秸秆沼气产业化综合利用模式的探讨

　　摘要：从2015年开始， 我国沼气工程建设开始由小型化向大型化转型。如何建立一个具有良好环境效益和经济效益的， 并且可以复制和推广的沼气生产经营模式是当前沼气工程发展面临的重要课题之一。在河北耿忠生物质能源开发有限公司多年生产、运营的基础上， 总结提出了秸秆沼气产业化综合利用的“青县模式”.文中对“青县模式”的发展背景、技术特点、产业基础与现状、运营模式等方面进行了分析和介绍；同时， 对目前“青县模式”推广时面临的问题进行了分析并提出一些建议， 以期为政策制定者和同行提供一些借鉴。

　　

　　关键词：沼气； 农作物秸秆； 运行模式； 有机肥； 青县模式。

　　

　　一、前言。

　　

　　生物天然气是指以畜禽粪便、农作物秸秆、城镇生活垃圾等为原料， 经厌氧发酵和净化提纯后与常规天然气成分、热值等基本一致的绿色低碳、清洁环保的可再生燃气[1].生物天然气是缓解天然气供需矛盾的重要补充[1].2016年7月， 国家能源局发布《关于促进生物天然气产业化发展指导意见 （征求意见稿） 》， 指出到2020、2025和2030年， 生物天然气年生产量和消费量目标分别为100、200和400亿m.截止2014年底， 我国大中型沼气工程16 450处， 生物天然气产量8.74亿m.实际产能与规划产能差距显着， 生物天然气产业正处于起步阶段。

　　

　　我国最初建立的沼气工程以农村户用为主。据统计， 从2003年到2012年， 累积投入资金达918亿元。然而， 随着区散养牲畜的日益减少以及大量青壮年常年外出打工等原因， 农村沼气池缺乏原料和人力， 其利用率越来越低。针对这一问题， 国家开始推动小型沼气工程的转型升级。2015年和2016年， 国家分别发布《农村沼气工程转型升级工作方案》和《关于申报2017年规模化大型沼气工程中央预算内投资计划的通知》， 持续推动大型沼气工程建设。

　　

　　在国家大力支持大型沼气工程建设的背景下， 沼气工程建设进入快速发展期。但是， 目前沼气工程建设及运营中仍存在很多问题。如何建立一个具有良好生态环境和经济效益的， 可以复制和推广的沼气生产经营模式也是当前沼气工程发展面临的重要课题之一[2-5].在河北耿忠生物质能源开发有限公司 （以下简称“耿忠公司”） 多年生产、实践的基础上， 笔者总结提出了秸秆沼气产业化综合利用的“青县模式”.文章对“青县模式”的发展背景、技术特点、产业基础与现状、运营模式等方面进行了介绍；同时， 对“青县模式”推广时面临的问题进行了分析并提出一些建议， 以期为政策制定者和同行提供一些借鉴。

　

　　二、秸秆沼气产业化综合利用“青县模式”介绍。　
　

　　2.1背景介绍。

　　

　　我国是农业大国， 每年可收集的农作物秸秆资源量为6.87亿吨， 未利用资源量为2.15亿吨[6].“青县模式”以秸秆为原料进行沼气生产， 对沼液沼渣进行有机肥开发利用以减少化肥、农药使用量， 与农业部“一控两减三基本”的发展战略相吻合。

　　

　　2.1.1环境、生态效益突出。

　　

　　粉碎还田是目前秸秆处理的主要方式， 这对于保持土壤有机质含量和微生物多样性、改善土壤性质具有重要意义， 但是连年进行秸秆还田会为秸秆上的病菌、虫卵创造繁殖场所， 并且不利于土壤保水保墒以及下茬作物正常生长[7-11].利用厌氧消化技术将秸秆转化为沼气， 将厌氧残渣精制成各种有机肥反哺农业， 不仅可以解决以上问题， 还可以达到“清洁能源生产、废物治理、生态农业”三位一体的目标， 具有良好的环保和生态意义 （图1） .

　　

 

　　2.1.2原料供应充足、适合新建工程。

　　

　　原料供应是大型沼气工程面临的首要问题。实践中发现， 以玉米秸秆为唯一原料时也可以满足大型沼气工程的原料需求。以千方级沼气工程为例， 需要年消耗新鲜玉米秸秆2 737.5吨， 需要1 825亩土地供应， 原料运输半径较小， 经济性较好。通常情况下， 大型养殖厂已建有沼气工程， 因此， “青县模式”更加适合新建沼气工程。

　　

　　2.2技术特点。

　　

　　2.2.1特色鲜明的沼气发酵技术。

　　

　　1） 纯秸秆发酵技术。

　　

　　纯秸秆 （或纤维质原料） 作为沼气发酵的唯一原料时， 其产气速率往往较慢， 碳氮比不平衡以及秸秆自身的抗生物降解特性是造成这一现象的主要原因。研究发现， 通过改善碳氮比以及对秸秆进行预处理均可以显着提升秸秆的产气性能[12,13].在连续生产条件下， 秸秆固形物的降解率在50%左右， 而氨氮的降解率通常在20%左右。这样厌氧残渣 （沼液） 的碳氮比会接近或低于厌氧消化底物的最佳碳氮比 （25-30:1） , 在采用沼 （渣） 液全回用 （回流） 的基础上， 可以使得发酵罐内的碳氮比较为平衡， 进而可以实现纯秸秆沼气发酵。多年的生产经验说明， 以纯秸秆为唯一原料进行沼气发酵也是可行的。

　　

　　2） 高浓度发酵及沼液全回流技术。

　　

　　产气性能和沼液消纳是大型沼气工程面临的重要课题。高浓度沼气发酵技术是提升沼气工程产气性能最直接的方法。经过多年探索， 利用特有的技术可以实现罐内固形物浓度15%~25%.2007年9月， 在进行为期33d的现场测试后 （400 m发酵罐） , 由颜丽、李景明等业内知名专家进行了技术评审。颜丽组长作出了：“工程的运行数据详实可靠， 经现场测试， 池容产气率达到1.1 m/ （m·d） ”、“该工程技术达到实际运行水平， 可以推广使用。”的评审意见。

　　

　　“青县模式”中， 秸秆含水率较低， 加之厌氧残渣夹带以及制备有机肥时会利用一部分沼液， 使得沼气工程几乎没有沼液净生成。此外， 由于秸秆中蛋白质及无机盐含量较低， 使得沼液可以全部回用， 消除了沼液污染隐患， 工艺具有良好的环保性。

　　

　　2.2.2成熟的有机肥生产技术。

　　

　　耿忠公司累积投入200余万元进行有机肥系列产品的开发  , 主要拥有蔬菜、果树和大田作物使用的育苗基质、叶面肥、水溶肥和颗粒肥等产品， 并于2016年10月获得农业部颁发的肥料正式登记证 （农肥 （2016） 准字5623号） .成熟的有机肥生产技术和丰富的有机肥施用经验， 是秸秆综合利用“青县模式”的重要组成部分。

　　

　　2.2.3设计灵活、适应范围广。

　　

　　耿忠公司可以设计、建设单罐体积100、500、1 000、3 000以及5 000 m的沼气工程， 沼气产能从日产千方级到万方级  .在采用保温措施以及太阳能辅助加热的情况下， 也可以在东北地区进行建厂运营  .

　　

　　A-河北省沧州市青县耿官屯村， 总体积2650 m3, 650 m3×1座， 1000 m3×2座；B-河北省邯郸市魏县， 3000 m3×2座；C-吉林省大安市联合乡联合村， 1000 m3×1座2.3技术基础与产业现状。

　　

　　2.3.1技术基础。

　　

　　1） 耿忠公司取得15项秸秆沼气相关的国家专利。其中发明专利1项， 实用新型专利14项。

　　

　　2） 获得了一批科技成果和奖项。经河北省科技厅组织专家鉴定， “秸秆中温高浓度发酵制取沼气工艺技术及相关设备开发研究”属国内首创， 填补国内空白， 达到国内领先水平 （2012年） ;“农业废弃物沼气资源化高效利用关键技术开发与集成示范”获得省科技进步二等奖 （2012年） ;“基于秸秆沼液含腐植酸水溶肥料的研制”达国际同类研究先进水平 （2014年） 等。

　　

　　3） 取得多项企业资质。“耿忠公司”具备环保工程专业承包一级， 农林行业 （农业综合开发生态工程） 设计乙级资质， 具备完备的沼气工程的设计、施工、运行等能力。

　　

　　4） 与清华大学、农业部规划设计研究院、中国农业大学、中国农业科学院等国内多家科研院所建立合作关系， 为企业的进一步发展奠定了良好基础。

　　

　　2.3.2产业现状。

　　

　　1） “青县模式”在全国已推广建设应用15处 （图3） , 建设规模从1 000 m到6 000 m不等。

　　

　　2） 公司研发的有机肥已经在河北沧州地区、山东沾化冬枣基地、山东寿光蔬菜基地、河北昌黎葡萄基地、满城草莓基地等推广应用， 均取得良好效果。

　　

　　3） 积极谋划争取规模化生物天然气工程试点项目。组建河北智龙生物质科技有限公司， 计划在青县金牛镇阎庄子村西建设规模化生物天然气工程， 总投资6 922.88万元， 发酵罐总容积21 000 m, 可提纯净化生物天然气459.9×10m/年。

　　

　　三、“青县模式”推广面临的困难与瓶颈。

　　

　　3.1建设资金严重短缺。

　　

　　建设资金短缺是所有发展中国家在发展可再生能源时面临的共性问题， 具体包括融资渠道不足、企业投资不足、政府政策不完善等[3,17].除规模化生物天然气工程外， 秸秆沼气工程属中小型投资， 投资额度通常在几百至几千万元。有实力的大型企业看不上， 不愿投资， 而沼气的使用主体--农村又缺乏资金， 这是“青县模式”推广面临的一大问题。

　　

　　3.2工程用地审批困难。

　　

　　目前， 建设沼气站用地都是按建设用地审批， 若没有建设用地土地证书， 则其它后续手续均不能办理。由于指标有限， 需要与工业园区或大型工业项目争夺指标， 加之农村土地问题敏感， 使土地审批成为“青县模式”推广的又一重大制约。

　　

　　3.3价格政策有失公允。

　　

　　秸秆沼气提纯制备的生物天然气成本为2.7~3元/m, 而目前石油天然气享受国家补贴 （大约1元/m） , 民用售价在2.75~4元/m, 生物天然气在价格上无法与石油天然气抗衡， 市场竞争有失公允。

　　

　　3.4管理体制存在梗阻。

　　

　　目前全国秸秆沼气刚刚起步， 尚未建立规范化管理体制， 农村沼气站多采用“村委会为枢纽， 承建公司、服务公司和农民等各方协调与配合”的联户运营模式。由于村委班子多变及村民矛盾多发， 联户沼气日常运行常会出现梗阻。

　　

　　四、秸秆沼气产业化综合利用发展战略与建议。

　　

　　4.1制定全省 （市、县） 发展规划。

　　

　　建立市县镇三级协调机构， 根据作物种植布局、村庄分布特点和秸秆运输半径， 制定全市协同、县为单元的秸秆沼气产业化综合利用建设规划， 积极协调秸秆供应、沼气利用和有机肥使用等各个方面。

　　

　　4.2启动战略投资行动。

　　

　　建议省 （市、县） 级政府引进或启动战略投资者， 实行统一规划、统一设计、统一建设、统一模式、分别运营的“四统一分”管理， 在全省 （市、县） 建设秸秆产业化综合利用体系。也可运用PPP模式， 吸收社会资本参与实施。

　　

　　4.3实行终端产品补贴。

　　

　　借鉴国际做法， 结合落实农业部政策， 对秸秆沼气实行终端产品补贴 （沼气和有机肥） .这既可以提升秸秆沼气工程的经济效益， 也可以促进有机肥的推广， 从而获得良好的生态效益。

　　

　　4.4调整项目用地政策。

　　

　　建议执行国土资发 （2014） 127号《关于进一步支持设施农业健康发展的通知》， 将秸秆沼气工程和配套肥厂占地按设施农业附属设施用地对待， 或将农村土地置换的新增土地指标优先用于秸秆沼气及配套工程， 或由国土部门出台针对沼气工程用地的相关配套政策以加快项目建设与推广。

　　

　　4.5制定税收优惠政策。

　　

　　大型沼气工程建设尽管进入了一个快速发展阶段， 但其自身的盈利性仍然较弱。在现阶段， 应该对投资生物质能产业的企业在税收上给予优惠， 以调动企业的积极性[17,18].在制定政策时， 可以结合我国国情与国外成熟的理念和体系， 建立符合我国国情的税收政策。

　　

　　五、结束语。

　　

　　秸秆沼气产业化综合利用的“青县模式”是一项惠及能源、环保、农业的多赢工程， 符合国家可持续发展战略。尽管“青县模式”在推广过程碰到了各种各样的问题， 但在当地政府、政策制定者、战略投资方、沼气工程运营方和使用者等多方共同努力下这些问题均可以得到很好的解决， 并具有良好的推广前景。

　　

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