盐城地区农村居民利用沼气供热的可行性分析

2012-06-29吴春辉杨坤丽

四川建筑 2012年4期

吴春辉，杨坤丽

(西南交通大学建筑学院，四川成都 610031)

沼气是各种有机物在与空气相隔绝时，在一定的温度、湿度、浓度、酸碱度条件下，经过某些厌氧微生物的分解代谢而生成的一种可燃性气体，主要成分是甲烷和二氧化碳，其中可燃物甲烷(CH4)占总气体体积约为50%～70%，二氧化碳约占30%～50%［1］7。沼气是目前发现的唯一一种全生命周期意义上的碳负净排放燃料，对减排温室气体具有十分重要的意义。

我国的户用沼气技术在全世界是领先的，盐城农村地区在20 世纪70年代已开始使用沼气。随着技术的不断进步，生产沼气的实用原料不断拓展，户用沼气的产量也在不断上升，经历了不足、够用到剩余三个阶段，沼气应用越来越受到农民的欢迎。随着农民集中居住程度的提高，正从单户独池向联户沼气、大中型沼气和服务网点发展。根据当地的实际情况，沼气必将成为盐城农村能源的一支重要力量。但目前农民使用沼气主要在炊事方面，极少数用于照明，更没有用于供热。为拓展沼气的使用空间，降低农民的生活成本，本文对农村居民住宅利用沼气提供冬季供热的可行性进行分析研究。

1 盐城地区发展沼气的优势

盐城，是江苏省省辖市中面积最大的市，位于江苏省中部偏东地域，濒临黄海，全市总面积1.7×104km2，其中耕地面积77.82×104hm2，河湖水面1300 km2，沿海滩涂总面积4550 km2。全国第六次人口普查全市户籍人口为820.3728万人，位列江苏省第二。其中，居住在乡村的人口为348.8万人，占48.05%。2010年地区人均生产总值达4500 美元，全市农业总产值和农民人均纯收入，在全国地级市中位居第一。

1.1 当地能源结构有利于沼气的发展

盐城目前并没有本地的常规能源资源可利用，煤炭完全是异地生产通过物流输入。已探明石油天然气蕴藏量800×108m3还在地下没有开发，电能的大部分需要从外地调度补充。农民传统使用的生活能源主要是生物能源，辅以电、煤炭、液化气和太阳能。盐城农村生物能源资源主要有四种:农作物秸秆、人畜粪便、草类和薪柴。2006年盐城市农业普查资料显示:盐城农村居民生活日用炊事能源已有较大改变，虽然许多农户仍以柴草为主，但使用电能和液化气的农户逐年在增多，特别是液化气的用量增长迅猛，不同地区农村居民家庭炊事能源的使用差异较大。随着液化气价格的不断攀升，沼气等可再生能源正从幕后的研究试点逐渐走向开发利用的前台。

1.2 当地发展沼气具有一定的基础

盐城是一个农业大市，畜牧业是当地的传统产业，2010年全市生猪饲养量1061×104头，优质家禽饲养量2.85×104只，每年产生的秸秆有1000×104t 左右，河湖边、滩涂上的杂草薪柴更是不计其数，这些生物能源，加上城乡垃圾、固液污物，都是生产沼气的良好原料。

盐城有使用沼气的经验，管理体制相对完善，拥有专业的科研开发人员、专职技术操作工人和配套的机械。农民的经济条件能提供保证，思想意识也积极配合沼气的推广，当地气候对沼气生产也比较适宜，独立研发的秸秆联户沼气工程于2009年10月已点火成功，这些因素对当地的沼气发展提供了有力的支撑。

1.3 国家政策的扶持

我国政府历来重视引导和支持沼气建设，不仅在政府工作报告中明确写有发展沼气的条文，许多领导还亲临沼气建设现场指导工作。特别是2003年后，中央有关农村工作和清洁能源的文件中基本都提到要发展沼气的问题，如2006年中央一号文件指出，“要加快农村能源建设步伐，在适宜地区积极推广沼气、秸秆气化、小水电、太阳能、风力发电等清洁能源技术。”

仅国家中央财政对沼气产业的补助，2000年为2500 万元，2001年为1.31 亿元，2002年为3.1 亿元。从2003年起，国家在农村基础设施建设中设立了“国债资金农村沼气项目”，一年投入10 亿元资金补助支持农村沼气建设，这个数目逐年增加，至今对农村沼气建设的投入资金已经高达242亿元，各省、市、县也不同程度拨出专项资金支持沼气建设，仅江苏省政府2010年对沼气项目的扶持就达2.2 亿元。

在这些政策的扶持下，加上当地的条件和基础，盐城沼气产业发展迅速，全市户用沼气池的数量占到全省总数的四分之一。

2 盐城沼气的使用情况

2008年3月，盐城全市户用沼气池已达6.85×104座，2009 和2010 两年中，盐城除了兴建3×104座户用沼气池外，还兴建了一批沼气物管站、沼气村和生活污水净化沼气池，有的村家用沼气率已达70%以上。

2.1 单户独池

盐城传统的农村家庭户独自使用的沼气池，容积通常有6 m3、8 m3、10 m3三种。最常用的8 m3的沼气池2010年的造价在2200 元左右，国家和省的补助是每池1500 元，农户建一座沼气池自己只需出资700 元左右。

目前盐城正大力推广户用秸秆沼气技术，一户8 m3的秸秆固体发酵沼气池，一次性投料约400 kg 左右的秸秆和2 kg 的“沼气1号”，可连续产气达180 d。

这些沼气池年产沼气量约400 m3，可供一个5 口之家全年的生活用能，每年能为农户节省1000 多元的燃料费用。

2.2 联户沼气

单池独户所用的沼气池占地面积较大，对集中居住的紧凑型场地不很有利，联户沼气为集中居住的农民解决了这样的问题。

一种是全秸秆联户沼气工程，这是在结合以前建设单户型小容积沼气池的基础上进行改进，通过腐熟、发酵、压缩等系列技术手段，以秸秆为原料制成沼气，并通过集中管网，统一输送到农户家中，成为中心村集中居住区实用的清洁能源。

另一种可考虑采用多户多池联建的形式，根据不同的沼气原料建造不同的沼气池，各池均用管道向总管输送沼气，总管再通过支管计量向各家庭用户提供沼气。根据各池的沼气产量，操作人员可以进行总的供气调节，有条件的最好采用储气柜，以保证沼气气压的稳定和供气的连续性。

这两种形式不仅能有效地解决秸秆利用的出路问题，也使一些粪源不足、不便建沼气池的农户用上清洁能源，还可避免户用沼气池在检修时的暂停供气，最大程度地满足农户连续用气的需求。联户沼气工程采用市场化运作、物业化管理的运营模式，有专业的沼气工负责生产，集中向农户供气。

2.3 大中型沼气和服务网点

比联户供气更进一步的大中型沼气和服务网点现在也正在快速发展，通过管网将沼气输送给各家各户，进行集中供气，使得集中居住的农村居民能够象城镇居民使用管道燃气一样使用沼气。每1 m3沼气售价0.8～1 元，1个月的花费也就30 元左右，比使用液化气至少便宜了一半还多。

3 农民住宅利用沼气进行冬季供热的可行性分析

盐城地区位于地理纬度32°34'～34°28'之间，地处夏热冬冷地区，冬季的平均气温在－1.5℃～5.3℃，极端最低气温为－17.3℃。传统农居没有良好的保温措施，冬季室内外温差小，根本无法达到室内18℃的居住热舒适性。在冬季，一般居民没有采暖的生活习惯，少数需要供热的家庭以电和煤为主。随着人民生活水平的提高，冬季需要供热的住宅数量在逐年增加，采用沼气供热大有发展前途。

3.1 农居冬季供热需求量的计算

以当地一户农村居民住宅为例，分析其冬季供热的需求量。图1 是该住宅的建筑模型。

图1 农户住宅建筑模型

3.1.1 建筑概况

地理位置:盐城(实际地点为射阳，北纬=33.77°，东经=120.26°)。

气候分区:夏热冬冷。建筑名称:农民集中居住住宅。建筑朝向:南。

建筑体形:点式。建筑结构类型:砖混结构。体形系数:0.55。

节能计算总建筑面积:268.00 m2。建筑总体积:804.00 m3。

建筑表面积:445.00 m2。建筑层数:3 层，层高3 m。建筑物高度:9 m。

外窗、外墙状况见表1。

表1 全楼外窗、外墙面积汇总

3.1.2 住宅的构造

屋面类型(自上而下):水泥砂浆(20 mm)+钢筋混凝土(100 mm)+石灰水泥砂浆(20 mm)，太阳辐射吸收系数0.50。

外墙类型(自外至内):水泥砂浆(20 mm)+KP1 空心砖(240 mm)+石灰，水泥，砂，砂浆(20 mm)，太阳辐射吸收系数0.50。

冷桥柱类型:水泥砂浆(20 mm)+钢筋混凝土(240 mm)+石灰水泥砂浆(20 mm)。

冷桥楼板类型:水泥砂浆(20 mm)+钢筋混凝土(100 mm)。

外窗类型:塑料型材单层玻璃窗(5 mm 单层玻璃)，传热系数4.70 W/(m2K)，自身遮阳系数0.93，气密性为4 级，水密性为3 级，可见光透射比0.40。

3.1.3 计算分析

以《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》(DGJ 32/J 71－2008)为判定依据，用PKPM 软件对其进行能耗情况分析，通过计算得到的农民住宅冬季供热的单位能耗为59.85 kWh/m2。

考虑当地居民的实际生活情况，按三个卧室供热来计算，3×4×4=48 m2，考虑人员滞留时间率为80%，则冬季供热用电总能耗为59.85×48×80 % =2298.24 kWh。

根据能源换算系数，电力当量1 kWh=0.1229 标准煤，沼气1 m3=0.714 标准煤［1］224，则沼气1 m3=0.714÷0.1229=5.81 kWh。因此，若改用沼气来供热，则冬季供热的沼气需求量为2298.24÷5.81=395.57 m3。

3.2 沼气产量的分析

从上文可知，农民修建一个8 m3沼气池，自身投入需要700 元，使用寿命约20年，年产沼气400 m3。调研中发现，沼气原料充分并且沼气池维护良好的一些农户，其沼气产量均高于常规，除满足5 口之家的日常能源使用之外都有所剩余。

如果是采用联户沼气、大中型沼气或服务网点的形式使用沼气，那么，沼气的来源和数量就更能得到保证，只是单价约为0.8～1.0 元/m3。

3.3 经济分析比较

电能作为优质的二级能源用于供热是不经济的，天然气作为一次性能源，随着数量的日益减少，价格也会不断攀升。而沼气作为可再生能源，随着技术的不断进步，不仅来源稳定，产量也会不断增加，其价格总体可以保持稳定，甚至会有所下降。

3.3.1 与用电比较

按目前当地电价0.5283 元/kWh，沼气单价0.8 元/m3计算，一户农民住宅冬季供热用电费用为0.5283×2298.24=1214.16 元，改用沼气后的费用为0.8×395.57=316.46 元，即仅冬季供热一项，每年可节约费用897.7 元。

如果使用沼气供热，即使按目前的技术水平，对于单户独池的农民，只要再多建一个沼气池，沼气产量就完全能满足冬季的室内供热，并且一次投入700 元，与用电相比较，当年就能收回投资。

对于联户沼气、大中型沼气和服务网点的用户来说，除开户费300～400 元外，也就是每年花费300 多元就能保证一个冬季的室内供热，比用电要节省800 多元。

3.3.2 与管道天然气比较

盐城市管道天然气，市区价格为开户费3000 元、售价1.8 元/m3，其余各县城为开户费4000 元左右、售价3～4元/m3不等，因为管道铺设初期投资高，目前还没有在乡镇推广使用，更不用说农村了。而目前农村使用沼气的用户，开户费300～400 元，售价0.8～1 元/m3，虽然天然气的发热量大约是沼气的1.86 倍，但使用沼气仍然比天然气有很大的经济优势。