城市和农村沼气发展模式的比较分析

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第四, 通过净化提纯技术, 可从沼气中把 CH 4 和 CO2 直接分离出来, 作为化工原料, 生产多种重要的化工产品。 以 CH 4 和 CO2 为原料的重要化工产品包括合成气 ( CO + H 2)、乙炔、氢气、炭黑、氯甲烷、合成氨、化肥 ( 以合成氨为 原料 ) 、甲醇、二甲醚、低碳混合醇和低碳烯烃等, 其中, 甲 醇和二甲醚可直接用作车用燃料, 替代汽油 [ 16] 。
摘要 城市和农村的沼气发展都能发挥 替代其他能源、改善环境质量、保障能 源安全等多重功效。相比之下, 由于农民居住 分散, 土
地价格低等, 农村沼气发展适宜采取 分散模式, 依赖社区网络对分散的农民进 行管理, 提供服务。因为城市居民居住集中, 土地价格
高等特点, 城市沼气发展适宜采取集中模式, 沼气原料收集、沼气和相关产品生产和使用、沼气生产后二次污染防治, 都对设施有 较强
的依赖性。
关键词 沼气发展模式; 城市; 农村; 比较分析
中图分类号 TK6; X705
文献标识码 A
文章编号 1002- 2104 ( 2010) 03专 - 0302- 04
不管是在农村, 还是在城市, 沼气对于发展当地的替 代能源, 改善当地环境质量, 促进当地的能源安全, 都有积 极的意义。只是, 由于社会条件的差异, 城市和农村的沼 气发展模式各有其特色。本文将就城乡沼气发展模式的 异同点进行比较分析。
集中生产模式对设施有很高要求, 主要体现在原料收 集、沼气或相关产品生产、沼气或相关产品利用, 沼气生产 后二次污染防治等几个环节:
第一, 城市中人口居住比较集中, 管道、加气站的建设 成本摊到每一个用户头上, 就比较低。在城市中, 为一片 住宅区或工业区集中铺设一根主管道, 可以惠及成千上万 的用户, 同时只需往每一个用户铺设一根比较短的支管, 平均每个用户的管道铺设成本很低。同样, 在人口密集区 建设一个加气站, 可以同时惠及许多用户, 不少固定成本 可以摊薄。
气化、发电、供热、提纯都需要大型、成套的专业化设 备, 这些都必须在一个现代化大工厂内方能运作, 与之相 配套的是现代企业管理方式, 来协调各个生产环节, 使之 前后顺利衔接, 持续运转。
在这种情况下, 原料收集、沼气生产、沼气供应三个环 节都是集中的。沼气原料需要从居民家中收集后, 集中运 输到大型沼气生产设施, 投入生产过程, 其产品由天然气 管网、电网、压缩天然气配售网络、化工品销售网络等集中 供应。 2. 3 设施依赖型
这样的管理服务网络首先是向农户提供技术支持。 其服务功能包括, 购置农用运输车、沼肥吸运单元、铡草 机、进出料机具、配件、维修工具等, 统一负责沼气用户的 原料供应、进出料、配件供应、日常维护等工作, 对农民进 行沼气综合利用的指导 [ 2] 。
在很多情况下, 有些农户沼气产量或原料较多, 难以 用光, 而另一些农户沼气产量或原料较少, 不能满足需求, 这时就需要依靠沼气管理服务网络调剂余缺[ 3] 。调剂的 方式有两种, 一种是利用输气管路相互并联, 实现联户调 节用气[ 4] ; 另一种是将原料集中后, 统一调配[ 5] 。尤其是 联户调节供气, 几户农户合用一个沼气池, 要求邻里关系 比较和谐, 而邻里关系的调节传统上是依靠社区机制, 也 是当前的普遍做法。
第二, 城市中单户居民的居住空间比较狭小, 无法一 家一户兴建沼气池。因为城市中, 土地价值较高, 导致房 屋价格较高, 一般的城市居民居住空间很有限, 家中不可 能有建设沼气池的地方。
第三, 分散式的沼气建设方式, 土地利用效率低, 浪费 严重; 由于城市土地价值较高, 同样的低效率土地利用模 式发生在城市, 造成的经济损失比在农村要大得多。
2 城市沼气: 集中式与设施依赖型
由于城市中人口分布、居住模式等特征, 那里的沼气 生产以集中式为宜, 采取现代化大工厂的生产模式, 这就 对大型设施系统提出了很高要求。 2. 1 集中式发展的理由
由于城市中人口比较集中, 单户居民居住空间狭小, 土地价值较高, 分散使用所造成的土地浪费经济损失很 大, 垃圾、粪便集中收集的基础设施已经比较完善等原因, 城市中的沼气生产宜采用集中的现代化大工厂模式。
1 农村沼气: 分散式与社区依赖型
农村沼气生产和利用呈现分散式的特征, 这就依赖一 套成熟的社区管理服务网络对分散的农户进行有效管理。 1. 1 分散式发展
农村的沼气池一般是单独一家农户建造一个, 也有少 数情况是, 相邻农户共用一个较大沼气池或小型沼气工 程, 集中收集原料、集中生产沼气的大型沼气工程很鲜见。
月 ) , 就可以享受综合性服务 [ 7]。 政府的作用主要在县一级发挥, 而在镇 (乡 )村两级,
沼气协会就比较活跃。四川、广东等省份建立了比较完善 的 县 - 镇 ( 乡 ) - 村 三级管理服务网络, 县一级有专门 负责沼气推广的政府部门, 指导沼气协会的建立和运行, 向其注入各种资源; 在沼气协会的运作下, 乡镇一级建立 沼气服务站; 村一级有沼气服务网点, 由 1 名农民沼气技 术员驻守, 应建池户的要求及时提供服务[ 8- 9] 。
二次污染, 这时, 也需要管理服务网络负责监督农户, 确保 它们对其进行安全处置或再利用, 或者上交给指定的收集 单位 [6] 。
由于农民的分散性, 由政府直接管理农民的成本是高 昂的, 这就需要在政府和农民之间有一个中间层来降低管 理成本, 传统上, 这个中间层就是农村社区, 它为国内外的 经验所证明是行之有效的。社区降低管理成本的功能主 要体现在以下几个方面。其一, 社区组织可以扮演农民代 言人的角色, 政府与社区组织对话, 比与分散的农民一个 个对话的成本要低得多。例如, 在沼气发展中, 由社区组 织集中代表农民意志, 参与管理沼气服务网络, 肯定比单 个农民分散性的参与, 效率要高。其二, 组织农民进行互 助, 减少对政府或其他外界主体的依赖。例如, 如果农民 能够在社区机制的调节下, 自行调剂沼气原料或沼气的余 缺, 就不需要政府介入, 减少了政府的管理负担。其三, 邻 居之间的互相监督, 可以降低政府的监管成本。例如, 农 民出于保护自己家园环境的目的, 阻止邻居以不适当的方 式处置沼渣、沼液等副产品, 污染环境, 政府就可以减少监 管建池户的人力。目前, 政府管理农民, 或者向农民提供 服务, 都是通过基层社区组织, 并且这一系统已经或正在 发挥积极作用。因此, 农村沼气管理服务网络, 不应另起 炉灶, 而是依托现有社区组织。
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中国人口 资源与环境 2010年 第 3 期 专刊
( CH P) [ 14] 。 第二, 生物质气化, 替代天然气, 进入管道。城市中的
有机垃圾、人畜粪便、污水处理厂污泥, 以及城市郊区的农 作物秸秆中都含有大量有机质, 利用生物质气化产生沼气 之后, 再将它提纯为 97% - 99% 的甲烷气体, 就可以替代 天然气, 服务于管道燃气用户 [ 8]。例如, 瑞典 L inkop ing沼 气厂建于 1992 年, 项目总投资 900万欧元, 自 2001 年开 始, 提纯后的沼气可以注入当地的天然气配气管 [15] 。
目前, 普遍的做法是依托农村社区建立沼气协会, 采 取 政府 + 协会 + 农户 的管理模式, 政府通过协会向农 户提供资源, 农户通过协会向政府反映诉求, 由农民选举 出来的代表参与协会的管理, 农民在协会的协调下开展必 要的互助或互相监督。在协会的组织下采取统一管理、共 享资源的模式运行和维护沼气池, 比农民一家一户进行操 作的成本要低, 农户只要向协会缴纳少许会费 (如 1元 /户
所谓集中式发展, 就是把垃圾、粪便等原料运到大型 工厂, 在现代企业管理模式下, 利用大机器生产产品 沼气或电力。具体而言, 主要有以下几种工厂:
第一, 垃圾填埋场沼气发电和供热。垃圾在地下填埋 一段时间后, 将会不断的产生沼气。在垃圾填埋场建设沼 气发电厂, 可以将沼气转化为清洁的电力, 并将温室效力 较高的甲烷转化为温室效力较低的二氧化碳 [ 12] 。例如, 2007年 5月建成的北京阿苏卫垃圾填埋场沼气发电项目 一期, 装机容量为 2. 7兆, 年满载发电量可达 2 100万 kW 是地, 可供北京市 1. 7万户家 庭全年的用电量 [ 13] 。此外, 发电过程中产 生的 废热 可用 于供 热, 即 实现 热电联 产
在这种情况下, 原料收集、沼气生产、沼气供应三个环 节都是分散的。每家每户禽畜圈舍和田间地头的沼气原 料不需要集中, 而是分散在各家各户使用, 沼ห้องสมุดไป่ตู้生产设施 (沼气池 ) 分散在各家农户家中, 其产品 沼气、沼渣、 沼液就近供应自家炊事、种植业等用途。
农村沼气的分散式发展与农民的居住模式不无关联。
如果实行集中式生产, 就要在大型沼气工程和农户之间铺 设管道, 而农民居住得很分散, 这就意味着为每户农民铺 设的管道很长, 铺设成本很高。在这种情况下, 分散式发 展不失为一种效率较高的选择。
1. 2 社区依赖型 因为, 农村沼气大多是农民每家每户单独建造, 那就
需要对分散的单个农户进行有效管理, 提供有效服务。对 此, 就需要依靠社区网络建立沼气管理服务网络 ( 如 政 府 + 沼气协会 + 农民 网络 ), 提高管理效能, 降低管理成 本。对于共用沼气池或小型沼气工程的农户而言, 更有赖 于社区网络对邻里关系进行协调。
沼气生产后各种残渣、残液如果处置不当, 也会造成
收稿日期: 2010-01-10 作者简介: 刘新宇, 博士, 研究员, 主要研究方向为环境保护与能源政策。 * 该文为 2009年上海社会科学院课题 ( NO. 0912 ) 短期过剩背景下上海新能源产业发展的对策 的修改阶段性成果。
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刘新宇: 城市和农村沼气发展模式的比较分析
第三, 沼气进入加气站, 替代车用燃料。现在, 众多国 内外城市大力发展液化石油气 ( LPG ) 汽车和压缩天然气 ( CNG)汽车, 而沼气提纯 为 97% - 99% 甲烷后, 可进 入 CNG 加气站, 替代其作为车用燃料。与天然气相比, 它具 有可利用废弃物生产、不受气源地限制、可再 生等优点。 根据国际能源署 2005年的研究报告, 美国、德国、法国等 7 个国家有规模化的车用沼气生产厂 23 个, 其中瑞典做的 最好。到 2005年底, 瑞典全国有 5 000 多辆沼气汽车, 加 气站逐年成倍增加, 已达 70余座 [ 16] 。
第四, 由于基础设施比较完善, 城市中的垃圾、人畜粪 便都沼气原料已经实现集中收集, 为集中式的沼气生产创 造了有利条件。
此外, 沼气生产会造成二次污染, 产生恶臭, 因为城市 中人口居住集中, 如果在居民区兴建沼气池, 沼气池与居 室之间难以拉开距离, 污染物会严重危害居民健康、生活 质量。所以, 必须从居民区将垃圾、粪便等沼气原料运出 后, 在离居民区较远的地方兴建沼气生产设施。 2. 2 集中式发展的形式: 现代化大工厂
一般户用沼气池的池 容为 8 - 10m 3, 供一家农户 炊 事、照明之用, 沼液、沼渣用于田间施肥。相邻的农户也可 以实现联户供气, 即利用输气管路相互并联, 实现联户调 节用气, 有多余沼气一时难以用尽, 还可以共 用贮气柜。 共用沼气池的池容在 16m3 以上, 池容在 20- 100m3 之间 的小型沼气工程适用于畜牧小区、规模养殖户 [ 1] 。
中国人口 资源与环境 2010年 第 20卷 第 3期 专刊 CH INA POPULAT ION, RE SOURCE S AND ENV IRONMENT Vo .l 20 N o. 3 2010
城市和农村沼气发展模式的比较分析*
刘新宇
(上海社会科学院生态经济与可持续发展研究中心, 上海 200020)
高效率的沼气管理服务网络依托社区, 也可积极引入 私营部门的力量。如安徽省成立了由资质良好的私营企 业组建的沼气产品维修服务站, 服务站在各县建分站, 分 站从服务站批发沼气配件, 统一全省零售价, 向乡镇及以 下的沼气服务网络供应沼气配件, 提供维修、技术培训和 指导等服务 [ 10- 11] 。
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