北京市大中型沼气工程运行现状研究

刘毅李欣（.北京化工大学经济管理学院， 北京 0009；.北京石油化工学院经济管理学院， 北京 0600）

北京市大中型沼气工程运行现状研究

刘毅1李欣2（1.北京化工大学经济管理学院， 北京 100029；2.北京石油化工学院经济管理学院， 北京 102600）

近年来，随着经济的快速发展，城市化进程的加快，农村地区的能源消费结构也发生了变化。为了提高农村地区资源利用效率，改善村民生活环境，促进农民就业创收，北京市政府在农村建立了近百座大中型沼气工程。到目前为止，大部分沼气工程已经建成并投入生产运行数年，取得了一定的经济、社会和环境效益，但在工程的运行过程中仍然存在着一些问题。本文对北京市大中型沼气工程的现状进行了介绍，对沼气工程存在的问题进行分析，并提出一些合理化的建议。得出了目前北京市大中型沼气工程运行效率有待提高的结论。

北京市；大中型沼气工程；现状；问题；建议

0 引言

随着世界范围内化石能源的日益减少以及生态环境问题的凸显。沼气项目作为我国四大重点可再生能源项目越来越多的得到人们的关注［1］。沼气具有清洁、高效、安全、可再生等四大特点［2］。北京市作为我国的首都，城市化率较高，能源消耗量大，环境问题十分凸显，对清洁能源的需求巨大。近些年，北京市陆续建设了一些大中型沼气工程项目，在合理利用禽畜粪便、能源供给以及保护环境等方面发挥了一定的作用。但北京市有很多沼气工程在生产运行中也存在着许多问题，有很多沼气工程实际运行情况与理论设计有较大的差距。

1 北京市大中型沼气工程建设实施情况

20世纪80年代，北京地区农村使用的沼气主要以小型沼气池为主，到90年代才开始实施大中型沼气利用工程。到21世纪初，为了更好地利用农村地区养殖场产生的动物粪便等资源，同时降低环境保护成本，政府出台了一系列的关于沼气工程建设的相关政策，在2000到2010年的10年间，北京地区沼气工程数量明显增加，截至2011年，北京市累计建设大中型沼气工程259个，其中有120个大中型沼气工程进行集中供气，年产沼气能力为1668万立方米，其能力相当于年节约与开发标准煤1.82万吨，年减排二氧化碳4.85万吨，减少700多吨二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物等的排放。在减少二氧化碳、甲烷等温室气体的排放方面效果显著，由于温室气体的减排带来的经济效益也很明显［3］。沼气作为一种清洁能源，其热值高于煤气，是一种优质的气体燃料［4］。作为北京市生态农业发展的重要一环，沼气工程能够将农业生产、生活过程中产生的有机废物进行综合利用，逐步形成了以沼气为纽带的循环农业经济模式［5］。沼气工程是我国实现可持续发展的一个集能源、环境和经济效益于一体的综合性基础产业［6］。

1991年建成的留民营沼气工程是北京郊区第一座大中型沼气工程，高温运行至今，并于2009年实现七村沼气联供，惠及留民营村及周边7个村1700余户6000余人，是北京市大中型沼气工程的典范［7］。1996年首都师范大学研究成功了升流式固体反应器即USR，该技术适用于畜禽粪便沼气发酵，于1998年在留民营、琉璃河三街以及南韩继建设了应用USR工艺的三座沼气工程，已经成功运行十余年，为北京市供气工程快速发展打下了良好基础。进入21世纪，在新农村建设、国家新能源发展需求、节能减排等政策的推动下，沼气综合利用进入了快速发展阶段［8］。仅2006年至今，北京市农村地区就兴建了大中型沼气工程百余座。其中，位于延庆县的德清源2兆瓦沼气发电工程取得了巨大的经济、社会以及环境效益，日产沼气约2万立方米，发电近4万度，沼渣、沼液被用作当地果树和玉米的肥料，沼气发电的余热还可以为沼气池加热，形成了热、电、肥联供的模式，是大型沼气工程中的亮点工程［9］。

我们发现，部分建设较早的沼气工程，如怀柔区的北宅村、平谷区的北太平庄和胡庄村以及顺义区的小店村等沼气工程因村庄规划或养殖场停产而停止使用或被拆除；此外还有像密云的张天义猪场这样的由于经济原因导致养殖场无法正常运行以至于沼气工程建成后未能投料的沼气工程。

为了更好地对北京市沼气工程的运行现状进行研究，在对北京市沼气工程进行全面研究的基础上，也采取随机抽样的方法，对北京市昌平区、朝阳区、大兴区、房山区、海淀区、密云县、平谷区、顺义区、通州区和延庆县的沼气工程进行调查，总计30个样本点。

根据随机抽样调查的结果，并结合国家与行业内的相关标准，我们可以得到以下结论。

（1）北京市沼气工程中大部分为大中型沼气工程，根据农业部行业标准对沼气工程的规模分类，日产沼气量大于或等于300立方米的为大型沼气工程，而日产沼气量大于或等于50立方米同时小于300立方米的为中型沼气工程，日产沼气量大于或等于20立方米，同时小于50立方米的为小型沼气工［10］。根据以上样本，我们可以得出，北京市大中型沼气工程中，大型沼气工程和中型沼气工程数量的比值大约为3∶2。

（2）沼气工程的原料主要为猪粪、牛粪、鸡粪。使用以上三种原料的沼气工程在数量上的比值为20∶8∶6，在大中型沼气工程使用的主要原料中，猪粪所占比例最大，是大中型沼气工程的主要原料。

表1 北京市部分大中型沼气工程相关信息

（3）在抽样的沼气工程中，有15座采用升流式固体反应器（USR），该比例低于近几年北京市兴建的大中型沼气工程有70%～80%使用USR的比例，原因为抽取的样本中，2005年以前的沼气工程数量较多。

（4）在冬季加热方式方面，并不是所有的沼气工程都会在冬季进行加热，部分沼气工程冬季会停止运行。在冬季正常运行的沼气工程中，大部分采用燃煤或燃气锅炉，少量采用太阳能温室增温技术。

（5）发酵工艺多为中温发酵，只有留民营等少数沼气工程采用高温发酵。

2 北京市大中型沼气工程存在的问题

近些年，北京市实施“三起来”工程建设项目，促进农村资源循环利用，改善农民生活条件，取得了明显的生态效益、社会效益和经济效益［11］。随着北京市“三起来”工程建立了80多个由“村委会”进行管理的沼气工程。这类沼气工程的投资由财政支付，管理则是由村委会作为主体，同时村委会受区县能源办的领导和监督。村委会总体负责沼气工程的管理工作，具体负责合同管理、人事管理和财务管理，主要包括沼气工程和养殖场的原料购买协议、原料购买支出、村内用户的沼气收费、沼气工程人员编制、人员的工资发放和培训等。这种以村委会为主体的管理模式也存在着以下几个方面的问题。

2.1 资金短缺影响北京市大中型沼气工程的发展

大中型沼气工程一次性投资较高，完全自筹资金建设沼气工程，对大多数禽畜养殖企业来说有一定的困难［12］。沼气工程的建设投资主要依靠政府财政补贴的方式进行。据相关调查显示，北京市大中型沼气工程中，有近70%的沼气工程的投资为市政府独资，由市政府和村集体或者是由市政府和企业共同投资的沼气工程的数量约占25%，而由企业独立投资的沼气工程数量仅占3%左右。这就导致了一旦政府资金短期不到位或者养殖场出现效益问题，沼气工程就会面临停产甚至被拆除的可能，村委会或养殖企业的自主性和积极性不高，制约了沼气工程的发展，影响了沼气工程的管理。

2.2 经营主体对沼气工程的认识不够全面

村委会或养殖企业对沼气工程在农村社会经济发展中的独特地位和作用认识不够全面，在将沼气工程与当地生态农业、环境保护、精神文明建设等进行有机结合方面的认识还需要进一步加强。对沼气工程的后续管理工作还不够重视，只是片面地认为沼气工程仅仅是解决农民生活用能和解决农村环境问题，缺乏专业化的沼气工程后续服务管理机制。沼气工程建成之后维护和服务监督相对滞后，综合利用程度不高，效益未能充分发挥，直接经济效益不明显。

2.3 沼渣、沼液利用率不高

沼气工程会产生大量的沼肥，沼肥是发展无公害食品、绿色食品和有机食品的优质有机肥［13］。沼肥对改善土壤理化性质、防止农作物病虫害等方面有重要作用［14］。沼肥中除了含有丰富的氮、磷、钾等元素外，还有一定数量的微量元素和生物活性物质，对果树的生长发育具有重要的调控作用［15］。此外，沼肥具有维持水体的pH值、缩短生长周期、减少塘鱼发病率以及降低喂养成本等方面的优势，在水产养殖业中作用显著［16］。而北京市大中型沼气工程中，有近一半的沼气工程未进行沼渣、沼液的分离工作，安装固液分离机的工程数目不到沼气工程数目的10%，大部分采用自然沉淀沼渣的方式进行分离。与此同时，大多数沼气工程的储液塘容积较小，调查显示，储液塘容积小于500立方米的沼气工程数量占沼气工程总数量的60%左右，而储液塘容积大于1000立方米的沼气工程的数量还不足沼气工程总数量的20%。在正常运行的沼气工程中，只有约30%的沼气工程出售沼液，有约10%的沼气工程将沼液用于农场或林场生态园的浇灌，而大部分的沼气工程则是将其沼液废弃在储液塘，排放到沟渠中晒成干粪。该做法易造成二次污染。

2.4 沼气工程运行效率不高，实际运行情况与理论设计存在较大差距

北京市大中型沼气工程经济效益较低，很多沼气工程存在着严重的亏损现象。沼气工程实际运行数据和理论运行数据有较大的差距，下表为北京市大兴区5座大中型沼气工程的实际运行数据和理论运行数据之间的比较。

表2 北京市大兴区5座大中型沼气工程实际运行数据与理论运行数据对比

从表中我们可以看出，北京市大兴区的这五座沼气工程的实际运行数据与理论设计数据上存在着较大的差距，实际运行收入一般远低于理论设计的收入水平，而实际运行费用则一般高于理论设计的运行费用，只有佟营一座沼气工程的实际运行费用稍低于理论运行费用。这体现出沼气工程在运行过程中存在着明显的效率不高的问题。

2.5 沼气工程工艺设计不完善，影响沼气工程的运行效率

部分工程工艺设计不完善。目前沼气工程在技术方面已经比较成熟，但部分工程在工艺设计方面仍不完善。例如，在冬季加热方面，有的工程采用太阳能加热，效果并不理想，发酵罐增温效果较差，冬天沼气工程的运行效率在一定程度上受到外部温度的影响较大。有的沼气工程在冬季运行的过程中会出现发酵原料、管道以及设备冻结的情况［17］。此外，部分沼气工程没有配备通信设施，日常的运转与维修在交流上存在一定的障碍。

3 对北京市大中型沼气工程的建议

沼气工程的良好运转会带来一定的环境效益和经济效益，一部分沼气工程也是作为公益事业在进行投资建设的，国家政府部门在沼气工程的发展进程中仍起主导作用。北京市的大中型沼气工程发展迅速并已初具规模，在为农户供气，服务于农村的同时，减少了温室气体的排放，沼气发电减少了煤等能源物质的消耗，对禽畜粪便的回收利用使农村的环境变得更加整洁，具有较高的经济效益、社会效益以及环境效益。针对北京市大中型沼气工程存在的问题并借鉴其他沼气工程的成功经验，为北京市大中型沼气工程发展提出以下几点建议：

3.1 建立完善的融资机制

大中型沼气工程一次性投资较高，其投资额一般会超出养殖企业能够承受的能力，完全自筹资金对于大多数养殖企业来说有很大的难度。北京市已建成的大中型沼气工程中，有较大比例是由政府相关部门出资或给与部分补贴投资建成的。并且由于目前很多沼气工程的实际运行收益与理论设计收益存在较大的差距，同时实际运行成本一般也会高于理论设计成本，导致很多沼气工程在实际运行过程中处于亏损状态。而沼气工程建成以后，其日常的运行和维护费用一般由村委会承担，导致部分沼气工程因为资金不足而无法正常运行甚至停产。因此，北京市大中型沼气工程需要建立多种投资机制和渠道，通过企业自筹、国家补贴、银行贷款相结合的方式进行融资，为沼气工程的正常运行提供良好的资金保障。

3.2 加快对沼气的产业化引导，完善沼渣、沼液商品化产业链，加大对沼气发电的支持力度

沼气工程会产生沼气、沼渣和沼液等多种有经济价值的产品。沼气不仅可以为农户日常的烧水做饭提供能源，多出来的沼气也可以用作沼气站加热保温的原料，如果还有剩余，则可用于沼气发电。沼气发电工程可以提供清洁能源，解决环境问题［18］。作为一种较为清洁的能源，沼气发电具有降低污染物处理成本、节约能源、保护环境等效益，因此政府要加大对沼气发电的支持力度［19］。而沼渣、沼液作为沼肥的重要组成部分，也有较大的经济效益。沼气工程需要从沼渣、沼液的分离工作做起，鼓励安装固、液分离机，扩大储液塘容积，生产优质的沼渣、沼液，并以产品的形式予以出售，获得经济效益。鼓励以沼气为燃料的交通运输业的发展，利用浓缩净化技术使沼气变成热值较高的生物质甲烷，作为天然气的直接替代品，用于以天然气为燃料的交通工具中，改变天然沼气的热值和转化率不高的现状，促进沼气产业的发展［20］。

3.3 完善沼气工程技术设计，加强设备的冬季维护

作为沼气工程后续管理运行的基础，沼气工程的技术设计直接影响沼气工程运行的效率。引进国外的沼气工程先进技术，重点解决沼气产气率低、管道和过滤设备阻塞、发酵液悬浮物固体较高等问题［21］。沼气工程在前期设计中，应该充分考虑沼气工程的各个技术工艺的特点，并结合原料、温度、资金、操作、难易、发酵周期等条件，选择合理的沼气运行工艺，选择既高效又经济的技术设备，减少维修费用，降低运行成本。在设备的冬季维护方面，为防止由于北京地区冬季温度较低而引起的原料被冻以及管道阻塞等情况的发生，要选择进料口较大并且不容易堵塞的进料装置，并时常对原料和设备进行加热，保证沼气工程在冬季的正常运行。

3.4 加大政策支持力度

政策激励对沼气工程发展起到了重要的作用［22］。政府部门不仅要做沼气工程的建设者，更要成为沼气工程的倡导者，加强对沼气这种绿色能源的宣传，鼓励使用沼肥等绿色有机肥料，建立完善的有机肥料市场，并且在一定范围内进行补贴。强化沼气工程经营者的生态保护意识，逐步促进沼气工程由“能源-环保型”向“生态-环保型”转换，鼓励沼气工程选择“热电肥联产、零排放”的技术模式［23］。在税收方面给予优惠的政策，减少沼气工程的经济负担。对于运行效率不佳的沼气工程，在资金方面进行持续的支持，保证其正常运行。

3.5 拓宽沼气工程发酵原料的使用范围

目前，沼气工程的原料相对还比较单一，主要以禽畜的粪便为主，且有很多沼气工程用于发酵的原料需要通过购买获得，成为沼气工程日常运行中一笔巨大的开支。为了节约沼气工程的发酵原料，降低原料采购成本，沼气工程应该拓宽原料使用范围，将生活垃圾作为沼气工程的原料进行发酵，可以维持沼气工程的日常运行，起到降低沼气工程运行成本，保护环境等效果，产生巨大的社会效益。

4 结语

北京市大中型沼气工程发展迅速，其中不乏留民营沼气工程、德清源沼气工程等亮点工程。但整体来说，北京市大中型沼气工程的建设与运行中还存在一些问题，运行效率并不高，实际运行情况与理论设计还存在较大的差距。这并不意味着北京市沼气工程发展的前景黯淡，相信在政府、沼气运营企业以及社会等多方面力量的共同努力下，北京市大中型沼气工程会得到进一步的发展。

［1］田芯，丁春玲.北京4处大中型沼气工程的经济效益分析［J］.经营管理者，2010，17:68-69.

［2］赵玲，刘庆玉，牛卫生，胡艳清.沼气工程发展现状与问题探讨［J］.农机化研究，2011，4:242-245.

［3］张培栋，李新荣，杨艳丽，郑永红，王利生.中国大中型沼气工程温室气体减排效益分析［J］.农业工程学报，2008，9:239-243.

［4］罗春红.沼气、沼肥的综合利用［J］.农业装备技术，2005，5:31.

［5］王宇欣，苏星，唐艳芬，邹永杰.京郊农村大中型沼气工程发展现状分析与对策研究［J］.农业工程学报，2008，10:291-295.

［6］唐雪梦，陈理，董仁杰，庞昌乐.北京市大中型沼气工程调研分析与建议［J］.农机化研究，2012，3:206-211.

［7］郑凯，刘卫国.北京大中型沼气工程运行效率研究［J］.北京石油化工学院学报，2013，1:63-66.

［8］周孟津.北京市农村大中型沼气工程发展和问题［J］.农业工程技术（新能源产业），2009，6:28-19.

［9］李凤桐.北京地区沼气工程利用现状及分析［J］.阳光能源，2009，4:50-51.

［10］NY/T667-2011，沼气工程规模分类［S］.中华人民共和国农业部，2011.

［11］北京市新农村建设领导小组综合办公室.北京市新农村“三起来”工程建设规划（2009-2012）［J］.中国农村科技，2009，8:29-31.

［12］王晓霞，王韩民，徐德徽.大中型沼气工程商业化融资的前景及对策［J］.管理世界，2004，7:78-85.

［13］翟广华.农村建沼气池一举七得［J］.科学种养，2009，4:51.

［14］陈笑，史剑茹，孟蝶，赵言文.沼气与沼肥在农业和环境方面的运用与成效［J］.中国沼气，2011，1:44-47.

［15］李建军，袁向前，马丽，李娜，谢群海.沼肥在果树生产中的综合应用［J］.河南林业科技，2009，1:61-62.

［16］马有仁，李勇亮.沼肥综合利用技术［J］.科技成果纵横，2008，2:75.

［17］何荣玉.北京大中型沼气工程冬季运行存在的问题及对策［J］.可再生能源，2011，4:150-152.

［18］黄英超，李文哲，张波.生物质能发电技术现状与展望［J］.东北农业大学学报，2007，2:270-274.

［19］岳胜兵，张衍林，梁浩，雒华杰.沼气发电技术的研究与应用［J］.现代农业科学，2008，1:47-48.

［20］李玉红，马小明.沼气应用技术新方向［J］.中国沼气，2006，4:36-37.

［21］李宝玉，毕于运，高春雨，聂华.我国农业大中型沼气工程发展现状、存在问题与对策措施［J］.中国农业资源与区划，2010，2:57-61.

［22］邓良伟，陈子爱，龚建军.中德沼气工程比较［J］.可再生能源，2008，1:110-114.

［23］韩芳，林聪.畜禽养殖场沼气工程技术模式能值评价［J］.中国沼气，2014，1:56，70-74.

①刘毅（1991- ），男，山东威海人，汉族，北京化工大学，在读硕士研究生，工商管理，北京市大兴区北京石油化工学院康庄校区。②李欣（1961- ），女，山东青岛人，汉族，北京石油化工学院，博士，教授，北京市大兴区北京石油化工学院康庄校区。