广西户用沼气节能减排效果分析

摘要 广西农村沼气建设实现了跨越式发展。根据王革华等人农村能源建设的节能减排计算方法，对广西农村户用沼气建设所带来的节能减排量进行估算及效果分析。结果表明：2010年广西户用沼气的使用，可节省能源折合标煤198.14万t，农户减少能源支出43.29亿元；减排CO2、SO2、CH4温室气体分别为412.49万t、3.73万t和54.27万t，显示出良好的节能减排效益。

关键词 农村能源；沼气；节能；减排；效果分析；广西壮族自治区

中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）03-0292-02

农业和农村节能减排是国家节能减排的重要组成部分，农村户用沼气建设又是国家可再生能源的重点项目。近年来，广西农村沼气建设取得了显著成就，充分显示出沼气建设的能源效益、环境效益、生态效益和社会效益，在农村经济建设、农民脱贫致富、农业增效等方面发挥了重要作用。现以王革华等人农村能源建设的节能减排计算方法为依据，对广西农村户用沼气节能减排量进行估算，并对户用沼气节能减排的效果进行了分析。

1 户用沼气发展现状

广西各级政府十分重视农村能源建设，已连续10年将沼气建设列为为民办实事的主要内容，农村沼气建设实现了跨越式发展。至2010年底，全区累计建设户用沼气池371座，沼气池入户率达46%，入户率居全国第一。建立县级沼气服务站60个，村级沼气服务网点4 000多个[1]。广西省成为全国农村户用沼气发展最快、最好的省区之一。广西户用沼气的发展，在开展利用清洁能源的同时，对于CO2、CH4等温室气体减排及SO2等污染物治理方面也取得了良好效果。

2 户用沼气节能效果分析

2.1 节能量的估算

近年来，广西省加强对沼气建设和运行的监管力度，加强农村沼气服务体系建设，沼气正常使用率处于较高水平。据调查，广西户用沼气正常使用率超过85%。广西省温热资源丰富，8～12 m3的户用沼气池可产气360~500 m3/年。年均产气量取400 m3，2010年广西户用沼气年总产气量为：

Q总产气量=371×85%×400

=126 140（万m3）

沼气的低位热值为20 924 kJ/m3，标煤热值为29 306 kJ/kg。按沼气热利用率55%，标煤热利用率25%计，广西2010年沼气的使用可节约标煤：

G标煤=1 261 400 000×20 924×55%/（29 306×25%）

=1 981 361 288（kg）

因此，可节约标煤198.14万t左右。

民用煤的低位热值为20 934 kJ/kg，1 t标煤的热值相当于1.4 t民用煤的热值，则年可节约民用煤：

G民用煤=198.14×1.4

=277.40（万t）

秸秆热值（取玉米秸和稻秸热值的平均值）为14 000 kJ/kg，热利用率为13%，沼气的热利用率为55%。若沼气全部替代秸秆，参照上述估算方法，2010年广西农村户用沼气的使用可节省秸秆797.61万t。

薪柴热值（取马尾松和椴木热值的平均值）为16 665 kJ/kg，热利用率为20%，沼气的热利用率为55%。若沼气全部替代薪柴，参照以上估算方法，2010年广西农村户用沼气的使用可节省薪柴435.54万t。

2.2 户用沼气节能效果分析

能源短缺是我国经济社会发展的软肋，而广西省又是一个能源资源严重缺乏的省区，尤其是在广大农村，随着人口不断增长，人均资源占有量少的矛盾更加突出，商品能源供应紧张的矛盾更加尖锐，加上商品能源价格偏高，部分地区大多数农户仍以薪柴和秸秆为主要生活燃料，能源转换效率较低。过去大量的薪柴和秸秆被烧掉，资源浪费严重，农民主要靠过度樵采林木、山草、秸秆来解决生活燃料问题，导致森林植被资源过度消耗，生态环境恶化，严重影响了农业可持续发展。

广西省充分利用农村丰富的人畜粪便及其他可再生能源资源，大力开展农村户用沼气建设，有效开发和节约了能源，提高能源和资源的使用效率，提升农村用能品位和用能水平，节约了有限的薪柴和秸秆资源，提高农民的生活水平和生活质量，达到遏制植被破坏、保护生态环境的目的。

根据对2008年和2009年《广西年鉴》有关农村能源构成统计，在广西农村生活用能中，按标煤量折算，秸秆占19%，薪柴占25%，煤炭、液化石油气等商品能源占48%，沼气占8%。沼气的使用，一是减少了秸秆的消耗。节省的秸秆可用来还田，增加土壤肥力；可用作饲料，发展畜牧业；也可作为工业原料，增加收入。二是减少薪柴的消耗，可节省砍柴用工，有效保护林木资源，保护生态环境，提高森林覆盖率。三是减少商品能源的使用，可节省购买煤炭、液化气等资金及运输费用，减少了日常的经济开支。据调查，一个沼气使用正常的农户，年可节省液化石油气8～11罐，按每罐110元计，节省燃料支出900~1 200元。在以秸秆或薪柴为主要生活能源的农户，沼气可替代80%以上的生活用能，相当于节省秸秆2.53 t，或节省薪柴1.38 t，相当于保护林地面积0.2 hm2。

取农户年使用沼气400 m3，燃气灶沼气的热效率为55%，那么农户年消耗沼气得到的热量为：

Q沼气=400×20 924×55%

=4 603 280（kJ）

将沼气的全年收益按全年总热量分别需煤炭、液化石油气、薪柴加热所相应消耗能源的费用平均值计算，得到的沼气能源替代效益见表1。

由此可估算出，广西户用沼气正常运行，农户年可节省生活用能支出43.29亿元，有效保护林地面积63.07万hm2。

3 户用沼气减排效果分析

3.1 减排CO2量的估算

开发利用农村户用沼气在增加能源供应的同时，替代了传统能源，对温室气体减排也起到积极作用。使用户用沼气减排CO2的效果表现为沼气替代的煤炭或薪柴所排放的CO2与沼气燃烧排放的CO2之差。

根据王革华等人[2]的计算方法，燃烧煤炭CO2排放量的计算公式为：

CO2煤=（Cp－Cs）×CO×44/12（1）

式（1）中，CP为含碳量，Cs为产品固碳量，Co为碳氧化率，44/12为CO2分子量与C原子量之比。产品固碳量是指燃料作非能源用，碳分解进入产品而不排放碳或不立即排放碳的。在农村能源建设中，一般不考虑这部分能源。含碳量的计算为燃料的热值与碳排放系数之积。对于煤炭，热值为0.020 9 TJ/t，碳排放系数为24.26 t/TJ。碳氧化率取80%（按民用炉灶）。因此，燃煤的CO2排放量为：

CO2煤=0.020 9×24.26×80%×44/12×C民

=1.487C民（2）

式（2）中，CO2煤为燃烧煤炭的CO2排放量（t），C民为民用煤消耗量（t）。

沼气的热值取20 900 kJ/m3，碳排放系数为15.3 t/TJ。因此，沼气的CO2排放量为：

CO2沼气=B沼气×0.209 00×15.3×44/12

=11.725B沼气（3）

式（3）中CO2沼气为燃烧沼气的CO2排放量（t），B沼气为沼气消耗量（万m3）。

按照获得等量的有效能来计算，1 m3沼气可以替代煤炭2 kg。使用沼气减排CO2应为沼气替代的煤炭的排放量与沼气燃烧排放量之差。根据公式（2）、（3）得到：

CO2减排= CO2煤－CO2沼气

=18.015B沼气（4）

广西省2010年户用沼气年产气量为126 140万m3，根据公式（4）得到使用沼气减排CO2量为：

CO2总减排=18.015×126 140

=2 272 412.1（t）

即CO2总减排量约为227.24万t。

其实，沼气等生物质的利用并没有增加大气CO2。生物质在光合作用下，吸收CO2，转化成葡萄糖。虽然生物质燃烧、腐烂、被动物采食至动物死亡都会释放CO2。但根据能量守恒原理，总碳量是平衡的。

而石油、煤炭、天然气的利用会释放CO2，不可能被近几年或十几年生物质吸收，最终会增加大气CO2含量，导致温室效应。因此，在确定户用沼气CO2减排量时可不计算沼气燃烧释放的CO2，只单算沼气替代民用煤燃烧时产生的CO2量即可。即：

CO2减排=1.487×277.40

=412.49（万t）

3.2 减排SO2量的估算

2010年广西农村户用沼气产气量为126 140万m3，可替代民用燃煤277.40万t。农村使用的煤炭，含硫量平均为0.84%，SO2排放系数为16（每t煤SO2的kg数）。根据王革华等人[2]的SO2排放估算公式：

SO2减排=16×0.84×C民（5）

根据式（5）可估算出使用沼气替代民用煤减排SO2的量为：

SO2减排=16×0.84×2 774 000

=37 282 560（kg）

即减排SO2约为3.73万t。

3.3 减排CH4量的估算

CH4是地球大气中一种重要的温室气体，对温室效应的贡献率约为20%，仅次于CO2。畜禽粪便和有机污水的CH4排放是温室气体的一个重要来源。户用沼气将畜禽及人的粪污作为原料进行厌氧发酵，产生的沼气作为生活能源，避免了CH4的直接排放。

沼气中CH4的含量为50%~70%。若含量按60%，密度按0.717 g/L（7.17 t/万m3）计，估算出2010年广西户用沼气CH4减排量为：

CH4减排=371×85%×400×60%×7.17

=542 654.28（t）

即减排CH4约为54.27万t。

3.4 户用沼气减排效果分析

据统计，2009年广西省农村人口为2 952万人，占广西省总人口的60.8%。柴草、秸秆和低质量的煤是多数农村地区的主要生活能源。一些相对贫困的山区，由于燃烧方式落后，燃料在简陋的炉灶中不完全燃烧，产生大量的有害物质，加之房屋建筑老旧，通风不良，直接危害着农村居民的身体健康。研究表明，煤炭燃烧产生CO、SO2、CO2、总悬浮颗粒物（TSP）的浓度分别比沼气燃烧高出73.94%、83.80%、27.00%、77.00%[3]。

农村户用沼气建设是减少农村室内外空气污染的一种行之有效的方式。沼气是一种优质的清洁能源，正常燃烧后无烟无尘。农村居民使用清洁的沼气和干净的厨房，改善了庭院环境卫生，室内环境质量水平有很大提高，大大减少了急性呼吸道感染、肺癌等呼吸系统疾病的发生。

饲养猪、牛是部分农户的主要经济来源之一，但多数农户习惯于把畜禽舍与厨房或其他生活区相邻而建，造成畜

禽舍内NH3及其他污染物聚集到相邻的生活区内。农村户用沼气建设实行“一池三改”，在进行沼气池建设的同时，同步进行改厨、改圈、改厕。畜禽舍、厕所与沼气池相连，人、畜粪便直接进入沼气池，密闭发酵，95%以上病菌、虫卵被杀死，减少了蚊蝇孳生，减少了各种疾病的发生与传播。对沼气示范村的调查显示，肠道传染病发病率平均下降91.1%，寄生虫病的感染率下降56.9~90.6%[4]。

在导致气候变化的各种温室气体中，CO2的贡献占50%以上，而人类活动排放的CO2有70%来自化石燃料的燃烧。而且，以SO2为主的污染物对温室气体有明显的协同作用。2010年广西农村户用沼气池的使用在增加198万t标煤当量能源的同时，可减排CO2 412.49万t、SO2 3.73万t及CH4 54.27万t，为国家减少温室气体排放，应对气候变化及实现节能减排目标做出了应有的贡献。

4 户用沼气节能减排展望

发展农村沼气是建设社会主义新农村的一项惠民工程，深受广大农民群众的欢迎。沼气建设在节能减排、促进经济增长方式转变、进一步解放和发展农村生产力，实现传统农业向现代农业跨越等方面，起到了积极的作用。沼气代柴代煤，既节能降耗，又治污减排[5]，有利于巩固退耕还林的成果，有效地保护生态环境，促进广西生态文明示范区建设。

十二五期间，广西继续按照国家发展绿色经济、建设资源节约型社会和社会主义新农村的总体要求，把农村沼气作为发展现代农业、推进新农村建设的系统工程，进一步加大建设力度，促进农村沼气发展上规模、上水平，让更多农民受益。根据规划，十二五期间，广西省将建设农村户用沼气池50万座，维修改造病废池25万座。至2015年全区沼气池将超过400万座，入户率保持在50%左右，使用率达到90%以上，使广西省成为全国基本普及沼气的示范省区。这样，广西户用沼气年可节约标煤达到230万t，减排CO2、CH4等温室气体500余万t。

5 结语

广西农村户用沼气建设可有效促进可再生能源的应用，节省大量薪柴、秸秆及煤炭、液化石油气等商品能源，对促进农民增收致富及农村生态环境保护发挥了重要作用。广西农村户用沼气建设有效利用了农村生活、生产中的废弃物，可有效减少CO2、CH4等温室气体及SO2等污染物的排放，改善了农村环境质量，对提高农民身体健康水平，减少农业和农村温室气体排放具有重大意义。

6 参考文献

[1] 李建新，杨焕新.“十二五”广西将实现基本普及沼气的示范省区目标[J].广西林业，2011（2）：28.

[2] 王革华.农村能源建设对减排SO2和CO2贡献分析方法[J].农业工程学报，1999（3）：169-172.

[3] 张培栋，王刚.中国农村户用沼气工程建设对减排CO2和SO2的贡献――分析与预测[J].农业工程学报，2005，21（12）：147-151.

[4] 宋洪川，谢建.农村沼气实用技术[M].北京：化学工业出版社，2011.

[5] 崔景峰，胡江.太阳能沼气温室综合利用试验[J].中国沼气，1996，14（3）：38-40.