农村户用沼气的节能减排效益分析

摘要：评估农业户用沼气池的节能减排效益，可为农村可再生能源发展提供定量化依据。以河南省4个乡（镇）的4个行政村为例，选择具有代表性的农户，连续2年入户调查沼气使用前后农户各类能源消耗的情况，定量对比分析沼气使用前后在能源消耗量及消耗成本、CO2减排量及减排收益等情况。结果显示，沼气使用后，平均每户每年总能源的消耗量减少了882 kg，与沼气使用前相比减少了52%，人均每年节约能源开支92元。同时平均每年每户CO2净减排总量为1 589.80 kg，减排收益为48.65元。由此可见，农村沼气使用后的节能减排效益显著。

关键词：农村户用沼气；能源消耗；减排量；效益

中图分类号： S216.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0392-03

收稿日期：2013-09-30

基金项目：河南省科技攻关（编号：122102110121）；河南省教育厅科学技术重点研究项目（编号：14B610009）。

作者简介：宋海军（1978—），男，河南周口人，硕士，讲师，主要从事废物处理与资源化研究。E-mail：navy312@163.com。能源是经济发展的基础和动力。21世纪以来，随着中国经济的迅速发展，能源短缺已成为一个亟待解决的难题，而气候变暖的威胁也使得政府开始重视节能减排工作。沼气作为可再生资源已越来越受到人们的重视，沼气具有较高的热值，并能替代煤炭、石油、天然气等化石能源及薪材、秸秆等生物质能源，可减少温室气体排放[1-2]。同时，户用沼气池因具有投资成本低、收益大、技术简单、使用期长、原材料易取等优点而广受农民喜爱[3-4]。发展沼气建设，对节约能源、改善中国农村生态环境和促进农民增收均会产生明显的效果，对沼气利用后产生效果进行分析，结果势必将带动更多的农户参与沼气建设项目中来[5-6]。目前，关于农村沼气建设的节能减排情况在国内已有一些学者进行了相关研究，如苏明山等研究了大中型沼气工程的CO2减排量和减排成本的估算方法[7]；刘尚余等对农村沼气工程温室气体减排情况进行了分析[8]；殷志明等对沼气技术在在新农村节能减排中的效用和发展进行了研究[9]。但真正涉及到农村沼气使用后所带来收益研究的专家学者却很少，为了促进在更大范围内发展户用沼气池建设，本研究通过理论分析和实证分析相结合的方法，对沼气农户使用沼气前后的能源消耗情况进行均值比较，定量对比分析了沼气使用前后农户的能源消耗量和消耗成本以及CO2的减排量和减排收益情况，为进一步推广沼气建设提供定量化支持。

1研究方法

1.1研究内容

为进一步掌握河南省农村沼气使用后节能减排效果，通过实地调查发现，河南省夏邑县太平镇卜庄村、柘城县牛城乡草帽王村、辉县市高庄乡金章村、新郑市和庄镇老庄刘村中户用沼气使用普遍，沼气建设中推广较早，因此在上述4个乡村中分别选择有代表性的农户5户作为研究对象，每户均为4口人，通过入户访谈形式完成农户问卷调查，调查问卷主要针对农户各类能源消耗情况，内容包括农村沼气建设前后农户使用煤炭、薪柴、秸秆、液化气、电力、沼气等各种能源的消耗量。调查从2011年7月开始至2013年6月结束。对调查结果进行统计，通过对比同一农户在使用沼气前后生活能源消耗量的变化情况，分析沼气建设前后在节能减排方面的差异。

1.2估算方法

1.2.1各类能源消耗计算各类能源换算成标准煤的折算系。

各类能源换算成标准煤的折算系数[10-11]

能源折算系数原煤（kg/kg）0.714液化气（kg/kg）1.714薪柴（kg/kg）0.571秸秆（kg/kg）0.429电力[kg/（kW·h）]0.122 9沼气（kg/m3）0.714

1.2.2家庭生活用能中温室气体排放因子农村家庭生活用能中各温室气体排放因子。

农村家庭生活用能的温室气体排放因子[12]

2结果与分析

2.1节能效益分析

2.1.1能源消耗对比情况沼气作为一种清洁能源，其节能效果主要建立在对传统能源（煤炭、薪柴和秸秆等）的替代之上。从农户调查结果来看，无论是沼气使用前后，电力都是农村生活的基本能源，在家庭生活能源消耗中占有一定的比例，随着农民生活水平提高，液化气逐渐成为众多农户家庭能源的消耗选择，煤炭、薪柴和秸秆等传统能源逐渐退出了农村能源消耗结构，而农村户用沼气池建设则逐渐成为广大农户的新选择。通过对调查户连续2年各种能源的消耗量进行统计换算，得出了沼气使用前后农户每年能源消耗量（以标准煤计），对比情况见图1。可以看出，沼气使用前，被调查农户平均每年每户消耗煤炭669 kg、薪柴486 kg、秸秆164 kg、液化气34 kg、电力360 kg。而沼气使用后，农户有了新的能源选择，尤其是夏秋两季，由于气温高，产气充足，沼气完全可以满足农户做饭、洗浴等对能源的需求，平均每年每户消耗煤炭131 kg、薪柴106 kg、秸秆76 kg、液化气18 kg、电力282 kg、沼气218 kg，与沼气使用前相比，农户的各种能源（沼气除外）平均消耗都有不同程度的减少，其中煤炭减少了80%，薪柴减少了78%，秸秆减少了54%，液化气减少了47%，电力减少22%，总能源消耗减少了52%。统计数据表明，农户在沼气使用前后对于煤炭和薪柴的平均消耗变化最大，其次是秸秆和液化气，而电力的平均消耗变化最小。总的来说，沼气的使用减少了传统能源的消耗，使得每年每户总能源消耗量大幅减少，随着沼气在农村生活用能比重的逐步增加，沼气对传统能源的替代作用也越发明显，这也有利于农村生活用能结构的优化和完善。

2.1.2节能收益能源消耗成本主要指农户消耗能源实际支出的费用，主要包括电能、煤炭和液化气在使用过程中所发生的费用，费用的多少以各种能源消耗量大小进行统计计算，价格以当地相关部门规定的缴费标准为依据。沼气、薪材和秸杆这3种能源的消耗是由农户自己供给，因此在计算能源消耗成本中没有给予考虑。由图2可以看出，沼气使用前，被调查农户平均每年每户煤炭的消耗成本为335元，液化气为109元，电力为202元。而清洁能源沼气替代传统能源使用后，在能源消耗总量大幅减少的情况下，平均每户每年煤炭的消耗成本为55元，液化气为58元，电力为156元，与沼气使用前相比，农户的能源消耗成本均有不同程度的降低，其中环境污染严重的煤炭消耗费用降低达到了84%，年均总能源消耗成本降低了58%，同时人均每年减少能源消耗成本92元。说明沼气使用不但大大减少了农户对煤炭、薪柴和秸秆等传统能源的需求，而且节约了农民的生产生活支出，提高了人们的生活质量，这对增加农民收入、促进地方经济发展具有重要意义。

2.2减排效益分析

2.2.1减排量分析节能是减排的基础，减排是节能的延伸效应。户用沼气减排主要体现2个方面：一是管理性减排，是指在沼气使用过程中，人们通常会采用“一池三改”模式，既把厨房、厕所、猪圈的改造与沼气池建设结合在一起，使畜禽粪便及污水在密闭的空间里厌氧反应产生沼气，避免了因粪便露天堆放而向大气中排放大量甲烷气体；二是替代性减排，作为生活能源，沼气与传统能源煤炭、薪柴和秸秆相比，在产生相同热量的情况下，沼气排放的温室气体相对较少。具体到减排量来说，前者的减排量相对较小，这是因为管理性减排主要依赖于沼气池来实现，它是随着沼气池的数量变化而变化的，而后者减排量较大，是户用沼气减排效应发挥的主要方式，通过替代其他能源达到减排的效果。另外，沼气在使用过程中仍然会排放温室气体，主要是CO2和少量的CH4，要计算沼气的实际减排效果，就需扣除这部分的排放量。

2.2.1.1管理性减排量被调查的20户沼气农户均采用的是“一池三改”建池模式，且被调查农户均采用猪的粪便作为沼气池发酵原料，在此不考虑其他家畜，平均每户养猪3.5头。管理性减排量为：

管理性减排量=EFik×养猪头数×甲烷增温潜势[13]

其中：EFik为猪的甲烷排放系数，约为2.41 kg/（头·年）；根据京都议定书规定，甲烷增温潜势全球统一默认值为21，此时的甲烷排量换算为二氧化碳当量，管理性减排量=2.41×3.5×21=177.14（kg/年）。

2.2.1.2替代性减排量替代性减排主要根据农户使用沼气的节能量来计算，将使用沼气后的节能量乘以各自的温室气体排放因子，就得到了平均每年每户替代各种能源的减排量。通过计算可知，沼气替代煤炭平均每年每户获得的减排量为CO2 1 226.64 kg、CH4 1.57 kg（相当于CO2 32.85 kg当量），则沼气替代煤炭消耗所获得的总减排量为1 259.49 kg；沼气替代秸秆平均每年每户所获得的减排量为CO2 99.44 kg、CH4 0.41 kg（相当于CO2 8.54 kg当量），则沼气替代秸秆消耗所获得的总排放量为107.98 kg；沼气替代薪柴每年每户所获得的减排量为CO2 550.86 kg、CH4 1.03 kg（相当于CO2 21.37 kg 当量），则沼气替代薪柴消耗所获得的总排放量为572.23 kg；沼气替代液化气每年每户所获得的总减排量为49.20 kg CO2，（CH4排量较少，在此忽略）；沼气替代电力每年每户所获得的总减排量为0.083 kg CO2；则沼气替代各种能源的减排总量为1 988.98 kg CO2当量。平均每年每户沼气替代各类能源的减排量见图3。

2.2.1.3沼气利用过程中的减排量首先计算出每年每户的沼气产量，所选沼气农户每户均建立有一个8 m3的沼气池，平均年产气量为385 m3沼气（全国平均值）[14]，沼气的密度为1.22 kg/m3，则总产气量为469.70 kg。其次用沼气的质量乘以沼气的温室气体排放因子，就得到了沼气的排放量，计算结果为351.34 kg CO2和10.82 kg CH4（相当于 224.98 kg CO2当量），则沼气燃烧过程中的温室气体排放总量为576.32 kg CO2当量。

结合以上分析结果，沼气替代煤炭、薪材、秸秆等常规能源后平均每年每户净减排总量=管理性减排量+替代性减排量-沼气利用过程中的排放量=177.14+1 988.98-576.32=1 589.80 kg/年。

2.2.2减排收益目前，国际市场上温室气体减排权交易价格约为5美元/t，折合人民币为30.60元/t，则平均每年每户沼气池出售温室气体减排权所获得的额外收益为48.65元。

3结论

节能效益分析结果表明，沼气使用后降低了传统能源的消耗量和消耗成本，与沼气使用前相比，平均每户每年煤炭消耗量减少538 kg，薪材消耗量减少380 kg，秸杆消耗量减少 88 kg，液化气消耗量减少16 kg，电力消耗量减少78 kg，总能源消耗减少了52%，人均每年减少能源消耗成本92元。

减排效益分析结果表明，采用清洁能源沼气替代煤炭、秸秆、薪柴等常规能源后，平均每户净减排总量为 1 589.80 kg/年，减排收益为48.65元/年。

由此可见，清洁能源沼气的使用改变了农村能源消耗结构，增加了农民收入，改善了农户居住环境，这对于实现节能减排、减轻农村面源污染、发展低碳经济、促进新农村建设均具有重要意义，应在河南省乃至全国大力推广农户沼气建设项目。

参考文献：

[1]Zhang P D，Jia G M，Wang G. Contribution to emission reduction of CO2 and SO2 by household biogas construction in rural China[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007，11（8）：1903-1912.

[2]Bhattacharya S C，Thomas J M，Salam P A. Greenhouse gas emissions and the mitigation potential of using animal wastes in Asia[J]. Energy，1997，22（11）：1079-1085.

[3]陆慧. 农村户用沼气对环境影响的指标体系与评价[J]. 太阳能学报，2007，28（3）：340-344.

[4]王明新，夏训峰，柴育红，等. 农村户用沼气工程生命周期节能减排效益[J]. 农业工程学报，2010，26（11）：245-250.

[5]沈连峰，王谦，轩辗，等. 户用沼气池建设的节能减排和农民增收效果[J]. 农业工程学报，2009，25（10）：220-225.

[6]张书荣，刘圣勇. 农村沼气国债项目管理措施[J]. 中国沼气，2008，26（3）：38-40.

[7]苏明山，何建坤，顾树华. 大中型沼气工程的CO2减排量和减排成本的估计方法[J]. 中国沼气，2002，20（1）：26-28.

[8]刘尚余，骆志刚，赵黛青. 农村沼气工程温室气体减排分析[J]. 太阳能学报，2006，27（7）：652-655.

[9]殷志明，刘涟淮，曹安辉，等. 沼气技术在新农村节能减排中的效用和发展对策[J]. 农业环境与发展，2007（6）：74-76.

[10]白尚显，唐文俊. 燃料手册[M]. 北京：冶金工业出版社，1994.

[11]张全国. 燃烧理论及其应用[M]. 郑州：河南科学技术出版社，1993.

[12]刘宇，匡耀求，黄宁生. 农村沼气开发与温室气体减排[J]. 中国人口·资源与环境，2008，18（3）：48-53.

[13]董红敏，李玉娥，朱志平，等. 农村户用沼气CDM项目温室气体减排潜力[J]. 农业工程学报，2009，25（11）：293-296.

[14]黄凤莲，郑小红，高云超，等. 我国户用型沼气发展模式及其在新农村建设中的作用[J]. 广东农业科学，2007（8）：114-116.

2.2减排效益分析

2.2.1减排量分析节能是减排的基础，减排是节能的延伸效应。户用沼气减排主要体现2个方面：一是管理性减排，是指在沼气使用过程中，人们通常会采用“一池三改”模式，既把厨房、厕所、猪圈的改造与沼气池建设结合在一起，使畜禽粪便及污水在密闭的空间里厌氧反应产生沼气，避免了因粪便露天堆放而向大气中排放大量甲烷气体；二是替代性减排，作为生活能源，沼气与传统能源煤炭、薪柴和秸秆相比，在产生相同热量的情况下，沼气排放的温室气体相对较少。具体到减排量来说，前者的减排量相对较小，这是因为管理性减排主要依赖于沼气池来实现，它是随着沼气池的数量变化而变化的，而后者减排量较大，是户用沼气减排效应发挥的主要方式，通过替代其他能源达到减排的效果。另外，沼气在使用过程中仍然会排放温室气体，主要是CO2和少量的CH4，要计算沼气的实际减排效果，就需扣除这部分的排放量。

2.2.1.1管理性减排量被调查的20户沼气农户均采用的是“一池三改”建池模式，且被调查农户均采用猪的粪便作为沼气池发酵原料，在此不考虑其他家畜，平均每户养猪3.5头。管理性减排量为：

管理性减排量=EFik×养猪头数×甲烷增温潜势[13]

其中：EFik为猪的甲烷排放系数，约为2.41 kg/（头·年）；根据京都议定书规定，甲烷增温潜势全球统一默认值为21，此时的甲烷排量换算为二氧化碳当量，管理性减排量=2.41×3.5×21=177.14（kg/年）。

2.2.1.2替代性减排量替代性减排主要根据农户使用沼气的节能量来计算，将使用沼气后的节能量乘以各自的温室气体排放因子，就得到了平均每年每户替代各种能源的减排量。通过计算可知，沼气替代煤炭平均每年每户获得的减排量为CO2 1 226.64 kg、CH4 1.57 kg（相当于CO2 32.85 kg当量），则沼气替代煤炭消耗所获得的总减排量为1 259.49 kg；沼气替代秸秆平均每年每户所获得的减排量为CO2 99.44 kg、CH4 0.41 kg（相当于CO2 8.54 kg当量），则沼气替代秸秆消耗所获得的总排放量为107.98 kg；沼气替代薪柴每年每户所获得的减排量为CO2 550.86 kg、CH4 1.03 kg（相当于CO2 21.37 kg 当量），则沼气替代薪柴消耗所获得的总排放量为572.23 kg；沼气替代液化气每年每户所获得的总减排量为49.20 kg CO2，（CH4排量较少，在此忽略）；沼气替代电力每年每户所获得的总减排量为0.083 kg CO2；则沼气替代各种能源的减排总量为1 988.98 kg CO2当量。平均每年每户沼气替代各类能源的减排量见图3。

2.2.1.3沼气利用过程中的减排量首先计算出每年每户的沼气产量，所选沼气农户每户均建立有一个8 m3的沼气池，平均年产气量为385 m3沼气（全国平均值）[14]，沼气的密度为1.22 kg/m3，则总产气量为469.70 kg。其次用沼气的质量乘以沼气的温室气体排放因子，就得到了沼气的排放量，计算结果为351.34 kg CO2和10.82 kg CH4（相当于 224.98 kg CO2当量），则沼气燃烧过程中的温室气体排放总量为576.32 kg CO2当量。

结合以上分析结果，沼气替代煤炭、薪材、秸秆等常规能源后平均每年每户净减排总量=管理性减排量+替代性减排量-沼气利用过程中的排放量=177.14+1 988.98-576.32=1 589.80 kg/年。

2.2.2减排收益目前，国际市场上温室气体减排权交易价格约为5美元/t，折合人民币为30.60元/t，则平均每年每户沼气池出售温室气体减排权所获得的额外收益为48.65元。

3结论

节能效益分析结果表明，沼气使用后降低了传统能源的消耗量和消耗成本，与沼气使用前相比，平均每户每年煤炭消耗量减少538 kg，薪材消耗量减少380 kg，秸杆消耗量减少 88 kg，液化气消耗量减少16 kg，电力消耗量减少78 kg，总能源消耗减少了52%，人均每年减少能源消耗成本92元。

减排效益分析结果表明，采用清洁能源沼气替代煤炭、秸秆、薪柴等常规能源后，平均每户净减排总量为 1 589.80 kg/年，减排收益为48.65元/年。

由此可见，清洁能源沼气的使用改变了农村能源消耗结构，增加了农民收入，改善了农户居住环境，这对于实现节能减排、减轻农村面源污染、发展低碳经济、促进新农村建设均具有重要意义，应在河南省乃至全国大力推广农户沼气建设项目。

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[7]苏明山，何建坤，顾树华. 大中型沼气工程的CO2减排量和减排成本的估计方法[J]. 中国沼气，2002，20（1）：26-28.

[8]刘尚余，骆志刚，赵黛青. 农村沼气工程温室气体减排分析[J]. 太阳能学报，2006，27（7）：652-655.

[9]殷志明，刘涟淮，曹安辉，等. 沼气技术在新农村节能减排中的效用和发展对策[J]. 农业环境与发展，2007（6）：74-76.

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[11]张全国. 燃烧理论及其应用[M]. 郑州：河南科学技术出版社，1993.

[12]刘宇，匡耀求，黄宁生. 农村沼气开发与温室气体减排[J]. 中国人口·资源与环境，2008，18（3）：48-53.

[13]董红敏，李玉娥，朱志平，等. 农村户用沼气CDM项目温室气体减排潜力[J]. 农业工程学报，2009，25（11）：293-296.

[14]黄凤莲，郑小红，高云超，等. 我国户用型沼气发展模式及其在新农村建设中的作用[J]. 广东农业科学，2007（8）：114-116.

2.2减排效益分析

2.2.1减排量分析节能是减排的基础，减排是节能的延伸效应。户用沼气减排主要体现2个方面：一是管理性减排，是指在沼气使用过程中，人们通常会采用“一池三改”模式，既把厨房、厕所、猪圈的改造与沼气池建设结合在一起，使畜禽粪便及污水在密闭的空间里厌氧反应产生沼气，避免了因粪便露天堆放而向大气中排放大量甲烷气体；二是替代性减排，作为生活能源，沼气与传统能源煤炭、薪柴和秸秆相比，在产生相同热量的情况下，沼气排放的温室气体相对较少。具体到减排量来说，前者的减排量相对较小，这是因为管理性减排主要依赖于沼气池来实现，它是随着沼气池的数量变化而变化的，而后者减排量较大，是户用沼气减排效应发挥的主要方式，通过替代其他能源达到减排的效果。另外，沼气在使用过程中仍然会排放温室气体，主要是CO2和少量的CH4，要计算沼气的实际减排效果，就需扣除这部分的排放量。

2.2.1.1管理性减排量被调查的20户沼气农户均采用的是“一池三改”建池模式，且被调查农户均采用猪的粪便作为沼气池发酵原料，在此不考虑其他家畜，平均每户养猪3.5头。管理性减排量为：

管理性减排量=EFik×养猪头数×甲烷增温潜势[13]

其中：EFik为猪的甲烷排放系数，约为2.41 kg/（头·年）；根据京都议定书规定，甲烷增温潜势全球统一默认值为21，此时的甲烷排量换算为二氧化碳当量，管理性减排量=2.41×3.5×21=177.14（kg/年）。

2.2.1.2替代性减排量替代性减排主要根据农户使用沼气的节能量来计算，将使用沼气后的节能量乘以各自的温室气体排放因子，就得到了平均每年每户替代各种能源的减排量。通过计算可知，沼气替代煤炭平均每年每户获得的减排量为CO2 1 226.64 kg、CH4 1.57 kg（相当于CO2 32.85 kg当量），则沼气替代煤炭消耗所获得的总减排量为1 259.49 kg；沼气替代秸秆平均每年每户所获得的减排量为CO2 99.44 kg、CH4 0.41 kg（相当于CO2 8.54 kg当量），则沼气替代秸秆消耗所获得的总排放量为107.98 kg；沼气替代薪柴每年每户所获得的减排量为CO2 550.86 kg、CH4 1.03 kg（相当于CO2 21.37 kg 当量），则沼气替代薪柴消耗所获得的总排放量为572.23 kg；沼气替代液化气每年每户所获得的总减排量为49.20 kg CO2，（CH4排量较少，在此忽略）；沼气替代电力每年每户所获得的总减排量为0.083 kg CO2；则沼气替代各种能源的减排总量为1 988.98 kg CO2当量。平均每年每户沼气替代各类能源的减排量见图3。

2.2.1.3沼气利用过程中的减排量首先计算出每年每户的沼气产量，所选沼气农户每户均建立有一个8 m3的沼气池，平均年产气量为385 m3沼气（全国平均值）[14]，沼气的密度为1.22 kg/m3，则总产气量为469.70 kg。其次用沼气的质量乘以沼气的温室气体排放因子，就得到了沼气的排放量，计算结果为351.34 kg CO2和10.82 kg CH4（相当于 224.98 kg CO2当量），则沼气燃烧过程中的温室气体排放总量为576.32 kg CO2当量。

结合以上分析结果，沼气替代煤炭、薪材、秸秆等常规能源后平均每年每户净减排总量=管理性减排量+替代性减排量-沼气利用过程中的排放量=177.14+1 988.98-576.32=1 589.80 kg/年。

2.2.2减排收益目前，国际市场上温室气体减排权交易价格约为5美元/t，折合人民币为30.60元/t，则平均每年每户沼气池出售温室气体减排权所获得的额外收益为48.65元。

3结论

节能效益分析结果表明，沼气使用后降低了传统能源的消耗量和消耗成本，与沼气使用前相比，平均每户每年煤炭消耗量减少538 kg，薪材消耗量减少380 kg，秸杆消耗量减少 88 kg，液化气消耗量减少16 kg，电力消耗量减少78 kg，总能源消耗减少了52%，人均每年减少能源消耗成本92元。

减排效益分析结果表明，采用清洁能源沼气替代煤炭、秸秆、薪柴等常规能源后，平均每户净减排总量为 1 589.80 kg/年，减排收益为48.65元/年。

由此可见，清洁能源沼气的使用改变了农村能源消耗结构，增加了农民收入，改善了农户居住环境，这对于实现节能减排、减轻农村面源污染、发展低碳经济、促进新农村建设均具有重要意义，应在河南省乃至全国大力推广农户沼气建设项目。

参考文献：

[1]Zhang P D，Jia G M，Wang G. Contribution to emission reduction of CO2 and SO2 by household biogas construction in rural China[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007，11（8）：1903-1912.

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