福建省生物质能的发展现状及前景

福建省农科院农业工程技术研究所 徐庆贤 林 斌 官雪芳

福建省能源研究会 郭祥冰

福建省地处亚热带，气候温和，雨量充沛，对各种生物质能资源繁殖、生长都很有利，生物质能资源比较丰富。近年来，尤其是《可再生能源法》实施后，生物质发电（尤其是垃圾发电）等发展比较迅速，生物柴油、沼气等也取得了一定的进展。据初步调查福建省2005年各类大宗生物质能资源折成标煤为1875万t，其中，沼气资源324.2万t，生物柴油资源320万t，垃圾发电资源68.4万t，农作物秸秆172万t，农产品加工副产品108万t，林木枝桠和林业废弃物800万t[1]。

生物柴油、规模化畜禽养殖场沼气工程、城市垃圾发电等三种生物质能的开发利用，在它转换生产优质能源的过程中，与生态环境治理密切相结合，备受福建省政府有关部门的重视。到2007年底，福建共有万吨级以上规模生物柴油生产企业7家，已形成生产能力约33万t，2007年实际产量20万t，主要是利用废油脂和油料加工下脚料加工成柴油；已投入运行的垃圾焚烧发电厂5家，总装机容量4.665万kW，年发电量2.228亿kWh[2]；福建省农村畜禽粪便产沼气潜力为11.11亿m3，其中规模养殖场沼气潜力为5.12亿m3。

1 生物质能发展概况及问题分析

1.1 福建省畜禽养殖业污染源普查与沼气潜力评估

1）畜禽养殖概况

全省畜禽养殖以猪、牛、鸡为主，根据畜牧部门统计，截止2007年12月，生猪存栏量为1317.12万头，牛存栏量为76万头，养鸡数为5424.29万羽。与前相比，规模聚集现象明显加快。

2）猪、牛、鸡粪便年排放量

目前多数畜禽养殖场粪污只经过简易处理[3]，严重地污染土壤、水体和空气，危害人们的健康，同时还流失了大量的沼气、沼渣、沼液等能源资源。随着养殖规模的扩大，污染日趋严重，污染程度已超过了工业和城市生活排污对环境的影响，成为面污染与点污染源的大户[4,5]。

3）沼气潜力与分布特征

根据测算结果，2007年全省农村畜禽粪便资源可产沼气潜力为11.11亿m3，其中规模养殖场沼气潜力为5.12亿m3。其分布特征是：

（1）沼气资源以猪粪为主。全省猪粪沼气潜力占沼气资源总量近2/3，牛粪和鸡粪占1/3。

（2）沼气资源逐步向规模养殖场集聚。全省规模养殖场的沼气资源占总资源量的比例，从2005年的41.07%增加到2007年的46.08%,平均每年以2.5%速度递增，为大中型沼气工程发展提供了基本条件。

4）节能减排潜力分析

按现有畜禽粪便资源量，每年产沼气潜力为11.11亿m3，相当于79.4万t的优质能源，若全部用于农村生活用能，可供220多万户，解决全省1/3农户的生活用能；同时相当于可减少CO2排放205万 t，以国际碳汇市场价格，即1t CO2为15欧元计算[6]，价值约2.8亿元人民币。

1.2 畜禽养殖业大中型沼气工程典型调查

1）福建省畜禽养殖业大中型沼气工程发展现状

畜禽养殖业迅速发展，导致大江大河污染日益严重，2001年省政府决定限期治理九龙江干流及其支流和水口库区沿岸1000m以内畜禽养殖污水，制定优惠政策，采取有力措施，畜禽养殖场沼气工程获得迅速发展。到2007年，全省累计建成养殖场沼气工程988处，容积34万m3，年产沼气4400多万m3，处理1100多万t畜禽粪水。全省共有规模养殖场7724个，建池比例为12.8%，远高于全国的0.08%，居于全国前列。2008年，又有85处投产。

2）典型调查结果

采用典型抽样方法对172家规模养猪场进行调查，发现：沼气工程沼气综合利用率不高，产出的大部分沼气放空；沼气工程离村落距离较近，大部分可以满足集中供气所需压力要求。

（1）沼气利用率很低，大部分放空

表1 沼气利用率

表1中看出，沼气利用率在30%以下的占到81.49%，而沼气利用率在80%以上的沼气工程只有1个，占0.62%，说明我省大部分沼气工程沼气综合利用率较低，大量优质能源白白浪费，而且增加了大气中温室气体排放。

（2）沼气利用水平低

表2 沼气利用方式

表2表明，98.77%的沼气工程只利用少部分沼气向养猪场职工提供生活用能，还有1.23%的沼气工程产出沼气都没有得到利用，沼气工程向周边农户集中供气仅占2.47%，沼气发电的也只占6.79%，其他利用方式（例如保温、供热等）占8.64%，说明全省目前沼气利用领域窄、工业化利用水平低，大部分沼气没有得到有效利用。

（3）沼气工程集中供气条件

表3 沼气工程与村落距离

由表3可知，我省占81.4%的养猪场与村落的距离在5公里之内，与村落距离10公里之内的占95.4%，多数在3～4公里左右，大部分沼气工程具备集中供气所需压力。

1.3 调查的启示

福建沼气工程建设走在全国前列，但是，发展沼气工程主要着眼于环境效益，综合利用经济效益相对较差，特别是沼气作为农村重要的清洁能源利用率不高，沼气工程产出沼气70%以上放空，释放出大量温室气体（主要是甲烷）。充分利用大量放空沼气是当前亟待解决的问题。为了农业沼气更好更快发展，笔者提出如下建议：污染治理与能源资源开发利用并举，不断提高经济效益，逐步向产业化迈进。

2 破题途径

2.1 沼气工程发展路线

30年来，沼气技术由单一的户用沼气发展到大中型沼气工程技术的路线可以归结为：能源型→环保型→综合型。

1978年能源供应全面紧张，为获得更多沼气，上海虹桥养殖场率先将户用小型沼气池技术移植和放大到50m3[7]。随着畜禽养殖业的快速发展，大量畜禽粪便随意排放，严重污染了水体和周围环境，2001年福建掀起了以污染治理为主要目标的大中型沼气工程建设高潮。时至今日，沼气技术已从单纯的能源利用，发展成为具备污染治理、能源生产、生态农业发展多种功能。沼气技术有必要也有可能向污染治理与能源资源综合利用方向发展。

2.2 沼气充分利用途径

充分利用大量放空沼气主要途径是向周边农户集中供气、供热、发电等工业化应用。我们选择了一些案例进行经济效益分析。案例分析表明：政府给予适当补贴，提高沼气工程产气率和沼气利用率，可以有效地提高沼气工程的经济效益。

1）案例一：沼气发电-以南平市延平区东顺畜牧发展公司为例

东顺畜牧发展公司生猪年存栏数6000头，年出栏数17000头，污水量为90m3/d，建有沼气池800m3，为砖混结构，工艺采用推流式。平均产气率0.4m3/(m3·d)。

总体工艺流程为猪粪经干清粪后，粪污再经固液分离机分离，污水进入沼气池。

沼气池年产沼气11.52万m3，其中炊饮年用气1.62万m3，占14%；配套双燃料沼气发电机组30kW，日发电8小时，每小时发电24kWh，用气13m3，每kWh网电0.65元，沼气电每kWh柴油成本0.25元，年用气量3.78万m3，占32.8%。

（1）改造前后经济分析

以下技术经济分析不考虑沼渣、沼液以及减少排污等产生的经济效益，只考虑沼气利用产生的经济效益。原工程与改造方案的经济核算，详见表4。

基准折现率为10%，工程设备使用年限为20年。

表4 原工程与改造方案经济核算

·原沼气工程效益差。原因在于沼气池产气率不高，沼气利用率只有46.8%。

该场应用全混合沼气发酵工艺，建设沼气池1800m3和280kW发电工程，平均沼气产气率0.8m3/(m3.d)以上，年产沼气51.8万m3，发电用气44.15m3，全场沼气利用率88.3%。

该改造方案采用先进发酵工艺，产气率提高1倍以上，沼气利用率也从46.8%提高到88.3%，经济效益大幅提高，电用不完还可以上网，但需要解决上网问题，固定投资也增加了98万元。

（2）结论

由案例一技术经济分析可以看出，沼气工程经济效益不好的一个重要原因就是沼气的利用率不高以及沼气工程的发酵工艺落后。如果提高沼气工程的产气效率和沼气利用率，可以有效地提高整个沼气工程的经济效益，但同时，建池成本也大幅增加，因此，在沼气工程产业化的初期，在一段时间内国家应根据沼气工程不同发酵工艺以及沼气利用率给予适当补贴，为今后产业化打好基础。

2）案例二、集中供气-以福建省南平市延平区筠竹村为例

延平区筠竹村是一个以林业、果树种植为主的经济村，全村人口达1200人左右，总户数260户左右，2001年筠竹村引进南平市茫荡牧业有限公司在筠竹村落户，年存栏母猪400头，出栏商品猪3000头左右。该场于2007年底设计建设600m3ABR型沼气池，沼气池建成后日产沼气240m3沼气。2008年续建集中供气工程，配置50m3贮气柜，沼气集中输送到筠竹村107户农户作生活燃料。

（1）改造前后经济分析

正在运行沼气集中供气工程和增设沼气发电机的改造方案的技术经济核算见表5。

经济核算设定：基准折现率为10%，工程设备使用年限为20年。

表5 沼气集中供气工程和改造方案经济核算对比

（2）结论

由案例二分析可知，沼气集中供气投入较大，在供应户数较小的情况下，经济效益较差运行中的沼气工程集中供气沼气利用率仅为35.6%。

如果增设一台30kW沼气发电机，每天发电8小时，则沼气利用率可提高到87.9%，同时，其静态回收期也减少到可接受的6.11年，整体经济效益较好。

3 几点建议

除现行政策外，建议：

1）实行污染治理与能源资源开发利用并举方针，各有关部门应各尽其责、各司其职、密切配合、加强协调，形成合力，扭转重治理、轻利用的观念，让清洁的沼气能源资源得到充分的利用，造福新农村建设。

2）推广福建经验，国家对户用沼气补助范围扩大到集中供气户。2008年2月14日，福建省人民政府办公厅关于认真做好2008年农村沼气建设工作的通知规定：“沼气工程集中供气的，按照用气农户计算，每产省级以上补助1200元”。2009年每户补贴已提高到1500元。

3）加大省财政支持力度，鼓励沼气发电。①福建省从2009年起将沼气发电设备列入农机补贴范围，建议应加大农机补贴力度，补贴比例提高到30%；②逐步落实大型沼气工程发电上网，目前暂不具备上网条件的沼气发电项目未上网电量也参照《可再生能源法》配套法规《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》（发改价格[2006]7号）给予补贴，补贴电价标准统一为0.25元/kWh。

4）加强沼气科研创新和人才培养。支持大专院校开设农村能源专业，建立重点实验室，培育各种层次人才；支持产学研结合组建沼气技术研发中心，对关键技术，包括低温发酵技术与工艺、干发酵技术等攻关，研发建池新材料，研究沼气发电、集中供气等装置标准化规范化生产和商品化。

5）提高设计单位水平，培育集中供气、沼气发电等专业公司。

4 生物质能前景展望

福建省生物质能开发利用尚处于起步阶段，研发能力低，产业规模小，经济扶持政策和管理机制不完善，目前还不具备规模化开发利用的条件。根据福建省有关部门开发利用生物质能的意向，先从生物柴油、规模化畜禽养殖场沼气工程、城市垃圾发电等三种生物质能中筛选重点示范建设项目，重点扶持，树立榜样，积累经验，提高经济成熟度，逐步推广。经综合分析测算，三种生物质能2020年可开发资源量折合标准煤将达到438万t[1]。

从长远看，农业能源和林业能源是生物质能发展的基础，在坚持不与粮食争地的原则下，以科学方法培育高产量、低成本、抗逆性强、生态环境好的能源作物作为生物质能发展的方向。坚持科技创新，选准重点开发种类，搞好重点示范项目建设，以点带面逐步扩大推广范围，促进生物质能开发利用规模。福建省具有优良的地理气候条件，发展生物质能必定大有所为。

[1]《福建省加快风电发展与生物质能发展规划研究报告》，福建省能源研究会，2008年6月

[2]《典型地区可再生能源法实施效果调研报告》，美国能源基金会-中国可持续能源项目，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]钱午巧，包武，陈彪等，利用厌氧发酵技术综合治理畜牧业污染的探讨，福建能源开发与节约，2003（3）：51～52

[5]辛春林，畜禽粪便污染的现状及对策，中国牧业通讯，2008（16）：46

[6]谢晓慧，林郁，李茂萱等，云南农村沼气建设与碳汇交易研究--基于减少薪柴消耗对减排CO2的贡献分析，西南农业学报，2008，21（3）：870～874

[7]樊京春，赵勇强，秦世平等，中国畜禽养殖场与轻工业沼气技术指南，化学工业出版社，2009