京郊农村大中型沼气工程发展现状分析与对策研究

能源危机和可再生能源开发给中国农村大中型沼气工程的发展带来了宝贵机遇.大中型沼气工程作为农村生物质能源的一种,对解决农村用能和养殖业污染问题有重要意义.该文在对京郊农村大中型沼气工程发展现状进行实地调查的基础上,分析了北京市大中型沼气工程的分布、规模、发展特点、成功经验及存在问题.同时结合环境经济学中的外部性效益分析方法,提出了进一步促进北京大中型沼气工程发展的对策和建议,旨在为京郊养殖废弃物资源化利用提供理论参考.     

商丘市大中型沼气建设与畜禽养殖污染治理的思考

在畜禽养殖业迅猛发展的当下,畜禽粪污对环境污染的形势日益严峻。加强畜禽养殖环境污染治理,实施畜禽养殖粪污资源化利用是改善粪污污染环境现状的重要手段,也是构建绿色农业发展的一项重要内容。实践中规模化畜禽养殖场通过建设沼气工程,采取"种养"结合的生态循环模式,推进畜禽粪污的资源化利用,能有效实现粪污的减量化、无害化、资源化,进而解决养殖业污染和制约畜禽养殖业发展的瓶颈问题。     

寒区沼气工程地下水源热泵加热系统能效分析

在北方寒冷地区,沼气工程加热系统如何能有效、合理地利用能源,提高能源利用率,是沼气工程实现低能耗,高产能必须解决的现实问题。该文依据地下水源热泵加热系统在沼气工程中应用的实例,建立了以?效率、热效率以及能级系数为评价准则的沼气工程加热系统能效分析模型,并通过对加热系统实际运行参数的测试,得到了沼气工程用户系统?效率为97.8%,地下水源热泵机组系统?效率为13.4%,沼气工程加热系统总的?效率为13.1%;加热系统总的热效率为85.3%;沼气工程用户耗热量的能级系数为0.161,用户供给热量的能级系数为0.164,地下水源热泵机组的能级系数为0.567。结果表明,对于沼气工程低品位热能用户,采用低温水供热科学合理;热泵机组系统回收了地下水中低品位热能,节约了高品位电能,加热系统能的数量有效利用程度较高;但热源与用户之间供需能质存在差异,在能质利用方面还需进一步完善。该结论可为今后沼气工程选择合理的加热模式提供参考依据。     

基于LCA的秸秆沼气集中供气工程环境影响评价

为进一步研究秸秆沼气工程生命周期的环境影响,采用生命周期评价方法对秸秆沼气集中供气利用模式的环境影响进行分析,系统比较沼气系统不同单元的环境影响。将秸秆沼气工程建设单元的物质和能量投入及其环境排放纳入生命周期边界,以河南省安阳县西街村秸秆沼气工程为例进行实证分析,对秸秆沼气集中供气工程建设单元、运行单元和产物利用单元进行清单分析和环境影响评价。结果表明,该沼气工程运行1 a产出13.60万m~3沼气,系统环境影响综合值为129.94标准人当量。从沼气系统各阶段看,沼气工程建设单元、运行单元和产物利用单元的环境影响潜值分别占沼气系统生命周期环境影响的65.62%、32.76%和1.62%。从能源替代角度看,该秸秆沼气集中供气工程替代煤炭的全球环境影响负荷为–132.48标准人当量。与煤炭作为炊事用能相比,该沼气工程的环境影响负荷可降低50.50%,秸秆沼气作为可再生的清洁能源可以有效替代煤炭燃烧从而改善环境质量。沼气工程建设阶段的环境影响对秸秆沼气集中供气系统总环境影响的贡献最大,而产物利用阶段环境排放影响最小。秸秆沼气工程运行单元的煤炭增温和电力消耗是影响沼气工程环境排放的重要因素,选择低碳环保的沼气增保温方式和降低工程运行电耗是未来秸秆沼气集中供气工程工艺改进的重要内容。     

户用沼气池建设的节能减排和农民增收效果

结合河南省利用亚行贷款农村能源生态建设项目环境影响评价工作,该文作者在9个项目县的9个乡（镇）,按比例选择不同生态模式,入户调查沼气建设农户和未建沼气农户在项目实施前后农户的能源消耗量,能源消耗成本,农业生产投入与产出等80多项指标,并定量分析了沼气建设对种植业和养殖业的促进作用,对气体污染物的减排情况,为时2年。分析结果表明,沼气建设大大降低了传统能源的消耗,节约能源消耗成本,减少了气体污染物的排放,大幅度提高了农户种植业和养殖业的经济收入。可见,户用沼气池建设具有明显的能源效益、经济效益、环境效益和社会效益。     

畜禽养殖场能源环保工程的发展及其商业化运作模式的探讨

从中国规模化畜禽场大中型沼气工程的发展历程,引发出了能源环保工程的概念,提出畜禽场粪污的防治必须使治理和利用相结合,养殖业与种植业相结合,并以畜禽粪便的厌氧消化为主要技术环节。在分析目前规模化、商业化开展能环工程所存在的障碍基础上,以海南省罗牛山地区猪场能环工程可行性研究为案例,分析了能环工程商业化发展的可能模式     

大中型畜禽养殖场沼气工程发展的障碍因素分析

目前我国规模化、集约化畜禽养殖业的发展带来了一系列环境问题,不仅造成水质和空气污染,对大众身体健康造成严重危害,而且直接影响畜禽产品品质、生产成本和效益,成为制约畜禽养殖业可持续发展的关键.本文详细论述了制约大中型畜禽养殖场沼气工程发展的主要因素,主要探讨了工程缺乏规模效益、融资困难、资源的可获得性不稳定、沼气工程副产品的市场需求不足、技术因素以及信息服务障碍等约束因素.针对识别出的障碍因素,本文提出了切实可行的政策建议.     

大中型沼气工程不同加热方式的经济效益分析

为解决大中型沼气工程的加热升温问题,该文以一个猪场废水处理沼气工程为例,对沼气锅炉、太阳能和沼气发电余热利用3种加热方式进行了经济效益分析。结果表明：沼气锅炉加热、太阳能加热和沼气发电余热利用加热3种方式的投资比为2︰11.2︰1,沼气发电余热利用加热方式的费用年值仅为沼气锅炉加热和太阳能加热方式的60%和12%;沼气发电余热利用加热方式无论从经济效益、技术性能,还是适应性、运行持久性等方面都明显优于太阳能加热和沼气锅炉加热。因此,基于中国的自然经济状况,大部分大中型沼气工程应优先选择沼气发电余热利用加热方式。     

寒区沼气工程热能损耗分布规律及节能途径探讨

热能损耗是制约沼气工程在北方寒冷地区发展的瓶颈问题。全面系统分析沼气工程全年热能损耗,探寻其分布规律,是实现沼气工程节能降耗的基础和前提,也是全面科学评价沼气工程加热系统合理有效地利用能源,提高能源利用率的依据。沼气工程热能损耗主要包括工程新投入的发酵原料温升所需的耗热量和厌氧发酵反应器的传热耗热量2部分。该文以月为单位建立了沼气工程各项热能损耗的计算模型,并将模型应用到黑龙江省哈尔滨市一中温厌氧发酵的沼气工程中,获得了沼气工程全年各月热能损耗量。结果表明,在厌氧发酵反应器各月的总热能损耗中,厌氧发酵反应器围护结构的传热耗热量占总耗热量的比例约为70%～90%,厌氧发酵反应器节能的关键在于围护结构的节能,减小反应器的体形系数,增大围护结构导热热阻,可有效降低厌氧发酵反应器能耗;在各月沼气工程的总热能损耗中,发酵原料温升能耗占沼气工程总能耗的比例约为85%～95%,此项能耗是沼气工程加热系统能源消耗过程中的薄弱环节,回收沼气工程排出沼液中的余热,是实现沼气工程节能降耗的有效途径;通过对各月沼气工程产能与总热能损耗的对比分析,沼气工程热能损耗量占产能量的比例约为15%～37%,沼气工程在保证正常的中温厌氧发酵的情况下,产能量远大于热能损耗量,在北方寒冷地区实现沼气工程正能输出是可能的。该文研究结果可为今后全面科学合理评价沼气工程用能状况,减少用能过程的损失和浪费,实现沼气工程低能耗、高产能提供参考依据。     

变废为宝 综合利用 节约能源 改善环境——关于辽宁省集约化畜禽养殖场大中型沼气工程建设情况的调查

随着我省规模化畜禽养殖业迅速发展,带来了严重的畜禽粪便污染问题,如何对粪便进行无害化处理,保护和改善农村生态环境关系到我省养殖业的可持续发展和农民的身体健康问题。本文着重论述了我省集约化畜禽养殖场大中型沼气工程建设现状和发展趋势,以沈阳、大连、丹东、阜新等地的建设和运行情况为例,阐述了大中型沼气工程所取得的显著成效,并针对目前我省发展畜禽养殖场大中型沼气工程发展中存在的问题提出了切实可行的建议。     

第三方运营下规模化畜禽沼气工程运行与管理

沼气工程是畜禽养殖业粪污末端处理与资源再利用并重的全量化资源利用模式，长期以来养殖场自运营模式下沼气工程运行效率、稳定性及经济效益低。该研究提出引入第三方运营模式，以一大型沼气工程（总有效发酵容积为10 800 m3）为例，在20 a案例期内进行两种运营模式下该沼气工程的物质流、能量流分析、碳排放以及经济性评估等多视角分析，并采用基因表达式编程进行产气拟合，为优化发酵工艺提供了策略。结果表明，第三方运营模式能够提高工程效率和经济效益：物料处理量、沼渣垫料产量、沼气产量及沼气发电量分别提高52.00%、23.00%、51.94%、79.58%；热电联产总产能提高，但能耗比和能量回收率分别降低14.74%、12.73%，这主要是未进行余热回收造成的。财务分析表明，第三方运营模式项目税后财务内部收益率提高10.20个百分点，财务净现值提高3 566万元，投资回收期缩短10.42 a；财务敏感性分析指出提高下游产品的附加值是提高该沼气工程经济效益的关键因素。该研究为沼气工程乃至其他规模化废弃物处理的第三方运营模式推广应用提供了有价值的工程参考。     

西柏店村级养殖种植园区氮素流和能量流分析

将西柏店村畜禽养殖规模折合为1.50万头猪场当量污染负荷,并将整个园区生产工艺分为养殖、废弃物处理和种植3个阶段,不考虑隐藏流的情况下,以1a为系统边界,通过数据调查、已有资料研究和小区种植试验,采用物质流和能量流分析方法分析了该村养殖种植园区在整个生产工艺过程的氮素和能量流动,以期为村级养殖种植园区大力发展低碳经济提供新的方法和视角,为村级区域循环经济及可持续发展提供减少环境压力解决方案的科学依据。园区养殖种植过程的氮素分析表明,养殖阶段年输入N素总量为7.14×104kg,其中猪身总固氮量为2.68×104kg,粪氮和尿氮总量为3.93×104kg,氮损耗为0.53×104kg。废弃物处理阶段输入的氮主要为粪氮3.28×104kg,而0.65×104kg尿氮直接进入种植阶段,粪氮通过厌氧处理由有机氮转变为无机氮,其中有2.78×104kg无机氮通过沼渣和沼液进入种植阶段,有0.50×104kg氮损失。由于作物对氮的吸收,植株增加氮为7.53×104kg,土壤减少氮为6.37×104kg,不计其他作物种植,如果沼渣、沼液能满足施用于全村43hm2农田,若以保持土壤中N素计算,种植一季玉米土壤还需氮素2.94×104kg,若以作物需求的N素计算,种植一季玉米土壤还需氮素4.10×104kg。整个园区能量流分析表明,饲料投入能为443.51×108kJ,产出的畜产品能179.94×108kJ,养殖阶段能量产出率为40.57%,废弃物处理阶段沼气能产出为26.30×108kJ,种植阶段一季玉米产出能为198.84×108kJ,其中玉米籽粒81.22×108kJ的能量可用于饲料进入新的循环,要满足养殖种植园区的能量循环,以一季玉米种植计算,还需补充饲料能量362.29×108kJ。由氮素流动分析可知,西柏店村具有可容纳该村养殖废弃物的环境容量,有较好实现养殖废弃物循环利用的条件,还可加强养殖业的发展,但需大力加强畜禽废弃物的管理和处理,提高园区养殖废弃物循环利用效率。由园区的能量流分析表明,该园区能较好地实现系统的能量投入产出。     

中国北方平原地区种养循环农业现状调研与发展分析

中国各地根据自然条件、产业类型及资源禀赋等形成了不同的种养循环农业模式,然而,针对北方平原地区(包括东北地区、西北地区和黄淮海地区)的种养循环农业模式尚缺乏系统研究,可复制可推广可持续的典型模式亟待总结.该文以实地调研和文献资料总结分析形式,对北方平原地区121个种养大县的农业废弃物资源化利用系统调研分析,梳理总结出中国北方平原地区基于农业废弃物(畜禽粪污、秸秆、尾菜等)资源化利用,形成以沼气工程、好氧堆肥和秸秆资源化为纽带的种养循环农业模式.同时,深入分析现有种养模式存在问题,仍需优化种养业格局实现种养平衡,构建评价体系,因地制宜选择种养模式,加快关键技术研发,以指导北方平原地区乃至全国种养循环农业发展.     

有机物料还田对华北小麦玉米两熟农田土壤有机碳及其组分的影响

中国农业废弃物种类多、数量大、利用率低、污染重。将有机物料还田,是实现废弃物资源化利用的重要途径。该研究以循环农业理念为指导,选择代表农田内循环的秸秆以及代表农沼循环、农牧循环、农菌循环、农工循环的废弃物沼渣、猪粪、菌渣和酒渣为试验材料,开展了等碳量还田定位试验,分析各有机物料还田后对土壤有机碳及其组分的影响。结果表明:1)连续施用有机物料提高了土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(LOC)、微生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量。随着有机物料还田年限的增加,土壤TOC、LOC和MBC含量均不同程度地增加,年平均增幅分别为:15.57%~22.82%、20.00%~38.31%和16.30%~50.56%。还田5年后各有机物料处理土壤TOC、LOC、MBC和DOC含量平均分别是无机肥处理的1.24~1.62、2.07~3.19、1.20~2.06和1.05~3.36倍。2)不同有机物料中均利于土壤TOC含量的提高,秸秆提升效果相对最差,沼渣、菌渣、猪粪、酒渣和秸秆还田处理的0~20cm土壤TOC含量平均增长速率分别为:22.82%、21.88%、16.42%、16.13%和15.57%。     

基于能值分析的奶牛产业园区循环发展模式评价

以沼气工程为纽带的循环农业模式是降低农业产业园区废弃物污染、提高资源利用率的有效方式。该研究构建了适合园区规模的循环农业模式能值评价指标体系,以河北省某典型奶牛产业园区为案例,将园区现行的利用全混式厌氧反应技术(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)的湿法单相厌氧消化沼气工程,与湿法两相耦合厌氧消化、干法序批式厌氧消化、干法连续式厌氧消化3种不同沼气工程模式进行对比,运用能值理论及计算方法对以沼气工程为纽带的农业产业园循环模式进行了评价,选择最适宜园区发展的沼气工程模式。结果表明,该园区能值投入率为17.57,能值产出率为0.41,环境负载率0.33,可持续发展指数1.23,以CSTR湿法单相厌氧消化沼气工程为纽带的循环农业模式整体效益优于其他3种模式。研究对其他园区的循环农业模式评价和以沼气工程为纽带的循环农业发展具有借鉴意义。     

采用厌氧分步固体反应器系统进行蔬菜废弃物厌氧分解

最近获得专利的厌氧分步固体反应系统(美国专利号6342378B1)是一种新型的用于将固体废弃物转化为沼气以获取生物能源的新技术。此技术已被用以转化多种固体废弃物的科学研究,其中包括作物秸秆、动物粪便、食品废弃物和城市固体废弃物。研究结果证明,此技术不仅先进可行,而且操作简单。根据此技术,一种大型的用于将废弃物转化为能源的厌氧分步固体反映系统已经在美国开发出来。该文主要介绍此技术用于大蒜废弃物转化的研究结果     

与生猪产业发展联动的中国沼气工程建设现状分析

该文分析了2007-2012年期间全国各地生猪产业规模化发展的数据以及与之相适应的沼气工程建设情况。随着全国生猪产业的发展和调整,标准化规模猪场发展迅速,2012年中国年出栏500头以上的生猪规模养殖比例达38.5%,5a中这类规模养殖猪场数量净增加一倍。规模养殖场的增加给沼气工程建设带来了契机,尤其沿海地区和西南地区的大中型猪场沼气工程覆盖率已经达到80%以上。另一方面,这一阶段旧沼气工程报废数量较多。在影响沼气工程使用甚至废弃的诸多原因中,生猪产业调整和市场变化对沼气工程正常运行影响突出。作为农业基础设施的沼气工程建设格局和发展速度正在转型升级,为了进一步发挥沼气工程治理养殖污染的作用,特建议:1)通过产业龙头企业带动提升沼气装置建设和运营管理水平;2)政府将建设大型和特大型沼气工程作为今后财政扶持的重点,同时提高参与沼气工程建设和运营管理的企业准入门槛;3)限制采用曝气好氧方式后处理沼液。     

基于层次分析法和模糊综合评价的沼气工程技术筛选

不同沼气工程技术对地域自然条件、环境制约条件、原料种类等因素的适应性有较大差异,科学客观的沼气工程技术筛选方法,是保证沼气工程长期稳定发挥其最大能效的重要基础。该文提出了基于层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和模糊综合评价的沼气工程技术筛选方法和决策流程,构建了沼气工程技术筛选的指标体系;以领域专家实地调查结果为基础,通过AHP法获得沼气工程技术筛选不同指标的权重,然后采用模糊综合评价方法对沼气工程技术进行排序。利用该方法筛选的结果与武汉地区的实际运行效果一致。采用AHP和模糊综合评价方法相结合解决复杂的多因素决策问题,既能克服AHP指标不易量化的主观性,又能避免模糊综合评价方法对指标权重的忽视,可为沼气工程技术筛选提供科学方法。     

长汀县循环农业产业联盟模式能值分析

实施种养结合,将农牧生产废弃物利用并回流坡耕地和开展地力恢复是长汀县水土保持的重要内容.应用能值分析法分析2014年长汀县循环农业产业联盟和长汀县农业生态系统(对照)的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数,以及循环农业模式能量流动特征.结果表明:2014年循环农业产业联盟的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为7.12、49.35、0.44和16.26.同期长汀县农业生态系统的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为1.20、3.29、0.23和5.17.循环农业产业联盟净能值产出率和可持续发展指数分别高于当地农业生态系统5.92和11.09个单位,对当地农业发展具明显带动作用.提出了有关优化循环农业产业联盟的建议:1)控制牧业生产规模;2)扩大有机肥厂生产规模;3)引进更多的种植企业,参与循环产业联盟,利用沼液;4)增加科技投入,提高沼气和沼液利用率.通过项目引导构建循环农业产业联盟模式,分析循环农业模式能量流动特征,不仅有助于说明循环农业模式实施效果,也可为循环农业模式自身优化提供理论依据.     

车用生物燃气工程范例余热定量评估及可利用性分析

针对车用生物燃气工程能耗高、余热利用率低的问题,该文以国内4个典型工程为基础,构建了产气规模为1万m3/d的示例工程,并对其进行余热分析.分析结果显示,此类工程用能量大,占总产能的30.01%~36.44%;余热利用率低,只有部分贫液余热得以回收;系统余热主要由脱碳塔顶气余热、脱碳贫液余热、压缩机余热、沼液余热和锅炉尾气余热5部分组成,其多为低品位余热、量大稳定.余热计算表明,在最冷月和最热月系统余热潜力分别为5.87×104、4.79×104MJ/d,最大节能潜力分别为74.81%和73.92%,节能潜力降序排列为沼液余热>贫液余热>塔顶气余热>压缩机余热>锅炉余热.余热可利用性分析认为工程余热可利用性较高,回收价值较大.