王 磊，高春雨，畢于運(yùn)，王亞靜，王紅彥，孫 寧，余婧婧

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

大型秸稈沼氣集中供氣工程溫室氣體減排估算

王 磊，高春雨※，畢于運(yùn)，王亞靜，王紅彥，孫 寧，余婧婧

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

發(fā)展秸稈沼氣工程可有效地減少農(nóng)業(yè)溫室氣體排放，科學(xué)核算溫室氣體減排量為管理和監(jiān)督溫室氣體排放狀況提供數(shù)據(jù)支撐。該文以河北省滄州市耿官屯大型秸稈沼氣集中供氣工程為研究對(duì)象，參考和借鑒了自愿減排項(xiàng)目方法學(xué)、CDM方法學(xué)，構(gòu)建了大型秸稈沼氣集中供氣工程溫室氣體減排計(jì)量方法，包括項(xiàng)目邊界、基準(zhǔn)線排放量、項(xiàng)目排放量、泄漏量、減排量5個(gè)方面，計(jì)算了2014年耿官屯大型秸稈沼氣集中供氣工程溫室氣體減排量。研究結(jié)果表明：項(xiàng)目基準(zhǔn)排放量包括秸稈處理產(chǎn)生的溫室氣體排放、未建秸稈沼氣工程情況下農(nóng)村居民生活用能及農(nóng)田施用化肥生產(chǎn)耗能產(chǎn)生的溫室氣體排放。項(xiàng)目排放量包括秸稈與沼肥運(yùn)輸過(guò)程耗能排放、工程運(yùn)行過(guò)程耗能排放及沼氣處理溫室氣體排放，項(xiàng)目泄漏量即沼氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存、管網(wǎng)供氣和利用過(guò)程中產(chǎn)生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸稈沼氣集中供氣工程基準(zhǔn)線CO2排放量為5 776.15 t，項(xiàng)目排放量為57.53 t，泄漏量為136.59 t，減排量為5 582.03 t，約相當(dāng)于2 100 t標(biāo)準(zhǔn)煤CO2排放量，每消耗1 t（干質(zhì)量）秸稈可凈減排3.56 t，每利用1 m3沼氣可凈減排11.50 kg。同時(shí)，在工程設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、工程管理、工藝技術(shù)改良升級(jí)等方面提出了提升大型秸稈沼氣工程溫室氣體減排能力的策略。

溫室氣體；排放控制；秸稈；沼氣集中供氣工程

0 引 言

當(dāng)前中國(guó)秸稈隨意丟棄和浪費(fèi)乃至焚燒現(xiàn)象仍較為突出，秸稈焚燒會(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物、二氧化硫、碳?xì)浠衔锛盁焿m，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重要的溫室氣體排放源。大型秸稈沼氣工程以秸稈作為主要厭氧發(fā)酵原料，利用生物發(fā)酵技術(shù)，生產(chǎn)的沼氣可以作為農(nóng)村生活清潔能源用于炊事，減少了農(nóng)田廢棄秸稈無(wú)控焚燒 CO2排放、農(nóng)村生活燃煤CO2排放、沼渣沼液可替代化肥減少CO2排放。中國(guó)規(guī)模化秸稈沼氣集中供氣工程由2006年年初的17座到2014年年末的458座，9 a間數(shù)量翻了25倍多[1]，推廣了完全混合式厭氧發(fā)酵器、豎向推流式厭氧反應(yīng)器、序批式固態(tài)厭氧反應(yīng)器等多項(xiàng)工藝[2]，成為農(nóng)村節(jié)能減排的重要措施之一[3]。

目前關(guān)于沼氣工程溫室氣體排放量核算主要圍繞戶用沼氣工程[4-8]、養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便沼氣工程[9-14]及以畜禽糞便為主要原料的規(guī)?；託夤こ蘙15-17]開(kāi)展。專(zhuān)門(mén)針對(duì)秸稈沼氣工程溫室氣體減排開(kāi)展研究的文獻(xiàn)，僅有白潔瑞等[18]以金壇市直溪鎮(zhèn)汀湘村秸稈沼氣集中供氣工程為案例，計(jì)算了豬糞的溫室氣體排放、農(nóng)作物秸稈無(wú)控焚燒時(shí)溫室氣體排放與工程產(chǎn)生的沼氣替代煤炭使用產(chǎn)生的排放。但事實(shí)上，秸稈沼氣工程的減排量計(jì)算要扣除由工程運(yùn)行和工程帶來(lái)的泄漏量，此外，沼肥替代化肥將減少化肥生產(chǎn)中CO2排放也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。

本研究以位于河北省滄州市青縣耿官屯的大型秸稈沼氣集中供氣工程為例，選取2014年1月1日到2014年12月31日為一個(gè)監(jiān)測(cè)期，對(duì)該工程2014年溫室氣體減排量進(jìn)行了案例分析，分別計(jì)算了基準(zhǔn)線排放量、工程排放量與泄漏量，在此基礎(chǔ)上得出了該工程溫室氣體減排量。

1 耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程概況

耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程，占地面積0.53 hm2，總投資約700萬(wàn)元，共建有發(fā)酵罐3個(gè)、儲(chǔ)氣罐8個(gè)，發(fā)酵池容共計(jì)1 650 m3，日產(chǎn)氣量為1 330 m3，供氣戶數(shù)1 900戶。工程年消耗青貯玉米秸稈3 924 t（含水率60%左右），年產(chǎn)沼渣2 731.84 t（固液分離后的沼渣，含水率60%，下同）、干物質(zhì)質(zhì)量1 092.74 t，沼液全部回流。工程配備有完整的發(fā)酵原料的預(yù)處理（收集、除砂、粉碎、調(diào)節(jié)、計(jì)量等）系統(tǒng)，進(jìn)出料系統(tǒng)，回流、攪拌系統(tǒng)，沼氣的凈化、儲(chǔ)存、輸配和利用系統(tǒng)，計(jì)量系統(tǒng)，安全保護(hù)系統(tǒng)，沼渣、沼液后處理系統(tǒng)。

耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程以玉米秸稈為主要發(fā)酵原料，采取中溫高濃度發(fā)酵工藝，使用秸稈粉碎機(jī)將除砂后的秸稈粉碎成8 mm左右粗粉狀，將秸稈同畜禽糞便、秸稈發(fā)酵劑等輔料按照一定比例混合均勻，調(diào)節(jié)pH值（6.8～7.5），調(diào)節(jié)C/N，加一定量的熱水，以攪拌機(jī)、泵為動(dòng)力，將發(fā)酵混合原料打入沼氣發(fā)酵罐，頂部進(jìn)料底部出料，在30～55 ℃的環(huán)境下進(jìn)行發(fā)酵，進(jìn)料時(shí)同時(shí)把流出的沼液回流到反應(yīng)裝置。發(fā)酵裝置采用聚氨脂發(fā)泡保溫，保溫效果好。同時(shí)，該工程采用熱水鍋爐與太陽(yáng)能熱水器聯(lián)合增溫，太陽(yáng)能集熱器真空管數(shù)量為 570根（φ58 mm，長(zhǎng)度1 800 mm），熱水鍋爐主要用于冬季增溫，運(yùn)行期為2個(gè)月。具體工藝技術(shù)流程如圖1所示：

圖1 秸稈沼氣集中供氣工程工藝流程圖Fig.1 Process of straw biogas project for central gas supply

2 秸稈沼氣集中供氣工程溫室氣體減排量計(jì)算方法

本研究在構(gòu)建大型秸稈沼氣集中供氣工程溫室氣體減排量計(jì)量方法學(xué)過(guò)程中，主要參考和借鑒了國(guó)家發(fā)改委辦公廳備案的自愿減排項(xiàng)目方法學(xué)、《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》（United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC）有關(guān)清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）下的方法學(xué)、工具、方式和程序和政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）《國(guó)家溫室氣體清單編制指南》，結(jié)合中國(guó)大型秸稈沼氣工程的發(fā)展現(xiàn)狀，力求計(jì)量方法科學(xué)、可操作，貼近生產(chǎn)實(shí)際。

2.1 項(xiàng)目邊界確定

大型秸稈沼氣工程項(xiàng)目邊界主要包括：大型秸稈沼氣工程、沼氣燃燒/焚燒或者有償使用、項(xiàng)目活動(dòng)不存在時(shí)秸稈廢棄物棄置/無(wú)控焚燒的地點(diǎn)；秸稈運(yùn)輸、沼渣沼液運(yùn)輸過(guò)程；工程電力消耗、化石燃料消耗、燃油消耗以及產(chǎn)生熱能的設(shè)施；該地區(qū)所施肥料生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程，詳見(jiàn)表1。需要說(shuō)明的是，本研究在確定項(xiàng)目邊界內(nèi)排放源及排放氣體的時(shí)候，參考政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)《國(guó)家溫室氣體清單編制指南》（IPCC 2006）簡(jiǎn)化、方便原則，主要考慮的是對(duì)項(xiàng)目影響比較明顯、數(shù)據(jù)可獲得可測(cè)算的排放源。所以，在基準(zhǔn)線情景下，CH4是主要排放氣體，在項(xiàng)目活動(dòng)情景中（除泄露外），CO2是主要排放氣體。

表1 項(xiàng)目邊界內(nèi)的排放源和排放氣體Table 1 Emission sources and gases included within project boundary

2.2 基準(zhǔn)線排放量計(jì)算方法

基準(zhǔn)線是合理地代表一種在沒(méi)有擬議項(xiàng)目活動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)的溫室氣體源人為排放量的情況[19]，本文中基準(zhǔn)線排放指的是不存在大型秸稈沼氣工程的情景下，與沼氣工程對(duì)應(yīng)的活動(dòng)所產(chǎn)生的溫室氣體排放量，主要包括秸稈處理產(chǎn)生的溫室氣體排放、未建秸稈沼氣工程情況下農(nóng)村居民生活用能及農(nóng)田施用化肥生產(chǎn)耗能產(chǎn)生的溫室氣體排放。

大型秸稈沼氣工程溫室氣體基準(zhǔn)線排放量計(jì)算公式為

式中BEy為第y年基準(zhǔn)線排放量，t；BESU,y為第y年秸稈處理的基準(zhǔn)線排放量，t；BEHE,y為第y年農(nóng)村居民生活用能所產(chǎn)生的溫室氣體排放量；t；BEFP,y為第y年農(nóng)田施用化肥生產(chǎn)耗能產(chǎn)生的溫室氣體排放量，t。

1）秸稈廢棄物無(wú)控焚燒的基準(zhǔn)線排放量

農(nóng)作物秸稈無(wú)控焚燒的基準(zhǔn)線排放量為秸稈廢棄物數(shù)量、凈熱值和合適的排放因子的乘積[20]，計(jì)算如下

式中BESU,y為第y年秸稈廢棄物無(wú)控焚燒的基準(zhǔn)線排放量，t；G WPCH4為甲烷的全球溫升潛勢(shì)值，t/t；B Rn,B1/B3,y為第y年秸稈沼氣工程活動(dòng)所對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)線情景 B1或B3的類(lèi)別n的秸稈廢棄物的數(shù)量，t（以干基計(jì)），即為第y年大型秸稈沼氣工程利用的廢棄秸稈數(shù)量； N CVn,y為第y年類(lèi)別n的秸稈廢棄物的凈熱值，GJ/（t以干基計(jì)）；EFBR,n,y為第y年類(lèi)別n的秸稈廢棄物無(wú)控燃燒的甲烷排放因子，t/GJ。

2）農(nóng)村居民生活用能所產(chǎn)生的溫室氣體排放

通過(guò)計(jì)算第y年大型秸稈沼氣工程為農(nóng)戶提供的凈熱量等值時(shí)所消耗的化石燃料的數(shù)量來(lái)計(jì)算該基準(zhǔn)線下溫室氣體排放量[21]，計(jì)算如下

式中 B Ethermal,CO2,y為第y年沼氣工程供能所對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)線排放量，t； E Gthermal,y為第y年單個(gè)農(nóng)戶使用來(lái)自沼氣工程供氣產(chǎn)生的凈熱量，GJ；ηBL,thermal為基準(zhǔn)線爐灶的效率，%； E FFF,CO2為基準(zhǔn)線情景農(nóng)戶所用化石燃料的CO2排放因子，t/GJ；N為秸稈沼氣工程供氣戶數(shù)。

第y年單個(gè)農(nóng)戶使用來(lái)自沼氣工程供氣產(chǎn)生的凈熱量為戶用沼氣灶第y年內(nèi)燃燒沼氣釋放的熱量，計(jì)算如下

式中 K Wthermal為戶用沼氣灶的額定功率，kW；Hstove為第y年戶用沼氣灶的平均使用時(shí)間，h；DI為戶用沼氣灶的熱效率，%。

3）化肥生產(chǎn)耗能產(chǎn)生的溫室氣體排放

化肥的生產(chǎn)需要消耗煤炭、天然氣、石油、電力等化石能源[22]。用沼肥替代化肥，降低了氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥等施用量，減少了化肥生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的溫室氣體排放[23]?；噬a(chǎn)過(guò)程耗能溫室氣體排放的計(jì)算公式如下[24]

式中 B Efertilizer,y為沼肥所替代的化肥在生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)耗能溫室氣體排放量，t；FNd為沼渣中氮肥的含量，t；FPd為沼渣中磷肥的含量，t；FKd為沼渣中鉀肥的含量，t； E FN,CO2為氮肥生產(chǎn)的排放系數(shù)，t/GJ； E FP,CO2為磷肥生產(chǎn)的排放系數(shù)，t/GJ； E FK,CO2為鉀肥生產(chǎn)的排放系數(shù)，t/GJ。

2.3 項(xiàng)目排放量計(jì)算方法

項(xiàng)目溫室氣體排放源主要存在于秸稈與沼肥運(yùn)輸過(guò)程耗能排放、工程運(yùn)行過(guò)程耗能排放及沼氣處理溫室氣體排放，其計(jì)算公式為：

式中PEy為第y年項(xiàng)目排放量，t；PEfossil,y為第y年工程運(yùn)行化石燃料消耗產(chǎn)生的排放，t；PEelectric,y為第y年工程運(yùn)行所耗電網(wǎng)電量產(chǎn)生的排放，t；PEflare,y為第y年沼氣火炬焚燒排放量t；PETR,y為第y年內(nèi)工程運(yùn)輸活動(dòng)的排放；t/a。

1）工程運(yùn)輸活動(dòng)的排放量計(jì)算方法

有2個(gè)工程運(yùn)輸活動(dòng)的排放量計(jì)算方法供選擇[25]。

選項(xiàng)1：基于距離和車(chē)輛類(lèi)型計(jì)算排放

式中 PETR,y為第y年內(nèi)工程運(yùn)輸活動(dòng)的排放，t/a；NAW,y為第y年運(yùn)輸活動(dòng)的往返次數(shù)；AVDAW,y為第y年運(yùn)輸活動(dòng)平均往返距離，km； E Fkm,CO2,y為第y年貨車(chē)平均CO2排放因子，t/km；BFPJ,K,y為第y年運(yùn)輸活動(dòng)運(yùn)輸物品的總質(zhì)量，t；TLAW,y為所用貨車(chē)的平均載荷，t。

選項(xiàng)2：基于燃料消耗計(jì)算排放

式中FCTR,i,y為第y年貨車(chē)運(yùn)輸活動(dòng)的燃料消耗，t；NCVi為燃料的凈熱值，GJ/t；E FCO2,FF,i為化石燃料的CO2排放因子，t/GJ。

2）工程運(yùn)行化石燃料消耗排放量計(jì)算方法

第y年工程現(xiàn)場(chǎng)所消耗化石燃料的排放量為工程在第y年內(nèi)所消耗的化石燃料數(shù)量與該種類(lèi)型化石燃料凈熱值以及其CO2排放因子的乘積[26]，計(jì)算如下

式中PEfossil,y為第y年工程運(yùn)行化石燃料消耗產(chǎn)生的排放，t；FFm,y為工程運(yùn)行消耗的m種類(lèi)型化石燃料的數(shù)量，t/a；NCVm為第m種類(lèi)型化石燃料的凈熱值，GJ/（t以干基計(jì)）；EFCO2,m,y為第m種類(lèi)型化石燃料的CO2排放因子，t/GJ。

3）工程運(yùn)行電力消耗排放量計(jì)算方法

第y年工程電力消耗排放量為秸稈沼氣工程在第y年內(nèi)所消耗的來(lái)自于國(guó)家電網(wǎng)電力與該沼氣工程所在區(qū)域電網(wǎng)的CO2排放因子的乘積[27]，計(jì)算如下

式中 P Eelectric,y為第y年工程運(yùn)行所耗電網(wǎng)電量產(chǎn)生的排放，t；EFe為工程運(yùn)行消耗的電量總量，MWh/a；EFe,y為第y年區(qū)域電網(wǎng)的CO2排放因子，t/MWh。

4）沼氣火炬燃燒排放量計(jì)算方法[28]

式中PEflare,y為第y年沼氣火炬焚燒排放量，t；BGburn,y為第y年通過(guò)火炬焚燒的沼氣，m3。

2.4 泄漏量計(jì)算方法

泄漏定義為項(xiàng)目邊界之外出現(xiàn)的并且是可測(cè)量的和可歸因于清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目活動(dòng)的溫室氣體（GHG）源人為排放量的凈變化[29]。本研究將沼氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存、管網(wǎng)供氣和利用過(guò)程中產(chǎn)生的因物理泄漏所造成的排放考慮為泄漏，計(jì)算方法如下[30]

式中 LEy為第y年項(xiàng)目泄漏排放量，t；BGLEAK,y為第y年沼氣的泄漏量，m3；4CH,Wy為第y年沼氣中甲烷的含量，%；4CHD為第y年在沼氣的溫度和壓力條件下甲烷的密度，t/m3；4CHGWP 為甲烷的全球溫升潛勢(shì)值，t/t。

2.5 減排量計(jì)算方法

大型秸稈沼氣工程溫室氣體減排量等于基準(zhǔn)線排放量減去工程溫室氣體排放量和泄漏量如式（14）。

式中ERy為第y年大型秸稈沼氣工程溫室氣體減排量，t；BEy為第y年基準(zhǔn)線排放量，t；PEy為第y年項(xiàng)目排放量，t；LEy為第y年項(xiàng)目泄漏排放量，t。

2.6 數(shù)據(jù)獲取

計(jì)算過(guò)程中所需數(shù)據(jù)主要通過(guò)文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)室測(cè)定和實(shí)地調(diào)研 3種途徑獲取。其中需要查閱文獻(xiàn)獲取的數(shù)據(jù)主要包括甲烷的全球溫升潛勢(shì)值、秸稈廢棄物的凈熱值、燃料的凈熱值、甲烷排放因子、CO2排放因子、鉀肥生產(chǎn)的排放系數(shù)、氮肥生產(chǎn)的排放系數(shù)、磷肥生產(chǎn)的排放系數(shù)等；需要實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的數(shù)據(jù)主要包括沼氣中甲烷的含量、密度，沼渣中氮肥、磷肥、鉀肥的含量；需要實(shí)地調(diào)研獲取的數(shù)據(jù)包括農(nóng)作物秸稈使用量、工程運(yùn)行過(guò)程中能源消耗量、農(nóng)戶炊事用能情況、工程泄漏量。調(diào)研方式主要包括對(duì)工程負(fù)責(zé)人的訪問(wèn)、對(duì)大型秸稈沼氣工程連續(xù)周期的監(jiān)測(cè)、對(duì)氣體流量表的讀取、對(duì)周邊農(nóng)戶的訪問(wèn)等。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程基準(zhǔn)線排放量

根據(jù)式（1）計(jì)算，2014年耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程基準(zhǔn)線CO2排放量為5 776.15 t，其中：秸稈無(wú)控焚燒CO2排放量為889.66 t，占15.40%；農(nóng)戶炊事用能產(chǎn)生的CO2排放量為4 769.32 t，占82.57%；沼渣沼液替代的化肥生產(chǎn)產(chǎn)生的CO2排放量為117.17 t，占2.03%（表2）。

3.2 耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程項(xiàng)目排放量

耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程日產(chǎn)沼氣1 330 m3，年產(chǎn)沼氣48.54萬(wàn)m3，供1 900農(nóng)戶家庭炊事燃用，多余的沼氣由 8個(gè)儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存。在監(jiān)測(cè)期內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有多余沼氣火炬燃燒現(xiàn)象，故2014年沼氣火炬燃燒排放量為0。

表2 2014年耿官屯秸稈沼氣工程溫室氣體排放情況Table 2 Greenhouse gas emission of Gengguan village straw biogas project in 2014

根據(jù)式（6），2014年耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程項(xiàng)目排放量為 57.53 t，其中：工程運(yùn)輸活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放量為4.89 t，占8.50%；工程運(yùn)行化石燃料消耗的溫室氣體排放量為9.14 t，占15.89%；工程運(yùn)行電力消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放量為43.50 t，占75.61%。

3.3 耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程泄漏排放量

秸稈沼氣集中供氣工程沼氣泄漏環(huán)節(jié)主要包括沼渣沼液出料池、儲(chǔ)氣袋、凈化設(shè)備、壓縮機(jī)、壓力表、法蘭、開(kāi)關(guān)等。按照耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程多年的供氣記錄，沼氣工程儀表記錄的產(chǎn)氣量與根據(jù)沼氣用戶儀表記錄匯總的用氣量之間的差額，最高年份為 5.7%（2010年），最低年份為2.1%（2012年），平均為3%左右。本研究在不考慮儀表計(jì)量誤差的情況下，將產(chǎn)氣量與用氣量之間的誤差作為沼氣泄漏量看待，取值為3%。

根據(jù)式（13）計(jì)算，2014年耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程泄漏導(dǎo)致的溫室氣體排放量為136.59 t。

為減少大型秸稈沼氣集中供氣工程運(yùn)行及泄漏排放量，應(yīng)將秸稈沼氣工程布局在農(nóng)戶居住較集中地區(qū)，優(yōu)先選用耐腐蝕、抗壓好、環(huán)境適宜性強(qiáng)的材料，改法蘭連接、螺紋連接為焊接，加強(qiáng)日常巡檢、維護(hù)和管理，加強(qiáng)秸稈預(yù)處理（粉碎）工藝技術(shù)改良升級(jí)，推廣應(yīng)用太陽(yáng)能增溫、生物質(zhì)爐加溫、沼氣增溫等清潔能源增溫技術(shù)以及大棚溫室保溫技術(shù)措施，合理布局秸稈收儲(chǔ)點(diǎn)以及沼肥處理中心，降低運(yùn)輸能耗。

3.4 耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程溫室氣體減排量

根據(jù)公式(14)計(jì)算，2014年耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程基準(zhǔn)線排放量為5 776.15 t，項(xiàng)目排放量為57.53 t，相當(dāng)于基線排放量的1.00%；泄漏量為136.59 t，相當(dāng)于基線排放量的2.36%；減排量為5 582.03 t，相當(dāng)于基線排放量的96.64%。項(xiàng)目減排量相當(dāng)于項(xiàng)目生產(chǎn)能耗和泄漏排放量的28.76倍。

耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程年消耗青貯秸稈3 924 t（含水率60%左右），折干質(zhì)量約1 570 t，年產(chǎn)沼氣48.54萬(wàn)m3。據(jù)此計(jì)算，2014年，耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程年減排CO25 582.03 t，約相當(dāng)于2 100 t標(biāo)準(zhǔn)煤的CO2排放量，該沼氣工程每消耗1 t（干質(zhì)量）秸稈可凈減排3.56 t，每利用1 m3沼氣可凈減排11.50 kg。按最低設(shè)計(jì)使用年限25 a計(jì)算，耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程至少可實(shí)現(xiàn)CO2減排13.96萬(wàn)t。

4 結(jié)論與討論

1）在工程總排放方面，溫室氣體排放貢獻(xiàn)排序依次是：泄漏量＞工程運(yùn)行電耗排放＞工程運(yùn)行燃煤能耗排放＞工程運(yùn)輸活動(dòng)排放。其中，泄漏量占到了工程總排放的70.36%，工程運(yùn)行電耗排放占22.41%，燃煤能耗排放占4.71%，運(yùn)輸活動(dòng)能耗排放占2.52%。

2）2014年，耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程年減排CO25 582.03 t，約相當(dāng)于2 100 t標(biāo)準(zhǔn)煤的CO2排放量，每消耗1 t（干質(zhì)量）秸稈可凈減排3.56 t，每利用1 m3沼氣可凈減排11.50 kg。按最低設(shè)計(jì)使用年限25 a計(jì)算，耿官屯秸稈沼氣集中供氣工程至少可實(shí)現(xiàn)CO2減排13.96萬(wàn)t。

本研究在計(jì)算參數(shù)選取方面，采用了較多IPCC的默認(rèn)值，為使秸稈沼氣集中供氣工程溫室氣體減排計(jì)量更為精確，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)參數(shù)的研究。為了構(gòu)建適用于中國(guó)不同區(qū)域的秸稈沼氣工藝模式和減排措施，完善農(nóng)業(yè)碳貿(mào)易方法學(xué)體系，應(yīng)著重加強(qiáng)大型秸稈沼氣工程溫室氣體減排工藝模式優(yōu)化、溫室氣體減排碳交易與生態(tài)補(bǔ)償、溫室氣體減排配套政策等方面的研究。

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Greenhouse gas emission mitigation calculation of large scale straw biogas centralized supply project

Wang Lei, Gao Chunyu※, Bi Yuyun, Wang Yajing, Wang Hongyan, Sun Ning, Yu Jingjing
(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing100081,China)

The large straw biogas project is an important way of new energy utilization of straw resource in China. It has great meaning to facilitate the construction of a resource-saving and environment-friendly society and mitigation of climate change.The methods of literature research, fixed point monitoring and quantitative analysis were adopted. Taking the straw biogas project in Gengguan Village of Cangzhou City in Hebei Province of China as an example, this paper establishes a methodology of greenhouse gas emission reduction for large scale straw biogas project. The greenhouse gas emission reduction measures include project boundary, calculation of baseline emissions, project emissions calculation, leakage calculation, emission reduction and project monitoring. Calculation of baseline emissions refer to the greenhouse gas emission by straw stalk treating, rural resident daily used energy, and fertilizer production in farmland under no large straw biogas project. Project emissions calculation refers to the emissions produced by engineering transportation, power consumption,fossil fuel consumption and extra biogas torch combustion. We calculate the greenhouse gas emission reduction of the straw biogas project in 2014. The results show that the baseline CO2emissions are 5 776.15 t, the project CO2emissions are 57.53 t,the leakage of CO2is 136.59 t and the CO2emission reduction is 5 582.03 t, which is approximately equal to CO2emissions by 2 100 t standard coal combustion. As required in NY/T 2142-2012Specification for Process Design of Straw Biogas Engineering, the design working life of straw biogas engineering is no less than 25 a, the Gengguan Village straw biogas centralized gas supply project can at least achieve CO2emissions of 139 600 t. For every 1 t straw (dry weight) consumed, a net reduction of 3.56 t CO2emission can be got, and for every 1 m3methane used, 11.50 kg CO2emission can be reduced.Through the construction of greenhouse gas emission reduction measurement method of large scale straw biogas centralized gas supply projects, it is helpful to understand the emission reduction utility of large scale straw biogas centralized gas supply projects scientifically, analyze the main greenhouse gas emission sources during the project operation quantitatively, and further enhance the straw emission reduction capacity of biogas centralized gas supply projects. The order of the contribution of greenhouse gas emission is: Leakage ＞ engineering operating power consumption emission ＞ energy consumption emission of coal combustion in engineering operation ＞ engineering transport activity emission. Leakage accounts for 70.36% of the total emissions, engineering operating power consumption emission accounts for 22.41%, energy consumption of coal combustion in engineering operation accounts for 4.71%, and engineering transport accounts for 2.52%. To reduce the operation and leakage emissions, the straw biogas projects should be located in the more concentrated areas of farmers, choose the material with corrosion resistance, good pressure resistance and strong environmental suitability, and change the flange connection and threaded connection to welding. In the meantime, we should strengthen the daily inspection, maintenance and management, upgrade the straw pretreatment (crushing) process technology, promote and use the solar heating, biomass furnace heating, biogas warming and other clean energy warming technology and greenhouse thermal insulation technology measures, and layout the straw storage sites and biogas fertilizer treatment center reasonably to reduce the energy consumption in the transportation. In view of the shortcomings of this study in the parameter selection, regional application and other aspects, we will strengthen the studies on relevant parameters and different regional case further.

greenhouse gases; emission control; straw; straw biogas centralized supply project

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.031

S216.4

A

1002-6819(2017)-14-0223-06

王 磊，高春雨，畢于運(yùn)，王亞靜，王紅彥，孫 寧，余婧婧. 大型秸稈沼氣集中供氣工程溫室氣體減排估算[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(14)：223－228.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.031 http://www.tcsae.org

Wang Lei, Gao Chunyu, Bi Yuyun, Wang Yajing, Wang Hongyan, Sun Ning, Yu Jingjing. Greenhouse gas emission mitigation calculation of large scale straw biogas centralized supply project[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(14): 223－228. (in Chinese with English abstract)

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.031 http://www.tcsae.org

2017-06-27

國(guó)家自然科學(xué)基金（31200337，41301626）；河北省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（HB14YJ031）

王 磊，男，主要從事農(nóng)村生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)與利用研究。北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，100081。

Email：15311292662@163.com

※通信作者：高春雨，男，博士，副研究員，主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)碳交易研究。北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，100081。

Email：gaochunyu@caas.cn.