安徽省農村大中型生物燃氣工程現狀及策略

蔣 萌，李泉臨，齊正斌，吳 克

（1.合肥學院生物與環境工程系，安徽合肥230601；2.安徽省農村能源總站，安徽合肥230001；3.合肥創想能源環境科技有限公司，安徽合肥230088）

安徽省農村大中型生物燃氣工程現狀及策略

蔣 萌1，李泉臨2，齊正斌3，吳 克1

（1.合肥學院生物與環境工程系，安徽合肥230601；2.安徽省農村能源總站，安徽合肥230001；3.合肥創想能源環境科技有限公司，安徽合肥230088）

概述了國內外開展生物燃氣工程的背景，對安徽省大中型沼氣工程運行模式、生產工藝、產品利用情況、運營與管理等方面進行了研究，總結了當前存在的主要問題，提出了對策。

沼氣工程；大中型；現狀；問題；對策；安徽

1 概述

利用生物質生產生物燃氣 （又名沼氣）作為一種替代能源，已經得到世界各國的高度重視。歐洲國家在生物質厭氧消化方面，走在了世界前列，不論是技術研發、政策的制定實施，還是將成果轉化為經濟、環境和能源效益，都極具有模范價值。其一些大型沼氣工程主要消化原料為：禽畜糞便、農作物秸稈、城市生活垃圾中的有機組分［1］。

這些國家中，德國農場沼氣工程的迅速發展，成為了世界上最大的生物燃氣生產地。這主要是因為其一系列優惠鼓勵政策的出臺，為沼氣工程的發展創造了極好的法律環境。該國多次修訂 《可再生能源法》，鼓勵沼氣發電上網的一系列配套政策相繼出臺。其沼氣工程最重要的混合消化原料是能源作物，在整個沼氣發酵潛力組成中，有超過50%的沼氣潛力來自能源作物［2，3］。

截止到2011年，德國約有7000座沼氣工程［4］。截止到2010年，沼氣發電總裝機容量達2300MW，年發電量為200億kW·h，占整個德國發電量的1.5%。目前，德國對沼氣的利用由直接驅動發電機組的熱電聯產，開始向生產管道生物天然氣及車用燃氣方向轉變［5］。

近年來，我國農村沼氣事業也得到了快速發展，以沼氣為紐帶的各種類型能源生態模式和工程技術得到了政府的大力支持，中央每年投入大量專項資金予以扶持［6］。表1顯示了2001—2009年我國每年大中型沼氣投資與建設數量。“十一五”以來，中央為農村沼氣建設投資資金達212億元，中央投資政策的帶動，加上各方面共同努力，農村沼氣實現了跨越式發展，成為新時期最重要的民生工程之一和新農村建設的一大亮點［7］。在國家的生態文明建設總體要求下，農村環境保護、廢棄物綜合利用等越來越得到各級政府的重視。

表1 我國每年大中型沼氣投資與建設數量

在政策鼓勵和財政支持的雙重作用下，沼氣事業取得了舉世矚目的成就。但面對環境與生態效益越來越高的要求，我國農村沼氣工程建設中還存在一些問題，比如：相關管理和政策有待完善；設計還不夠科學規范、施工不到位；工程運行效率不高，“三沼”高效利用率較低；運行管理及后續服務不到位；建設資金來源渠道單一；沼氣市場機制不健全；甚至工程建成后長期不運行、設備閑置等［8］。這已引起各級政府、農村能源主管部門和廣大科技工作者的重視。本文擬通過對安徽省大中型沼氣工程進行調研，系統地總結其發展狀況，對存在的問題進行分析，并給出建議，從而促進沼氣建設工作更健康有序地開展。

2 安徽省大中型沼氣工程發展現狀

2.1 工程項目建設成效

在全國來說，安徽省是較早開發利用沼氣的省份之一，始于20世紀30年代；20世紀50年代后期，全省掀起了第一次群眾性大辦沼氣熱潮。1958年12月，中國農業科學院在阜陽縣建立安徽乃至中國第一個沼氣研究所，1960年5月，董必武副主席視察阜陽沼氣利用情況時指示說 “積肥和制氣結合，既解決燃料又提高肥效，可以大量推廣”。縱觀安徽農村沼氣的發展歷程，曾經歷了“三起兩落”。1998年8月，安徽省人大頒布了 《安徽省農村能源建設與管理條例》，標志著安徽省農村沼氣建設步入法制化管理的軌道。從2009年起，農村沼氣建設被納入全省民生工程，省財政每年安排8000萬元左右配套建設資金。由于國家和地方各級政府對農村沼氣建設逐年加大投入，安徽省農村沼氣建設步伐加快，取得了較為顯著的成效。據安徽省農村能源總站提供的統計數據，2005年到2012年，安徽省共承擔建設國家大中型沼氣項目164處（表2），厭氧發酵裝置總池容約13萬m3，年產沼氣達2124萬m3，折算標準煤1.5萬t，減排CO2氣體4.18萬t［9］；在國內屬于中上游發展水平，目前全省農村沼氣工程項目正穩步開展。

2.2 工程建設及運行模式

安徽省的大中型沼氣工程主要以畜禽養殖場沼氣工程為主，采用的建設及運行模式由農業部推薦，98%以上的工程主要模式為 “能源生態型”，即畜禽糞便和污水經厭氧消化后，產生的沼氣全部作能源利用，沼液、沼渣作為農田肥料利用的處理工藝。極少一部分為 “能源環保型”，即將厭氧消化液處理后達標排放或以回用為目標的處理工藝。

2.3 生產工藝

從厭氧反應器類型來看，“能源生態型”模式中，主要為完全混合式厭氧反應器（CSTR）、升流式固體床 （USR），因為這兩種類型可以進入高懸浮固體含量的原料，適用于養殖場畜禽糞便這種底物。也有少部分使用推流式反應器 （PFR），尤其適用于牛糞的厭氧消化。“能源環保型”模式中，主要使用上流式厭氧污泥床（UASB），這種工藝是在周圍沒有足夠土地消納沼液的情況下使用的，例如城鄉接合地帶，但是由于這種工藝設備投資大，運行管理要求較高，選擇建設的業主不多。兩種工藝流程如圖1、圖2所示。

2.4 “三沼”利用情況

沼氣的利用上，80%工程將沼氣用于發電，限于養殖場區內使用，裝機容量多在60～100kW，個別較大工程發電裝機容量在500～1000kW，主要自用；10%的工程將其用于燒鍋爐，給場區生產供熱；約5%的工程作集中供氣，供給周圍的農戶使用。

沼渣、沼液的利用，方式較為粗放，主要為沼渣、沼液經過堆肥或長期貯存，作為肥料，通過簽訂合同，收取一定費用，出售給周圍的農戶，作田地、果園、魚塘的肥料，在供大于求的情況下，將不收取費用。為了儲存沼肥，沼氣站會配備儲肥池，定期向池里儲肥，經過一段時間的貯存，通過管道或運輸車，再運往農田、果園的地頭儲肥池，以備農戶用肥之需。也有一部分工程是按照項目設計要求，進行商品化有機肥生產加工。具有代表性的為六安市的億牛乳業有限公司，該奶牛場建設了日處理糞便污水280t的大型沼氣工程，沼氣用于發電供生產自用，并配置了具有年產6萬t有機肥生產線，可生產系列配方有機肥，商品化銷售。除利用沼渣、沼液為原料外，每年投資500多萬元收購農民田地間廢棄農作物秸桿3萬多t，作為奶牛養殖粗飼料和有機肥加工原料，結束了當地農民焚燒秸桿的狀況，僅此一項每年可為每戶農民增加收入近2000元。

2.5 政策與措施

安徽省農村沼氣 “十二五”規劃中指出，“十二五”時期，安徽省將以節能、環保、效益為目標，重點發展大中型沼氣工程，廣泛開展沼氣、沼渣和沼液的綜合利用，積極推進沼氣產業化體系建設。到2015年，將新建大中型沼氣工程700處，總投資21億元；項目資金由中央投資、地方配套、業主自籌三部分構成。自2009年以來，農村大中型沼氣工程，每處工程平均按350萬元投資建設，其中爭取中央補助140萬元 （約占總投資的40%），省財政補助15萬元，縣財政補助15萬元，其余資金180萬元由企業自籌。

3 安徽省大中型沼氣工程存在的主要問題

3.1 產品利用領域有待開拓

沼氣利用上，普遍存在著產多少氣用多少氣的現象。有些沼氣站由于沼氣利用設備有限，在夏季產氣高峰，會將多余的沼氣隨意排放到大氣中。CH4的溫室效應是CO2的25倍，還會造成安全隱患。另外，有的沼氣站沼氣利用只配鍋爐，沒有其它用氣設備，受到季節限制：夏天氣溫高，產氣多，鍋爐可利用性卻不大；冬季需要鍋爐，但是產氣不足。

沼肥的利用，項目規劃設計一般為：沼液做農田液肥施用，沼渣作有機肥生產加工。實際上，除了牛糞，雞糞、豬糞都存在著固液分離效果差的問題，真正按商品化有機肥生產的較少。用肥也存在季節性問題，一些沼氣站由于儲存池容積建設有限，到了用肥淡季，就會出現向自然界任意排放的現象。

3.2 運行管理人員業務素質有待提高

工程運行管理較為粗放。安徽省農村能源主管部門要求每個沼氣工程必須要有經過技術培訓的2名以上人員持證上崗，實際上養殖場沼氣工程運行操作管理人員通常不固定，存在培訓后對拿到上崗證的人管理不善，由他人頂替的現象。管理方面，大的事故基本上沒有，小的問題頻頻出現，如工程管理員加料不慎，使得沼氣站數月無法運行；脫硫劑到了更換時間，操作管理人員不了解或業主為了節約成本不更換，造成沼氣中的硫化氫過量腐蝕設備，損壞發電機等；沼氣站設有配套增溫設施，要求冬天對發酵液增溫，但若原先配備的鍋爐不啟動，裝置便得不到高效運行；有的沼氣站未設圍墻，任人隨意走動，甚至有在沼氣站隨意抽煙的現象等，造成安全隱患。

3.3 工程設備與控制不夠先進

大多數沼氣工程的設備都不是成套的。站內設施擺放較零散，不夠緊湊，占地面積大，也造成一次性投資大。布局很多未達到農業部沼氣工程行業規范要求，消防、氣象等必要設施的配備也很不規范。有的制氣設備甚至屬于非標產品，防腐、耐壓的設備大多數未經檢驗就使用。

工程的運轉，缺乏在線監測系統。沼氣控制工程是一個復雜的工程，目前運轉的沼氣站大多只采用簡單的繼電器邏輯控制，自動化程度低，只能處理一些開關量問題，無法在線監測并調節整個工程，并且電氣線路復雜，可靠性不高，不便維修。同時由于一些較重要的數據不能適時記錄和統計，使得沼氣工程不能方便快捷地運行，并易造成勞動力、原料等資源的浪費。另外，由于工程運行過程中的工藝參數 （如發酵設施內物料的溫度、pH、凈化裝置中內沼氣的流量等）不能在線顯示，為了比較精準地控制運行條件，操作人員必須進行現場監測，繼而增加了勞動強度，并且不便管理。

3.4 工程項目建設程序有待深化改革

沼氣工程建設必經的基本程序是：提出項目申請和建議書→可研報告→立項評審→項目審批→初步設計→建設方建設→工程驗收。其中，可研報告需要有相應咨詢資質的單位編制，工程圖紙設計需要有相應設計資質的單位承擔出具，施工單位也需要具備相關的環保資質。

由于國內大中型沼氣工程相關標準、技術規范出臺相對滯后，一些咨詢與設計公司在環境保護領域涉及的面較廣，對某個方向的工藝、技術了解不夠深入，缺乏某些領域的敏銳性、高端性，造成在做可研與設計時，出現不能按實際情況科學設計的現象，例如用相同的工藝方案來處理雞糞、牛糞這兩種不同的原料。因沼氣工程利潤少，一般規模較大、有資質的環保施工企業不愿承擔，目前承擔農村大中型沼氣工程的施工企業，主要是由各地長期從事農村沼氣建設骨干技術人員組織建立的施工公司。按現行的建設主管部門提出的環保工程資質申報條件和要求，想獲取相應等級資質很難，這些都造成了某些環節的脫節與矛盾。

4 對策和建議

4.1 技術層面

4.1.1 原料

厭氧消化最合適的碳氮比在20～30∶1，畜禽糞便含氮量較高，可通過添加秸稈等含碳量較高的生物質改善碳氮比，同時添加其它組分也增加了有機質的含量。相關研究表明，若以畜禽糞便為主要原料，以粉碎的農作物秸稈為輔，配合添加少量青草等，其裝料成分愈多樣化，啟動愈不易出現偏差［10］。安徽省多數沼氣工程依托于畜禽養殖場建設，原料來源單一，僅為畜禽糞污，可通過添加秸稈、污泥、蔬菜垃圾等進行混合發酵，提高產氣率。

4.1.2 發酵設施

當前，為了提高沼氣的生產能力，高固含量的生產工藝越來越普遍使用，與之相配套的發酵罐體和輸送、攪拌設備等亟待開發。可以走自主研發和引進相結合的道路。對于關鍵的部件如凸輪轉子泵和高密度固體泵可從歐洲引進，滿足輸送物料的TS 25%～40%的要求［11］。針對工程設施不緊湊，占地面積大等問題，可引進一體化沼氣發酵裝置。產氣、貯氣一體化厭氧發酵罐，是目前歐洲常見的應用最多的新型、高效、實用工藝。

4.1.3 過程控制

需要研發或者引進PLC可編程控制系統，對沼氣工程的進料、發酵、凈化系統等進行控制，在線監測工藝參數，提高沼氣工程的自動化水平，降低工人的勞動量與運行成本。

4.2 經濟層面

積極引導沼氣產品的市場化利用。沼氣是一個清潔能源，可以替代很多現行的能源，比如產品可以經過預處理作為城市民用氣體來源，城市車載氣源，也可以是熱電聯產發電廠的能源材料等。解決了發酵產品的出路問題，獲得持續的經濟效益，才能保證沼氣廠的持續運行。

同時，還要考慮原料的成本問題，可在某些原料來源豐富、自然條件允許的地區建立大型的沼氣示范工程，這樣既可以充分利用當地資源，也節省了運輸成本。

可效仿沼氣示范工程做的較好的案例，如北京德清源1萬m3大型雞糞沼氣并網發電工程、房山區沼氣供氣工程、山東民和牧業2萬m3沼氣發電工程等。另外，位于德國下薩克森州哥廷根市的“云德生物能源村”也非常有借鑒價值，他們把農作物、牲口糞便等生物質集中混合，進行厭氧發酵，所產生的沼氣進行發電；沼氣燃燒過程中產生的熱能，一小部門回收再利用于發酵過程，絕大部門用于村民屋內的供暖；并采用木材碎屑燃燒供暖，以備在高峰期彌補沼氣發電產熱的供應量不足：在此基礎上實現了全村能源的自給自足，節省了村民們很大一部分開支。

4.3 制度、政策層面

4.3.1 建立大中型沼氣工程專項管理和監管制度

目前，全國已經有一半以上的省市出臺了專項管理的法規或辦法，安徽省農村大中型沼氣工程發展中缺乏權威的、針對性和可操作性強的管理辦法。為了促進和保障安徽省農村大中型沼氣的持續健康發展，亟需出臺一部大中型沼氣工程的專項管理規章制度和管理辦法，規范項目管理和監管，細化明確各部門職責，積極推進沼氣工程的持續有效運行。

4.3.2 引進市場化、商業化的激勵機制

目前農村大中型沼氣工程已經出臺的政策都是給建設環節補貼，還未涉及到建完后是否穩定正常運行的管理制度，所以形成了重建設、輕管理的思想。如要改變這種現狀，充分發揮項目的作用，需要依據安徽省的實際情況，結合國家的政策，盡快研究出臺相關市場化運營、商業化管理的激勵政策，鼓勵更多專業的沼氣公司通過合同制來建設、經營和管理沼氣站，加大沼氣站的專業化、社會化服務，使沼氣站商業化運行。

4.3.3 加大科技投入，引資引智

國家以及省相關部門應當加大科技投入，引資引智，借助外商投資帶來的管理制度、技術、人才等資源，規范、提升、完善自己的管理水平、技術能力。

開展國際合作，引進國際先進技術是當務之急，應堅持自主研發與引進消化吸收相結合的技術路線，積極開展對外交流與合作，鼓勵科研院所、高校開展生物質厭氧產沼氣技術的研究，加強企業與科研單位的交流，培養厭氧技術領域的人才。

［1］Holm－Nielsen JB，Seadi T A，Oleskowicz－Popiel P.The future of anaerobic digestion and biogas utilization［J］.Bioresource Technology，2009，100（22）：5478－5484.

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［8］王飛，蔡亞慶，仇煥廣.中國沼氣發展的現狀、驅動及制約

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［11］陳永生，朱德文，曲浩麗，等.大中型沼氣工程原料預處理

工藝及裝備技術［J］.中國農機化，2010（6）：73－78.

The Current Status and Countermeasures of Large－and－medium－scaled Biogas Plants in Rural regions of Anhui

JIANG Meng1，LIQuan－lin2，QIZheng－bin3，WU Ke1
（1.Department of Biological and Environmental Engineering，Hefei University，Hefei Anhui230601，China）

The background of using biogas at home and abroad was presented.The management mode，the process，and the utilities of biogas of the large－and－medium－scaled biogas projects in rural regions of Anhui were studied.Based on the current status of biogas project，countermeasures against the existing problemswere put forward.

biogas project；current status；problem；countermeasures；Anhui province

X38

A

1673－9655（2015）02－0076－05

2014－07－09

安徽省第二批百人計劃資助。

蔣萌，女，碩士研究生，研究方向：固體廢棄物處理。

吳克，男，教授，碩士生導師。