動處理后的糞便進(jìn)行土地利用導(dǎo)致的CH4排放(tCO2e/a)；LEB,CH4為項(xiàng)目活動處理后的糞便進(jìn)行土地利用導(dǎo)致的CH4排放(tCO2e/a)。

代入本項(xiàng)目各項(xiàng)參數(shù)和IPCC默認(rèn)值，計算總泄露為：

LEy=(LEP,N2O-LEB,N2O)+(LEP,CH4-LEB,CH4)=-1 289 tCO2e/y。

2.2.4 減排量 項(xiàng)目活動在y年的減排量ERy是基準(zhǔn)線排放(BEy)和項(xiàng)目排放(PEy)、泄露(LEy)的差：

ERy=BEy-PEy-LEy

其中：ERy為y年項(xiàng)目活動的減排量(tCO2e)；BEy為y年的基準(zhǔn)線排放(tCO2e)；PEy為y年的項(xiàng)目排放(tCO2e)；LEy為y年的泄露排放(tCO2e)。

代入以上各項(xiàng)數(shù)據(jù)，得到本沼氣工程減排量為：7 032 tCO2e/a。

3 沼氣工程碳減排投資回報分析

本項(xiàng)目總投資295萬元，其中115萬自有資金，其余為中央投資150萬元、地方配套資金30萬元。第1年為建設(shè)期，項(xiàng)目運(yùn)行周期15年。運(yùn)行成本主要包括維護(hù)成本、材料成本、勞動力成本。項(xiàng)目總裝機(jī)容量60 kW，可利用數(shù)為5 760 h/a，當(dāng)?shù)仉妰r為0.62元/kWh。本項(xiàng)目沼氣發(fā)電用于養(yǎng)殖場的日常運(yùn)行，可以節(jié)省公司的電力成本。表4和表5是對項(xiàng)目活動的投資分析結(jié)果。

項(xiàng)目收入包括節(jié)約購電的收入、出售沼液和沼渣的收入，但不包括出售CERs的收入。IRR低于行業(yè)基準(zhǔn)收益率8%，因此，本項(xiàng)目財務(wù)上缺少吸引力。如果項(xiàng)目能從出售CERs(假設(shè)CERs價格為9歐元/tCO2，假設(shè)1歐元=8.6元人民幣，計入期10年)獲得收入，IRR則可以提高到11.47%，超過基準(zhǔn)收益率，從而在財務(wù)上對投資者變得具有吸引力。

表4 擬議項(xiàng)目不作為CDM項(xiàng)目的投資分析/元

表5 擬議項(xiàng)目作為CDM項(xiàng)目的投資分析/元

4 沼氣工程的碳減排效益分析

規(guī)?；B(yǎng)豬場沼氣工程是對養(yǎng)豬廢棄物綜合處理工程，具有顯著的環(huán)保效益、社會效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益[3-5]。具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

4.1減少污染物排放

沼氣工程，包括前期處理和后續(xù)處理，不僅能大大降低有機(jī)污染，避免或者減少污染地表水源和地下水，達(dá)到國家環(huán)保要求，還可以減少病菌滋生，蚊蠅繁殖，改善環(huán)境狀況。一般管理良好的沼氣工程可以減少有機(jī)物排放的80%以上。

4.2減少溫室氣體排放

高溫室效應(yīng)潛值的沼氣(GWP=21)通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)闇厥倚?yīng)潛值較低的二氧化碳(GWP=1)，可以大大減少溫室氣體排放，降低全球溫室效應(yīng)。通過計算，本沼氣工程可以減少二氧化碳排放7 032 t/a。

4.3回收有用的能源

沼氣(主要成分是甲烷)是一種高熱值的燃料，可以用于養(yǎng)豬場供熱、沼氣池保溫、居民炊事燃料、鍋爐燃料、提純壓縮作天然氣等各種用途。相對于化石燃料，其在提供熱能的同時，可以有效減少污染物的排放。

5 影響沼氣工程碳減排效益實(shí)現(xiàn)的障礙分析

規(guī)?；B(yǎng)豬場沼氣工程具有良好的的碳減排效益，但目前也存在如下的障礙，影響其碳減排效益的實(shí)現(xiàn)如下[6-8]。

5.1沼氣工程建設(shè)資金不足

目前國內(nèi)養(yǎng)豬場以民營企業(yè)為主，且普遍規(guī)模偏小。受豬肉價格波動周期影響，相當(dāng)一部分的養(yǎng)豬場業(yè)主缺乏長期穩(wěn)定經(jīng)營的信心，環(huán)保工程則是得過且過，無資金實(shí)力或信心投資建設(shè)沼氣工程。部分建成的沼氣工程，由于工藝技術(shù)落后、原料不足、管理不善等，導(dǎo)致工程廢置造成浪費(fèi)。

5.2沼氣工程施工質(zhì)量不高

沼氣是易燃易爆的危險氣體，施工不規(guī)范、操作不當(dāng)?shù)榷寄芤鹪O(shè)備爆炸、甲烷中毒等事故。沼氣工程的施工質(zhì)量還關(guān)乎日后運(yùn)行效益、維護(hù)成本和環(huán)境效益。目前國內(nèi)部分沼氣工程的建設(shè)單位資質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)不足，施工質(zhì)量不高，造成沼氣工程無法正常使用或發(fā)揮碳減排效益。

5.3沼氣、沼液和沼渣的利用途徑不暢

養(yǎng)豬場為了避免與周圍居民發(fā)生環(huán)境糾紛，選址一般與村莊有一定的距離，大大增加了沼氣管網(wǎng)配送建設(shè)成本，大多數(shù)的沼氣只供養(yǎng)殖場內(nèi)部使用，多余的沼氣只能直接點(diǎn)燃或排放。沼液和沼渣如果缺乏土地配套消納，極易造成二次污染。

5.4碳減排指標(biāo)市場價值未得到體現(xiàn)

在規(guī)范運(yùn)行、前景可期的碳市場機(jī)制下，沼氣工程的碳減排指標(biāo)可以出售，換取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)回報，進(jìn)而改善沼氣工程經(jīng)濟(jì)效益，在目前國際碳市場價格疲軟、前景不明、國內(nèi)碳市場尚未建立的情況下，沼氣工程的碳減排指標(biāo)無法變現(xiàn)。

6 結(jié)論與建議

1)規(guī)?；B(yǎng)豬場沼氣工程除具有良好的環(huán)境效益和社會效益外，還具有很好的碳減排效益，如果能夠?qū)崿F(xiàn)資源綜合利用，也具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2)目前制約規(guī)模化養(yǎng)豬場沼氣工程碳減排效益發(fā)揮作用的主要障礙是：沼氣工程設(shè)計不合理、沼氣工程運(yùn)行維護(hù)管理不到位、沼氣利用途徑不通暢、碳減排市場吸引力不足等。

3)政府應(yīng)在加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)察、構(gòu)建碳減排市場、加強(qiáng)沼氣工程設(shè)計施工管理等方面助力規(guī)模化養(yǎng)豬場沼氣工程碳減排效益的實(shí)現(xiàn)。

4)規(guī)模養(yǎng)殖企業(yè)應(yīng)重視沼氣工程的建設(shè)和維護(hù)，確保其正常運(yùn)行，產(chǎn)生滿足碳市場 “可監(jiān)測、可報告、可驗(yàn)證”標(biāo)準(zhǔn)的碳信用額。

[1] 規(guī)模養(yǎng)豬場沼氣發(fā)電項(xiàng)目可行性研究報告[R].

[2]UNFCCC.http://cdm.unfccc.int/methodologies/DB/7AKWCSE6FKL3HO21F6BWN5E96SC8CU.

[3]董仁杰,田世杰.養(yǎng)豬場發(fā)展沼氣工程效益探討[J].豬業(yè)科學(xué),2011(6):50-51.

[4]鄧舟,耿欣,張麗穎,等.沼氣利用方式的碳足跡分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2010,18(5):23-26.

[5]徐慶賢,官雪芳,林斌.福建省規(guī)?；B(yǎng)豬場資源量及溫室氣體減排效益評估分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2011,31(1):37-40.

[6]魏敦滿.南平市規(guī)?；B(yǎng)豬場沼氣工程調(diào)查與探析[J].中國沼氣,2013,31(5):53-57.

[7]陳景全.規(guī)模豬場沼氣工程建設(shè)與糞污無害化處理及綜合利用技術(shù)-宜興市興望農(nóng)牧種豬場大型沼氣發(fā)電工程建設(shè)紀(jì)實(shí)[J].養(yǎng)豬,2012(6):81-84.

[8]林斌.規(guī)模化養(yǎng)豬場沼氣工程發(fā)展的影響因素研究-以福建為案例[D].福州:福建農(nóng)林大學(xué),2009.

CaseStudyonCarbonDioxideReductionofBiogasPowerGenerationinLarge-scalePigFarm

WANG Heli,FAN Min,LUO Chenglong,XI Xiping,SHI Jinming,SUN Liyuan

(Jiangxi Academy of Sciences,Energy Institute,330096,Nanchang,PRC)

This paper analyzed carbon dioxide reduction effectiveness of biogas power generation in a large-scale pig farm in west Jiangxi province.It shows that biogas power generation produce considerable carbon dioxide reduction,good environmental benefits and social benefits.If carbon dioxide reduction was sold in just price in carbon market,the return of investment would be improved greatly.The result of this paper is making sense to guide for fixing a price in carbon market for large-scale pig farm biogas power generation.

large-scale pig farm;biogas power generation;carbon dioxide reduction

2014-08-14;

2014-10-08

王賀禮(1982-)，男，河南南陽人，碩士，助理研究員，從事低碳能源規(guī)劃研究工作。

江西省高校人文社會科學(xué)重點(diǎn)研究基地2011年度研究項(xiàng)目(JD1182)；“十二五”國家科技支撐計劃項(xiàng)目(2012BAC20B09)；江西省科學(xué)院青年科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2013-YQC-4)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.05.021

S828.4

A

1001-3679(2014)05-0674-05