婁底市大型畜禽養殖場沼氣發電建設探討——以湖南湘村高科農業發展有限公司為例

張 穎

（華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206）

沼氣發電具有創效、節能、安全和環保等特點，符合國家節能減排、循環經濟發展的產業政策，是新能源發展的重要項目之一[1]。婁底市以農業為主、林牧業并舉，以糧-豬型經濟結構為主要特征，在該市可利用的生物質資源主要是禽畜糞便、農作物秸稈。婁底市有100多個大中型畜禽場，只有不到1/3的養殖場建立了污水和廢棄物處理系統。目前該市農業資源長期以來利用率較低的局面未得到根本改變，養殖場的污水排放和糞便的堆放給環境造成嚴重污染，農作物秸稈普遍采取低效益的直接燃燒方式，可再生能源利用率低。沼氣工程是治理有機廢棄物污染、轉化有機廢棄物為燃氣等可利用物質的有效技術，在可持續發展的背景下，大力推廣沼氣工程顯得尤為重要。因此，在婁底市大力推廣以沼氣為紐帶的綠色農業前景非常廣闊，這將成為該市轉變農村經濟發展方式、調整農業產業結構的有效途徑。該研究以湖南湘村高科的沼氣工程為例，簡要介紹了該項目的工藝流程及投資收益情況。

1 湖南湘村高科沼氣發電工程

湖南婁底湘村高科農業發展有限公司的黑豬原種場，是一家集豬品種研發、種豬繁育和推廣、商品豬生產、生豬屠宰、加工和連鎖銷售等為一體的農業產業化省級龍頭企業。2011年該企業新建了集能源、環保和景觀于一體，日產沼氣800 m3的大型糞污綜合處理工程，開創了可持續發展的生態農業模式。

黑豬原種場共有兩個養殖小區，合計常年存欄豬8 000頭。一區有欄舍6棟，養殖能繁母豬近1 000頭；二區為育肥和產仔區，有欄舍12棟，現養殖育肥豬、產仔母豬和小豬近7 000頭。由于一區與二區相距較遠，且有地理條件的限制，一區采用糞便水沖入池的清糞方式，通過地埋式發酵池來處理糞便污水。該區鮮糞日收集量約3.0 t，尿及沖洗水約7.8 m3；二區采用干清糞方式，日可收集鮮糞量約16.0 t，尿及沖洗水16.0 m3。豬場糞污發酵產生的沼氣供豬場職工生活用能、發電等，產生的沼渣制作顆粒有機肥出售，沼液作為液體有機肥施用于周邊農田、林地、菜地，帶動當地生態有機蔬菜種植產業的發展。

黑豬原種場沼氣工程采用以“常溫厭氧發酵+中溫CSTR一體化厭氧消化并聯”為核心的處理工藝，利用發電機余熱回收裝置及沼氣鍋爐來維持中溫發酵。該項目可產生沼氣690 m3/d，所產沼氣用于工程自身增溫、場區發電等。發電配置可考慮夏季不采暖的情況來配置，有660 m3/d的沼氣用于發電，可選擇2套50 kw發電機組輪換發電。按照1.5 kwh/m3的發電效率估算，24 h發電量可達990 kw以上。

2 沼氣發電工藝流程

結合物料特點，黑豬原種場工藝流程如下：

圖1 黑豬原種場沼氣發電工藝流程

一區豬場的水沖糞收集后依次進入一次厭氧發酵池和二次厭氧發酵沉淀池進行發酵，反應后的物料進行沼液池儲存；二區豬場沖洗污水通過格柵渠的細格柵去除糞中的草等較大雜物后，流入集污池，再由提升泵泵入調配池，同時投入干清糞至調配池，經槳式攪拌機調配均勻后，由切割泵泵入CSTR一體化反應器內進行厭氧發酵。發酵剩余的沼渣進入沼渣干化場干化后，用于生產顆粒有機肥，沼液進入沼液儲池，產生的沼氣存于柔性氣柜內，經干燥、脫硫等處理后由增壓風機輸出用于發電及鍋爐燃用。發電機余熱回收裝置滿足沼氣工程本身增溫需求，設置沼氣鍋爐以作項目啟動及備用熱源。

3 效益分析

3.1 社會生態效益

該項目每年可對15 622 t豬糞污水進行厭氧生物發酵，年供應沼氣251 850 m3用于場區用氣，有利于節約能源；副產品沼液、沼渣是緩速兼備的優質有機肥，可顯著提高土壤團粒結構，改善土壤理化性狀，增強土壤透水保肥性，提高農產品的產量和質量。沼氣發電項目不僅使豬場的廢物轉化成優質能源和肥源，更為生態農業和現代循環農業的建設提供了重要保障[2]。還可使企業步入良性循環，有利于企業擴大再生產，增加了當地農民就業機會，促進了農民增收，成為養殖場糞尿處理問題解決的典范。

3.2 經濟效益

沼氣發電工程不僅具有良好的社會效益及生態效益，而且創造了顯著的經濟效益。

（1）發電量：日發電990 kw，電費為 0.78元/kw，預計年收益為28.19萬元；

（2）沼液：產量 1.40萬 t/a，按 10元/t計算，預計可實現年產值約14.0萬元；

（3）有機肥：產量 1 682 t/a，按 100元/t計算，預計可實現年產值約16.82萬元。

合計年收入為59.01萬元。

4 婁底市建設沼氣發電工程的建議

近年來，婁底市相繼實施了國家農村沼氣建設項目、退耕還林后續工程沼氣建設項目、扶貧沼氣建設項目和為民辦實事農村沼氣項目等，促使該市農村沼氣池建設從數量到質量都上了一個新的臺階。并且使生態家園富民工程、大中型畜禽養殖場能源環保工程和城鎮生活污水凈化沼氣池工程建設也得到了長足發展[3]。但是，婁底市沼氣發電工程的綜合經濟效益并沒有充分體現出來，其發展尚處于探索階段。

4.1 強化農業循環經濟發展意識多方投資，增強項目活力

雖然政府規定大型畜禽養殖場必須建設污水處理設施，但由于投資需求大，運行成本高，特別是已經建成的污水處理設施多數經濟效益不好，這嚴重影響了各方投資畜禽養殖場沼氣項目的積極性。目前主要資金來源是政府撥款，由此產生了兩個不良后果：第一，政府撥款有限，每年只能建設十幾個項目，這與養殖業的發展規模相比差距很大，不能解決廣泛存在的污染問題；第二，為了使政府撥款惠及面廣，每個項目的投資額不高，這限制了項目對高效技術選擇的空間，進而影響到項目建成后的運行和收益。解決畜禽養殖場污染問題必須在政府支持的基礎上，依靠全社會的力量，采用市場運作的手段，這樣才能獲得市場的認可和可持續的發展動力。

4.2 重點發展沼氣發電，以獲得效益的最大化

由于鋪設輸氣管網的建設費用和加壓成本太高，沼氣無法做為城鎮居民的生活燃料而實施集中供氣，沼氣若只作為鍋爐燃料替代原煤直接燃燒，其經濟價值很低。在目前技術水平和政策框架下，筆者推薦沼氣發電作為首選，這既能提高沼氣自身的經濟價值，又能為企業緩解電力緊缺的矛盾，并且國家對沼氣發電上網在價格上有優惠政策[4]。婁底市沼氣發電工程具有規模小和分散性的特點，而沼氣發電更適用于大、中型沼氣工程。食品加工業及養殖場規模建設的沼氣工程年產沼氣平均在十幾萬到幾十萬平方米之間，所建的沼氣發電站裝機是幾十到幾百千瓦。小規模的沼氣發電雖然不適合發電上網，但是適宜內部用電，一般用于驅動沼氣工程污水泵和豬場通風機、照明等。

5 結論與展望

畜禽糞便和廢水屬于可再生能源范疇里的生物質能，生物質能綜合利用的最佳途徑就是沼氣發電。用厭氧發酵的方法處理大型畜禽養殖場的污水和廢棄物在技術上已完全成熟，并能產生巨大的環境效益，但它的經濟效益表現欠佳，這成為阻礙其快速發展和有效運行的重要因素[5]。選擇合適的技術路線，確保設施的有效運行和良好維護，加上全面的市場戰略和創新的商業運作模式，婁底市的大型畜禽養殖場沼氣發電設施可以逐步規范化和產業化。

[1]沈劍山.生物質能源沼氣發電[M].北京：中國輕工業出版社，2009.

[2]徐曉秋，王 鋼，劉 偉，等.畜禽糞便厭氧消化沼氣發電行業的現狀分析[J].應用能源技術，2011，24（6）：1-3.

[3]陳 勇.沼氣利用與循環農業探析——以湖南婁底為例[J].農業現代化研究，2010，31（3）：382-384.

[4]李金平，岳 華，馮永強.沼氣發電技術現狀及趨勢[C].生物質能源行業發展與生物煉制技術研討會，2009，84-86.

[5]顏 麗，曾有為.中國沼氣發電產業化可行性分析[J].中國沼氣，2005，23（3）：233-237.