福建省生物質能的發展現狀及前景

福建省農科院農業工程技術研究所 徐慶賢 林 斌 官雪芳

福建省能源研究會 郭祥冰

福建省地處亞熱帶，氣候溫和，雨量充沛，對各種生物質能資源繁殖、生長都很有利，生物質能資源比較豐富。近年來，尤其是《可再生能源法》實施后，生物質發電（尤其是垃圾發電）等發展比較迅速，生物柴油、沼氣等也取得了一定的進展。據初步調查福建省2005年各類大宗生物質能資源折成標煤為1875萬t，其中，沼氣資源324.2萬t，生物柴油資源320萬t，垃圾發電資源68.4萬t，農作物秸稈172萬t，農產品加工副產品108萬t，林木枝椏和林業廢棄物800萬t[1]。

生物柴油、規模化畜禽養殖場沼氣工程、城市垃圾發電等三種生物質能的開發利用，在它轉換生產優質能源的過程中，與生態環境治理密切相結合，備受福建省政府有關部門的重視。到2007年底，福建共有萬噸級以上規模生物柴油生產企業7家，已形成生產能力約33萬t，2007年實際產量20萬t，主要是利用廢油脂和油料加工下腳料加工成柴油；已投入運行的垃圾焚燒發電廠5家，總裝機容量4.665萬kW，年發電量2.228億kWh[2]；福建省農村畜禽糞便產沼氣潛力為11.11億m3，其中規模養殖場沼氣潛力為5.12億m3。

1 生物質能發展概況及問題分析

1.1 福建省畜禽養殖業污染源普查與沼氣潛力評估

1）畜禽養殖概況

全省畜禽養殖以豬、牛、雞為主，根據畜牧部門統計，截止2007年12月，生豬存欄量為1317.12萬頭，牛存欄量為76萬頭，養雞數為5424.29萬羽。與前相比，規模聚集現象明顯加快。

2）豬、牛、雞糞便年排放量

目前多數畜禽養殖場糞污只經過簡易處理[3]，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。隨著養殖規模的擴大，污染日趨嚴重，污染程度已超過了工業和城市生活排污對環境的影響，成為面污染與點污染源的大戶[4,5]。

3）沼氣潛力與分布特征

根據測算結果，2007年全省農村畜禽糞便資源可產沼氣潛力為11.11億m3，其中規模養殖場沼氣潛力為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）沼氣資源逐步向規模養殖場集聚。全省規模養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展提供了基本條件。

4）節能減排潛力分析

按現有畜禽糞便資源量，每年產沼氣潛力為11.11億m3，相當于79.4萬t的優質能源，若全部用于農村生活用能，可供220多萬戶，解決全省1/3農戶的生活用能；同時相當于可減少CO2排放205萬 t，以國際碳匯市場價格，即1t CO2為15歐元計算[6]，價值約2.8億元人民幣。

1.2 畜禽養殖業大中型沼氣工程典型調查

1）福建省畜禽養殖業大中型沼氣工程發展現狀

畜禽養殖業迅速發展，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沿岸1000m以內畜禽養殖污水，制定優惠政策，采取有力措施，畜禽養殖場沼氣工程獲得迅速發展。到2007年，全省累計建成養殖場沼氣工程988處，容積34萬m3，年產沼氣4400多萬m3，處理1100多萬t畜禽糞水。全省共有規模養殖場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。

2）典型調查結果

采用典型抽樣方法對172家規模養豬場進行調查，發現：沼氣工程沼氣綜合利用率不高，產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，大部分放空

表1 沼氣利用率

表1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，大量優質能源白白浪費，而且增加了大氣中溫室氣體排放。

（2）沼氣利用水平低

表2 沼氣利用方式

表2表明，98.77%的沼氣工程只利用少部分沼氣向養豬場職工提供生活用能，還有1.23%的沼氣工程產出沼氣都沒有得到利用，沼氣工程向周邊農戶集中供氣僅占2.47%，沼氣發電的也只占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域窄、工業化利用水平低，大部分沼氣沒有得到有效利用。

（3）沼氣工程集中供氣條件

表3 沼氣工程與村落距離

由表3可知，我省占81.4%的養豬場與村落的距離在5公里之內，與村落距離10公里之內的占95.4%，多數在3～4公里左右，大部分沼氣工程具備集中供氣所需壓力。

1.3 調查的啟示

福建沼氣工程建設走在全國前列，但是，發展沼氣工程主要著眼于環境效益，綜合利用經濟效益相對較差，特別是沼氣作為農村重要的清潔能源利用率不高，沼氣工程產出沼氣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。為了農業沼氣更好更快發展，筆者提出如下建議：污染治理與能源資源開發利用并舉，不斷提高經濟效益，逐步向產業化邁進。

2 破題途徑

2.1 沼氣工程發展路線

30年來，沼氣技術由單一的戶用沼氣發展到大中型沼氣工程技術的路線可以歸結為：能源型→環保型→綜合型。

1978年能源供應全面緊張，為獲得更多沼氣，上海虹橋養殖場率先將戶用小型沼氣池技術移植和放大到50m3[7]。隨著畜禽養殖業的快速發展，大量畜禽糞便隨意排放，嚴重污染了水體和周圍環境，2001年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高潮。時至今日，沼氣技術已從單純的能源利用，發展成為具備污染治理、能源生產、生態農業發展多種功能。沼氣技術有必要也有可能向污染治理與能源資源綜合利用方向發展。

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戶集中供氣、供熱、發電等工業化應用。我們選擇了一些案例進行經濟效益分析。案例分析表明：政府給予適當補貼，提高沼氣工程產氣率和沼氣利用率，可以有效地提高沼氣工程的經濟效益。

1）案例一：沼氣發電-以南平市延平區東順畜牧發展公司為例

東順畜牧發展公司生豬年存欄數6000頭，年出欄數17000頭，污水量為90m3/d，建有沼氣池800m3，為磚混結構，工藝采用推流式。平均產氣率0.4m3/(m3·d)。

總體工藝流程為豬糞經干清糞后，糞污再經固液分離機分離，污水進入沼氣池。

沼氣池年產沼氣11.52萬m3，其中炊飲年用氣1.62萬m3，占14%；配套雙燃料沼氣發電機組30kW，日發電8小時，每小時發電24kWh，用氣13m3，每kWh網電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%。

（1）改造前后經濟分析

以下技術經濟分析不考慮沼渣、沼液以及減少排污等產生的經濟效益，只考慮沼氣利用產生的經濟效益。原工程與改造方案的經濟核算，詳見表4。

基準折現率為10%，工程設備使用年限為20年。

表4 原工程與改造方案經濟核算

·原沼氣工程效益差。原因在于沼氣池產氣率不高，沼氣利用率只有46.8%。

該場應用全混合沼氣發酵工藝，建設沼氣池1800m3和280kW發電工程，平均沼氣產氣率0.8m3/(m3.d)以上，年產沼氣51.8萬m3，發電用氣44.15m3，全場沼氣利用率88.3%。

該改造方案采用先進發酵工藝，產氣率提高1倍以上，沼氣利用率也從46.8%提高到88.3%，經濟效益大幅提高，電用不完還可以上網，但需要解決上網問題，固定投資也增加了98萬元。

（2）結論

由案例一技術經濟分析可以看出，沼氣工程經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酵工藝落后。如果提高沼氣工程的產氣效率和沼氣利用率，可以有效地提高整個沼氣工程的經濟效益，但同時，建池成本也大幅增加，因此，在沼氣工程產業化的初期，在一段時間內國家應根據沼氣工程不同發酵工藝以及沼氣利用率給予適當補貼，為今后產業化打好基礎。

2）案例二、集中供氣-以福建省南平市延平區筠竹村為例

延平區筠竹村是一個以林業、果樹種植為主的經濟村，全村人口達1200人左右，總戶數260戶左右，2001年筠竹村引進南平市茫蕩牧業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年底設計建設600m3ABR型沼氣池，沼氣池建成后日產沼氣240m3沼氣。2008年續建集中供氣工程，配置50m3貯氣柜，沼氣集中輸送到筠竹村107戶農戶作生活燃料。

（1）改造前后經濟分析

正在運行沼氣集中供氣工程和增設沼氣發電機的改造方案的技術經濟核算見表5。

經濟核算設定：基準折現率為10%，工程設備使用年限為20年。

表5 沼氣集中供氣工程和改造方案經濟核算對比

（2）結論

由案例二分析可知，沼氣集中供氣投入較大，在供應戶數較小的情況下，經濟效益較差運行中的沼氣工程集中供氣沼氣利用率僅為35.6%。

如果增設一臺30kW沼氣發電機，每天發電8小時，則沼氣利用率可提高到87.9%，同時，其靜態回收期也減少到可接受的6.11年，整體經濟效益較好。

3 幾點建議

除現行政策外，建議：

1）實行污染治理與能源資源開發利用并舉方針，各有關部門應各盡其責、各司其職、密切配合、加強協調，形成合力，扭轉重治理、輕利用的觀念，讓清潔的沼氣能源資源得到充分的利用，造福新農村建設。

2）推廣福建經驗，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于認真做好2008年農村沼氣建設工作的通知規定：“沼氣工程集中供氣的，按照用氣農戶計算，每產省級以上補助1200元”。2009年每戶補貼已提高到1500元。

3）加大省財政支持力度，鼓勵沼氣發電。①福建省從2009年起將沼氣發電設備列入農機補貼范圍，建議應加大農機補貼力度，補貼比例提高到30%；②逐步落實大型沼氣工程發電上網，目前暫不具備上網條件的沼氣發電項目未上網電量也參照《可再生能源法》配套法規《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》（發改價格[2006]7號）給予補貼，補貼電價標準統一為0.25元/kWh。

4）加強沼氣科研創新和人才培養。支持大專院校開設農村能源專業，建立重點實驗室，培育各種層次人才；支持產學研結合組建沼氣技術研發中心，對關鍵技術，包括低溫發酵技術與工藝、干發酵技術等攻關，研發建池新材料，研究沼氣發電、集中供氣等裝置標準化規范化生產和商品化。

5）提高設計單位水平，培育集中供氣、沼氣發電等專業公司。

4 生物質能前景展望

福建省生物質能開發利用尚處于起步階段，研發能力低，產業規模小，經濟扶持政策和管理機制不完善，目前還不具備規模化開發利用的條件。根據福建省有關部門開發利用生物質能的意向，先從生物柴油、規模化畜禽養殖場沼氣工程、城市垃圾發電等三種生物質能中篩選重點示范建設項目，重點扶持，樹立榜樣，積累經驗，提高經濟成熟度，逐步推廣。經綜合分析測算，三種生物質能2020年可開發資源量折合標準煤將達到438萬t[1]。

從長遠看，農業能源和林業能源是生物質能發展的基礎，在堅持不與糧食爭地的原則下，以科學方法培育高產量、低成本、抗逆性強、生態環境好的能源作物作為生物質能發展的方向。堅持科技創新，選準重點開發種類，搞好重點示范項目建設，以點帶面逐步擴大推廣范圍，促進生物質能開發利用規模。福建省具有優良的地理氣候條件，發展生物質能必定大有所為。

[1]《福建省加快風電發展與生物質能發展規劃研究報告》，福建省能源研究會，2008年6月

[2]《典型地區可再生能源法實施效果調研報告》，美國能源基金會-中國可持續能源項目，2008年4月

[3]LI C S，WANG Y K，Technology of swine manure treatment on intensive scaled swine farms，Transactions of the CSAE，2001，11(1)86～90

[4]錢午巧，包武，陳彪等，利用厭氧發酵技術綜合治理畜牧業污染的探討，福建能源開發與節約，2003（3）：51～52

[5]辛春林，畜禽糞便污染的現狀及對策，中國牧業通訊，2008（16）：46

[6]謝曉慧，林郁，李茂萱等，云南農村沼氣建設與碳匯交易研究--基于減少薪柴消耗對減排CO2的貢獻分析，西南農業學報，2008，21（3）：870～874

[7]樊京春，趙勇強，秦世平等，中國畜禽養殖場與輕工業沼氣技術指南，化學工業出版社，2009