户用沼气循环模式省域推进的经济可行性
——以辽宁生猪养殖为例

薛豫南， 栾维新， 王 辉

(大连海事大学 航运经济与管理学院， 辽宁 大连 116026)

自十八大首次将生态文明建设提升为国家战略，十九大又强调加快生态文明体制改革，建设美丽中国，宪法修正案中也加入了生态文明，国家高度重视生态环境问题，农业环境污染问题是急需解决的重要问题之一，而畜禽养殖是农业面源污染的主要来源[1]。由于畜禽养殖的环境污染具有明显的负外部性特征，养殖户个体往往选择以环境效益和社会整体福利损失为代价换取经济利益，畜禽养殖污染治理面临困境，循环经济为积极有效控制生猪粪便污染问题提供了理论依据，实现经济效益的同时有效缓解污染[2]。目前我国实施乡村振兴战略，政府对推进畜禽废弃物资源化利用高度重视，提出以沼气和生物天然气为主要处理方向，构建种养结合、农牧循环的可持续发展新格局。但从2015 年开始，国家财政资金向大型沼气工程倾斜，农村户用沼气建设主要由省级财政支持，省级政府对农业循环模式的态度与支持力度成为农村户用沼气能否成功推广的关键因素[3]。户用沼气循环模式在生态社会效益上具有无可争辩的优势，其经济性就成为省级政府推进该模式的关键。因此，以户用沼气循环模式为评价对象，探讨省级政府推进户用沼气循环模式的经济可行性，可为畜禽养殖污染治理以及提高农村生产方式提高有意参考。

国外关于畜禽废弃物处理方式的研究较早，多数研究表明在可供选择的污染控制技术中，沼气处理是一种经济更有效益的方法[4～5]，以沼气为核心的循环经济模式是畜禽废弃物资源化的重要方式。近几年关于循环经济的研究才展开新的研究热潮[6～7]，主要集中在模式施行的价值成效[8～9]，而缺少模式施行前的可行性分析。国内关于循环模式经济效益的研究主要是微观上结合试验点具体养殖情况实地监测，采集数据定量展开分析[10～11]，或者是试验点年均经济效益数值的测算等，极少数分析其静态投资回收期[12]。但是，各级政府制定循环经济模式的政策过程中，可能遇到的诸如某类循环经济模式的投资回收期有多长？项目的经济可行性及吸引力如何？确定什么样的补贴政策更有利于推进畜禽养殖循环经济模式等现实问题，已有的研究还不能提供有力的理论支撑。本文以辽宁省生猪散养户为研究对象，立足微观分析数据选择分析参数，运用成本效益分析法研究循环经济模式在全省推进后的经济效益，并结合投资回收期模型研究模式构建的静态和动态投资回收期，评价以农村户用沼气为纽带“四位一体”循环模式施行的经济性，为省域沼气循环模式推进提供经济可行及政策吸引的理论依据。

1 辽宁省生猪养殖发展循环经济的条件及障碍

1.1 生猪养殖是主要污染源

1978～2015年，辽宁省畜牧业总产值快速增加，年均增长率为15.7%，高于农业总产值13.1%的年均增长率，也高于辽宁省13.9%的GDP平均增长水平。其中，生猪是主要的畜禽养殖品种，30多年来，生猪出栏、年末存栏及产量(本年年末存栏+本年出栏-上年年末存栏)一直保持整体上升趋势，到2015年生猪产量达到2574.4万头，猪肉产量227.1万吨，占肉类总产量的52.9%。生猪养殖总量快速增加，产生了大量的污染物，2015年辽宁省生猪粪便产生量3758.6万吨，利用排污系数法计算，生猪粪便产生化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)污染物排放量分别达到560736.5 t，89891.2 t，8611.4 t。快速增长的生猪养殖量及大量的污染物为循环经济模式的施行提供了物质保障。

1.2 生猪散养户仍占有一定比例

从生猪养殖总量看，辽宁省生猪养殖具有一定的地域特点，仅沈阳、锦州、铁岭及朝阳4市占到辽宁省生猪养殖的一半以上，其中锦州养殖量最大；而抚顺、本溪、辽阳、盘锦及营口5市仅占10%。从生猪养殖规模化程度看，相比2002年，2015年辽宁省生猪散养户数量缩减一半以上，从203万户减少到82万户，虽然13年间辽宁生猪养殖专业化、规模化程度得到很大提升，但散养户仍占有1/5的比重，且由于其统一管理难度较大，没有政策文件约束，散养户生猪养殖产生的面源污染问题亟需有效的缓解方式。

1.3 辽宁省沼气循环经济模式推行的政策支持

“十三五”期间，国家发展改革委、原农业部和财政部提出投资33.3亿元户用沼气建设，并鼓励地方政府利用中央财政农机购置补贴资金，对畜禽养殖废弃物资源化利用装备实行敞开补贴，必将为户用沼气循环模式这一畜禽资源化利用方式提供发展平台。而近年来辽宁省政府对环境问题的关注日益密切，环保要求不断提升，2015年辽宁出台的标准化生猪养殖加入了“生态要素”，扶持力度方面也把生态环境作为重要的考核指标，把生猪养殖污染的控制作为响应国家政策要求，缓解面源污染的重要方向。同时，辽宁省作为国家环保总局批准的第一个循环经济试点省，其在循环经济推行发展方面具备一定的优势，为生猪养殖循环经济模式的发展提供了借鉴。

1.4 生猪养殖循环经济模式发展主要障碍

循环经济提高养殖户经济效益，同时为缓解生猪养殖污染提供了有效途径。但调研发现，循环模式在施行中仍存在一些障碍。其一，养殖户的环保意识低，环境污染外部化严重。经济问题是制约农户沼气建设的主要问题之一[13]，养殖户从短期经济效益出发，看能否即时增加收入来决定自己的行动，循环经济模式运行初期需要资金大量投入，严重影响追求眼前利益的养殖户积极性及生猪市场的发展。其二，养殖户融资渠道较少，且其风险承受能力相对较低，循环经济初期投资大，未来需要几年才能收回投资，养殖户缺少模式构建的主动性。

2 生猪养殖的循环模式及参数甄选

2.1 循环经济模式作用原理

北方气候寒冷，相比南方，温度对沼气池的影响具有制约作用[14]，因此，辽宁省生猪养殖循环经济模式基于农户，猪舍和沼气池 “三位一体”模式，根据北方气候较为寒冷的特点，拓展形成了包括日光温室在内的“四位一体”模式，即“农户—猪舍—沼气池—日光温室”(见图1)，循环产业链进一步延长，与 “三位一体”模式相比，“四位一体”模式由于日光温室的增温效果，沼气池可全年运行，是辽宁省循环经济农业试点的典型模式。

图1 “四位一体”模式

“四位一体”模式以农户和生猪作为生物源，污染物主要是农户及生猪所产生的粪尿废弃物，废弃物处理则主要是以沼气技术为处理方式的沼气池及通过土壤传递养分给植物的日光温室，新资源产品包括直接具有经济价值的沼气，日光温室蔬菜产品，及需要通过日光温室进行进一步资源化处理的沼渣沼液。对“四位一体”模式进行分析，其内部构成可分解为小循环链：1)猪舍(农户)-粪尿-沼气池-沼气-农户；2)猪舍(农户)-粪尿-沼气池-沼渣沼液-日光温室-蔬菜-农户。粪便废弃物作为新资源通过循环链进入物质循环流动过程，伴随着能量流动，产生价值流动。

2.2 循环经济效益估算技术参数甄选

本文借鉴李金才[10]、段跃[11]等人对辽宁省及内蒙古等具有参考性区域“四位一体”模式研究的相关参数，通过分析确定本文研究参数(见表1)。

表1 循环模式经济效益评估参数甄选

(1)模式构建的主要成本是沼气池，日光温室

及其配套设施的成本，主要在建设初期产生。沼气池按使用年限10年计算，年均成本约为15元·m-3；日光温室使用年限按15年计算，其配套设施使用年限多为2年，年均日光温室及其配套设施为7.95元·m-2。

(2)沼气产生量的计算主要是基于粪便量及沼气池容积两种方式，由于本文研究中沼气池的总容积是一个估算数，因此，本文选择相对精确的生猪粪便量进行计算，每头猪每天粪便量为4 kg，每吨粪便产气量15.5 m3。

(3)沼气采用统一计价的方式。沼气的价值不应是传统能源煤炭薪柴的替代，而应选取天然气等常规能源的交易价值，因此，沼气的价格利用其热值与天然气进行折算，为1.81元·m-3。

(4)沼渣沼液主要用于做化肥农药，单个10 m3沼气池一年生产的沼肥作为化肥，沼液预防和防治病虫害可节支300元。

(5)日光温室温度适宜，一年至少能种两茬蔬菜，以种植黄瓜为例，假设每个养殖户构建模式配套的日光温室均为350 m2，每年种植收益为9600元；种子化肥农药等投入成本及占用土地传统作物种植的机会成本为2000元，则平均收益为21.7元·m-2。

(6)传统土地种植及生猪养殖对水电等也产生消耗，对劳动力也有需求，因此，循环模式对这部分成本不单独计算。

3 模式经济效益及其投资回收期

3.1 模式经济效益

3.1.1 模式的年均经济效益

模式的年均经济效益定义为当年模式施行的经济收益与模式构建的年均成本(总成本/运营年限)之差。假设辽宁省生猪养殖散养户全部脱离庭院养殖，实行“四位一体”模式，每户建立1个10 m3粪便储存沼气池。2015年辽宁省生猪散养户82万户，养殖生猪740万头，全部推行“四位一体”模式，产生沼气约1.67亿m3，可创造价值约3.03亿元；沼渣沼液替代化肥农药创造2.46亿元；日光温室环节延长了物质流动链条，增加了伴随着它流动产生的蔬菜价值约为62.28亿元。辽宁省散养户施行“四位一体”模式，通过循环链将生猪粪便作为资源处理再利用，缓解其产生的面源污染，且每年创造的经济效益较传统模式增加43.72亿元(见表2)。

表2 传统模式、“四位一体”模式年均经济效益对比 (亿元)

注:C表示生猪成本，R表示生猪收益，假设不同模式下单个生猪养殖成本收益不变

3.1.2 模式的累计经济效益

模式的累计效益定义为模式施行的累计收益与累计投资成本之差。由表3可知，与传统模式相比，“四位一体”模式初期投资较大，前四年累计效益均为负值，第五年净效益才大于0，表明其投资回收期约为5年。

表3 “四位一体”模式相比传统模式的累计效益 (亿元)

“四位一体”模式较传统养殖方式，理论上年均创造效益43.72亿元，同时有效缓解生猪养殖产生的1080.4万吨粪便污染，减少其产生的化学需氧量(COD)161182.3 t，总氮(TN)25839 t，总磷(TP)2475.3 t，为人们提供健康的生活环境，是实现经济效益与环境保护的有效方式，但其累计经济效益表明，模式的实际经济净效益与其运营年限相关。因此，不仅要通过成本收益法分析模式的年均经济效益，也要通过投资回收期，对其累计经济效益进行分析，综合分析项目的经济可行性。

3.2 投资回收期

由于模式现金流入流出值部分无法具体化，本文借鉴杨德强[15]采用计算两种投资形式每年的现金流入差值和现金流出差值累加的方法而得到一种投资回收期新的计算模型。

静态投资回收期：

(1)

动态投资回收期：

(2)

公式(1)和公式(2)中，CI1为“四位一体”模式投资的现金流入值，CI2为普通养殖作为参照对象的现金流入值；CO1为“四位一体”模式投资的现金流出值，CO2为普通养殖作为参照对象的现金流出值；T为静态投资回收期；i0为设定的折现率；T*为动态投资回收期。

“四位一体”模式每年收益较传统养殖方式高67.77亿元，而成本主要是初始沼气池和日光温室的投资约261.64亿元，后续每年有一些配套设施的成本约6.56亿元，根据公式(1)，T=261.64/(67.77-6.56)，静态投资回收期为4.27年。根据国家发改委公布的行业建设项目财务基准收益率，折现率i0为7.5%，根据公式(2)，利用Excel进行公式NPV计算，T*约为5年。因此，“四位一体”模式构建，需运营5年，可以收回投资，实现净收益大于0。一般情况下，当项目投资回收期小于 5 年时，其经济吸引力较大[16]，但实际调研发现，辽宁省养殖户构建“四位一体”模式的自发主动性并不大，政府进行补贴才推动其发展，且运营一段时间后大量处于废弃状态。

3.3 补贴

3.3.1 补贴的必要性

“四位一体”模式建设的投资回收期虽然少于5年，但这一项目的运营不具备市场机制下的吸引力，主要是由于项目建设主体—养殖户群体的特殊性。一是养殖户的风险承担能力普遍较低，对于长期运营规划的认识不足，更注重眼前的无风险效益。二是模式建设初期的投资额对于养殖户是一笔相对较大的资金，且养殖户的资金来源渠道较少，融资能力低。农户对提高沼气池补贴标准和后续服务扶持力度方面的政策期望较高[17]，且政府补贴与沼气建设正相关，补贴越多，越倾向于建设[18]，模式的构建及后续可持续性运行需要政府的补贴作为支持。

3.3.2 补贴方案设计

调研发现，辽宁省沼气池废弃较多，一是政府补贴在第一年已经一次性补贴结束；二是补贴都是沼气池建设，辽宁冬季寒冷，缺少日光温室的“三位一体”模式不适合辽宁的发展，而日光温室的建设也需要大量资金。为保证以沼气池为核心的循环模式的可持续运行，应建立政府引导的补贴制度。首先，为了辽宁寒冷地区推行适合当地发展的“四位一体”模式，政府应对沼气池和日光温室的建设均进行一定补贴。其次，为确保“四位一体”模式运行不少于5年，政府补贴应根据农户的使用情况，分期发放补贴(4年或5年)，第一年补贴比例可以适当偏大，不要以目前一次性将补贴资金发放到位的方式。

4 结论与讨论

(1)“四位一体”模式能创造可观的经济效益。辽宁省散养户施行“四位一体”模式较传统模式，通过新增沼气池，日光温室实现产业链的循环，对生猪养殖废弃物进行资源化处理，创造经济效益43.72亿元，同时处理了1080.4万t生猪粪便，缓解了其所产生的18.95万吨面源污染物压力，是控制生猪养殖污染的有效方式，应广泛推行。

(2)“四位一体”模式的投资回收期小于5年，具有较大建设吸引力。通过投资回收期模型对“四位一体”模式的经济效益进行评价，其静态投资回收期为4.27年，动态投资回收期约为5年。因此，“四位一体”模式的推行实际上运行5年，即可收回投资，实现净效益大于0，经济可行。

(3)政府补贴制度对养殖户有重要引导作用。“四位一体”模式是具有吸引力的项目，其更好的推行与政府补贴方式相关。政府补贴从时间上应结合投资回收期分期进行补贴，而不是目前一次性补贴的方式，分为建设初期和后续补贴，后期补贴同时可作为维护改善费用，避免养殖户后期维护不当，或过早放弃“四位一体”模式，致使模式不能收回投资，而造成资金浪费；从范围上，应包括沼气池和日光温室补贴。本文基于经济效益进行补贴，仅是从弥补初期的较大投资，在投资收回之前，对养殖户进行补贴，可以与基于循环模式外部性效益进行补贴的研究相互补充。

沼气池为纽带的“四位一体”循环模式在辽宁省推进具有经济可行性，养殖户应自发构建沼气能源为核心的循环经济模式，但实际上由于养殖户投资能力及环保意识欠缺，缺乏主动性，政府应通过引导加快模式的省域推进，促使模式的经济性转变为实际推进动力，促进畜禽废弃物资源化，响应国家乡村振兴战略及生态文明建设。一方面，政府补贴是模式推进的直接激励措施，应建立绿色生态为导向的补贴制度。另一方面，加大政策宣传引导，让养殖户了解沼气循环模式推进的经济性，增强经济吸引力；提升养殖户的环保意识，增强其推行主动性，后续应对沼气利用等畜禽废弃物资源化利用相关政策进行梳理，理清政策发力点。