海南農(nóng)村戶用沼氣發(fā)展的資源和生產(chǎn)潛力分析

顏冬婭 翁菁菁

摘要：通過對海南農(nóng)村戶用沼氣的調(diào)研，對海南農(nóng)村戶用沼氣發(fā)展氣候資源、生物質(zhì)資源和沼氣生產(chǎn)潛力進行了分析，探討了戶用沼氣在海南各市縣發(fā)展的適應(yīng)性，以期為沼氣在海南農(nóng)村用戶中的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：沼氣；氣候資源；生物質(zhì)資源；生產(chǎn)潛力

中圖分類號：S216.4

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2016）08012903

1 引言

沼氣是將人畜糞便、秸稈和污水等有機物，置于密閉的沼氣池內(nèi)，在一定的溫度、水分、酸堿度和厭氧條件下，經(jīng)過厭氧發(fā)酵作用而產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w[1]。由于能源緊缺、供電緊張和生態(tài)環(huán)境日益惡化等一系列問題，2012年中央一號文件中明確指出“加強農(nóng)村沼氣工程和小水電代燃料生態(tài)保護工程建設(shè)，加快農(nóng)業(yè)面源污染治理和農(nóng)村污水、垃圾處理，改善農(nóng)村人居環(huán)境”[2]。沼氣作為一種可再生的清潔能源，不僅能有效解決農(nóng)村生活能源問題，還能改善農(nóng)村人居環(huán)境，已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。

海南農(nóng)村戶用沼氣的發(fā)展在取得良好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益的同時，也存在沼氣發(fā)酵原料供給不平衡、沼氣產(chǎn)氣率不高和后繼管理服務(wù)體系薄弱等問題，研究分析海南各市縣農(nóng)村戶用沼氣發(fā)展的資源和生產(chǎn)潛力問題，對于實現(xiàn)各市縣沼氣池的合理布局和提高沼氣產(chǎn)氣率具有十分重要的意義。根據(jù)海南省生態(tài)優(yōu)先發(fā)展的國際旅游島發(fā)展規(guī)劃，在對海南村鎮(zhèn)沼氣規(guī)模、利用方式和地域分布調(diào)研的基礎(chǔ)上，對海南農(nóng)村戶用沼氣發(fā)展氣候資源、生物質(zhì)資源和沼氣生產(chǎn)潛力進行分析，比較戶用沼氣在海南各市縣發(fā)展的適應(yīng)性。

2 國內(nèi)外沼氣的發(fā)展現(xiàn)狀

沼氣工程在許多國家已經(jīng)很普遍，據(jù)美國環(huán)境保護署（EPA）統(tǒng)計[3]，截止至2007年，正常運行的沼氣工程大約有111個，基本為畜牧禽畜場沼氣發(fā)電工程，每年能產(chǎn)生2.15億 kW·h當(dāng)量的總能量[2]。德國沼氣工程建設(shè)和運行代表了世界先進發(fā)展水平，截至2010年，德國已建成沼氣工程達6000多處，所產(chǎn)沼氣98%是用于發(fā)電，沼氣每年的發(fā)電量可達200億kW·h以上[2]。日本對沼氣建設(shè)、厭氧消化技術(shù)的研究己有40多年的歷史，2003年，日本投資了2.2億日元在巖手縣建成了第一座牛糞發(fā)電廠，并于2009年，科學(xué)家利用牛糞排泄物發(fā)酵，再將發(fā)酵后所得氣體分解成氫氣和氮氣，氫氣作為制備燃料電池，這種電池原料更環(huán)保，且成本接近于零，該新能源具有廣闊的利用前景[4]。

在我國，沼氣技術(shù)已有百年的歷史，到2008年底，海南省已建設(shè)532處沼氣工程，沼池總?cè)莘e11.9萬 m3；沼氣集中供氣農(nóng)戶4690戶；累計建設(shè)沼氣發(fā)電工程28宗，發(fā)電總裝機容量2240 kW。海南省養(yǎng)殖業(yè)廢棄物利用從資源化利用發(fā)展到與能源化利用相結(jié)合，有力地推動了生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的形成和發(fā)展。2008年，?？谑幸呀ǔ赊r(nóng)村大中型沼氣工程集中供氣點65個，項目覆蓋18個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、65個村，6599戶，收益農(nóng)民33295人[5]。海南其它市縣農(nóng)村也有多處沼氣工程。

3 海南氣候資源

沼氣的產(chǎn)氣速度和產(chǎn)氣效率與溫度有關(guān)，沼氣產(chǎn)量和產(chǎn)氣速率隨著溫度的升高而增加。在常溫情況下，通常認(rèn)為池溫10 ℃是沼氣生產(chǎn)的下限溫度，池溫20 ℃以上則產(chǎn)氣較快[1]。海南省年平均氣溫23～26 ℃，其中4月到11月氣溫較高，平均氣溫在26～29 ℃，沼氣池可全年產(chǎn)氣，并有8～9個月產(chǎn)氣速度快、效率高，因此海南具有發(fā)展沼氣的最適宜溫度條件。

4 生物質(zhì)資源

沼氣發(fā)酵除了需要適宜的溫度，還需要有充足的有機廢棄物作為原料，在農(nóng)村，主要采用畜禽的糞便和部分農(nóng)作物秸稈作為沼氣發(fā)酵的原材料。這就要求沼氣要與農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)相配套，構(gòu)建和形成能源—經(jīng)濟—生態(tài)良性循環(huán)系統(tǒng)，增強系統(tǒng)自身的可持續(xù)發(fā)展能力[6]。海南農(nóng)村發(fā)酵沼氣的生物質(zhì)資源主要包括農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便，其中主要以畜禽的糞便為主。

4.1 農(nóng)作物秸稈

農(nóng)作物秸稈作為其中一種生物質(zhì)原料，其資源量是按農(nóng)作物產(chǎn)量進行推算的[1]，糧食作物是海南種植業(yè)中面積最大、分布最廣、產(chǎn)值最高的作物，糧食作物高產(chǎn)的市縣能夠給沼氣發(fā)酵提供充足的秸稈原料，據(jù)海南統(tǒng)計年鑒顯示，近年，海南各市縣糧食作物年產(chǎn)量如表1和圖1所示。

由表1及圖1可知海口市、文昌市、瓊海市、澄邁縣和儋州市糧食作物年產(chǎn)量較高，能為沼氣發(fā)酵提供充足的秸稈原料，而三亞市、五指山市、瓊中縣、保亭縣、白沙縣和昌江縣糧食作物年產(chǎn)量較少。

4.2 禽畜糞便

海南省沼氣原料主要是以畜禽的糞便為主，秸稈原料為輔，畜禽較多的市縣能夠給沼氣發(fā)酵提供充足的原料，海南地區(qū)主要的畜禽為牛、羊、豬和雞等。據(jù)海南統(tǒng)計年鑒禽畜數(shù)量統(tǒng)計，計算出的海南各市縣畜禽總年排糞量如表2和圖2所示。

由表2及圖2可知?？谑?、文昌市和儋州市畜禽年排糞量總量較高，能為沼氣發(fā)酵提供充足的原料，而三亞市、五指山市、瓊中縣、保亭縣、白沙縣和昌江縣畜禽年排糞量總量較少。

5 沼氣生產(chǎn)潛力

影響畜禽糞便產(chǎn)生氣體產(chǎn)生沼氣的因素很多，包括厭氧環(huán)境、有機物、適宜的溫度和PH值等，不同的禽畜糞便沼氣生產(chǎn)特性參數(shù)不同，沼氣的產(chǎn)量也不同。沼氣的發(fā)酵與還與溫度有關(guān)，沼氣發(fā)酵溫度可分為高溫、中溫和常溫三類，一般情況下，45～60 ℃為高溫發(fā)酵，30～45 ℃為中溫發(fā)酵，8～25 ℃為常溫發(fā)酵，我國農(nóng)村的沼氣池通常都在常溫下發(fā)酵[1，7]，根據(jù)海南各市縣生物資源年產(chǎn)量，計算常溫下沼氣的年產(chǎn)氣量如表3和圖3所示，海南各市縣近年的沼氣年產(chǎn)氣量分布圖如圖4所示。

由表3及圖3可知，文昌市沼氣年產(chǎn)氣量最高，占全省沼氣總產(chǎn)氣量的17.06%，儋州市沼氣年產(chǎn)氣量次之，占全省沼氣總產(chǎn)氣量的14.58%，?？谑泻铜偤Ｊ姓託饽戤a(chǎn)氣量相對其它市縣產(chǎn)氣量較高，分別占全省總產(chǎn)氣量的9.45%和9.62%。而三亞市、五指山市、瓊中縣、保亭縣、白沙縣和昌江縣沼氣年產(chǎn)氣量較低，其中五指山市年產(chǎn)氣量最低，僅有1.31萬 m3，占全省沼氣總產(chǎn)氣量的0.86%。

6 結(jié)論

通過對海南省各市縣氣候資源、生物質(zhì)資源和沼氣生產(chǎn)潛力的分析，得出如下結(jié)論。

（1）海南省年平均氣溫23～26 ℃，其中4～11月氣溫較高，平均氣溫在26～29 ℃，具有發(fā)展沼氣的最適宜溫度條件。

（2）?？谑?、文昌市和儋州市具有較好的生物質(zhì)資源，能為沼氣發(fā)酵提供充足的原料；為沼氣最適宜發(fā)展地區(qū)，三亞市、五指山市、瓊中縣、保亭縣、白沙縣和昌江縣生物質(zhì)資源較少，可以通過調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加畜牧業(yè)在農(nóng)業(yè)中的比重，來滿足對沼氣發(fā)酵原料的需求。

（3）文昌市沼氣年產(chǎn)氣量最高，占全省沼氣總產(chǎn)氣量的17.06%，儋州市沼氣年產(chǎn)氣量次之，?？谑泻铜偤Ｊ姓託饽戤a(chǎn)氣量相對其它市縣沼氣年產(chǎn)氣量較高，而三亞市、五指山市、瓊中縣、保亭縣、白沙縣和昌江縣沼氣年產(chǎn)氣量較少低，其中五指山市年產(chǎn)氣量最低，僅有1.31萬 m3，占全省沼氣總產(chǎn)氣量的0.86%。

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Abstract： Based on the investigation of biogas in Hainan rural areas，this article analyzed the climatic resources，biomass resources andlaborpotential productivity of biogas in Hainan rural areas.Comparison of theadaptability of biogas in various cities andcounties of Hainan rural areaswasconducted in the article.

Key words： biogas； climatic resource；biomass resource；potential productivity