“碳中和”目标下农村沼气工程发展机遇与对策.pdf

碳中和 目标下农村沼气工程发展机遇与对策 甘福丁 唐 健 王会利 宋贤冲 覃其云 邓小军 曹继钊 广西壮族自治区林业科学研究院 广西南宁 530002 摘要 本文指出了大量温室气体排放给人类社会带来严重影响 阐述了沼气工程在实现 碳中和 目标中的作用 分析了我国沼气工程发展状况及实现 碳中和 目标给农村沼气工程发展带来的机遇 并提出了相应对策 以期为农村 沼气工程的发展提供参考 关键词 农村能源 沼气工程 碳中和 现状 发展机遇 对策 中图分类号 S216 4 文献标识码 A 文章编号 1007 5739 2021 17 0157 04 DOI 10 3969 j issn 1007 5739 2021 17 067 开放科学 资源服务 标识码 OSID 为应对全球气候变化 减缓地球变暖 实现世界 绿色发展 中国宣布将提高国家自主贡献力度 CO 2 排 放力争于 2030 年前实现 碳达峰 努力争取 2060 年 前实现 碳中和 到2030年 单位国内生产总值CO 2 排放将比 2005 年下降 65 以上 非化石能源占一次 能源消费比重将达到 25 左右 1 到 2035 年 生态环 境根本好转 广泛拥有绿色生产生活方式 碳排放达 峰后稳中有降 碳中和 是指 CO 2 或温室气体 除 CO 2 外 还有 CH 4 NO X CF 4 HFCs等 的净零排放 意味着人类社会 活动引起的碳排放与通过植树造林等形式从空气中 吸收的CO 2 的量相等 实现 碳中和 目标需要中国社 会 经济 能源 技术等各方面的巨大转变 极大减少 化石能源消费 提高可再生能源消费比重 目前 我国 农村仍然大量使用煤 石油 液化天然气等作为生产 生活能源 产生大量温室气体 按照实现 碳中和 的 要求 推动我国农村能源生产和消费革命 促进社会 经济发展向绿色低碳转型 既是我国可持续发展和应 对全球气候变化的战略选择 彰显中国负责任的大国 担当 也为建设 美丽中国 和实现乡村振兴战略指明 了方向 沼气工程是指采用厌氧消化技术处理各类有机 废弃物 水 并制取沼气的系统工程 是能源化 减量 化 无害化处理农村有机废弃物 生活垃圾 畜禽粪污 的主要途径 沼气是一种优质 廉价 卫生的气体燃 料 是可再生的生物质能源 沼气的主要成分是CH 4 含量 40 70 和 CO 2 含量 15 60 沼气的高 位热值一般为22 25 MJ m 3 经提纯净化后可提高CH 4 的相对含量 热值可达39 8 MJ m 3 由于沼气是处理各 类有机废弃物的产物 使用 CH 4 作为能源不会增加 CO 2 排放 因此 在实现 碳中和 目标进程中 我国沼 气能源将得到更大关注 农村沼气工程发展将大有可 为 迎来新的机遇和挑战 1 大量碳排放给人类社会带来严重影响 1 1 大量使用化石能源会导致温室效应产生 工业革命以来 世界各地开始大量使用煤 石油 等化石燃料 这些经过几十亿年存于地下的化石能 源 在几百年中被集中快速利用 产生了大量的 CO 2 CH 4 等温室气体 温室气体在大气中增多会使太阳辐 射到地球上的热量无法向外层空间发散 最终导致地 球表面变热 形成温室效应 1 2 温室效应会引发地球灾难增多 温室效应造成的后果 一是导致气候反常 海洋 风暴增多 海平面上升 海水倒灌 灾害频繁 严重威 胁人类的生存与发展 二是引发地区性平均气温和降 水的变化 导致土地干旱 土壤恶化 病虫害增加 沙 漠化面积增大 对农业 畜牧业生产不利 三是导致积 雪融化速度加快 加剧全球水资源供需紧张 四是各 种传染病传染范围扩大 发病率提高 威胁到人类的 健康乃至生命安全等 2 1 3 气候变化对我国直接造成经济损失 气候变化对社会经济会造成极大影响 根据 第 三次气候变化国家评估报告 气候变化已对我国粮 食 水 生态环境 基础设施安全以及人民生命财产安 全构成了较为严重的威胁 基金项目 广西林业地方标准制定 修订 项目 gl2020bz06 广西林业科技项目 2019 作者简介 甘福丁 1963 男 广西贵港人 高级工程师 从事农村能源和沼气工程技术研究工作 通信作者 收稿日期 2021 02 18 现代农业科技 2021年第17期 农业工程学 157 现代农业科技 2021年第17期农业工程学 2 农村沼气工程发展对实现 碳中和 目标的重 要性 2 1 我国能源活动碳排放情况 目前 我国化石能源的消费比重占比超过 80 年 CO 2 排放量约 160 亿 t 其中煤炭占主导地位 中 华人民共和国气候变化第二次两年更新报告 显示 2014 年我国 CH 4 排放量已经高达 5 529 万 t 其中能 源活动排放占比44 8 目前 我国碳排放全球第一 已超过了世界排放量的要求 2 2 我国农村可再生能源消费对 碳中和 目标的影响 农村能源生产与消费是我国能源战略的重要组 成部分 农村可再生能源开发利用既关系到能源革命 和环境保护 也关系到 三农 问题和乡村振兴战略的 实施 3 加快农村可再生能源体系建设 特别是农村沼 气工程建设 可有效保护森林资源 增加森林碳汇 降 低农村温室气体排放 减缓气候变化进程 长期以来 农村大量使用煤 石油 液化天然气等 取暖做饭 导致 CO 2 大量排放 现在我国农村已整体 脱贫 但是城乡能源发展差距还很大 农村能源相对 贫困现象尚未改变 特别是农村清洁的可再生能源发 展严重滞后 这些问题得不到解决 将会极大影响我 国碳减排和 碳中和 目标的实现 2 3 农村沼气工程对减排温室气体的作用 近 20 年来 随着农村社会经济结构调整 农村畜 禽养殖已由家庭散养为主发展到规模化 集约化养殖 为主 规模化养殖会产生大量而集中的畜禽粪便和有 机废水 这些废弃物用之是宝 弃之是害 畜禽粪便处 置不当不但会对农村环境造成严重污染 同时也是形 成温室气体CO 2 CH 4 主要排放源之一 CH 4 是优质气 体燃料 被回收后可以作为清洁能源利用 4 CH 4 作为 能源替代化石能源使用不会增加碳排放 还可以增加 农村清洁能源有效供给 让农民从沼气工程开发中得 到福利 因此 畜禽粪污沼气化处理和农村有机废水 处理既可以生产优质清洁能源 改善农村能源结构 也可以减少温室气体排放 改善养殖场及农村环境 综合效益明显 3 我国农村沼气工程发展现状 3 1 我国农村沼气工程功能的转变 我国沼气事业的发展源于 20 世纪 60 70 年代 当时主要目的是解决我国农村地区因能源短缺而导 致的山林乱砍滥伐等问题 现在农村沼气已由过去只 以养殖业的畜禽粪污为主要原料延伸到农作物秸秆 工业有机废水废渣 城乡生活有机垃圾和污水的处 理 已由过去集中供气扩展到发电上网 生产生物天 然气 车用燃气 工业用气等 同时可为下游种植业用 户提供高质量有机肥 这些功能的转变 为沼气行业 提供了新的增长点 4 3 2 我国近年来农村沼气工程建设情况 3 2 1 发展方向 随着 2015 年全国农村沼气转型升 级试点项目的实施以及国家对清洁能源的需求日益 增加 各地沼气建设重点逐渐转移到大中型沼气工程 建设上来 虽然沼气工程数量总体有所减少 但是总 池容和总产气量都有所增加 说明沼气工程逐渐向规 模化 大型化方向发展 3 2 2 发展规模 据测算 我国生物燃气可利用资源 为 1 500 亿 m 3 a 其中畜禽粪便 750 亿 m 3 a 农产品加 工残余物60亿 m 3 a 有机垃圾90亿m 3 a 作物秸秆 按1 3计 600亿m 3 a 截至2016年 我国各类沼气工 程累计达11 34万处 总池容2 013 41万m 3 年产沼气 量27亿m 3 5 由此可见 我国农村沼气工程发展空间 巨大 前景广阔 3 3 沼气工程发展存在的问题 3 3 1 工艺技术滞后 随着农村居民生活水平的提高 和生活条件的改善 农村居民人均生活能源消费量也 显著提高 国家开展农村能源转型升级以来 农村沼 气工程得到较快发展 但仍然存在工艺技术发展滞 后 设备技术标准不健全 产品质量不高等问题 目 前 已形成可盈利的市场化推广模式少 一些项目仅 限于示范 难以可持续运行 3 3 2 政策体系配套水平低 我国目前尚未系统建立 促进农村能源可持续发展的政策体系 政策没有形成 合力 效率低 即使开展了沼气清洁能源项目也是往 往不配套 沼气发电上网 生物天然气并入天然气管 网等尚存在许多障碍 难以形成可持续 市场化的模 式 特别是农村环境综合整治单一 作物秸秆 生活垃圾 粪污资源等未能实现完全能源化利用 无害化处理 3 3 3 供气管理与服务不完善 随着农村城镇化快速 发展 现有的沼气供气管理体系没有延伸覆盖乡镇 沼气管理机构不健全 沼气专业技术人才欠缺 沼气 服务体系不够完善 沼气工程效益不佳 导致出现沼 气供气成本偏高 供气质量不稳定等问题 4 碳中和 目标实施给农村沼气工程建设带来 的发展机遇 4 1 农村能源需求增长空间广阔 中国经济长期向好 中央持续深化改革 构建以 国内大循环为主体 国内国际双循环相互促进的新发 展格局 随着 碳中和 目标的设定 我国将围绕 碳 达峰 目标开展能源结构优化 清洁能源消费量上升 158 大部分新能源行业与节能行业将会迎来新的发展机 遇 特别是农林废弃物利用 垃圾资源化利用行业也 会迎来新的发展机遇 农村生产生活高质量发展 需 要更多的可再生清洁能源 实现 碳中和 目标 会对 我国应对气候变化工作提出更高要求 农村能源体系 建设将加快推进 产业发展基础也将日臻完善 4 2 国家将实施清洁低碳发展战略和严格的生态环 境保护政策 人与自然和谐共生是我国生态文明建设的重要 目标 在应对气候变化工作中 我国将逐步消除人为 干扰生态系统的不良因素 努力实施可持续清洁低碳 发展战略 建立健全生态文明统筹机制 实施严格的 生态环境保护政策 实现 碳达峰 碳中和 是一项复 杂而系统的工程 需要处理好发展与减排 短期与长 期 整体与局部的相互关系 我国会积极推动低碳环 保技术 各地 各行业也会日益普及 迅速跟进 加快 零碳 技术推广 4 3 国家会将 碳中和 列入未来四十年发展目标 贯彻新发展理念 从 十四五 规划开始 我国将 提出阶段性的减排目标 对可再生能源配以相应的减 排政策支持 6 实施乡村清洁能源建设工程 加快绿色 低碳发展 在政府工作报告中 做好 碳达峰 碳中 和 工作已被列入2021年重点任务之一 在产业升级 能效提升的同时 使碳减排有法可依 有章可循 各行 各业也在统筹推进 碳中和 技术研发攻关 推广示范 及国际合作 在构建农村现代能源体系中 沼气工程 建设也必将与农村生态环境建设 乡村振兴战略相结 合 与国家减排政策相结合 有条件的地方会积极推 进建设以生物质能源为主 太阳能 电和天然气为辅 的绿色低碳能源体系 促进农村生态文明建设和生态 环境的改善 4 4 中国经济增长将与碳排放深度脱钩 实现中国经济高质量增长必然与碳排放脱钩 在 实现经济增长的基础上 逐渐降低能源消费量 特别 是化石能源的消费量 使CO 2 的排放量增速为负或小 于经济增速 因此 产业调整 资产重组不可避免 产 业发展迎来巨大挑战 实现 碳中和 加快调整生产 方式 减少碳排放 大幅提高生物质能 水能 风能 太 阳能已成为大多数人的共识 对于广大农村 一方面 农村社会经济要发展 另一方面要求化石能源消耗增 速相应下降 发展农村沼气等生物质能源成为优化农 村能源结构 降低化石能源消费量的有效手段 4 5 功能互补需要沼气能源融合发展 虽然中国 碳中和 目标实现主要依靠的能源是 风 光等可再生电力 但风 光发电存在间歇性和不稳 定性 在利用上存在难以与负荷匹配的缺陷 利用沼 气提纯净化制取生物天然气来发电 启停快 应急能 力强 可为新能源规模化高效利用提供重要支撑 传 统调峰型燃气 燃煤电厂和热电联产型电厂在经济上 缺乏竞争力 且排放大量温室气体 发展空间受到限 制 也需要与沼气能源融合发展 寻求突破 5 对策 5 1 科学制定 十四五 农村沼气能源发展规划 化石能源高消费引发的温室效应 已经给人类社 会带来严重影响 低碳社会 低碳生活方式 低碳城 市等一系列新概念 新提法已经深入人心 我国正在 加快进行生态文明建设 追求 绿色 GDP 因而 绿 色低碳 会成为我国 十四五 时期经济社会发展的 重要内容 要特别重视农村可再生能源建设 制定农 村沼气中长期发展规划 发挥农村沼气能源 零碳 和 负碳 作用 特别是要发挥减少 CH 4 排放的优势 在满足农村对沼气能源需求的同时 低成本促进 碳 减排 和 碳中和 助力美丽中国建设 乡村振兴战 略的实施 5 2 依托生物有机质资源构建农村沼气能源体系 从实现一村一镇温室气体排放量与吸收量的平 衡开始 加强农村能源体系建设 我国农村畜禽粪污 作物秸秆 林业剩余物量大面广 需要应用沼气工程 处理技术 实施农村人居环境整治提升行动 建立农 村清洁能源体系 也需要沼气工程技术支撑 开展绿 色低碳村镇建设 实施 零碳 村镇行动 打造一批零 碳排放 环境零污染的村级示范样板 形成以生物质 能源为主的绿色低碳能源体系 为农村能源革命注入 新动力 加快农村沼气等可再生能源发展 开展植树 造林 扩大森林碳汇建设 选择具备条件的地方 整 屯 整村 整个乡镇乃至整县推进示范项目建设 探索 适合农村能源的技术路线和发展模式 5 5 3 加强农村能源体系与满足农民能源需求相结合 坚持低碳环保 使用方便 经济耐用的原则 为农 民提供沼气清洁能源 让农民经济上负担得起且用得 放心 用得长远 强化沼气工程系统配套和集成 避免 重建轻管 消除农村能源相对 贫困 现象 保持农 村能源系统的韧性和安全性 加强农村能源服务体系 建设 确保沼气工程集中供气 并网发电安全持续运 行 降低农户用气成本 并给予用气农户适当补贴 保 障农村农业生产和家庭生活对沼气能源需求 推动我 国农村地区能源转型升级 加大乡村 生态宜居 建设 力度 甘福丁等 碳中和 目标下农村沼气工程发展机遇与对策 159 现代农业科技 2021年第17期农业工程学 上接第156页 化 原料化占利用量的30 2021年预计草沟镇秸秆 综合利用率将达到92 5 参考文献 1 李玉蓉 农作物秸秆处理面临的困境及解决措施 J 当代 畜牧 2012 4 38 39 2 薛维长 对秸秆综合利用的思考 J 农机使用与维修 2012 5 111 3 苏桂华 徐艳荣 玉米秸秆烧荒引发的思考 J 农业与技 术 2012 32 2 1 2 4 石祖梁 王飞 王久臣 等 我国农作物秸秆资源利用特 征 技术模式及发展建议 J 中国农业科技导报 2019 21 5 8 16 5 4 开发和推广适合我国农村沼气能源利用技术 适应农村能源新的形势要求 坚持创新驱动发 展 加强农村沼气技术攻关 积极开展沼气工程新工 艺 新材料 新模式 新装备的研究 引进和吸收国外 先进沼气发酵技术 开展 物联网 远程在线监测 沼气发电余热利用 自动调控等新技术新模式建设 提升我国沼气工程智能化 自动化水平 加大财政资 金扶持力度 特别是拓展生物天然气在沼气发电 车 用燃气 天然气管网等领域的应用 提高企业经济效 益 尤其是大中型沼气工程沼渣沼液的利用要与现代 绿色有机农业 生态循环农业相结合 以改良土壤理 化性质 增加土壤肥力 促进化肥使用零增长 提高农 产品品质 推进农业清洁生产和绿色发展 稳定和培养沼气工程专业技术人员 加强沼气工 程技术产 学 研技术体系建设 促进沼气工程技术成 果转化 让科技成果走向企业 走向市场 提升示范效 应 发挥示范引领作用 重点推广适合我国大型特大 型沼气工程集中供气技术 提纯压缩生物天然气技 术 沼气并网发电技术 车用燃料技术 实现沼气商业 化 产业化开发 促进沼气高值利用 积极推广规模化 沼气工程沼肥加工及综合利用技术 沼肥一体化利用 技术 沼气生态循环农业技术 促进我国沼气工程稳 步发展 5 5 建立促进农村沼气工程可持续发展的政策体系 系统梳理现有农村能源 畜禽养殖 生态农业 乡 村振兴 环境保护等方面的法律法规 优化政策环境 创造农村能源可持续发展模式 推动国家相关政策落 实落地 农村沼气工程发展要与农村生态环境保护 污染治理 乡村振兴建设等相关政策紧密结合 与 碳 减排 碳中和 有关政策紧密结合 提高相关政策的 使用效率 出台引领农村沼气工程发展指导意见 研 究探索生物天然气配额制度和沼气终端产品补贴制 度 简化沼气发电上网 生物天然气入网手续 简化行 政审批程序 此外 要久久为功 扎实推进 形成适合 我国农村沼气工程发展的政策体系和可持续发展模 式 并在此基础上逐步推广 进而促进我国农村能源 低碳发展 5 6 积极参与国际 国内碳排放权交易 健全和完善我国可再生能源碳减排核查及监管 体系 夯实沼气碳减排监测核算基础 规范沼气工程 碳减排核查标准 统一统计口径和方法 形成可溯源 的原始能源记录数据体系 建立有效的碳定价机制 积极参与国际国内碳排放权交易 有效提高沼气工程 企业合法权益和可持续发展能力 为应对全球气候变 化作出应有的贡献 6 结语 农村地区的能源生产与消费是我国能源战略的 重要内容 在实现 碳中和 目标背景下 尤其需要加 强和完善农村沼气工程建设 加大开发和利用农村沼 气替代化石能源力度 将是我国发展农村可再生能源 产业的长期目标 在实现 碳中和 过程中 农村沼气 工程建设将迎来新的发展机遇和挑战 我国是传统农 业大国 畜禽养殖 作物种植 食品加工等产生的有机 废弃物总量很大 农村沼气发展潜力巨大 中国一直 是全球应对气候变化的积极参与者 沼气工程技术在 实现中国 碳减排 和 碳中和 目标进程中将会发挥 出其应有的作用 7 参考文献 1 朱震锋 新形势下推动碳达峰 碳中和的根本遵循与行动 路径 J 奋斗 2021 1 39 42 2 凌定元 温室效应危害及治理措施 J 纳税 2018 13 252 3 张博 唐旭 迈向 碳中和 甲烷减排不容忽视 N 中国能 源报 2021 01 04 4 4 李景明 徐文勇 李冰峰 等 关于中国沼气行业发展困境 和出路的思考 J 可再生能源 2020 38 12 1563 1568 5 王登山 中国沼气 历史与发展 M 北京 中国农业科学技 术出版社 2019 6 林伯强 2060年中国 碳中和 目标的路径 机遇与挑战 N 第一财经日报 2020 11 19 A11 160