規模化養豬場沼氣工程成本效益典型案例研究

李長安，王德剛，李小龍

(1.浙江科技學院經濟管理學院，浙江杭州 310038;2.浙江省臺州市畜牧獸醫局，浙江臺州 318000;3.臺州市綠色農業辦公室，浙江臺州 318000)

規模化養豬場沼氣工程是一項以開發利用養殖場廢棄物為對象，以規模化厭氧消化為主要技術，集養殖污水處理、沼氣生產、廢棄物資源化利用為一體，以治理環境污染和獲取能源為目的，實現農業生態良性循環的系統工程［1-3］。開展以沼氣工程為紐帶的廢棄物綜合利用，可以減少污染排放，提高資源有效利用率，提高農產品的質量和效益，增加農民收入［4-7］。

目前對沼氣工程的效益評價大多只針對養殖場的經濟效益，而忽略了種植業使用沼液產生的經濟、環境和社會等外部效益［8-9］。而在整個種養殖一體化循環模式中，減排污染物、節約社會能源等外部效益也是很重要的內容，因此針對養殖種植一體的財務效益評價更能真實體現沼氣工程的效益。

1 養殖種植一體化的界定

養殖種植一體化是指利用豬糞等養殖廢棄物加工成有機肥和沼液，通過科學的方式全部投用到種植業，推進農牧結合、實現畜禽排泄物資源化利用和污染零排放的一種生態農業模式。因此養殖廢棄物資源化綜合利用是養殖業和種植業的科學結合，其財務效益評價范圍的外延應涵蓋種植業，也就是把養殖業與種植業作為一個會計主體。

1.1 養殖種植一體化的成本費用與收入的界定

成本費用由建造成本、運行成本、折舊費用3個部分組成。建造成本由土木建筑、設備購置、沼液管網鋪設、沼液貯存池建設、農灌車購置和其他成本等組成;運行成本是指日常發生的沼氣工程維護管理費，包括設備維修費、動力費、人工費等。折舊費用是指建筑物和沼氣工程設備在使用過程中的磨損價值。

收益指沼氣工程的效益，主要包括直接收益(經濟效益)，外部收益 (環境效益、社會效益)。

本研究從2個方面對沼氣工程建設進行成本效益評價:一是不考慮外部經濟性，其收入包括有機肥收入，沼氣綜合利用收入，沼液 (渣)綜合利用收入，以下稱一體化角度直接經濟效益評價;二是考慮外部經濟效益，也就是把沼液和沼渣作為有機肥使用，減少污染物的排放，這些減少的污染物排放按污染物排放交易市場價格進行計算，另外沼氣能源代替煤炭減排溫室氣體 (二氧化碳)，帶來的環境效益參照世界銀行生物碳基金的碳匯交易價格折算，以下稱社會化角度的成本效益評價。

1.2 成本效益評價模型

1.2.1 一體化角度的成本效益評價模型

一體化角度的成本效益計算公式:

式中:NPV為財務凈現值;t為沼氣工程使用年限;Bt為沼氣工程帶來的收入;Ct為建造沼氣工程的成本費用;r為折現率，采用10%的投資機會成本。

1.2.2 社會化角度的成本效益評價模型

社會化角度的成本效益計算公式:

式中:NPVsocial為社會角度的經濟凈現值，t、Bt、r含義同公式 (1)，Gt為沼氣工程所帶來的正外部性收益，折現率r也采用10%的投資機會成本。

1.2.3 評價方法

采用凈現值和內部收益率2種評價方法。凈現值最大為效益最優;內部收益率 (凈現值為零時的收益率)高，效益較好。

2 臨安山塢里養豬場案例分析

2.1 概況

臨安山塢里規模養豬場位于浙江省臨安市於潛鎮南山村后塘塢，養殖場總占地面積5.133 hm2，現有房舍面積8 800 m2，年存欄生豬6 000余頭，出欄量約10 000頭。2011年建成沼氣綜合利用工程項目。工藝流程特點是:上段實行雨水與污水分離，糞便與污水分離 (干清糞工藝)，糞便收集加工成商品有機肥，剩余的糞便污水進行厭氧發酵:中段建厭氧發酵 (生產沼氣)環節，糞便污水全部進入沼氣池進行無害化、減量化處理;下段沼氣經過脫硫、脫水等凈化措施，經輸配氣系統主要用于照明、消毒、食堂燃料和沼氣發電。

為實現養殖種植一體化的生態模式，養豬場與臨安市於潛鎮南山村村民委員會簽訂了“農地沼液使用協議”。協議規定，山塢里規模養殖場大型沼氣設施所產生的沼液，無償提供給村民承包的20 hm2茶園、20 hm2桑園、10.67 hm2竹林做有機肥使用。養殖場負責鋪設沼液輸運到農作物種植園地的管道，建造沼液貯存池等設施，并聘請相關技術人員對村民進行培訓輔導沼液使用技術。養與種結合使整個養殖場的糞污達到零排放。

2.2 一體化角度直接經濟效益評價

2.2.1 沼氣工程成本

建設沼氣工程總投資約384萬元，其中土建工程投資112.30萬元，設備投資199.70萬元，其他投資72.00萬元。折舊年限按10年計算，年成本費用為38.29萬元 (Ct)。年成本費用中動力費1.73萬元，人工費4.5萬元，檢修維護費2.0萬元，日常管理費5.76萬元，折舊費24.300萬元。

2.2.2 沼氣工程收益

有機肥收益。臨安山塢里規模養豬場年存欄生豬6 000余頭，出欄量約10 000頭，按每天每頭商品豬平均排糞為3 kg，尿為2 kg，沖洗水為8 kg計算，豬糞采用干清糞工藝，人工清理豬舍75%的干豬糞，發酵后加工生產有機肥半成品，年產量約1 500 t，有機肥以300元·t-1的價格出售，年產生收益約45.00萬元。

沼氣利用收益。包括沼氣發電收益和發電余熱回收利用收益。沼氣站全年平均每天產沼氣240 m3左右，年產沼氣8.76萬m3。沼氣供生活用燃料和沼氣發電。根據文獻 ［10］，沼氣中總含能量的30%左右轉化成電能。總能量的40%左右發電，余熱用于照明、消毒、食堂燃料，其余的能量以各種形式被損失掉。

發電收益。養殖場沼氣發電機組采用45 kW純沼氣發電機組，日可發電時間10 h，日最大發電量460 kW·h，年最大發電量167 900 kW·h，該養豬場每年可節約電費約11.75萬元。

沼氣發電余熱收益。以熱值計算，沼氣熱值為5 500千卡·m-3=2.3×104J·m-3(1千卡=4 185.85 J)。以煤炭作為替代燃料估計該部分沼氣價值，計算方法如下:

P=(A×B)/(C×D)×E×F=(2.3×104×60%)/(2.1×104×20%) ×0.7×35 040=80 592元=8.06萬元。

式中:P為沼氣發電余熱收益;A為沼氣的發熱量，2.3×104kJ·m-3;B為沼氣灶熱效率，60%;C為煤炭的低位發熱量，2.1×104kJ·kg-1;D為燃煤灶平均熱效率，20%;E為煤炭價格，0.7元·kg-1;F為沼氣使用量，35 040 m3。

因此，沼氣總共收益19.81萬元。

通過對貯存過程中酸酯增減途徑的研究[9]，在化學變化過程中無論是水解反應、酯-酸交換反應，最終都可以歸結為酯的水解。由于酯的氧化反應主要是白酒中微量的高級脂肪酸在貯存過程中受外界環境的光、熱、空氣發生的氧化反應，降解成低級的酮和醛。氧化反應在酒中微乎其微，可忽略其損失量。即酒中酯的減少只是因為揮發損失和水解反應變成酸了。

沼肥綜合利用收益。包括農戶可節約化肥收益、農戶使用沼液的作物增產效益。節約化肥計算如下:山塢里規模養殖場年產沼液肥約2.19萬t，文獻［11-12］表明，5 t沼肥相當于硫酸銨10 kg，過磷酸鈣8 kg，氯化鉀3 kg。因此，2.19萬t沼液肥相當于硫酸銨43 800 kg，過磷酸鈣35 040 kg和氯化鉀13 140 kg。2013年國內市場化肥平均價格硫酸銨、過磷酸鈣和氯化鉀分別為3.8，2.91和3.55萬元·t-1，則施用養殖場提供的免費沼肥，農戶節約化肥支出為10.27萬元。作物增收根據文獻 ［11-12］計算，茶樹澆施沼液可比單施化肥增產9.28%，桑樹澆施沼液可比單施化肥增產11.1%。為簡化計算，沼液代替化肥使作物增產的幅度按10%計，不考慮使用沼液后作物品質提升而增加的單位價值，50.67 hm2茶葉、桑園和竹林增收約39.7萬元 (表1)。節約化肥和作物增產2項收益共49.97萬元。

表1 農戶施用沼液增加的作物收入

養種一體化的總收益=有機肥收益+沼氣利用收益+沼肥利用收益，即約為114.78萬元 (Bt)。

2.2.3 成本效益評價

沼氣工程財務凈現值 (NPV)計算。把上述計算的總收益114.78萬元 (Bt)和年成本費用38.29(Ct)代入公式 (1)，10%的投資機會成本和10年折舊年限的年金現值系數為6.144 6，得凈現值為235.31萬元。

沼氣工程財務內部收益率 (IRR)計算。設公式 (1)中凈現值為0，計算收益率，計算結果為22.93%。

由計算結論可知，凈現值235.31萬元＞0，內部收益率22.93%＞折現率10%，因此，在不考慮補貼的情況下，從養種一體化角度評價該沼氣工程的建設對養殖場和種植場來說經濟效益顯著。

2.3 考慮社會效益的一體化成本效益評價

2.3.1 廢棄物減排的環境效益

本研究主要探討沼氣工程去除大量的有機物以化學需氧量 (COD)表示，按COD的排污權交易收費的方法計算廢棄物減排產生的環境效益。該養殖場每年約產生6 570 t糞便和4 380 t豬尿，按文獻 ［13］豬糞產生COD值約為52.30 g·kg-1，糞尿產生的COD值約為8.9 g·kg-1，則COD的減排量為382.59 t，COD排污收費700元·t-1，則該養豬場減排廢棄物所獲得的環境效益約為26.78萬元。

2.3.2 減排溫室氣體的環境效益

山塢里規模養殖場年產沼氣8.76萬m3，沼氣發電約40%的能量是以余熱的方式回收，可替代煤炭約115.13 t。根據文獻 ［14］技術系數測算，因替代煤炭而年減排二氧化碳173.37 t。按照世界銀行生物碳基金的碳匯交易價格，二氧化碳約為3～4美元·t-1，取中間值3.5美元·t-1計算，山塢里規模養豬場沼氣池年減排二氧化碳的經濟價值為606.80美元，折合人民幣3 769.46元。

外部經濟性總和為27.16萬元。總收益為直接經濟收益+外部經濟性收益，為127.95萬元。

2.3.3 成本效益評價

財務凈現值 (NPV)計算。把上述計算的總收益127.95萬元 (Bt)和年成本費用38.29(Ct)萬元，代入公式 (2)，同樣按10%的投資機會成本和10年折舊年限的年金現值系數為6.144 6，得凈現值為402.20萬元。

沼氣工程財務內部收益率 (IRR)計算。設公式 (2)中凈現值為零，計算收益率，計算結果為30.24%。

由計算結論可知，NPV=402.20萬元＞0，IRR=30.24＞折現率10%，因此，在不考慮補貼的情況下，從養種一體化角度評價該沼氣工程的建設對養殖場和種植場來說經濟效益非常顯著。

2.4 2種角度經濟評價比較

對2種評價方法的結果 (表2)進行比較后可看出:不考慮外部性的一體化角度沼氣工程財務評價的凈現值235.31萬元＞0，內部收益率22.93%＞折現率10%;考慮外部性社會角度沼氣工程財務評價的凈現值402.20萬元 ＞0，內部收益率30.24＞折現率10%。考慮外部性收益，凈現值和內含報酬率分別增加了166.69萬元和7.31個百分點。

表2 沼氣工程2種角度的成本效益評價

2.5 評價效益分析

在不考慮補貼的情況下，一體化角度 (不考慮外部收益)和社會角度 (考慮外部收益)的凈收益現值都為正數，說明建造沼氣工程從2個角度看都是在經濟上可行的，在沼氣工程設備使用年限內，不但可以收回投資，還能實現一定的盈利。

社會角度的凈收益現值大于一體化角度的凈收益現值，差值為166.69萬元，社會角度內部收益率大于一體化角度內部收益率，差值為7.31個百分點。說明沼氣工程建設除了有經濟效益外，還有較好的社會效益。社會效益具有公共屬性的特征，這體現了政府補貼的必要性。沼氣工程的環境效益其實還應包括沼氣工程改善養殖場周圍環境及減少細菌等微生物，從而改善生豬和工作人員健康等收益，由于這部分測算比較困難，本研究未考慮這部分的外部性收益，可見沼氣工程的社會經濟凈收益要遠大于本研究的測算值。

該經濟效益評價估算是建立在能源、物質轉化的最佳理想狀態，每個轉化環節都銜接良好。但實際生產中可能會出現沼氣作為能源用不完、沼液在作物不需肥水時排不暢，沼氣工程效率隨季節變化產生的波動性變化在局部區域無法調配、循環不暢等問題。

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