畜禽粪便能源化利用的问题、制约及发展思路

图1  畜禽粪便沼气发酵技术应用的主要模式

在不同应用模式下技术选择有很大差异，除了受到处理规模和专业化水平的影响，另一重要决定因素是沼渣沼液的利用方式，尤其是要对沼液做进一步肥料化还田利用，还是做处理后的达标排放。在技术上，按照进料总固体含量的不同，沼气发酵可分为湿式发酵（总固体含量低于15%）、半干式发酵（总固体含量在15%～20%之间）和干式发酵（总固体含量在20%～40%之间）。湿式发酵的优点是底物能源转化率高、产气稳定和自动化程度高，突出缺点则是沼液量大。如果采用湿式发酵技术，并需要按达标排放要求对沼液做处理，那么运行成本将很高，影响技术应用的整体成本收益。因此，前端发酵技术选择必须考虑末端沼液处理需求。

二、畜禽粪便沼气发酵能源化利用现状与问题

总体来看，我国畜禽粪便能源化实际利用水平与潜力之间仍有很大差距。从典型地区和不同规模养殖场户数据资料看，小规模养殖（户）存在沼气设施利用率低、沼气替代性弱的问题，规模养殖场和专业化生物能源企业面临投资大、经济效益低的突出问题。

（一）畜禽粪便能源化实际利用与潜力之间有很大差距

据测算，2015年我国畜禽粪便生产沼气的最大潜力为963.77亿m³，考虑到收集难度做折算后，实际生产潜力也达到510.13亿m³，大约相当于3800万吨标准煤。但是，也有测算得出我国猪、牛、羊和家禽粪便的产沼气潜力高达1983.00亿m³（吴浩玮，2020）。从沼气生产实际情况看，我国沼气总产量远低于沼气生产潜力。根据中国农业统计资料数据，沼气发展在失去快速发展的动力后，2011-2013年我国沼气总产量出现徘徊，2013年以来则连续下降。从2013年最高时的157.77亿立方米降至2016年的144.86亿立方米。而且，在沼气总产量中，又以户用沼气为主，2016年占到81.4%；处理农业废弃物的沼气工程的沼气产量仅24.28亿立方米，仅占沼气总产量的16.8%。

（二）小规模养殖户沼气设施利用率低

小规模养殖户对畜禽粪便做沼气发酵利用，虽然投资相对较低，但是因为产气不稳定和产量少等因素，沼气使用成本较高，难以替代天然气或电力等传统能源，将沼气集中起来做提纯或发电等进一步开发的成本也过高，由此导致户用沼气设施的普及率和使用水平偏低。根据课题组成员在四川成都某县的调研，全县存栏40多万头生猪，养殖主体以饲养8-10头的小规模家庭养殖户为主，因此沼气发酵技术方案也以户用或小型水压式沼气池为主。目前，全县共有2万多个沼气池，其中仅有一半左右在使用。并且，大多数养殖户没有收集和使用沼气，沼气发酵产生的沼气大多被排放到空气中，从碳减排的角度来说，这些沼气设施的功能没能得到发挥。这些养殖户建设和使用沼气设施的主要目的是配合经济作物种植及控制粪便气味，避免因粪便异味受到周边居民的排斥或投诉。沼气发酵后的沼渣沼液主要被养殖户施用于自有农地，实现肥料化利用。

（三）规模化养殖场粪便沼气发酵投资回报率低

规模化畜禽养殖场对畜禽粪便做沼气发酵（发电）能源化利用，由于达到规模经济的要求，沼气的利用价值大幅提高，沼气或沼气发的电也可以实现市场化销售。在此情况下，养殖场的成本收益变化主要体现在沼气发酵与发电设备的投资、运行以及沼气和电力的销售等方面。有无沼气发酵的能源化利用，场舍内清粪、粪便（沼渣沼液）储存等投入和成本不会减少，最终需要还田或处理的固液总量也不会有很大变化。那么，养殖场的沼气发酵能源化实际是一种“增值性”的利用，在不需大幅增加投资成本的情况下，即使没有政府补贴，仍会有一定的盈利空间。

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