鹽城地區農村居民利用沼氣供熱的可行性分析

吳春輝，楊坤麗

(西南交通大學建筑學院，四川成都 610031)

沼氣是各種有機物在與空氣相隔絕時，在一定的溫度、濕度、濃度、酸堿度條件下，經過某些厭氧微生物的分解代謝而生成的一種可燃性氣體，主要成分是甲烷和二氧化碳，其中可燃物甲烷(CH4)占總氣體體積約為50%～70%，二氧化碳約占30%～50%［1］7。沼氣是目前發現的唯一一種全生命周期意義上的碳負凈排放燃料，對減排溫室氣體具有十分重要的意義。

我國的戶用沼氣技術在全世界是領先的，鹽城農村地區在20 世紀70年代已開始使用沼氣。隨著技術的不斷進步，生產沼氣的實用原料不斷拓展，戶用沼氣的產量也在不斷上升，經歷了不足、夠用到剩余三個階段，沼氣應用越來越受到農民的歡迎。隨著農民集中居住程度的提高，正從單戶獨池向聯戶沼氣、大中型沼氣和服務網點發展。根據當地的實際情況，沼氣必將成為鹽城農村能源的一支重要力量。但目前農民使用沼氣主要在炊事方面，極少數用于照明，更沒有用于供熱。為拓展沼氣的使用空間，降低農民的生活成本，本文對農村居民住宅利用沼氣提供冬季供熱的可行性進行分析研究。

1 鹽城地區發展沼氣的優勢

鹽城，是江蘇省省轄市中面積最大的市，位于江蘇省中部偏東地域，瀕臨黃海，全市總面積1.7×104km2，其中耕地面積77.82×104hm2，河湖水面1300 km2，沿海灘涂總面積4550 km2。全國第六次人口普查全市戶籍人口為820.3728萬人，位列江蘇省第二。其中，居住在鄉村的人口為348.8萬人，占48.05%。2010年地區人均生產總值達4500 美元，全市農業總產值和農民人均純收入，在全國地級市中位居第一。

1.1 當地能源結構有利于沼氣的發展

鹽城目前并沒有本地的常規能源資源可利用，煤炭完全是異地生產通過物流輸入。已探明石油天然氣蘊藏量800×108m3還在地下沒有開發，電能的大部分需要從外地調度補充。農民傳統使用的生活能源主要是生物能源，輔以電、煤炭、液化氣和太陽能。鹽城農村生物能源資源主要有四種:農作物秸稈、人畜糞便、草類和薪柴。2006年鹽城市農業普查資料顯示:鹽城農村居民生活日用炊事能源已有較大改變，雖然許多農戶仍以柴草為主，但使用電能和液化氣的農戶逐年在增多，特別是液化氣的用量增長迅猛，不同地區農村居民家庭炊事能源的使用差異較大。隨著液化氣價格的不斷攀升，沼氣等可再生能源正從幕后的研究試點逐漸走向開發利用的前臺。

1.2 當地發展沼氣具有一定的基礎

鹽城是一個農業大市，畜牧業是當地的傳統產業，2010年全市生豬飼養量1061×104頭，優質家禽飼養量2.85×104只，每年產生的秸稈有1000×104t 左右，河湖邊、灘涂上的雜草薪柴更是不計其數，這些生物能源，加上城鄉垃圾、固液污物，都是生產沼氣的良好原料。

鹽城有使用沼氣的經驗，管理體制相對完善，擁有專業的科研開發人員、專職技術操作工人和配套的機械。農民的經濟條件能提供保證，思想意識也積極配合沼氣的推廣，當地氣候對沼氣生產也比較適宜，獨立研發的秸稈聯戶沼氣工程于2009年10月已點火成功，這些因素對當地的沼氣發展提供了有力的支撐。

1.3 國家政策的扶持

我國政府歷來重視引導和支持沼氣建設，不僅在政府工作報告中明確寫有發展沼氣的條文，許多領導還親臨沼氣建設現場指導工作。特別是2003年后，中央有關農村工作和清潔能源的文件中基本都提到要發展沼氣的問題，如2006年中央一號文件指出，“要加快農村能源建設步伐，在適宜地區積極推廣沼氣、秸稈氣化、小水電、太陽能、風力發電等清潔能源技術。”

僅國家中央財政對沼氣產業的補助，2000年為2500 萬元，2001年為1.31 億元，2002年為3.1 億元。從2003年起，國家在農村基礎設施建設中設立了“國債資金農村沼氣項目”，一年投入10 億元資金補助支持農村沼氣建設，這個數目逐年增加，至今對農村沼氣建設的投入資金已經高達242億元，各省、市、縣也不同程度撥出專項資金支持沼氣建設，僅江蘇省政府2010年對沼氣項目的扶持就達2.2 億元。

在這些政策的扶持下，加上當地的條件和基礎，鹽城沼氣產業發展迅速，全市戶用沼氣池的數量占到全省總數的四分之一。

2 鹽城沼氣的使用情況

2008年3月，鹽城全市戶用沼氣池已達6.85×104座，2009 和2010 兩年中，鹽城除了興建3×104座戶用沼氣池外，還興建了一批沼氣物管站、沼氣村和生活污水凈化沼氣池，有的村家用沼氣率已達70%以上。

2.1 單戶獨池

鹽城傳統的農村家庭戶獨自使用的沼氣池，容積通常有6 m3、8 m3、10 m3三種。最常用的8 m3的沼氣池2010年的造價在2200 元左右，國家和省的補助是每池1500 元，農戶建一座沼氣池自己只需出資700 元左右。

目前鹽城正大力推廣戶用秸稈沼氣技術，一戶8 m3的秸稈固體發酵沼氣池，一次性投料約400 kg 左右的秸稈和2 kg 的“沼氣1號”，可連續產氣達180 d。

這些沼氣池年產沼氣量約400 m3，可供一個5 口之家全年的生活用能，每年能為農戶節省1000 多元的燃料費用。

2.2 聯戶沼氣

單池獨戶所用的沼氣池占地面積較大，對集中居住的緊湊型場地不很有利，聯戶沼氣為集中居住的農民解決了這樣的問題。

一種是全秸稈聯戶沼氣工程，這是在結合以前建設單戶型小容積沼氣池的基礎上進行改進，通過腐熟、發酵、壓縮等系列技術手段，以秸稈為原料制成沼氣，并通過集中管網，統一輸送到農戶家中，成為中心村集中居住區實用的清潔能源。

另一種可考慮采用多戶多池聯建的形式，根據不同的沼氣原料建造不同的沼氣池，各池均用管道向總管輸送沼氣，總管再通過支管計量向各家庭用戶提供沼氣。根據各池的沼氣產量，操作人員可以進行總的供氣調節，有條件的最好采用儲氣柜，以保證沼氣氣壓的穩定和供氣的連續性。

這兩種形式不僅能有效地解決秸稈利用的出路問題，也使一些糞源不足、不便建沼氣池的農戶用上清潔能源，還可避免戶用沼氣池在檢修時的暫停供氣，最大程度地滿足農戶連續用氣的需求。聯戶沼氣工程采用市場化運作、物業化管理的運營模式，有專業的沼氣工負責生產，集中向農戶供氣。

2.3 大中型沼氣和服務網點

比聯戶供氣更進一步的大中型沼氣和服務網點現在也正在快速發展，通過管網將沼氣輸送給各家各戶，進行集中供氣，使得集中居住的農村居民能夠象城鎮居民使用管道燃氣一樣使用沼氣。每1 m3沼氣售價0.8～1 元，1個月的花費也就30 元左右，比使用液化氣至少便宜了一半還多。

3 農民住宅利用沼氣進行冬季供熱的可行性分析

鹽城地區位于地理緯度32°34'～34°28'之間，地處夏熱冬冷地區，冬季的平均氣溫在－1.5℃～5.3℃，極端最低氣溫為－17.3℃。傳統農居沒有良好的保溫措施，冬季室內外溫差小，根本無法達到室內18℃的居住熱舒適性。在冬季，一般居民沒有采暖的生活習慣，少數需要供熱的家庭以電和煤為主。隨著人民生活水平的提高，冬季需要供熱的住宅數量在逐年增加，采用沼氣供熱大有發展前途。

3.1 農居冬季供熱需求量的計算

以當地一戶農村居民住宅為例，分析其冬季供熱的需求量。圖1 是該住宅的建筑模型。

圖1 農戶住宅建筑模型

3.1.1 建筑概況

地理位置:鹽城(實際地點為射陽，北緯=33.77°，東經=120.26°)。

氣候分區:夏熱冬冷。建筑名稱:農民集中居住住宅。建筑朝向:南。

建筑體形:點式。建筑結構類型:磚混結構。體形系數:0.55。

節能計算總建筑面積:268.00 m2。建筑總體積:804.00 m3。

建筑表面積:445.00 m2。建筑層數:3 層，層高3 m。建筑物高度:9 m。

外窗、外墻狀況見表1。

表1 全樓外窗、外墻面積匯總

3.1.2 住宅的構造

屋面類型(自上而下):水泥砂漿(20 mm)+鋼筋混凝土(100 mm)+石灰水泥砂漿(20 mm)，太陽輻射吸收系數0.50。

外墻類型(自外至內):水泥砂漿(20 mm)+KP1 空心磚(240 mm)+石灰，水泥，砂，砂漿(20 mm)，太陽輻射吸收系數0.50。

冷橋柱類型:水泥砂漿(20 mm)+鋼筋混凝土(240 mm)+石灰水泥砂漿(20 mm)。

冷橋樓板類型:水泥砂漿(20 mm)+鋼筋混凝土(100 mm)。

外窗類型:塑料型材單層玻璃窗(5 mm 單層玻璃)，傳熱系數4.70 W/(m2K)，自身遮陽系數0.93，氣密性為4 級，水密性為3 級，可見光透射比0.40。

3.1.3 計算分析

以《江蘇省居住建筑熱環境和節能設計標準》(DGJ 32/J 71－2008)為判定依據，用PKPM 軟件對其進行能耗情況分析，通過計算得到的農民住宅冬季供熱的單位能耗為59.85 kWh/m2。

考慮當地居民的實際生活情況，按三個臥室供熱來計算，3×4×4=48 m2，考慮人員滯留時間率為80%，則冬季供熱用電總能耗為59.85×48×80 % =2298.24 kWh。

根據能源換算系數，電力當量1 kWh=0.1229 標準煤，沼氣1 m3=0.714 標準煤［1］224，則沼氣1 m3=0.714÷0.1229=5.81 kWh。因此，若改用沼氣來供熱，則冬季供熱的沼氣需求量為2298.24÷5.81=395.57 m3。

3.2 沼氣產量的分析

從上文可知，農民修建一個8 m3沼氣池，自身投入需要700 元，使用壽命約20年，年產沼氣400 m3。調研中發現，沼氣原料充分并且沼氣池維護良好的一些農戶，其沼氣產量均高于常規，除滿足5 口之家的日常能源使用之外都有所剩余。

如果是采用聯戶沼氣、大中型沼氣或服務網點的形式使用沼氣，那么，沼氣的來源和數量就更能得到保證，只是單價約為0.8～1.0 元/m3。

3.3 經濟分析比較

電能作為優質的二級能源用于供熱是不經濟的，天然氣作為一次性能源，隨著數量的日益減少，價格也會不斷攀升。而沼氣作為可再生能源，隨著技術的不斷進步，不僅來源穩定，產量也會不斷增加，其價格總體可以保持穩定，甚至會有所下降。

3.3.1 與用電比較

按目前當地電價0.5283 元/kWh，沼氣單價0.8 元/m3計算，一戶農民住宅冬季供熱用電費用為0.5283×2298.24=1214.16 元，改用沼氣后的費用為0.8×395.57=316.46 元，即僅冬季供熱一項，每年可節約費用897.7 元。

如果使用沼氣供熱，即使按目前的技術水平，對于單戶獨池的農民，只要再多建一個沼氣池，沼氣產量就完全能滿足冬季的室內供熱，并且一次投入700 元，與用電相比較，當年就能收回投資。

對于聯戶沼氣、大中型沼氣和服務網點的用戶來說，除開戶費300～400 元外，也就是每年花費300 多元就能保證一個冬季的室內供熱，比用電要節省800 多元。

3.3.2 與管道天然氣比較

鹽城市管道天然氣，市區價格為開戶費3000 元、售價1.8 元/m3，其余各縣城為開戶費4000 元左右、售價3～4元/m3不等，因為管道鋪設初期投資高，目前還沒有在鄉鎮推廣使用，更不用說農村了。而目前農村使用沼氣的用戶，開戶費300～400 元，售價0.8～1 元/m3，雖然天然氣的發熱量大約是沼氣的1.86 倍，但使用沼氣仍然比天然氣有很大的經濟優勢。

4 結 論

鹽城地區使用沼氣為農民住宅進行冬季供熱，從供熱需求量、沼氣產量和經濟效益的角度分析是切實可行的。

［1］沈劍山.生物質能源沼氣發電［M］.中國輕工業出版社，2009

［2］楊宇，虞華.農村能源消費結構及新能源的開發利用:基于鹽城市第二次農業普查資料［J］.中國發展觀察，2008(9)

［3］鹽城市統計局.鹽城統計年鑒2010［M］.中國統計出版社，2011

［4］熊飛龍，朱洪光，石惠嫻，等.關于農村沼氣集中供氣工程沼氣價格分析［J］.中國沼氣，2010，29(4)