规模化养猪场沼气工程成本效益典型案例研究

李长安，王德刚，李小龙

(1.浙江科技学院经济管理学院，浙江杭州 310038;2.浙江省台州市畜牧兽医局，浙江台州 318000;3.台州市绿色农业办公室，浙江台州 318000)

规模化养猪场沼气工程是一项以开发利用养殖场废弃物为对象，以规模化厌氧消化为主要技术，集养殖污水处理、沼气生产、废弃物资源化利用为一体，以治理环境污染和获取能源为目的，实现农业生态良性循环的系统工程［1-3］。开展以沼气工程为纽带的废弃物综合利用，可以减少污染排放，提高资源有效利用率，提高农产品的质量和效益，增加农民收入［4-7］。

目前对沼气工程的效益评价大多只针对养殖场的经济效益，而忽略了种植业使用沼液产生的经济、环境和社会等外部效益［8-9］。而在整个种养殖一体化循环模式中，减排污染物、节约社会能源等外部效益也是很重要的内容，因此针对养殖种植一体的财务效益评价更能真实体现沼气工程的效益。

1 养殖种植一体化的界定

养殖种植一体化是指利用猪粪等养殖废弃物加工成有机肥和沼液，通过科学的方式全部投用到种植业，推进农牧结合、实现畜禽排泄物资源化利用和污染零排放的一种生态农业模式。因此养殖废弃物资源化综合利用是养殖业和种植业的科学结合，其财务效益评价范围的外延应涵盖种植业，也就是把养殖业与种植业作为一个会计主体。

1.1 养殖种植一体化的成本费用与收入的界定

成本费用由建造成本、运行成本、折旧费用3个部分组成。建造成本由土木建筑、设备购置、沼液管网铺设、沼液贮存池建设、农灌车购置和其他成本等组成;运行成本是指日常发生的沼气工程维护管理费，包括设备维修费、动力费、人工费等。折旧费用是指建筑物和沼气工程设备在使用过程中的磨损价值。

收益指沼气工程的效益，主要包括直接收益(经济效益)，外部收益 (环境效益、社会效益)。

本研究从2个方面对沼气工程建设进行成本效益评价:一是不考虑外部经济性，其收入包括有机肥收入，沼气综合利用收入，沼液 (渣)综合利用收入，以下称一体化角度直接经济效益评价;二是考虑外部经济效益，也就是把沼液和沼渣作为有机肥使用，减少污染物的排放，这些减少的污染物排放按污染物排放交易市场价格进行计算，另外沼气能源代替煤炭减排温室气体 (二氧化碳)，带来的环境效益参照世界银行生物碳基金的碳汇交易价格折算，以下称社会化角度的成本效益评价。

1.2 成本效益评价模型

1.2.1 一体化角度的成本效益评价模型

一体化角度的成本效益计算公式:

式中:NPV为财务净现值;t为沼气工程使用年限;Bt为沼气工程带来的收入;Ct为建造沼气工程的成本费用;r为折现率，采用10%的投资机会成本。

1.2.2 社会化角度的成本效益评价模型

社会化角度的成本效益计算公式:

式中:NPVsocial为社会角度的经济净现值，t、Bt、r含义同公式 (1)，Gt为沼气工程所带来的正外部性收益，折现率r也采用10%的投资机会成本。

1.2.3 评价方法

采用净现值和内部收益率2种评价方法。净现值最大为效益最优;内部收益率 (净现值为零时的收益率)高，效益较好。

2 临安山坞里养猪场案例分析

2.1 概况

临安山坞里规模养猪场位于浙江省临安市於潜镇南山村后塘坞，养殖场总占地面积5.133 hm2，现有房舍面积8 800 m2，年存栏生猪6 000余头，出栏量约10 000头。2011年建成沼气综合利用工程项目。工艺流程特点是:上段实行雨水与污水分离，粪便与污水分离 (干清粪工艺)，粪便收集加工成商品有机肥，剩余的粪便污水进行厌氧发酵:中段建厌氧发酵 (生产沼气)环节，粪便污水全部进入沼气池进行无害化、减量化处理;下段沼气经过脱硫、脱水等净化措施，经输配气系统主要用于照明、消毒、食堂燃料和沼气发电。

为实现养殖种植一体化的生态模式，养猪场与临安市於潜镇南山村村民委员会签订了“农地沼液使用协议”。协议规定，山坞里规模养殖场大型沼气设施所产生的沼液，无偿提供给村民承包的20 hm2茶园、20 hm2桑园、10.67 hm2竹林做有机肥使用。养殖场负责铺设沼液输运到农作物种植园地的管道，建造沼液贮存池等设施，并聘请相关技术人员对村民进行培训辅导沼液使用技术。养与种结合使整个养殖场的粪污达到零排放。

2.2 一体化角度直接经济效益评价

2.2.1 沼气工程成本

建设沼气工程总投资约384万元，其中土建工程投资112.30万元，设备投资199.70万元，其他投资72.00万元。折旧年限按10年计算，年成本费用为38.29万元 (Ct)。年成本费用中动力费1.73万元，人工费4.5万元，检修维护费2.0万元，日常管理费5.76万元，折旧费24.300万元。

2.2.2 沼气工程收益

有机肥收益。临安山坞里规模养猪场年存栏生猪6 000余头，出栏量约10 000头，按每天每头商品猪平均排粪为3 kg，尿为2 kg，冲洗水为8 kg计算，猪粪采用干清粪工艺，人工清理猪舍75%的干猪粪，发酵后加工生产有机肥半成品，年产量约1 500 t，有机肥以300元·t-1的价格出售，年产生收益约45.00万元。

沼气利用收益。包括沼气发电收益和发电余热回收利用收益。沼气站全年平均每天产沼气240 m3左右，年产沼气8.76万m3。沼气供生活用燃料和沼气发电。根据文献 ［10］，沼气中总含能量的30%左右转化成电能。总能量的40%左右发电，余热用于照明、消毒、食堂燃料，其余的能量以各种形式被损失掉。

发电收益。养殖场沼气发电机组采用45 kW纯沼气发电机组，日可发电时间10 h，日最大发电量460 kW·h，年最大发电量167 900 kW·h，该养猪场每年可节约电费约11.75万元。

沼气发电余热收益。以热值计算，沼气热值为5 500千卡·m-3=2.3×104J·m-3(1千卡=4 185.85 J)。以煤炭作为替代燃料估计该部分沼气价值，计算方法如下:

P=(A×B)/(C×D)×E×F=(2.3×104×60%)/(2.1×104×20%) ×0.7×35 040=80 592元=8.06万元。

式中:P为沼气发电余热收益;A为沼气的发热量，2.3×104kJ·m-3;B为沼气灶热效率，60%;C为煤炭的低位发热量，2.1×104kJ·kg-1;D为燃煤灶平均热效率，20%;E为煤炭价格，0.7元·kg-1;F为沼气使用量，35 040 m3。

因此，沼气总共收益19.81万元。

通过对贮存过程中酸酯增减途径的研究[9]，在化学变化过程中无论是水解反应、酯-酸交换反应，最终都可以归结为酯的水解。由于酯的氧化反应主要是白酒中微量的高级脂肪酸在贮存过程中受外界环境的光、热、空气发生的氧化反应，降解成低级的酮和醛。氧化反应在酒中微乎其微，可忽略其损失量。即酒中酯的减少只是因为挥发损失和水解反应变成酸了。

沼肥综合利用收益。包括农户可节约化肥收益、农户使用沼液的作物增产效益。节约化肥计算如下:山坞里规模养殖场年产沼液肥约2.19万t，文献［11-12］表明，5 t沼肥相当于硫酸铵10 kg，过磷酸钙8 kg，氯化钾3 kg。因此，2.19万t沼液肥相当于硫酸铵43 800 kg，过磷酸钙35 040 kg和氯化钾13 140 kg。2013年国内市场化肥平均价格硫酸铵、过磷酸钙和氯化钾分别为3.8，2.91和3.55万元·t-1，则施用养殖场提供的免费沼肥，农户节约化肥支出为10.27万元。作物增收根据文献 ［11-12］计算，茶树浇施沼液可比单施化肥增产9.28%，桑树浇施沼液可比单施化肥增产11.1%。为简化计算，沼液代替化肥使作物增产的幅度按10%计，不考虑使用沼液后作物品质提升而增加的单位价值，50.67 hm2茶叶、桑园和竹林增收约39.7万元 (表1)。节约化肥和作物增产2项收益共49.97万元。

表1 农户施用沼液增加的作物收入

养种一体化的总收益=有机肥收益+沼气利用收益+沼肥利用收益，即约为114.78万元 (Bt)。

2.2.3 成本效益评价

沼气工程财务净现值 (NPV)计算。把上述计算的总收益114.78万元 (Bt)和年成本费用38.29(Ct)代入公式 (1)，10%的投资机会成本和10年折旧年限的年金现值系数为6.144 6，得净现值为235.31万元。

沼气工程财务内部收益率 (IRR)计算。设公式 (1)中净现值为0，计算收益率，计算结果为22.93%。

由计算结论可知，净现值235.31万元＞0，内部收益率22.93%＞折现率10%，因此，在不考虑补贴的情况下，从养种一体化角度评价该沼气工程的建设对养殖场和种植场来说经济效益显著。

2.3 考虑社会效益的一体化成本效益评价

2.3.1 废弃物减排的环境效益

本研究主要探讨沼气工程去除大量的有机物以化学需氧量 (COD)表示，按COD的排污权交易收费的方法计算废弃物减排产生的环境效益。该养殖场每年约产生6 570 t粪便和4 380 t猪尿，按文献 ［13］猪粪产生COD值约为52.30 g·kg-1，粪尿产生的COD值约为8.9 g·kg-1，则COD的减排量为382.59 t，COD排污收费700元·t-1，则该养猪场减排废弃物所获得的环境效益约为26.78万元。

2.3.2 减排温室气体的环境效益

山坞里规模养殖场年产沼气8.76万m3，沼气发电约40%的能量是以余热的方式回收，可替代煤炭约115.13 t。根据文献 ［14］技术系数测算，因替代煤炭而年减排二氧化碳173.37 t。按照世界银行生物碳基金的碳汇交易价格，二氧化碳约为3～4美元·t-1，取中间值3.5美元·t-1计算，山坞里规模养猪场沼气池年减排二氧化碳的经济价值为606.80美元，折合人民币3 769.46元。

外部经济性总和为27.16万元。总收益为直接经济收益+外部经济性收益，为127.95万元。

2.3.3 成本效益评价

财务净现值 (NPV)计算。把上述计算的总收益127.95万元 (Bt)和年成本费用38.29(Ct)万元，代入公式 (2)，同样按10%的投资机会成本和10年折旧年限的年金现值系数为6.144 6，得净现值为402.20万元。

沼气工程财务内部收益率 (IRR)计算。设公式 (2)中净现值为零，计算收益率，计算结果为30.24%。

由计算结论可知，NPV=402.20万元＞0，IRR=30.24＞折现率10%，因此，在不考虑补贴的情况下，从养种一体化角度评价该沼气工程的建设对养殖场和种植场来说经济效益非常显著。

2.4 2种角度经济评价比较

对2种评价方法的结果 (表2)进行比较后可看出:不考虑外部性的一体化角度沼气工程财务评价的净现值235.31万元＞0，内部收益率22.93%＞折现率10%;考虑外部性社会角度沼气工程财务评价的净现值402.20万元 ＞0，内部收益率30.24＞折现率10%。考虑外部性收益，净现值和内含报酬率分别增加了166.69万元和7.31个百分点。

表2 沼气工程2种角度的成本效益评价

2.5 评价效益分析

在不考虑补贴的情况下，一体化角度 (不考虑外部收益)和社会角度 (考虑外部收益)的净收益现值都为正数，说明建造沼气工程从2个角度看都是在经济上可行的，在沼气工程设备使用年限内，不但可以收回投资，还能实现一定的盈利。

社会角度的净收益现值大于一体化角度的净收益现值，差值为166.69万元，社会角度内部收益率大于一体化角度内部收益率，差值为7.31个百分点。说明沼气工程建设除了有经济效益外，还有较好的社会效益。社会效益具有公共属性的特征，这体现了政府补贴的必要性。沼气工程的环境效益其实还应包括沼气工程改善养殖场周围环境及减少细菌等微生物，从而改善生猪和工作人员健康等收益，由于这部分测算比较困难，本研究未考虑这部分的外部性收益，可见沼气工程的社会经济净收益要远大于本研究的测算值。

该经济效益评价估算是建立在能源、物质转化的最佳理想状态，每个转化环节都衔接良好。但实际生产中可能会出现沼气作为能源用不完、沼液在作物不需肥水时排不畅，沼气工程效率随季节变化产生的波动性变化在局部区域无法调配、循环不畅等问题。

［1］ Catelo M A O，Narrod C A，Tiongco M M.Living with livestock:Dealing with pig Waste in the Philippines［R］.Economy and Environment Program for Southeast Asia(EEPSEA)Research Report，2001.

［2］ Sangodoyin A Y.Nutrient benefits and environmental aspects of land disposal of livestock waste ［J］. Environmental Management and Health，1996，7(1):33-38.

［3］ 洛林平，张妙仙，单胜道.沼液肥料及其利用研究现状［J］.浙江农业科学，2009(5):977-978，983.

［4］ 王杨，赵言文，卢婧.江苏省畜禽粪便资源化利用技术现状及其未来市场需求展望［J］.安徽农业科学，2008，36(11):4657-4659.

［5］ 曾悦，洪华生，曹文志，等.畜禽养殖废弃物资源化的经济可行性分析 ［J］.厦门大学学报:自然科学版，2004，43:195-200.

［6］ 李萍，王效华.基于环境费用-效益分析的农村户用沼气池效益分析［J］.中国沼气，2006，25(2):31-33.

［7］ 孙伟，邵国青，刘茂军，等.顶点赋权分析法在沼气工程系统中的应用研究［J］.浙江农业学报，2013，25(4):862-867.

［8］ 武深树，谭美英，刘伟.沼气工程对畜禽粪便污染环境成本的控制效果［J］.中国生态农业学报，2012，20(2):247-252.

［9］ 刘红梅，黄永春，张贵龙，等.华北地区农村户用沼气池成本效益分析 ［J］.环境污染与防治，2011，22(9):95-98.

［10］ 王正宽，吴争鸣.沼气池建设成本效益评价方法的讨论［J］.能源研究与利用，1999(4):48-49.

［10］ 吕美坤，金伟峰.桑园施沼液好处多 ［J］.蚕桑通报，2011，42(1):20-21.

［11］ 余爱珍，汪桂娣，陈幸岗，等.桑树施用沼液增产效果试验［J］.中国沼气，2007，25(1):40.

［12］ 胡庆年，陈海棠，王浩.化学需氧量、二氧化硫排污权价格测算 ［J］.水资源保护，2011，27(4):79-82.

［13］ 王晓冬.排污权交易制度的国际比较与借鉴［J］.税务与经济，2009(2):52-56.