農村戶用沼氣的節能減排效益分析

摘要：評估農業戶用沼氣池的節能減排效益，可為農村可再生能源發展提供定量化依據。以河南省4個鄉（鎮）的4個行政村為例，選擇具有代表性的農戶，連續2年入戶調查沼氣使用前后農戶各類能源消耗的情況，定量對比分析沼氣使用前后在能源消耗量及消耗成本、CO2減排量及減排收益等情況。結果顯示，沼氣使用后，平均每戶每年總能源的消耗量減少了882 kg，與沼氣使用前相比減少了52%，人均每年節約能源開支92元。同時平均每年每戶CO2凈減排總量為1 589.80 kg，減排收益為48.65元。由此可見，農村沼氣使用后的節能減排效益顯著。

關鍵詞：農村戶用沼氣；能源消耗；減排量；效益

中圖分類號： S216.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0392-03

收稿日期：2013-09-30

基金項目：河南省科技攻關（編號：122102110121）；河南省教育廳科學技術重點研究項目（編號：14B610009）。

作者簡介：宋海軍（1978—），男，河南周口人，碩士，講師，主要從事廢物處理與資源化研究。E-mail：navy312@163.com。能源是經濟發展的基礎和動力。21世紀以來，隨著中國經濟的迅速發展，能源短缺已成為一個亟待解決的難題，而氣候變暖的威脅也使得政府開始重視節能減排工作。沼氣作為可再生資源已越來越受到人們的重視，沼氣具有較高的熱值，并能替代煤炭、石油、天然氣等化石能源及薪材、秸稈等生物質能源，可減少溫室氣體排放[1-2]。同時，戶用沼氣池因具有投資成本低、收益大、技術簡單、使用期長、原材料易取等優點而廣受農民喜愛[3-4]。發展沼氣建設，對節約能源、改善中國農村生態環境和促進農民增收均會產生明顯的效果，對沼氣利用后產生效果進行分析，結果勢必將帶動更多的農戶參與沼氣建設項目中來[5-6]。目前，關于農村沼氣建設的節能減排情況在國內已有一些學者進行了相關研究，如蘇明山等研究了大中型沼氣工程的CO2減排量和減排成本的估算方法[7]；劉尚余等對農村沼氣工程溫室氣體減排情況進行了分析[8]；殷志明等對沼氣技術在在新農村節能減排中的效用和發展進行了研究[9]。但真正涉及到農村沼氣使用后所帶來收益研究的專家學者卻很少，為了促進在更大范圍內發展戶用沼氣池建設，本研究通過理論分析和實證分析相結合的方法，對沼氣農戶使用沼氣前后的能源消耗情況進行均值比較，定量對比分析了沼氣使用前后農戶的能源消耗量和消耗成本以及CO2的減排量和減排收益情況，為進一步推廣沼氣建設提供定量化支持。

1研究方法

1.1研究內容

為進一步掌握河南省農村沼氣使用后節能減排效果，通過實地調查發現，河南省夏邑縣太平鎮卜莊村、柘城縣牛城鄉草帽王村、輝縣市高莊鄉金章村、新鄭市和莊鎮老莊劉村中戶用沼氣使用普遍，沼氣建設中推廣較早，因此在上述4個鄉村中分別選擇有代表性的農戶5戶作為研究對象，每戶均為4口人，通過入戶訪談形式完成農戶問卷調查，調查問卷主要針對農戶各類能源消耗情況，內容包括農村沼氣建設前后農戶使用煤炭、薪柴、秸稈、液化氣、電力、沼氣等各種能源的消耗量。調查從2011年7月開始至2013年6月結束。對調查結果進行統計，通過對比同一農戶在使用沼氣前后生活能源消耗量的變化情況，分析沼氣建設前后在節能減排方面的差異。

1.2估算方法

1.2.1各類能源消耗計算各類能源換算成標準煤的折算系。

各類能源換算成標準煤的折算系數[10-11]

能源折算系數原煤（kg/kg）0.714液化氣（kg/kg）1.714薪柴（kg/kg）0.571秸稈（kg/kg）0.429電力[kg/（kW·h）]0.122 9沼氣（kg/m3）0.714

1.2.2家庭生活用能中溫室氣體排放因子農村家庭生活用能中各溫室氣體排放因子。

農村家庭生活用能的溫室氣體排放因子[12]

2結果與分析

2.1節能效益分析

2.1.1能源消耗對比情況沼氣作為一種清潔能源，其節能效果主要建立在對傳統能源（煤炭、薪柴和秸稈等）的替代之上。從農戶調查結果來看，無論是沼氣使用前后，電力都是農村生活的基本能源，在家庭生活能源消耗中占有一定的比例，隨著農民生活水平提高，液化氣逐漸成為眾多農戶家庭能源的消耗選擇，煤炭、薪柴和秸稈等傳統能源逐漸退出了農村能源消耗結構，而農村戶用沼氣池建設則逐漸成為廣大農戶的新選擇。通過對調查戶連續2年各種能源的消耗量進行統計換算，得出了沼氣使用前后農戶每年能源消耗量（以標準煤計），對比情況見圖1。可以看出，沼氣使用前，被調查農戶平均每年每戶消耗煤炭669 kg、薪柴486 kg、秸稈164 kg、液化氣34 kg、電力360 kg。而沼氣使用后，農戶有了新的能源選擇，尤其是夏秋兩季，由于氣溫高，產氣充足，沼氣完全可以滿足農戶做飯、洗浴等對能源的需求，平均每年每戶消耗煤炭131 kg、薪柴106 kg、秸稈76 kg、液化氣18 kg、電力282 kg、沼氣218 kg，與沼氣使用前相比，農戶的各種能源（沼氣除外）平均消耗都有不同程度的減少，其中煤炭減少了80%，薪柴減少了78%，秸稈減少了54%，液化氣減少了47%，電力減少22%，總能源消耗減少了52%。統計數據表明，農戶在沼氣使用前后對于煤炭和薪柴的平均消耗變化最大，其次是秸稈和液化氣，而電力的平均消耗變化最小。總的來說，沼氣的使用減少了傳統能源的消耗，使得每年每戶總能源消耗量大幅減少，隨著沼氣在農村生活用能比重的逐步增加，沼氣對傳統能源的替代作用也越發明顯，這也有利于農村生活用能結構的優化和完善。

2.1.2節能收益能源消耗成本主要指農戶消耗能源實際支出的費用，主要包括電能、煤炭和液化氣在使用過程中所發生的費用，費用的多少以各種能源消耗量大小進行統計計算，價格以當地相關部門規定的繳費標準為依據。沼氣、薪材和秸桿這3種能源的消耗是由農戶自己供給，因此在計算能源消耗成本中沒有給予考慮。由圖2可以看出，沼氣使用前，被調查農戶平均每年每戶煤炭的消耗成本為335元，液化氣為109元，電力為202元。而清潔能源沼氣替代傳統能源使用后，在能源消耗總量大幅減少的情況下，平均每戶每年煤炭的消耗成本為55元，液化氣為58元，電力為156元，與沼氣使用前相比，農戶的能源消耗成本均有不同程度的降低，其中環境污染嚴重的煤炭消耗費用降低達到了84%，年均總能源消耗成本降低了58%，同時人均每年減少能源消耗成本92元。說明沼氣使用不但大大減少了農戶對煤炭、薪柴和秸稈等傳統能源的需求，而且節約了農民的生產生活支出，提高了人們的生活質量，這對增加農民收入、促進地方經濟發展具有重要意義。

2.2減排效益分析

2.2.1減排量分析節能是減排的基礎，減排是節能的延伸效應。戶用沼氣減排主要體現2個方面：一是管理性減排，是指在沼氣使用過程中，人們通常會采用“一池三改”模式，既把廚房、廁所、豬圈的改造與沼氣池建設結合在一起，使畜禽糞便及污水在密閉的空間里厭氧反應產生沼氣，避免了因糞便露天堆放而向大氣中排放大量甲烷氣體；二是替代性減排，作為生活能源，沼氣與傳統能源煤炭、薪柴和秸稈相比，在產生相同熱量的情況下，沼氣排放的溫室氣體相對較少。具體到減排量來說，前者的減排量相對較小，這是因為管理性減排主要依賴于沼氣池來實現，它是隨著沼氣池的數量變化而變化的，而后者減排量較大，是戶用沼氣減排效應發揮的主要方式，通過替代其他能源達到減排的效果。另外，沼氣在使用過程中仍然會排放溫室氣體，主要是CO2和少量的CH4，要計算沼氣的實際減排效果，就需扣除這部分的排放量。

2.2.1.1管理性減排量被調查的20戶沼氣農戶均采用的是“一池三改”建池模式，且被調查農戶均采用豬的糞便作為沼氣池發酵原料，在此不考慮其他家畜，平均每戶養豬3.5頭。管理性減排量為：

管理性減排量=EFik×養豬頭數×甲烷增溫潛勢[13]

其中：EFik為豬的甲烷排放系數，約為2.41 kg/（頭·年）；根據京都議定書規定，甲烷增溫潛勢全球統一默認值為21，此時的甲烷排量換算為二氧化碳當量，管理性減排量=2.41×3.5×21=177.14（kg/年）。

2.2.1.2替代性減排量替代性減排主要根據農戶使用沼氣的節能量來計算，將使用沼氣后的節能量乘以各自的溫室氣體排放因子，就得到了平均每年每戶替代各種能源的減排量。通過計算可知，沼氣替代煤炭平均每年每戶獲得的減排量為CO2 1 226.64 kg、CH4 1.57 kg（相當于CO2 32.85 kg當量），則沼氣替代煤炭消耗所獲得的總減排量為1 259.49 kg；沼氣替代秸稈平均每年每戶所獲得的減排量為CO2 99.44 kg、CH4 0.41 kg（相當于CO2 8.54 kg當量），則沼氣替代秸稈消耗所獲得的總排放量為107.98 kg；沼氣替代薪柴每年每戶所獲得的減排量為CO2 550.86 kg、CH4 1.03 kg（相當于CO2 21.37 kg 當量），則沼氣替代薪柴消耗所獲得的總排放量為572.23 kg；沼氣替代液化氣每年每戶所獲得的總減排量為49.20 kg CO2，（CH4排量較少，在此忽略）；沼氣替代電力每年每戶所獲得的總減排量為0.083 kg CO2；則沼氣替代各種能源的減排總量為1 988.98 kg CO2當量。平均每年每戶沼氣替代各類能源的減排量見圖3。

2.2.1.3沼氣利用過程中的減排量首先計算出每年每戶的沼氣產量，所選沼氣農戶每戶均建立有一個8 m3的沼氣池，平均年產氣量為385 m3沼氣（全國平均值）[14]，沼氣的密度為1.22 kg/m3，則總產氣量為469.70 kg。其次用沼氣的質量乘以沼氣的溫室氣體排放因子，就得到了沼氣的排放量，計算結果為351.34 kg CO2和10.82 kg CH4（相當于 224.98 kg CO2當量），則沼氣燃燒過程中的溫室氣體排放總量為576.32 kg CO2當量。

結合以上分析結果，沼氣替代煤炭、薪材、秸稈等常規能源后平均每年每戶凈減排總量=管理性減排量+替代性減排量-沼氣利用過程中的排放量=177.14+1 988.98-576.32=1 589.80 kg/年。

2.2.2減排收益目前，國際市場上溫室氣體減排權交易價格約為5美元/t，折合人民幣為30.60元/t，則平均每年每戶沼氣池出售溫室氣體減排權所獲得的額外收益為48.65元。

3結論

節能效益分析結果表明，沼氣使用后降低了傳統能源的消耗量和消耗成本，與沼氣使用前相比，平均每戶每年煤炭消耗量減少538 kg，薪材消耗量減少380 kg，秸桿消耗量減少 88 kg，液化氣消耗量減少16 kg，電力消耗量減少78 kg，總能源消耗減少了52%，人均每年減少能源消耗成本92元。

減排效益分析結果表明，采用清潔能源沼氣替代煤炭、秸稈、薪柴等常規能源后，平均每戶凈減排總量為 1 589.80 kg/年，減排收益為48.65元/年。

由此可見，清潔能源沼氣的使用改變了農村能源消耗結構，增加了農民收入，改善了農戶居住環境，這對于實現節能減排、減輕農村面源污染、發展低碳經濟、促進新農村建設均具有重要意義，應在河南省乃至全國大力推廣農戶沼氣建設項目。

參考文獻：

[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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[7]蘇明山，何建坤，顧樹華. 大中型沼氣工程的CO2減排量和減排成本的估計方法[J]. 中國沼氣，2002，20（1）：26-28.

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[9]殷志明，劉漣淮，曹安輝，等. 沼氣技術在新農村節能減排中的效用和發展對策[J]. 農業環境與發展，2007（6）：74-76.

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[12]劉宇，匡耀求，黃寧生. 農村沼氣開發與溫室氣體減排[J]. 中國人口·資源與環境，2008，18（3）：48-53.

[13]董紅敏，李玉娥，朱志平，等. 農村戶用沼氣CDM項目溫室氣體減排潛力[J]. 農業工程學報，2009，25（11）：293-296.

[14]黃鳳蓮，鄭小紅，高云超，等. 我國戶用型沼氣發展模式及其在新農村建設中的作用[J]. 廣東農業科學，2007（8）：114-116.

2.2減排效益分析

2.2.1減排量分析節能是減排的基礎，減排是節能的延伸效應。戶用沼氣減排主要體現2個方面：一是管理性減排，是指在沼氣使用過程中，人們通常會采用“一池三改”模式，既把廚房、廁所、豬圈的改造與沼氣池建設結合在一起，使畜禽糞便及污水在密閉的空間里厭氧反應產生沼氣，避免了因糞便露天堆放而向大氣中排放大量甲烷氣體；二是替代性減排，作為生活能源，沼氣與傳統能源煤炭、薪柴和秸稈相比，在產生相同熱量的情況下，沼氣排放的溫室氣體相對較少。具體到減排量來說，前者的減排量相對較小，這是因為管理性減排主要依賴于沼氣池來實現，它是隨著沼氣池的數量變化而變化的，而后者減排量較大，是戶用沼氣減排效應發揮的主要方式，通過替代其他能源達到減排的效果。另外，沼氣在使用過程中仍然會排放溫室氣體，主要是CO2和少量的CH4，要計算沼氣的實際減排效果，就需扣除這部分的排放量。

2.2.1.1管理性減排量被調查的20戶沼氣農戶均采用的是“一池三改”建池模式，且被調查農戶均采用豬的糞便作為沼氣池發酵原料，在此不考慮其他家畜，平均每戶養豬3.5頭。管理性減排量為：

管理性減排量=EFik×養豬頭數×甲烷增溫潛勢[13]

其中：EFik為豬的甲烷排放系數，約為2.41 kg/（頭·年）；根據京都議定書規定，甲烷增溫潛勢全球統一默認值為21，此時的甲烷排量換算為二氧化碳當量，管理性減排量=2.41×3.5×21=177.14（kg/年）。

2.2.1.2替代性減排量替代性減排主要根據農戶使用沼氣的節能量來計算，將使用沼氣后的節能量乘以各自的溫室氣體排放因子，就得到了平均每年每戶替代各種能源的減排量。通過計算可知，沼氣替代煤炭平均每年每戶獲得的減排量為CO2 1 226.64 kg、CH4 1.57 kg（相當于CO2 32.85 kg當量），則沼氣替代煤炭消耗所獲得的總減排量為1 259.49 kg；沼氣替代秸稈平均每年每戶所獲得的減排量為CO2 99.44 kg、CH4 0.41 kg（相當于CO2 8.54 kg當量），則沼氣替代秸稈消耗所獲得的總排放量為107.98 kg；沼氣替代薪柴每年每戶所獲得的減排量為CO2 550.86 kg、CH4 1.03 kg（相當于CO2 21.37 kg 當量），則沼氣替代薪柴消耗所獲得的總排放量為572.23 kg；沼氣替代液化氣每年每戶所獲得的總減排量為49.20 kg CO2，（CH4排量較少，在此忽略）；沼氣替代電力每年每戶所獲得的總減排量為0.083 kg CO2；則沼氣替代各種能源的減排總量為1 988.98 kg CO2當量。平均每年每戶沼氣替代各類能源的減排量見圖3。

2.2.1.3沼氣利用過程中的減排量首先計算出每年每戶的沼氣產量，所選沼氣農戶每戶均建立有一個8 m3的沼氣池，平均年產氣量為385 m3沼氣（全國平均值）[14]，沼氣的密度為1.22 kg/m3，則總產氣量為469.70 kg。其次用沼氣的質量乘以沼氣的溫室氣體排放因子，就得到了沼氣的排放量，計算結果為351.34 kg CO2和10.82 kg CH4（相當于 224.98 kg CO2當量），則沼氣燃燒過程中的溫室氣體排放總量為576.32 kg CO2當量。

結合以上分析結果，沼氣替代煤炭、薪材、秸稈等常規能源后平均每年每戶凈減排總量=管理性減排量+替代性減排量-沼氣利用過程中的排放量=177.14+1 988.98-576.32=1 589.80 kg/年。

2.2.2減排收益目前，國際市場上溫室氣體減排權交易價格約為5美元/t，折合人民幣為30.60元/t，則平均每年每戶沼氣池出售溫室氣體減排權所獲得的額外收益為48.65元。

3結論

節能效益分析結果表明，沼氣使用后降低了傳統能源的消耗量和消耗成本，與沼氣使用前相比，平均每戶每年煤炭消耗量減少538 kg，薪材消耗量減少380 kg，秸桿消耗量減少 88 kg，液化氣消耗量減少16 kg，電力消耗量減少78 kg，總能源消耗減少了52%，人均每年減少能源消耗成本92元。

減排效益分析結果表明，采用清潔能源沼氣替代煤炭、秸稈、薪柴等常規能源后，平均每戶凈減排總量為 1 589.80 kg/年，減排收益為48.65元/年。

由此可見，清潔能源沼氣的使用改變了農村能源消耗結構，增加了農民收入，改善了農戶居住環境，這對于實現節能減排、減輕農村面源污染、發展低碳經濟、促進新農村建設均具有重要意義，應在河南省乃至全國大力推廣農戶沼氣建設項目。

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[12]劉宇，匡耀求，黃寧生. 農村沼氣開發與溫室氣體減排[J]. 中國人口·資源與環境，2008，18（3）：48-53.

[13]董紅敏，李玉娥，朱志平，等. 農村戶用沼氣CDM項目溫室氣體減排潛力[J]. 農業工程學報，2009，25（11）：293-296.

[14]黃鳳蓮，鄭小紅，高云超，等. 我國戶用型沼氣發展模式及其在新農村建設中的作用[J]. 廣東農業科學，2007（8）：114-116.

2.2減排效益分析

2.2.1減排量分析節能是減排的基礎，減排是節能的延伸效應。戶用沼氣減排主要體現2個方面：一是管理性減排，是指在沼氣使用過程中，人們通常會采用“一池三改”模式，既把廚房、廁所、豬圈的改造與沼氣池建設結合在一起，使畜禽糞便及污水在密閉的空間里厭氧反應產生沼氣，避免了因糞便露天堆放而向大氣中排放大量甲烷氣體；二是替代性減排，作為生活能源，沼氣與傳統能源煤炭、薪柴和秸稈相比，在產生相同熱量的情況下，沼氣排放的溫室氣體相對較少。具體到減排量來說，前者的減排量相對較小，這是因為管理性減排主要依賴于沼氣池來實現，它是隨著沼氣池的數量變化而變化的，而后者減排量較大，是戶用沼氣減排效應發揮的主要方式，通過替代其他能源達到減排的效果。另外，沼氣在使用過程中仍然會排放溫室氣體，主要是CO2和少量的CH4，要計算沼氣的實際減排效果，就需扣除這部分的排放量。

2.2.1.1管理性減排量被調查的20戶沼氣農戶均采用的是“一池三改”建池模式，且被調查農戶均采用豬的糞便作為沼氣池發酵原料，在此不考慮其他家畜，平均每戶養豬3.5頭。管理性減排量為：

管理性減排量=EFik×養豬頭數×甲烷增溫潛勢[13]

其中：EFik為豬的甲烷排放系數，約為2.41 kg/（頭·年）；根據京都議定書規定，甲烷增溫潛勢全球統一默認值為21，此時的甲烷排量換算為二氧化碳當量，管理性減排量=2.41×3.5×21=177.14（kg/年）。

2.2.1.2替代性減排量替代性減排主要根據農戶使用沼氣的節能量來計算，將使用沼氣后的節能量乘以各自的溫室氣體排放因子，就得到了平均每年每戶替代各種能源的減排量。通過計算可知，沼氣替代煤炭平均每年每戶獲得的減排量為CO2 1 226.64 kg、CH4 1.57 kg（相當于CO2 32.85 kg當量），則沼氣替代煤炭消耗所獲得的總減排量為1 259.49 kg；沼氣替代秸稈平均每年每戶所獲得的減排量為CO2 99.44 kg、CH4 0.41 kg（相當于CO2 8.54 kg當量），則沼氣替代秸稈消耗所獲得的總排放量為107.98 kg；沼氣替代薪柴每年每戶所獲得的減排量為CO2 550.86 kg、CH4 1.03 kg（相當于CO2 21.37 kg 當量），則沼氣替代薪柴消耗所獲得的總排放量為572.23 kg；沼氣替代液化氣每年每戶所獲得的總減排量為49.20 kg CO2，（CH4排量較少，在此忽略）；沼氣替代電力每年每戶所獲得的總減排量為0.083 kg CO2；則沼氣替代各種能源的減排總量為1 988.98 kg CO2當量。平均每年每戶沼氣替代各類能源的減排量見圖3。

2.2.1.3沼氣利用過程中的減排量首先計算出每年每戶的沼氣產量，所選沼氣農戶每戶均建立有一個8 m3的沼氣池，平均年產氣量為385 m3沼氣（全國平均值）[14]，沼氣的密度為1.22 kg/m3，則總產氣量為469.70 kg。其次用沼氣的質量乘以沼氣的溫室氣體排放因子，就得到了沼氣的排放量，計算結果為351.34 kg CO2和10.82 kg CH4（相當于 224.98 kg CO2當量），則沼氣燃燒過程中的溫室氣體排放總量為576.32 kg CO2當量。

結合以上分析結果，沼氣替代煤炭、薪材、秸稈等常規能源后平均每年每戶凈減排總量=管理性減排量+替代性減排量-沼氣利用過程中的排放量=177.14+1 988.98-576.32=1 589.80 kg/年。

2.2.2減排收益目前，國際市場上溫室氣體減排權交易價格約為5美元/t，折合人民幣為30.60元/t，則平均每年每戶沼氣池出售溫室氣體減排權所獲得的額外收益為48.65元。

3結論

節能效益分析結果表明，沼氣使用后降低了傳統能源的消耗量和消耗成本，與沼氣使用前相比，平均每戶每年煤炭消耗量減少538 kg，薪材消耗量減少380 kg，秸桿消耗量減少 88 kg，液化氣消耗量減少16 kg，電力消耗量減少78 kg，總能源消耗減少了52%，人均每年減少能源消耗成本92元。

減排效益分析結果表明，采用清潔能源沼氣替代煤炭、秸稈、薪柴等常規能源后，平均每戶凈減排總量為 1 589.80 kg/年，減排收益為48.65元/年。

由此可見，清潔能源沼氣的使用改變了農村能源消耗結構，增加了農民收入，改善了農戶居住環境，這對于實現節能減排、減輕農村面源污染、發展低碳經濟、促進新農村建設均具有重要意義，應在河南省乃至全國大力推廣農戶沼氣建設項目。

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