大中型沼气工程运行管理现状Word格式.docx
《大中型沼气工程运行管理现状Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大中型沼气工程运行管理现状Word格式.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
4.4.1沼气利用方式 17
4.4.2沼液沼渣利用 17
5北京市沼气工程经济效益评价 19
5.1运行成本 19
5.1.1运行成本构成 19
5.1.2人员工资 19
5.1.3原料费 21
5.1.4加热费 22
5.2运行收入 24
5.2.1沼气价格 24
5.2.2沼气销售收入 25
5.3案例分析 25
5.3.1昌平区上东廓沼气工程 25
5.3.2昌平区燕岭生态园沼气工程 26
5.3.3房山区襄驸马庄沼气工程 27
6北京市沼气工程的管理情况 28
6.1管理模式 28
6.1.1“村委会”管理模式 28
6.1.2“养殖企业”管理模式 29
6.2管理人员能力 30
7北京市沼气工程在运行管理中障碍分析 32
7.1政策不完善 32
7.2原料及产品单一 33
7.3沼液沼渣利用不充分 34
7.4农民意识有待于提高 34
II
1背景
为了保护农村环境，减少温室气体排放，积极应对气候变化，加强能源安全，近几年来，中国政府大力支持可再生能源的开发利用，先后颁布了《可再生能源法》，出台了一系列配套政策，并制定了《可再生能源中长期规划》。
作为可再生能源之一，沼气得到了中国政府的高度重视。
沼气建设不仅是解决农村环境污染、发展农村生物质能，同时也是社会主义新农村建设的重要手段。
政府出台了一系列鼓励和扶持政策，并制定《全国农村沼气工程建设规划（2006－2010年）》，规划到2010年底，全国规模化养殖场大中型沼气工程总数达到4700处左右，占现有大中型畜禽养殖场总数的39%左右。
政策的支持促进了沼气产业的发展。
2000年之后，中国沼气产业进入快速发展阶段，特别是2003年农村沼气建设国债资金项目启动之后，每年国家投入数十亿资金支持沼气产业的发展，并逐年加大投资力度。
截止到2008年底，全国建成的畜禽养殖场沼气工程约2.83万处，总池容303万立方米，年产沼气达3.79亿立方米。
但是，目前沼气工程在稳定运行方面出现了一些问题：
1）沼气主要用于农户炊事，终端用户支付能力弱，而且随着中国城镇化的发展，终端用户在萎缩；
2）以出售沼气为主要经济收入，沼液沼渣没有发挥经济价值，运行收入低，导致亏本经营；
3）运行管理人员素质参差不齐，造成管理上出现了一些差距，导致运行成本高；
4）沼气工程的运营管理当前主要依靠猪场和供气的村，运行主体承担风险的能力小；
5）投资主要来自于政府财政，资金使用效率低。
这些问题阻碍了沼气产业的可持续发展，为此，有必要建立一种创新的运行管理模式。
本项目拟在对北京市沼气工程运行管理现状分析基础上，结合国外沼气工程市场化经验，设计一种基于市场并适合中国国情的可持续运行模式，促进沼气产业的健康发展。
根据项目的工作任务，需要完成北京大中型沼气工程运行管理现状的研究（产出1）、大中型沼气工程市场化管理模式的设计（产出3）、北京市大中型沼气工程设计规范的汇编（产出4）、沼气管理运行管理人员的培训（产出6）等工作。
本报告作为项目工作任务（产出1），项目组于2009年7月对北京市15家大中型沼气工程进行实地调研，本报告即是在实地调研的基础上完成的。
2北京市沼气工程发展历史
上世纪80年代，北京地区农村主要使用小型沼气池，到90年代末才开始建设和使用大型沼气工程。
1992年中美合作在留民营建成了100立方米的塞流式鸡粪沼气池，高温运行至今。
1996年首都师范大学研究成功了适用于畜禽粪便沼气发酵的升流式固体反应器（USR），1998年在留民营、琉璃河三街、南韩继建了应用USR工艺的三座沼气工程，至今已成功运行十年，成为北京市沼气利用的典范工程，为北京市沼气工程的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，沼气综合利用进入蓬勃发展阶段。
“十一五”期间，北京市经济稳定高速发展，生产总值年均增长率约为17%。
随着经济的发展，居民的消费水平得到很大的提高，2007年全市的平均消费水平为18911元/人，相对于2003年的10584元/人提高了70%。
同时，北京市人口也在逐年增加，2007年北京市常住人口1633万人，相对于2003年的1456万人提高了12%，平均年增长率为2.8%。
居民消费水平的提高和人口的增加带动了全市对肉类食品的需求，促进了郊区养殖业的发展。
2007，大牲畜年末存栏约25万头，同比增长21%；
肉猪年末存栏168万头，同比增长45%；
家禽年末存栏2950万只，同比增长29%。
图12000~2008年北京市大中型沼气工程的发展
近年来，北京市适应新形势需要，以统筹城乡发展为突破口，以改善农业和农村生产生活环境为重心，扎实开展以“树立新理念、培育新产业、培养新农民、探索新机制”为主要内容的新农村建设活动。
为了支持新农村建设，市财政局设立了新农村建设资金。
2006年，市级支持新农村建设资金达到94亿元，比上年增长35.9%，2007年投入70亿元。
通过项目示范和折子工程推进新农村建设工作。
同时，北京市从2006年开始实施“让农村亮起来、让农户暖起来、让农业资源循环起来”的“三起来”工程，其中循环起来主要通过沼气工程、粪污染治理工程等实现农业废弃物的循环利用。
工程实施以来，北京市大中型沼气工程数量在2007年突破100座，比上年增长120%，年产气量接近1150万立方米，比上年增长320%。
截止到2008年底，已建成的北京市大中型沼气工程达111处，总供气户数达到3.8万户，年产沼气量达1499万立方米，可每年节约标准煤10643吨，减排二氧化碳28352吨，减排二氧化硫319吨，有效地减少了温室气体的排放，对生态环境的保护起着不可忽视的重要作用。
3北京市沼气工程发展的相关政策
3.1国家关于沼气发展的有关法规
为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济与社会的可持续发展，2005年发布了《中华人民共和国可再生能源法》，用法律的形式明确开发利用可再生能源的战略地位和路径，鼓励和支持农村地区的可再生能源开发利用，推动了沼气工程产业化发展。
其中，第十八条规定：
“国家鼓励和支持农村地区的可再生能源开发利用。
县级以上地方人民政府管理能源工作的部门会同有关部门，根据当地经济社会发展、生态保护和卫生综合治理需要等实际情况，制定农村地区可再生能源发展规划，因地制宜地推广应用沼气等生物质资源转化、户用太阳能、小型风能、小型水能等技术。
县级以上人民政府应当对农村地区的可再生能源利用项目提供财政支持。
”
《中华人民共和国节约能源法（2007修订）》第七条规定：
“国家鼓励、支持开发和利用新能源、可再生能源。
在第五十九条中也规定国家鼓励、支持在农村大力发展沼气。
《中华人民共和国退耕还林条例》第五十二条规定：
“地方各级人民政府应当根据实际情况加强沼气、小水电、太阳能、风能等农村能源建设，解决退耕还林者对能源的需求。
3.2国家关于沼气发展的有关政策
中国政府非常重视农村沼气工程建设，把沼气建设作为解决农村环境污染、发展农村生物质能，建设社会主义新农村的重要手段，出台了一系列鼓励和扶持政策。
《中共中央国务院关于做好农业和农村工作的意见》（中发［2003］3号）指出：
“农村中小型基础设施建设，对直接增加农民收入、改善农村生产生活条件效果显著，要加快发展”，“国家农业基本建设投资和财政支农资金，要继续围绕节水灌溉、人畜饮水、乡村道路、农村沼气、农村水电、草场围栏‘六小’工程，扩大投资规模，充实建设内容。
要重点支持退耕还林地区发展农村沼气。
《中共中央国务院关于促进农民增加收入若干政策的意见》（中发［2004］1号）指出，农村沼气等“六小工程”，“对改善农民生产生活条件、带动农民就业、增加农民收入发挥着积极作用，要进一步增加投资规模，充实建设内容，扩大建设范围。
《中共中央国务院关于进一步加强农村工作提高农业综合生产能力若干政策的意见》（中发［2005］1号）要求“加快农村能源建设步伐，继续推进农村沼气建设。
《国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知》（国发［2005］21号）文件要求“在农村大力发展户用沼气池和大中型畜禽养殖场沼气工程，推广省柴节煤灶”。
十六届五中全会要求“大力普及农村沼气，积极发展适合农村特点的清洁能源”。
《中共中央国务院关于推进社会主义新农村建设的若干意见》（中发［2006］1号）指出：
要加快农村能源建设步伐，在适宜地区积极推广沼气。
大幅度增加农村沼气建设投资规模，有条件的地方，要加快普及户用沼气，支持养殖场建设大中型沼气。
以沼气池建设带动农村改圈、改厕、改厨。
2007年《关于积极发展现代农业扎实推进社会主义新农村建设的若干意见》（中发［2007］1号）中指出：
……加快发展农村清洁能源，继续增加农村沼气建设投入……。
为了落实此文件，加强农村沼气建设和管理，2007年8月农业部发布的《农业部国家发展和改革委员会关于进一步加强农村沼气建设管理的意见》。
3.3国家关于沼气发展的有关规划
根据可再生能源法第七条第一款，国家发展改革委于2007年8月发布了《可再生能源中长期发展规划》，确定了可再生能源开发利用的中长期总量目标。
规划明确到2010年，建成规模化畜禽养殖场沼气工程4700座、工业有机废水沼气工程1600座，大中型沼气工程年产沼气约40亿立方米。
到2020年，建成大型畜禽养殖场沼气工程10000座、工业有机废水沼气工程6000座，年产沼气约140亿立方米。
党的十六届五中全会明确提出“大力普及农村沼气，发展适合农村特点的清洁能源”。
为加快发展农村沼气，推进社会主义新农村建设，农业部于2007年3月发布了《全国农村沼气工程建设规划（2006－2010年）》，规定了包括农村户用沼气、规模化养殖场大中型沼气工程、技术支撑及服务体系建设三个方面的建设内容和规划目标，以及三个方面的区域布局和建设规模。
其中，规划2006－2010年，在现有规模化养殖场中新建大中型沼气工程4000处左右，到2010年底，全国规模化养殖场大中型沼气工程总数达到4700处左右，占现有大中型畜禽养殖场总数的39%左右。
3.4国家关于沼气发展的技术标准
为了规范沼气工程的发展，国家制定了多项技术标准。
截止到现在，共颁布实施了10项大中型沼气工程领域的标准，全都是农业行业标准，其中包括工程分类、工程设计、施工、验收、安全进行、沼气发电等。
制定的标准如下：
l《畜禽养殖业污染防治技术规范》（HJ/T81-2001）
l《沼气工程规模分类》（NY/T667-2003）
l《沼气工程技术规范第1部分：
工艺设计》（NY/T1220.1-2006）
l《沼气工程技术规范第2部分：
供气设计》（NY/T1220.2-2006）
l《沼气工程技术规范第3部分：
施工及验收》（NY/T1220.3-2006）
l《沼气工程技术规范第4部分：
运行管理》（NY/T1220.4-2006）
l《沼气工程技术规范第5部分：
质量评价》（NY/T1220.5-2006）
l《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》（NY/T1222-2006）
l《规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程》（NY/T1221-2006）
l《沼气电站技术规范》（NY/T1704-2009）
3.5北京市关于沼气发展的政策
3.5.1北京市“十一五”时期新农村建设发展规划
规划以国务院批准的《北京城市总体规划（2004年-2020年）》为依据，贯彻落实党的十六届五中全会和市委九届十次全会的精神，按照科学发展观，以建设社会主义新农村为历史任务，发展都市型现代农业，提升非农产业水平，推进村镇规划建设，促进农村社会和谐，具体落实《北京市国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》。
规划的总体目标是围绕“新北京、新奥运”战略构想，推进农村经济、社会、生态环境平稳较快发展，到2010年，农村全面小康社会综合指数达到90%以上，农民人均纯收入比2000年翻一番，与全市率先基本实现现代化相适应，初步达到生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主的要求。
规划提出了生产发展、社会进步、村镇建设和生态环境等分项指标，其中要求大型规模养殖场粪便处理率达到100%。
畜禽场粪污治理作为新型都市现代农业内容之一纳入到重点工程中，“十一五”期间要加快规模畜禽场粪污治理，提高养殖业排泄物污染治理水平，实行清洁生产；
大力发展循环经济，鼓励发展种养一体、农牧结合的生态型生产方式；
鼓励加工生产和科学使用有机肥，逐步替代化肥，减少农业面源污染。
3.5.2北京市“十一五”时期能源发展及节能规划
按照“统筹城乡，和谐发展”的指导原则，统筹城乡能源发展，不断缩小郊区和城区能源供应和消费水平的差距。
能源基础设施建设向郊区倾斜，增加向郊区的清洁能源供应，完善郊区能源供应体系，重点提升新城能源利用水平；
因地制宜，引导农村地区升级传统能源供应消费模式，推广太阳能、生物质能等可再生能源的利用，多种方式并举解决农村能源问题；
进一步加大郊区煤炭、电力等能源设施建设的力度，开展新能源和可再生能源的示范项目，不断优化全市能源利用布局。
规划明确新能源与可再生能源的发展目标，到2010年，能源消费总量控制在6500万吨标准煤左右，优质能源在能源消费结构中的比重达到70%以上，其中新能源和可再生能源由1%力争提高到4%，即利用量260万吨标准煤/年，其中，新增新能源和可再生能源利用规模达到200万吨标准煤，重点发展地热能、太阳能热利用、生物质能和风能。
为了统筹城乡能源发展，改变农村现有落后的能源利用方式作为规划重点。
鼓励生物质能、太阳能的利用，增加建设大中型沼气设施，支持生物质能的集中利用。
3.5.3北京市“十一五”时期环境保护和生态建设规划
提出农村与农业环境保护的具体目标：
2010年郊区农业污染综合治理率达到80%；
农业废弃物资源化综合利用率达到90%；
大型养殖场粪便污染综合治理率达到80%以上，其中规模化猪场粪便污染全部实现综合治理。
改善农村生态环境，9个区县建成国家级生态示范区，70个乡镇建成“环境优美乡镇”，约400个村建成“文明生态村”。
鼓励开发沼气等生物质能在内的可再生能源。
积极推动农村能源利用方式转变，推广液化气、清洁煤、天然气的使用，推广太阳房建设和太阳能热水器的使用，建设大中型沼气设备，支持生物质能的集中利用。
鼓励现有养殖小区进行适度规模集中，并开展以沼气发酵处理技术为主的生态化治理，实现农牧生产的有机结合。
3.5.4其他规划
在《北京市“十一五”期间循环经济发展规划》中明确大力推广可再生能源利用，优化能源消费结构。
针对远郊区县生物质能较为丰富的特点，积极推广固化成型、沼气利用、焚烧发电、秸秆气化等方式的生物质能利用，逐步改变农村燃料结构，改善农村生活环境。
鼓励开展畜禽污粪的集中收集、处理和资源化利用，推广蟹岛、留民营村的沼气利用经验。
3.5.5“三起来”工程
党的十六届五中全会提出建设社会主义新农村的重大历史任务以来，北京市委、市政府按照“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的二十字建设方针，以改善民生、发展循环经济为切入点，坚持城乡统筹，建立部门联动、政策集成、资金聚集、资源整合工作机制，加大了对郊区农村基础设施与公共服务设施建设的投入力度，2006年起开始实施“三起来”工程。
2006年开始实施的“三起来”工程，经过三年的建设，有效地改善了郊区农民的人居环境和生产生活条件，促进了农村节能减排和资源的循环利用，有效缓解了郊区人口、资源、环境的压力，取得了明显的生态效益、社会效益和经济效益。
2009年6月发布的《北京市新农村“三起来”工程建设规划（2009—2012年）》，规划至2012年，太阳能、生物质能、沼气等农村可再生能源利用比重提高到15％以上。
沼气工程建设重点进行联村供气、一站供多村建设，4年之间新建沼气工程30个。
同时，要加强对沼气工程的管理，完善相关手续，配齐安全设施。
表2北京市2009-2012年大中型沼气站建设年度任务计划表
建设时间
建站数量（个）
新增供气村（个）
新增供气户（户）
2009年
15
29
7500
2010年
10
18
5000
2011年
5
8
2500
2012年
合计
30
55
15000
4北京市沼气工程技术
4.1工艺技术
4.1.1原料
沼气工程的原料比较广泛，可以是畜禽粪便、农作物秸秆、农产品加工剩余物、城市有机生活垃圾等。
在北京的工程原料比较单一，主要是猪粪，其次是牛粪，还有少数工程以鸡粪为原料。
相比牛粪和鸡粪，以猪粪为原料的沼气工程预处理比较简单。
牛粪中通常含有杂草，鸡粪含有鸡毛和砂砾等，为了便于用泵输送及防止发酵过程中出现故障，或为了减少原料中的悬浮固体含量，在进入发酵罐之前必须对牛粪进行粉碎处理、鸡粪通过预沉淀去除沙砾等，增加预处理投资和运行成本。
由于不同畜禽粪便的固体含量和有机物含量不同，造成沼气发酵产气量的不同。
产气量最高的是鸡粪，每吨新鲜鸡粪产气量为250~450立方米，其次是猪粪，每吨新鲜猪粪产气量为55~65立方米，产气量最低的是牛粪，每吨新鲜牛粪产气量为40~50立方米。
表3不同原料的产气量
原料
固体物质（TS）含量（%）
固体物质中有机物质（OTS）含量（%）
产气量
m3/t鲜粪
m3/tOTS
猪粪
20~25
75~80
55~65
270~450
牛粪
18~20
68~76
40~50
210~300
鸡粪
30~32
63~80
70~90
250~450
4.1.2发酵温度
厌氧发酵按照运行温度可分为，高温发酵（50-65℃），中温发酵（20-45℃）和低温发酵（20℃以下），此外随自然温度变化而变化的发酵方式称为常温发酵。
高温发酵的产气率较高，但考虑需要消耗大量热能，一般只用于余热可利用的单位或是需要杀害有害生物的废物处理。
在北京市沼气工程中没有高温发酵工程。
中温发酵是目前最常见的发酵方式，其最佳温度范围为32~42℃。
发酵温度每升高10℃，厌氧反应速度约增加1倍。
但实际上，在进行中温发酵时，不仅要考虑产气量的多少，还应考虑为保持中温所消耗热能的多少，选择最佳的发酵温度。
当前发酵温度以35-38℃最为常见。
目前，北京市沼气工程多采用中温发酵，在寒冷冬季需要对发酵罐加热，其他季节根据发酵罐温度而定，保证发酵为中温发酵。
常温发酵一般发酵温度在8-30℃之间。
考虑到此温度范围内产气率较低，所以一般不采用常温发酵。
4.1.3发酵技术
根据农业沼气工程技术应用情况，发酵技术主要有升流式固体反应器（USR）、完全混合式反应器（CSTR）和推流式反应器（PFR）等技术。
USR适用于高悬浮固体畜禽粪便的沼气发酵，该反应器的工艺特点是在升流式流态下，依靠自然沉降作用使畜禽粪便中的固体颗粒物和发酵微生物能够长时间滞留在消化器内，从而提高了产气率。
在北京USR工艺最早运用在留民营、琉璃河三街、南韩继3座沼气工程，沼气工程分别以鸡粪和猪粪为发酵原料，产生的沼气为当地数百户居民供应炊事用燃气，沼液沼渣则用于农田，至今已成功运行十年。
CSTR是当前用于污水处理的典型常规消化器，在该反应器里原料的进入和流出处于动态平衡状态，并且发酵液中的液体、固体和微生物处于混合状态，出水有机物浓度与反应器内料液浓度相等。
CSTR—全混合厌氧工艺适用于高悬浮物、高浓度（高温）废液，CSTR在酒精糟液处理中得到最多应用。
应用于酒精废糟液处理的最大CSTR厌氧发酵罐群1999年已在江苏太仓新太酒精公司建成并投入运转。
该罐群体积已达到13200立方米，日处理木薯干废液近2000立方米，日产沼气40000立方米以上，最大单体罐体积5000立方米建成河南南阳酒精厂。
PFR是一种长方形的非完全混合式消化器，原料从一端进入，呈活塞式推移状态从另一端流出。
由于消化器内沼气的产生，呈现垂直的搅拌作用，而纵向搅拌作用甚微。
在进料端呈现较强的水解酸化作用，甲烷的产生随着向出料方向的流动而增强。
由于该体系进料端缺乏接种物，所以要进行固体的回流。
为减少微生物的冲出，在消化器内应设置挡板以有利于运行的稳定。
表4常见发酵技术的优缺点
发酵技术
优点
缺点
USR
·
可以进入高悬浮固体含量的原料；
不设三相分离器；
产气效率高；
操作简单方便，运行稳定。
温度分布不均；
固体物可能沉淀于底部，影响反应器的有效体积；
易产生厚的浮渣结壳。
CSTR
底物均匀分布，增加了底物与微生物的接触机会；
温度分布均匀；
进入消化器内的任何一点的抑制物质，会迅速分散保持在最低水平；
避免了堵塞、短流和气体逸出不畅现象。
消化器体积较大；
要有足够的搅拌，能量消化耗较高；
难以做到完全混合；
出水底物浓度与反应器内底物浓度相等，底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。
PFR
不需要搅拌装置，结构简单，能耗低；
适用于高SS的废水处理，尤其适用于牛粪的消化，用于农场有较好的经济效益；
运转方便，故障少，稳定性高。
需要固体和微生物的再循环；
难以保持一致的温度，效率较低；
由于USR具有原理先进、结构简单、效率较高、管理方便的特点，加之连续十年的成功运行，为北京市大中型沼气工程建设提供了坚实的技术支撑，近几年北京市兴建的大中型沼气工程中70～80%的沼气站都使用了USR反应器，少数使用CSTR和PFR工艺。
4.1.4容积产气率
我国养猪场粪污厌氧生物处理工程的产气率理论参数是：
猪粪中温发酵（30~35℃），装置产气率达0.5~1.5m3/（m3·
d）；
猪粪常温发酵，装置产气率达0.5~1.0m3/（m3·
d），装置产气率与发酵温度和发酵工艺有关。
北京市沼气工程的容积产气率一般采用1m3/（m3·
d）的设计参数，根据北京市调研数据，如表5所示，实际容积产气率较低，最高的才为0.88m3/（m3·
d）。
实际容积产气率低的原因不是因为技术问题，而是因为农户的使用量比设计参数（1m3/
升级会员 