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12月21號下午，主席習近平在主持召開(kāi)中央財經(jīng)領(lǐng)導小組第十四次會(huì )議，研究“十三五”規劃綱要中就農村污染發(fā)聲：以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，解決畜禽養殖場(chǎng)糞污處理和資源化問(wèn)題。

 

習近平在講話(huà)中指出

保持經(jīng)濟增長(cháng)速度、推動(dòng)經(jīng)濟發(fā)展，根本還是要不斷解決好人民群眾普遍關(guān)心的突出問(wèn)題。從解決好人民群眾普遍關(guān)心的突出問(wèn)題出發(fā)推進(jìn)全面小康社會(huì )建設，符合推進(jìn)供給側結構性改革的要求，有利于創(chuàng )造新的增長(cháng)點(diǎn)、提高長(cháng)期增長(cháng)潛力。而新的增長(cháng)點(diǎn)就蘊含在解決好人民群眾普遍關(guān)心的突出問(wèn)題當中。

 

習近平強調，推進(jìn)北方地區冬季清潔區取暖等6個(gè)問(wèn)題，都是大事，關(guān)系廣大人民群眾生活，是重大的民生工程、民心工程。推進(jìn)北方地區冬季清潔取暖，關(guān)系北方地區廣大群眾溫暖過(guò)冬，關(guān)系霧霾天能不能減少，是能源生產(chǎn)和消費革命、農村生活方式革命的重要內容。要按照企業(yè)為主、政府推動(dòng)、居民可承受的方針，宜氣則氣，宜電則電，盡可能利用清潔能源，加快提高清潔供暖比重。

 

普遍推行垃圾分類(lèi)制度，關(guān)系13億多人生活環(huán)境改善，關(guān)系垃圾能不能減量化、資源化、無(wú)害化處理。要加快建立分類(lèi)投放、分類(lèi)收集、分類(lèi)運輸、分類(lèi)處理的垃圾處理系統，形成以法治為基礎、政府推動(dòng)、全民參與、城鄉統籌、因地制宜的垃圾分類(lèi)制度，努力提高垃圾分類(lèi)制度覆蓋范圍。

 

加快推進(jìn)畜禽養殖廢棄物處理和資源化，關(guān)系6億多農村居民生產(chǎn)生活環(huán)境，關(guān)系農村能源革命，關(guān)系能不能不斷改善土壤地力、治理好農業(yè)面源污染，是一件利國利民利長(cháng)遠的大好事。要堅持政府支持、企業(yè)主體市場(chǎng)化運作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向，力爭在“十三五”時(shí)期，基本解決大規模蓄禽養殖場(chǎng)糞污處理和資源化問(wèn)題。

 

延伸閱讀

 

在此，重溫之前刷屏的清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王凱軍教授在中國沼氣年會(huì )上的講話(huà)：生物燃氣大產(chǎn)業(yè)時(shí)代已然來(lái)臨，一起來(lái)看下他對農村畜禽污染防治問(wèn)題怎么說(shuō)。

 

我國生物燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，既面臨著(zhù)機遇，也面臨著(zhù)挑戰。我國污水排放約400億/年，平均收費不到1元/噸，運行費不過(guò)400億/年，污水處理支撐起了幾十家上市公司。而生物燃氣如果按照500億立方米/年產(chǎn)能來(lái)算，運行費用超過(guò)1500億/年，投資將超過(guò)上萬(wàn)億，其市場(chǎng)容量遠大于污水處理。這個(gè)數字告訴我們，生物燃氣大產(chǎn)業(yè)的時(shí)代已然到來(lái)。那么，我們做好準備了嗎？在2016年中國沼氣學(xué)會(huì )學(xué)術(shù)年會(huì )暨中德沼氣合作論壇上，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王凱軍教授如是說(shuō)。

 

以下為中國沼氣學(xué)會(huì )秘書(shū)長(cháng)王凱軍教授在2016年中國沼氣學(xué)會(huì )學(xué)術(shù)年會(huì )暨中德沼氣合作論壇上的報告（根據現場(chǎng)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）

 

生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景

 

早在幾年前，科技部就已經(jīng)從戰略高度，部署推進(jìn)了我國生物燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。能源安全問(wèn)題不僅影響經(jīng)濟發(fā)展，而且是安全的重要組成部分?！妒澜缒茉础冯s志提出展望，預計到2030年，中國天然氣需求量將從現在不到2000 億立方米達到4000億立方米。除國內生產(chǎn)和進(jìn)口外，天然氣缺口仍將達到2000億立方米?？萍疾块L(cháng)萬(wàn)鋼曾提出如下能源戰略設想，即其中1500億立方米的需求量可以通過(guò)煤制氣來(lái)解決，剩下500億立方米將由生物燃氣彌補。目前，在世界范圍內將生物燃氣和可再生能源發(fā)展作為重大戰略的不只中國一個(gè)。2011年，日本福島核事故后，德國便開(kāi)始加快推動(dòng)能源轉型戰略，即“2020年徹底關(guān)閉其境內的全部核電站，且到2050年前，可再生能源使用比例提高至80%”。瑞典則提出，到2050年前后，生物燃氣將全部取代石化天然氣。無(wú)獨有偶，英國政府和工業(yè)界則聯(lián)合發(fā)布了厭氧消化戰略和相應的行動(dòng)計劃。

 

圖1 生物燃氣的戰略

 

從時(shí)間上看，我國提出生物燃氣發(fā)展戰略已經(jīng)略晚于上述，但是，我國沼氣資源量豐富，具有彌補天然氣缺口的巨大潛力，且政策支持形勢利好。據粗略估算，目前我國沼氣資源量近2000億立方米，到2050年，該值將超過(guò)3000億。其中，農村畜禽糞污和未合理利用的秸稈占沼氣資源量60%以上。隨著(zhù)生物燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，預計將會(huì )有更多的農業(yè)廢棄物用于沼氣生產(chǎn)。從體量和農業(yè)面源污染控制需求上看，農業(yè)廢棄物沼氣化是今后生物燃氣產(chǎn)業(yè)化工作的重點(diǎn)?；谏鲜霰尘?，繼科技部之后，發(fā)改委與農業(yè)部聯(lián)合印發(fā)了《2015年農村沼氣工程轉型升級工作方案》，明確提出了沼氣轉型升級要求，并支持日產(chǎn)生物天然氣1萬(wàn)立方米以上的工程試點(diǎn)。此外，能源局也于近期進(jìn)一步提出了“到2020年生物天然氣年生產(chǎn)量和消費量目標達到100億立方米，···到2030年，···超過(guò)400億立方米”。這跟上面提到的500億缺口是基本相當的。

 

在生物燃氣產(chǎn)業(yè)政策利好的背景下，我國農業(yè)沼氣工程大型化轉型勢在必行。2003-2014年，投資近400億，建設有近10萬(wàn)座沼氣工程，取得巨大成效。然而，以中小型工程為主，單座日產(chǎn)氣量很低。德國等歐洲，均以大型沼氣工程為主。據統計，2014年底，歐洲和德國的發(fā)電沼氣工程數量約為17000和8000個(gè)，平均單個(gè)工程日產(chǎn)氣量基本都在6000立方米左右，發(fā)電機500kW；歐洲和德國生物天然氣工程數量雖然少，近年來(lái)發(fā)展卻很快，分別約為370座和170座，單座平均日產(chǎn)生物燃氣在1萬(wàn)立方米左右。從規模效應上看，建設5000到10000立方米生物燃氣規模的沼氣工程是比較合適的，這與發(fā)改委、農業(yè)部及能源局發(fā)布的數據相吻合。目前，我國農業(yè)沼氣工程現狀與目標存在很大差距。如何順利實(shí)現大型化轉型，是生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。

 

圖2 我國、歐洲及德國的沼氣工程現狀對比

 

沼氣工程大型化轉型

面臨的難題及其破解思路

 

目前，我國農業(yè)沼氣工程在原料收儲運、集中處理、產(chǎn)品銷(xiāo)售與利用等環(huán)節均不支持規?；a(chǎn)，成為其大型化轉型的重大難題。這里主要圍繞其中的收儲運環(huán)節進(jìn)行分析。大家知道，秸稈直燃發(fā)電市場(chǎng)繁榮、投資踴躍卻虧損嚴重，其主要難題在于如何選擇合適的收集半徑。通過(guò)分析發(fā)現，當原料收集半徑由25km擴大到50km時(shí)，秸稈電廠(chǎng)年利潤率將下降20-30%。而當收集半徑為50km時(shí)，電廠(chǎng)的盈利能力基本處于臨界狀態(tài)。以1萬(wàn)方生物燃氣工程為例，通過(guò)倒推其原料需求可知，若以豬糞為原料，需要有100個(gè)以上平均規模2000頭存欄的養豬場(chǎng)為其提供原料；若以秸稈為原料，則需要25個(gè)村級收集站和2個(gè)鄉鎮服務(wù)中心。目前構建如此龐大且分散的收儲運體系還存在一定困難。

 

圖3 大型生物天然氣（BNG）工程原料需求分析

 

實(shí)際上，三年前我們就在山東省發(fā)起了 “十萬(wàn)億”燃氣項目的倡議。在與山東省政府對接后，由環(huán)保廳落實(shí)實(shí)施，并于去年正式啟動(dòng)了“山東省畜禽污染防治與資源化三級網(wǎng)絡(luò )體系構建研究”項目。在該項目中，針對不同環(huán)節研究解決問(wèn)題途徑，構建涵蓋“收儲運－生產(chǎn)處理－產(chǎn)品銷(xiāo)售”全鏈條的“三級網(wǎng)絡(luò )”體系。第一級網(wǎng)絡(luò )是指原料的收集、儲存、轉運系統；第二級網(wǎng)絡(luò )是指生產(chǎn)處理系統，包括厭氧消化、有機肥生產(chǎn)、沼氣精制等；第三級網(wǎng)絡(luò )是指生物燃氣、肥料的銷(xiāo)售利用系統。我們認為，構建面向農業(yè)廢棄物資源化利用的三級網(wǎng)絡(luò )系統，是破解沼氣工程大型化轉型難題的重要途徑之一。

 

圖4 三級網(wǎng)絡(luò )系統構建示意圖

 

構建產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三級網(wǎng)絡(luò )系統

 

在收儲運網(wǎng)絡(luò )方面，需要兼顧農戶(hù)受益、企業(yè)盈利、政府解決污染原則，形成以農戶(hù)參與、企業(yè)主導、政府推動(dòng)的現代化農業(yè)收儲運網(wǎng)絡(luò )體系。山東泉林集團建立了一套穩定秸稈收儲網(wǎng)絡(luò )，充分保障了企業(yè)秸稈全年需求。從他們的收儲運模式圖可以看出，一位專(zhuān)業(yè)收集戶(hù)能覆蓋1000畝的土地，收集規模是250噸，一個(gè)鄉鎮服務(wù)中心，能夠覆蓋30000到40000畝，收集規模是5000噸。在這基礎上，將秸稈集中送到企業(yè)?？傮w來(lái)看，前兩個(gè)環(huán)節的秸稈價(jià)格是比較低的。根據初步計算結果，即使在補貼情況下，過(guò)高的秸稈收購價(jià)也會(huì )導致沼氣工程不盈利。因此，需要將秸稈的收儲運控制在村鎮范圍內，而且還需要確定優(yōu)的收集半徑。

 

圖5 山東泉林集團秸稈收儲模式

 

結合廢棄物資源密度、收集系數和存儲費用等基礎數據，可以通過(guò)構建收儲運模型來(lái)確定每個(gè)區域的優(yōu)收集半徑。通過(guò)以肥城為試點(diǎn)區域，根據農業(yè)廢棄物資源密度，對沼氣工程規模和年產(chǎn)沼氣收入進(jìn)行分析，進(jìn)而確立了優(yōu)收集半徑和工程布局。一期以畜禽糞便為主建設三個(gè)生物燃氣項目，總生產(chǎn)規模為5萬(wàn)立方米；項目二期時(shí)同時(shí)考慮秸稈，總規模將達到12萬(wàn)立方米。此外，對山東全省的畜禽糞便和秸稈資源量也做了調研，并制定了山東省大型沼氣工程布局遠期規劃，這對于推動(dòng)山東省生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要指導意義。

 

圖6 肥城和山東省生物燃氣項目工程布局與規劃

 

在資源化生產(chǎn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò )方面，雖然其發(fā)展與應用相對比較成熟，在大型化轉型過(guò)程中卻仍然面臨著(zhù)技術(shù)、反應器、材料和設備的選擇難題。在大型沼氣工程建設與推廣過(guò)程中，應構建幾種簡(jiǎn)單且通用的技術(shù)設備模式，替代目前五花八門(mén)的選擇。標準化設計、系列化產(chǎn)品和自動(dòng)化運行是實(shí)現沼氣工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然要求和趨勢。在沼氣精制方面，不管是化學(xué)吸附、變壓吸附、物理吸附等傳統技術(shù)，還是近年來(lái)興起的膜分離技術(shù)，都已經(jīng)發(fā)展非常成熟。例如，山東十方的高效可移動(dòng)式撬裝沼氣精制設備已經(jīng)能夠將脫水、脫硫、脫碳和壓縮等單元集成到集裝箱內，能縮短施工周期，減少占地面積。在沼渣沼液處理和資源化生產(chǎn)方面，目前開(kāi)展的相關(guān)工作也很多，例如，我們可以通過(guò)利用反滲透膜濃縮，將沼液中營(yíng)養物質(zhì)提高十倍以上，為后續液肥生產(chǎn)提供基礎。此外，利用現代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化與提升資源化生產(chǎn)過(guò)程將是今后的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。

 

圖7 沼液膜濃縮制技術(shù)

 

在生物燃氣和肥料的銷(xiāo)售利用方面，目前國內外生物燃氣主要用于綠色公交、工業(yè)改造和居民燃氣等，而農業(yè)廢棄物生物燃氣在克霾減排中的重要作用也值得關(guān)注。相比于火電廠(chǎng)燃煤，散煤燃燒的排放強度集中，低空排放且無(wú)任何污染防治措施，對霧霾的“貢獻”更加突出。據估算，山東省村鎮耗煤量約4500萬(wàn)t/年，其污染量相當于火電廠(chǎng)燃煤量為4.5億-6.75億t/年時(shí)的污染量。如果采用生物燃氣替代散煤燃燒，將對控制霧霾有很大益處。對于沼液沼渣肥料，美國和歐洲基本將其還田利用，他們通過(guò)設置合適的標準，將生產(chǎn)方式、養殖業(yè)和種植業(yè)非常好地耦合在一起。我們業(yè)界的德青源和民和牧業(yè)在這塊有很多成功的經(jīng)驗。這里分享另外一個(gè)案例，即南水北調項目中的丹江口庫區禽畜養殖種養平衡示范工程。該項目由清華大學(xué)和牧原股份承擔，通過(guò)利用厭氧消化和有機肥生產(chǎn)技術(shù)，使出欄30萬(wàn)頭養豬場(chǎng)的畜禽污染物得到資源化處理，并應用于大田小麥、蔬菜和美國竹柳的種植，構建了“種植-養殖”循環(huán)的生態(tài)農業(yè)模式，取得良好的經(jīng)濟效益，實(shí)現了種養平衡的良性循環(huán)。然而，值得關(guān)注的是，近我國首次發(fā)布了有關(guān)肥料抗生素殘留檢測的標準，有機肥料替代化肥可能存在環(huán)境污染風(fēng)險也開(kāi)始引起關(guān)注，預計今后以畜禽糞便為原料的有機肥利用將面臨著(zhù)重大挑戰。

 

圖8 丹江口庫區禽畜養殖種養平衡示意圖

 

總結與展望

 

通過(guò)構建以厭氧消化為核心技術(shù)的三級網(wǎng)絡(luò )系統，有望破解我國農業(yè)沼氣工程大型化轉型難題，進(jìn)而促進(jìn)生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。后，提出兩點(diǎn)展望：

 

（1）互聯(lián)網(wǎng)+三級網(wǎng)絡(luò )可以加速生物燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過(guò)構建生物燃氣產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現農業(yè)廢棄物收儲運、資源化生產(chǎn)、產(chǎn)品銷(xiāo)售利用產(chǎn)業(yè)鏈全生命周期跟蹤管控，做到環(huán)境效益與經(jīng)濟效益、社會(huì )效益共贏(yíng)。

 

（2）生物燃氣發(fā)展促進(jìn)農業(yè)產(chǎn)業(yè)升級。以生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動(dòng)區域養殖、種植、肥料、燃氣等行業(yè)的優(yōu)化與升級，終構建以“農業(yè)廢棄物收儲運-資源化處理-產(chǎn)品銷(xiāo)售與利用”三級網(wǎng)絡(luò )為核心的良性產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。