低碳沼气工程建设的生态经济效益核算研究
时间：2021-01-21 08:02:58 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要
在全球气候变暖和快速城市化的背景下，农村地区是能源集约消耗的薄弱区域，其经济、社会、生态的可持续发展一直受到制约。沼气工程作为一种清洁用能方式，在优化用能结构、减少环境污染、节约自然资源、增加农民收入和促进农村经济转型等方面具有较大优势。本文选择广西恭城瑶族自治县这一沼气工程建设全国示范县为案例，针对户用8m3沼气池，对施工建设、运营维护和消费利用全生命周期过程中的碳足迹、减排效益、经济收益和生态价值方面进行核算和评价。结果表明在沼气池的建设与正常使用年限内，该县农户通过替代燃煤、柴薪和秸秆等共可减排CO2约1.24×106t。从户用沼气池建设及生产过程的投入产出价值的来看，仅通过节约炊事燃料和沼液沼渣的回收利用就能为每户节约19 877元，为全县带来1.26亿余元的总收益。因此，沼气工程在该地区的建设普及是发展农村低碳经济、走富农之路的有效措施，可为广大西部地区新农村建设提供借鉴。
关键词 低碳；沼气；生态核算；沼气工程
中图分类号 Q148：X321 文献标识码 A
文章编号 1002-2104(2012)03-0157-07 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.03.026
农村作为中国能源消费的重要区域，其低品位能源结构和低能源供应量严重制约着农村经济的快速发展。据农业部门测算，我国现阶段用作农村生活燃料的秸秆和薪柴热能转化率仅15%-20%，同时，农村用能还面临煤炭和液化石油气等常规能源供应网点和服务站点分布不足的问题，这就导致农村生活能源较为短缺，间接造成滥砍乱伐和植被破坏。许多地区因此陷入“能源短缺-滥砍乱伐-生态破坏-能源短缺”的恶性循环中。
户用沼气系统具有缓解人畜粪便的污染、减少化肥农药使用量、优化农村用能结构、改善大气环境和提高农户炊事劳动效率等优点。自上世纪80年代以来已经在我国广大农村地区得到一定程度的推广。为了深入评估户用沼气系统环境排放的影响，建设低碳型农业系统，有必要对户用沼气系统进行生态效益的核算与效果研究。
目前，对沼气系统生态核算与效益评估的研究主要集中在以下方面。从全生命周期角度：Berglund和Brjesson［1］分析瑞士沼气工程建设全生命周期的物质能量投入产出，对沼气建设选址与物料运输和供水成本及效益产出进行合理度量。张培栋［2］等研究了2004年中国沼气自生产、消费、处置过程综合利用情况，并对国家尺度的沼气建设生态经济效益、生态潜力进行了总体评估。陈佳澜［3］以湖墩山牧场大型沼气池综合利用工程作为案例，基于生命周期评价能源供应系统的环境减排效益，并对其生态养殖业经济价值给予评估。在沼气使用阶段的排放效益分析方面，邓舟［4］等对4种主要生物沼气处理方式的碳足迹进行比较分析，得出能量的回收和沼气提纯工艺是实现碳减排效益的最有效方式。苏明山等［5］构建了沼气利用CO2排放量及其减排成本核算的方法，并将该方法用于某沼气站的案例研究中。从经济收益和循环经济角度，张嘉强［6］选择四川、陕西、广西三省进行农户调查，研究沼气建设的经济收益与农户安装沼气意愿，提出西部地区农村沼气建设的补贴政策对策和推广建议。吴明涛［7］基于循环经济考虑，沿生态链条对农业种植养殖和沼气资源综合效益进行综合论证。Chen等［8］对中国农村地区户用沼气发展的优劣势进行分析，指出增加政府补贴和利用清洁生产机制是解决农村循环经济的主要突破点，也是影响户用沼气在中国推广发展的关键影响因素。
本文对沼气农业生态系统进行生态核算，综合测度区域户用沼气生态模式的可持续性，并选择中国沼气工程示范县广西恭城瑶族自治县作为案例区进行实证研究。通过对当地实际调查、走访与统计资料整理分析，针对典型户用沼气池，进行基于生命周期的碳足迹核算，总体分析沼气利用的温室气体减排效益、农户直接经济效益和社会综合生态效益，揭示沼气建设对地区生态、经济、社会平衡有效发展可持续农业的促进能力，为其他地区沼气工程建设提供一定参考。
1 案例区域介绍
恭城瑶族自治县（以下简称恭城县），位于广西壮族自治区东北部，国土总面积2 149 km2，人口29万。上世纪80年代初，由于当地居民为解决燃料需求大量砍伐木材，导致生态环境遭到严重破坏，农村经济发展受到严重制约。为实现经济和生态环境的和谐和可持续发展，1984年起，该地区将沼气池建设与扶贫攻坚相结合，持续实施“沼气扶贫”工程。自1985年尤其是20世纪90年代中后期以来，恭城县通过以沼气为纽带，以养猪为龙头，以果业为重点，把养殖业和种植业紧紧扭在一起，大力发展生态农业，构建了“养殖-沼气-种植”三位一体的生态农业发展模式。据恭城县能源部门统计，截止2009年底该县境内农村户用沼气池总量6.36万座，入户率89%以上，省柴节能灶6.11万户，普及率达91.6%。
2 沼气农业系统核算边界和生命周期过程
2.1 核算单元与边界的确定
目前，恭城县户用沼气池标准为8 m3，平均使用寿命至少为15 年，本研究按照最佳使用期限，即前10 年的使用情况进行分析。由于当地属于桂北地区，年平均气温高于沼气常温发酵区的最低温度10 ℃，因此全年均能产沼气。扣除一年两次大出料的时间，按每年11个月使用期进行考虑，根据实际调研和统计资料的综合整理分析来看，平均每口沼气池每年产沼气约400 m3，可解决3-5口之家一年80%以上的生活燃料及家用生活照明的需求，根据恭城县“养殖-沼气-种植”模式的实际流程及核算方法需要，将沼气农业生态系统的核算单元分解为以下三阶段：
（1）沼气池建设阶段：包括沼气池的建筑施工、输气管道与设备的安装；
（2）沼气池运行及管理阶段：包括沼气发酵原料的获取、发酵产气、沼气输出及沼液沼渣的处理、沼气池的常规管理与维护；
（3）综合利用阶段：包括沼气、沼渣、沼液在农户、养殖场、农田、果园等地的应用。
图1为恭城县“养殖-沼气-种植”模式的系统边界以及核算单元分解示意图。
在研究过程中对沼气系统作了如下假设和简化：在沼气发酵原料的获取阶段，由于生物质没有被还田以及猪粪没有被用作肥料，应考虑其等效肥力的环境影响。但因为沼气发酵产生的沼液沼渣可用作肥料，又会减少化肥的使用量，所以本研究假设沼液沼渣的等效肥力与原料正好相同。由于沼气产生过程为厌氧发酵过程，系统是密封、隔绝空气的，所以不考虑沼气发酵期间的污染物排放。沼气池被拆除，大多是因建筑规划等原因，本研究暂不考虑这一环节的环境影响与排放。
2.2 生命周期关键因素和影响因子
2.2.1 沼气池建设过程
恭城县沼气建设模式主要为农村户用型沼气模式。该模式是指农户将厕所、猪圈、沼气池和果菜结合在一起。沼气池上种植季节蔬菜和水果，池旁建猪舍和厕所，人和禽畜粪便在沼气池发酵，产生的沼气作为家庭燃料，沼液和沼渣作为果树、蔬菜等的肥料。沼气池的建设是按照国家和自治区推荐的先进池形进行配置，包括厨房、厕所的改建，猪圈和果园的配套设计与建设等。该过程涉及物质、资金和人力等多方面投入，如土地、水泥、粗砂、细沙、卵石、钢筋、涂料、实心砖、塑料薄膜、管道、灶、灯、压力计、技术、劳动、伙食和能耗等。同时，目前农村的主要建池材料有砖、水泥、卵石、沙子等，并在选用材料时根据保证质量的前提下优先坚持就地取材、减少运输、降低成本。在分析上述过程的基础上，对8 m3标准的沼气池建设过程各投入项列于表1。
