戴婧 陳彬 齊靜

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院/環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100875)

低碳沼氣工程建設(shè)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益核算研究
——以廣西恭城瑤族自治縣為例

戴婧 陳彬 齊靜

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院/環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100875)

在全球氣候變暖和快速城市化的背景下，農(nóng)村地區(qū)是能源集約消耗的薄弱區(qū)域，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展一直受到制約。沼氣工程作為一種清潔用能方式，在優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、節(jié)約自然資源、增加農(nóng)民收入和促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。本文選擇廣西恭城瑤族自治縣這一沼氣工程建設(shè)全國(guó)示范縣為案例，針對(duì)戶用8m3沼氣池，對(duì)施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)和消費(fèi)利用全生命周期過程中的碳足跡、減排效益、經(jīng)濟(jì)收益和生態(tài)價(jià)值方面進(jìn)行核算和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明在沼氣池的建設(shè)與正常使用年限內(nèi)，該縣農(nóng)戶通過替代燃煤、柴薪和秸稈等共可減排CO2約1．24×106t。從戶用沼氣池建設(shè)及生產(chǎn)過程的投入產(chǎn)出價(jià)值的來看，僅通過節(jié)約炊事燃料和沼液沼渣的回收利用就能為每戶節(jié)約19 877元，為全縣帶來1．26億余元的總收益。因此，沼氣工程在該地區(qū)的建設(shè)普及是發(fā)展農(nóng)村低碳經(jīng)濟(jì)、走富農(nóng)之路的有效措施，可為廣大西部地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)提供借鑒。

低碳;沼氣;生態(tài)核算;沼氣工程

農(nóng)村作為中國(guó)能源消費(fèi)的重要區(qū)域，其低品位能源結(jié)構(gòu)和低能源供應(yīng)量嚴(yán)重制約著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。據(jù)農(nóng)業(yè)部門測(cè)算，我國(guó)現(xiàn)階段用作農(nóng)村生活燃料的秸稈和薪柴熱能轉(zhuǎn)化率僅15% －20%，同時(shí)，農(nóng)村用能還面臨煤炭和液化石油氣等常規(guī)能源供應(yīng)網(wǎng)點(diǎn)和服務(wù)站點(diǎn)分布不足的問題，這就導(dǎo)致農(nóng)村生活能源較為短缺，間接造成濫砍亂伐和植被破壞。許多地區(qū)因此陷入“能源短缺－濫砍亂伐－生態(tài)破壞－能源短缺”的惡性循環(huán)中。

戶用沼氣系統(tǒng)具有緩解人畜糞便的污染、減少化肥農(nóng)藥使用量、優(yōu)化農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)、改善大氣環(huán)境和提高農(nóng)戶炊事勞動(dòng)效率等優(yōu)點(diǎn)。自上世紀(jì)80年代以來已經(jīng)在我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)得到一定程度的推廣。為了深入評(píng)估戶用沼氣系統(tǒng)環(huán)境排放的影響，建設(shè)低碳型農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，有必要對(duì)戶用沼氣系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)效益的核算與效果研究。

目前，對(duì)沼氣系統(tǒng)生態(tài)核算與效益評(píng)估的研究主要集中在以下方面。從全生命周期角度:Berglund和Brjesson［1］分析瑞士沼氣工程建設(shè)全生命周期的物質(zhì)能量投入產(chǎn)出，對(duì)沼氣建設(shè)選址與物料運(yùn)輸和供水成本及效益產(chǎn)出進(jìn)行合理度量。張培棟［2］等研究了2004年中國(guó)沼氣自生產(chǎn)、消費(fèi)、處置過程綜合利用情況，并對(duì)國(guó)家尺度的沼氣建設(shè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)潛力進(jìn)行了總體評(píng)估。陳佳瀾［3］以湖墩山牧場(chǎng)大型沼氣池綜合利用工程作為案例，基于生命周期評(píng)價(jià)能源供應(yīng)系統(tǒng)的環(huán)境減排效益，并對(duì)其生態(tài)養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值給予評(píng)估。在沼氣使用階段的排放效益分析方面，鄧舟［4］等對(duì)4種主要生物沼氣處理方式的碳足跡進(jìn)行比較分析，得出能量的回收和沼氣提純工藝是實(shí)現(xiàn)碳減排效益的最有效方式。蘇明山等［5］構(gòu)建了沼氣利用CO2排放量及其減排成本核算的方法，并將該方法用于某沼氣站的案例研究中。從經(jīng)濟(jì)收益和循環(huán)經(jīng)濟(jì)角度，張嘉強(qiáng)［6］選擇四川、陜西、廣西三省進(jìn)行農(nóng)戶調(diào)查，研究沼氣建設(shè)的經(jīng)濟(jì)收益與農(nóng)戶安裝沼氣意愿，提出西部地區(qū)農(nóng)村沼氣建設(shè)的補(bǔ)貼政策對(duì)策和推廣建議。吳明濤［7］基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)考慮，沿生態(tài)鏈條對(duì)農(nóng)業(yè)種植養(yǎng)殖和沼氣資源綜合效益進(jìn)行綜合論證。Chen等［8］對(duì)中國(guó)農(nóng)村地區(qū)戶用沼氣發(fā)展的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行分析，指出增加政府補(bǔ)貼和利用清潔生產(chǎn)機(jī)制是解決農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要突破點(diǎn)，也是影響戶用沼氣在中國(guó)推廣發(fā)展的關(guān)鍵影響因素。

本文對(duì)沼氣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)核算，綜合測(cè)度區(qū)域戶用沼氣生態(tài)模式的可持續(xù)性，并選擇中國(guó)沼氣工程示范縣廣西恭城瑤族自治縣作為案例區(qū)進(jìn)行實(shí)證研究。通過對(duì)當(dāng)?shù)貙?shí)際調(diào)查、走訪與統(tǒng)計(jì)資料整理分析，針對(duì)典型戶用沼氣池，進(jìn)行基于生命周期的碳足跡核算，總體分析沼氣利用的溫室氣體減排效益、農(nóng)戶直接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)綜合生態(tài)效益，揭示沼氣建設(shè)對(duì)地區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)平衡有效發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的促進(jìn)能力，為其他地區(qū)沼氣工程建設(shè)提供一定參考。

1 案例區(qū)域介紹

恭城瑤族自治縣(以下簡(jiǎn)稱恭城縣)，位于廣西壯族自治區(qū)東北部，國(guó)土總面積2 149 km2，人口29萬(wàn)。上世紀(jì)80年代初，由于當(dāng)?shù)鼐用駷榻鉀Q燃料需求大量砍伐木材，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到嚴(yán)重制約。為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的和諧和可持續(xù)發(fā)展，1984年起，該地區(qū)將沼氣池建設(shè)與扶貧攻堅(jiān)相結(jié)合，持續(xù)實(shí)施“沼氣扶貧”工程。自1985年尤其是20世紀(jì)90年代中后期以來，恭城縣通過以沼氣為紐帶，以養(yǎng)豬為龍頭，以果業(yè)為重點(diǎn)，把養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)緊緊扭在一起，大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，構(gòu)建了“養(yǎng)殖－沼氣－種植”三位一體的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。據(jù)恭城縣能源部門統(tǒng)計(jì)，截止2009年底該縣境內(nèi)農(nóng)村戶用沼氣池總量6．36萬(wàn)座，入戶率89%以上，省柴節(jié)能灶6．11萬(wàn)戶，普及率達(dá)91．6%。

2 沼氣農(nóng)業(yè)系統(tǒng)核算邊界和生命周期過程

2．1 核算單元與邊界的確定

目前，恭城縣戶用沼氣池標(biāo)準(zhǔn)為8 m3，平均使用壽命至少為15年，本研究按照最佳使用期限，即前10年的使用情況進(jìn)行分析。由于當(dāng)?shù)貙儆诠鸨钡貐^(qū)，年平均氣溫高于沼氣常溫發(fā)酵區(qū)的最低溫度10℃，因此全年均能產(chǎn)沼氣?？鄢荒陜纱未蟪隽系臅r(shí)間，按每年11個(gè)月使用期進(jìn)行考慮，根據(jù)實(shí)際調(diào)研和統(tǒng)計(jì)資料的綜合整理分析來看，平均每口沼氣池每年產(chǎn)沼氣約400 m3，可解決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，根據(jù)恭城縣“養(yǎng)殖－沼氣－種植”模式的實(shí)際流程及核算方法需要，將沼氣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的核算單元分解為以下三階段:

(1)沼氣池建設(shè)階段:包括沼氣池的建筑施工、輸氣管道與設(shè)備的安裝;

(2)沼氣池運(yùn)行及管理階段:包括沼氣發(fā)酵原料的獲取、發(fā)酵產(chǎn)氣、沼氣輸出及沼液沼渣的處理、沼氣池的常規(guī)管理與維護(hù);

(3)綜合利用階段:包括沼氣、沼渣、沼液在農(nóng)戶、養(yǎng)殖場(chǎng)、農(nóng)田、果園等地的應(yīng)用。

圖1為恭城縣“養(yǎng)殖－沼氣－種植”模式的系統(tǒng)邊界以及核算單元分解示意圖。

圖1 沼氣農(nóng)業(yè)系統(tǒng)邊界及核算單元示意圖Fig．1 System boundary and accounting unit of biogas agriculture system

在研究過程中對(duì)沼氣系統(tǒng)作了如下假設(shè)和簡(jiǎn)化:在沼氣發(fā)酵原料的獲取階段，由于生物質(zhì)沒有被還田以及豬糞沒有被用作肥料，應(yīng)考慮其等效肥力的環(huán)境影響。但因?yàn)檎託獍l(fā)酵產(chǎn)生的沼液沼渣可用作肥料，又會(huì)減少化肥的使用量，所以本研究假設(shè)沼液沼渣的等效肥力與原料正好相同。由于沼氣產(chǎn)生過程為厭氧發(fā)酵過程，系統(tǒng)是密封、隔絕空氣的，所以不考慮沼氣發(fā)酵期間的污染物排放。沼氣池被拆除，大多是因建筑規(guī)劃等原因，本研究暫不考慮這一環(huán)節(jié)的環(huán)境影響與排放。

2．2 生命周期關(guān)鍵因素和影響因子

2．2．1 沼氣池建設(shè)過程

恭城縣沼氣建設(shè)模式主要為農(nóng)村戶用型沼氣模式。該模式是指農(nóng)戶將廁所、豬圈、沼氣池和果菜結(jié)合在一起。沼氣池上種植季節(jié)蔬菜和水果，池旁建豬舍和廁所，人和禽畜糞便在沼氣池發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣作為家庭燃料，沼液和沼渣作為果樹、蔬菜等的肥料。沼氣池的建設(shè)是按照國(guó)家和自治區(qū)推薦的先進(jìn)池形進(jìn)行配置，包括廚房、廁所的改建，豬圈和果園的配套設(shè)計(jì)與建設(shè)等。該過程涉及物質(zhì)、資金和人力等多方面投入，如土地、水泥、粗砂、細(xì)沙、卵石、鋼筋、涂料、實(shí)心磚、塑料薄膜、管道、灶、燈、壓力計(jì)、技術(shù)、勞動(dòng)、伙食和能耗等。同時(shí)，目前農(nóng)村的主要建池材料有磚、水泥、卵石、沙子等，并在選用材料時(shí)根據(jù)保證質(zhì)量的前提下優(yōu)先堅(jiān)持就地取材、減少運(yùn)輸、降低成本。在分析上述過程的基礎(chǔ)上，對(duì)8 m3標(biāo)準(zhǔn)的沼氣池建設(shè)過程各投入項(xiàng)列于表1。

表1 恭城縣8 m3沼氣池的主要建設(shè)物料構(gòu)成Tab．1 Construction materials of an 8 m3methane tank in Gongcheng County

2．2．2 生產(chǎn)及維護(hù)過程

沼氣池是“豬－沼－果”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式的核心。保證沼氣池正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)是“豬－沼－果”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式產(chǎn)生效益的先決條件。沼氣生產(chǎn)受進(jìn)料量和多種環(huán)境因子的影響，特別是厭氧環(huán)境、適宜溫度與pH值范圍。為滿足沼氣細(xì)菌的新陳代謝和農(nóng)時(shí)季節(jié)施肥的需要，必須對(duì)發(fā)酵原料進(jìn)行不斷更新，以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的用肥。使用秸稈進(jìn)行沼氣發(fā)酵的沼氣池，根據(jù)季節(jié)用肥需要，每年大換料1－2次。除定期大換料之外，平日需對(duì)沼氣發(fā)酵原料進(jìn)行小出料和小進(jìn)料，用以滿足沼氣菌生活所必須的原料和正常的新陳代謝。根據(jù)上述原則及恭城縣的實(shí)踐情況，對(duì)恭城縣內(nèi)戶用8 m3標(biāo)準(zhǔn)沼氣池生產(chǎn)和維護(hù)過程的原料投入進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通常小出料和小進(jìn)料在5－10天達(dá)到發(fā)酵原料的3% －5%，按照產(chǎn)1 m3沼氣須干料3－4 kg，及秸稈含水率為10%進(jìn)行衡量。小進(jìn)料量與產(chǎn)氣滿足下列關(guān)系式:

因此，生產(chǎn)維護(hù)過程的投入產(chǎn)出情況總結(jié)列于表2。

表2 恭城縣8 m3沼氣池日常維護(hù)(小進(jìn)料量)物質(zhì)投入產(chǎn)出情況表Tab．2 Material input and output of an 8 m3methane tank in routine maintenance

2．2．3 沼氣的消費(fèi)與利用過程

恭城縣沼氣的利用情況概括在表3中。對(duì)恭城縣戶用沼氣池沼氣炊事、沼氣發(fā)電照明和沼液沼渣綜合消費(fèi)與利用的詳細(xì)情況總結(jié)如下:

(1)沼氣炊事:這是恭城縣沼氣利用的最主要途徑。全縣境內(nèi)6．36萬(wàn)座戶用沼氣池已經(jīng)能夠基本滿足戶主的日常炊事需要。按照沼氣熱值20 930 kJ/m3，年產(chǎn)氣300天，沼氣爐熱效率60%，替代燃料柴薪13 814 kJ/kg，傳統(tǒng)柴灶綜合熱效率19%，蜂窩煤熱取值16 747．2 kJ/kg，煤爐熱效率35%，石油液化氣熱值20 934 kJ/m3，石油液化氣爐熱效率為60%來衡量，一個(gè)8 m3沼氣池全年產(chǎn)生的有效熱量，相當(dāng)于為戶用沼氣池家庭每年節(jié)約替代燃料柴薪2 153 kg，或替代蜂窩煤1 378塊，或替代石油液化氣450 m3。

表3 典型8 m3戶用沼氣池消費(fèi)與利用情況統(tǒng)計(jì)Tab．3 Output utilization of an 8 m3methane tank

(2)沼氣照明:戶用沼氣池能夠滿足一般家庭的照明用電。據(jù)調(diào)查顯示，農(nóng)村普通家庭有兩盞15W照明燈通過沼氣發(fā)電提供，每天平均使用4 h，則每年為每戶家庭節(jié)約電能約為45度。

(3)沼渣沼液的利用:一個(gè)8 m3沼氣池一年能為農(nóng)戶提供約25噸左右的農(nóng)家肥。大量研究和實(shí)踐證明施用沼液沼渣中含有大量腐植酸類物質(zhì)，這是改良土壤的關(guān)鍵因素。施用沼渣的果園有機(jī)物與氮磷含量均有所增加，同時(shí)保水保肥能力增強(qiáng)。同時(shí)，沼液沼渣的使用，對(duì)節(jié)約農(nóng)用化肥和增加水稻、果樹的產(chǎn)量，以及提供養(yǎng)豬養(yǎng)魚飼料等有重要的經(jīng)濟(jì)效益。

3 恭城縣沼氣農(nóng)業(yè)系統(tǒng)綜合效益核算

3．1 基于生命周期的碳足跡核算

鑒于碳足跡在生命周期評(píng)估中的局限及不確定性，本文為提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，綜合現(xiàn)有碳排放計(jì)算方法進(jìn)行研究。本文以不進(jìn)行沼氣建設(shè)活動(dòng)為基準(zhǔn)參考條件，針對(duì)恭城縣戶用8 m3沼氣池，考慮建設(shè)原料投入碳排放、人力投入碳排放、沼氣池運(yùn)行維護(hù)階段碳排和沼氣沼液沼渣利用的碳排放，進(jìn)行全生命周期的沼氣池建設(shè)與利用碳足跡評(píng)估;在確定各個(gè)工藝邊界及排放源的基礎(chǔ)上，計(jì)算每項(xiàng)的能量損耗(電力、熱量、燃料等);再將能量損耗乘以相應(yīng)的潛勢(shì)因子(GWP)(GWPCO2=1)，轉(zhuǎn)換為二氧化碳當(dāng)量表示的排放量，即得到每項(xiàng)的碳排放量;最后將各項(xiàng)加和，得到系統(tǒng)總碳排放量。

具體計(jì)算過程考慮以下因素:

水泥:根據(jù)IPCC編制的《國(guó)家溫室氣體清單指南(2006)》，生產(chǎn)1 t的水泥熟料，其CO2的排放因子缺省值為0．86;

鋼筋:以2006年為例，我國(guó)噸鋼 CO2排放量約為2 400 kg;

表4 基于生命周期的戶用8 m3沼氣池碳足跡核算Tab．4 Carbon footprint accounting of an 8 m3methane tank based on life cycle

運(yùn)輸:以普通小貨車正常出行為例，1．5 t小型貨車每公里耗油為0．11 kg CO2計(jì)。根據(jù)實(shí)地調(diào)研與評(píng)估，每戶建設(shè)沼氣運(yùn)輸建材5車次，20 km每次計(jì)，每年沼氣池運(yùn)行期間，沼液沼渣換料清理2次，每次運(yùn)輸約2 km，每戶每次1車，平日清除不需機(jī)動(dòng)車運(yùn)輸;

泄漏:由于沼氣的主要成分為CH4為50% －70%，CO2為30% －40%，還有少量 CO，H2S，O2，N2等氣體。按每年每戶平均泄漏1%的保守估計(jì)，每戶每年泄漏4．5 m3沼氣。折算成碳足跡約為8．9 kgCO2/年。

由表4可以計(jì)算得到:在戶用8 m3沼氣池自建設(shè)起至使用的全生命周期中，沼氣燃燒的CO2排放量最大，約5．3 t，占全生命周期總排放的84%以上;其次是建設(shè)過程物料投入涉及的CO2排放，約900 kg，占全生命排放的約14%;而沼氣泄漏、沼液沼渣及清理物運(yùn)輸?shù)腃O2排放僅占全生命周期總排放量的2%以下。

3．2 溫室氣體減排效益

根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果［9－12］和中國(guó)農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與效率，考慮恭城縣以沼氣利用為核心的農(nóng)村能源消費(fèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)溫室氣體減排效益核算方法與范圍總結(jié)如下:

(1)沼氣燃燒的CO2排放量計(jì)算

其中CBC:燃燒沼氣的CO2排放量，單位為t;

(2)生物質(zhì)燃燒的CO2排放量的計(jì)算

其中CW、CS為燃燒薪柴、秸稈的CO2排放量，單位為t;W、S分別是薪柴和秸稈的消耗量;45%為含柴薪碳系數(shù);87%為柴薪碳氧化率;40%為秸稈含碳系數(shù);85%為秸稈碳氧化率。

(3)煤炭燃燒的CO2、SO2排放量計(jì)算

其中CC和SC為民用煤的CO2、SO2排放量，單位為t;C為民用煤的消耗量，單位為t;0．020 9為熱值，單位為TJ/t;24．26為碳排放系數(shù)，單位為t/TJ;80%為氧化率;16為SO2排放系數(shù);84%為煤炭平均含硫量。

核算結(jié)果顯示:恭城縣戶用8 m3沼氣池的年生產(chǎn)沼氣能力約為450 m3。根據(jù)我國(guó)南方農(nóng)村地區(qū)用能結(jié)構(gòu)分配來看，相當(dāng)于替代燃煤700 kg，替代薪柴相當(dāng)于2 700 m3的林地年積蓄量，同時(shí)減少秸稈的直接燃燒約1 500 kg。按照我國(guó)林地年蓄積量90 m3/ha，平均木材密度1．54 kg/m3來保守估算，對(duì)戶用沼氣池碳排放核算情況統(tǒng)計(jì)(表5)。

表5 恭城縣戶用8 m3沼氣池消費(fèi)過程年碳減排核算統(tǒng)計(jì)Tab．5 Carbon emission reduction per year of an 8 m3 methane tank in Gongcheng Country

由表5可以看出，恭城縣戶用8 m3標(biāo)準(zhǔn)的沼氣池，在正常利用的情況下，年產(chǎn)沼氣450 m3，由沼氣燃燒產(chǎn)生的CO2排放為0．53 t，而因沼氣燃燒所替代的燃煤和柴薪的消耗所直接較少的CO2排放分別為1．04 t和0．47 t。同時(shí)沼氣生產(chǎn)的原材料秸稈因參與發(fā)酵過程而非直接燃燒所減少的CO2排放量為1．87 t。此外，每戶通過節(jié)省燃煤減少的SO2排放量每年為9．38千克。綜上可以看出，沼氣池在使用過程中，通過替代燃煤、柴薪和秸稈的直接燃燒，每年每戶能夠減少CO2排放2．82 t，減少 SO2排放9．38 kg。按照全縣總體情況來看，6．36萬(wàn)戶沼氣池，全年通過利用沼氣進(jìn)行炊事、照明可為全縣減少 CO2排放17．9萬(wàn) t，減少 SO2排放 596．6 t。

3．3 經(jīng)濟(jì)效益

恭城縣農(nóng)戶在使用沼氣池的過程中，通過沼氣炊事、照明，沼液沼渣的綜合利用，可以替代燃煤、柴薪等減少燃料的消費(fèi)，節(jié)約外來用電，利用沼液浸種和施肥增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，減少農(nóng)藥和化肥的使用量，同時(shí)使用沼渣養(yǎng)豬也可以節(jié)約大量用于購(gòu)買豬飼料的經(jīng)濟(jì)投入。根據(jù)恭城縣“養(yǎng)殖－沼氣－種植”模式的實(shí)際生產(chǎn)利用狀況，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)8 m3戶用沼氣池及全縣整體沼氣利用經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行的核算，結(jié)果見表6。

表6 恭城縣戶用沼氣利用每年直接經(jīng)濟(jì)效益分析Tab．6 Direct economic benefit analysis of biogas utilization in Gongcheng Country

恭城縣戶用沼氣利用經(jīng)濟(jì)收益主要來自燃煤替代、柴薪替代、沼氣發(fā)電、沼液浸種、沼液施肥增產(chǎn)、替代飼料、農(nóng)藥和化肥等8個(gè)方面(見表6)。其中，節(jié)約購(gòu)買化肥可以為每戶每年約節(jié)省1 000元，是經(jīng)濟(jì)收益最高的部分，約占總收益的50．3%。其次是節(jié)約購(gòu)買燃煤和農(nóng)藥，分別為家庭每年節(jié)約700元和200元。就總體而言，因戶用沼氣的使用，為恭城縣每戶家庭帶來直接經(jīng)濟(jì)收益2 117．7元，帶動(dòng)恭城縣沼氣用戶整體增收及節(jié)約的總經(jīng)濟(jì)收益約1．35億元。

3．4 生態(tài)效益

沼氣利用可有效保護(hù)森林免遭砍伐和減少大氣污染物排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)2004年中國(guó)沼氣供熱替代薪柴1 253．3×104t，相當(dāng)于保護(hù)了167．1 × 104ha．森林免遭砍伐［2］。按照該生態(tài)效益，并根據(jù)恭城縣境內(nèi)戶用沼氣池總量6．36萬(wàn)座，年均正常使用率為90%的保守估計(jì)，目前恭城縣每年的沼氣利用可替代柴薪 20 148．7 t，相當(dāng)于保護(hù)了2 686．1 ha森林免遭砍伐，直接節(jié)約木材量241 775．1 m3。這也是恭城縣自森林覆蓋率從1987年的47%上升到目前77%的最直接原因。按照森林每生產(chǎn)1 m3木材可吸收1.83 t二氧化碳計(jì)算，恭城縣通過沼氣利用節(jié)約柴薪而產(chǎn)生的碳匯效益，每年可吸收高達(dá)442．4萬(wàn)t的二氧化碳。以國(guó)際京都市場(chǎng)交易二氧化碳平均價(jià)格5．5美元/t計(jì)算［13－14］，每年恭城縣沼氣利用而間接創(chuàng)造的潛在碳匯價(jià)值高達(dá)243．8萬(wàn)美元，折合人民幣超過1 600萬(wàn)元。因此，戶用沼氣池建設(shè)是與退耕還林還草工程相結(jié)合的，國(guó)家給予一定稅收優(yōu)惠政策和財(cái)政補(bǔ)貼，鼓勵(lì)農(nóng)民積極興建沼氣池，減少對(duì)山林的砍伐，鞏固退耕還林還草成果，對(duì)于整個(gè)國(guó)家的節(jié)能減排和低碳發(fā)展有十分顯著的生態(tài)效益。

其次，日常清理的沼液沼渣作為農(nóng)田有機(jī)肥，除了含有大量的氮磷鉀基本營(yíng)養(yǎng)元素，還富含鐵鈣等微量元素和氨基酸等生物活性物質(zhì)，是一種養(yǎng)分含量全面，速效養(yǎng)分豐富，肥效長(zhǎng)久的有機(jī)肥［15］。長(zhǎng)期施用沼液沼渣，不僅能改善土壤結(jié)構(gòu)，還可以提高作物的抗病性和防凍性，提高土壤肥力，減少化肥和農(nóng)藥施用量，降低化學(xué)物質(zhì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和土壤的污染。

第三，沼氣池建設(shè)一般與改圈、改廚、改廁同時(shí)進(jìn)行，人畜糞便入池發(fā)酵，消滅了蚊蠅孳生場(chǎng)所，切斷了病原體的傳播途徑，因此有效改善了農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生狀況，提高農(nóng)村的生活環(huán)境［16］。戶用沼氣池建設(shè)與周邊環(huán)境治理相結(jié)合，對(duì)城市和地區(qū)形象的完善有重要影響，在提高居民生活質(zhì)量，改善區(qū)域投資環(huán)境的基礎(chǔ)上，能夠帶動(dòng)整個(gè)城鎮(zhèn)和農(nóng)村區(qū)域的整體發(fā)展。

4 生態(tài)核算結(jié)果分析

4．1 溫室氣體排放解析

根據(jù)對(duì)沼氣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排效益核算以及基于10年生命周期的碳足跡核算結(jié)果，對(duì)恭城縣沼氣建設(shè)而言，溫室氣體主要是CO2，其排放產(chǎn)生的影響如表7所示。

4．2 基于投入產(chǎn)出的社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益

根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際建設(shè)規(guī)范、經(jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)能力等綜合社會(huì)因素，對(duì)恭城縣8 m3沼氣池建設(shè)過程投入的生產(chǎn)原料組成及成本以及沼氣使用后帶來的經(jīng)濟(jì)收益統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表8。

表7 戶用沼氣CO2排放與減排效果Tab．7 CO2emission and reduction effects for biogas household

表8 沼氣池建設(shè)及生產(chǎn)過程的投入產(chǎn)出價(jià)值核算Tab．8 Input and output accounting for biogas construction and production process

由上表可以看出，恭城縣全縣沼氣池僅正常運(yùn)行10年直接純經(jīng)濟(jì)凈收益為126 418萬(wàn)元，是建池投入8 268的約15倍。在不改變勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的條件下，可以直接實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收。以全縣6．36萬(wàn)戶沼氣農(nóng)戶，在不考慮政府補(bǔ)貼的情況下，每戶沼氣用戶因建設(shè)并使用沼氣的直接凈盈利約19 877元。因此，沼氣作為基礎(chǔ)生活設(shè)施建設(shè)，在改善農(nóng)村生活質(zhì)量、保護(hù)農(nóng)村地區(qū)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，可以為增加農(nóng)民非農(nóng)業(yè)收入做出巨大貢獻(xiàn)。

5 結(jié)論建議

本研究綜合衡量恭城縣戶用沼氣基于生態(tài)學(xué)考慮的投入產(chǎn)出效益、經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值及項(xiàng)目開展以來的綜合實(shí)施效果，能夠?yàn)榛卮饏^(qū)域戶用沼氣生態(tài)模式可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)問題，可為指導(dǎo)技術(shù)工作的開展及在更大區(qū)域范圍內(nèi)的推廣和實(shí)施工作提供重要的科學(xué)考量依據(jù)。同時(shí)，為其他地區(qū)有效指導(dǎo)沼氣工程順利開展，優(yōu)化沼氣建設(shè)及普及過程的資金、物料和人力投入，改善使用過程的生態(tài)破壞和低效運(yùn)行模式，為建設(shè)低碳型農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和戶用沼氣生態(tài)模式的可持續(xù)發(fā)展提供合理的理論指導(dǎo)。主要結(jié)論有以下幾方面:

(1)發(fā)展以沼氣為紐帶的農(nóng)村可再生能源建設(shè)，符合低能耗、低污染、低排放的低碳經(jīng)濟(jì)模式，能夠清潔高效的利用能源，減少對(duì)非可再生資源的耗竭性使用，有力的減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞，所以說，發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè)就是發(fā)展農(nóng)村低碳經(jīng)濟(jì)最直接有效的措施。

(2)沼氣的建設(shè)使用維護(hù)的整個(gè)生命周期內(nèi)，除建設(shè)投入外，其他的人力財(cái)力投入甚微，既解放了農(nóng)村勞動(dòng)力實(shí)現(xiàn)農(nóng)村用能供給的需要，又可以通過節(jié)約資源和循環(huán)經(jīng)濟(jì)為農(nóng)民家庭減少開支，提高農(nóng)村生活水平，促進(jìn)單一農(nóng)業(yè)模式向生態(tài)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。因此，在適宜條件下推廣沼氣建設(shè)與普及為中國(guó)農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民通往富余之路提供一條捷徑。

(3)沼氣的利用，改變農(nóng)村過去因生產(chǎn)生活方式落后引起的臟亂差的環(huán)境，把農(nóng)村“三廢”(秸稈、糞便、垃圾)變成“三料”(燃料、飼料、肥料)，得到了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的全面改善?？梢哉f，沼氣是農(nóng)村實(shí)現(xiàn)生活、生產(chǎn)和生態(tài)和諧發(fā)展的良好途徑。

References)

［1］Berglund M，Brjesson P．Assessment of Energy Performance in the Life-cycle of Biogas Production［J］．Biomass and Bioenergy，2006，30:254－266．

［2］張培棟，楊艷麗，李新榮．中國(guó)沼氣綜合利用潛力［J］．中國(guó)沼氣，2007，25(5):32 － 35．［Zhang Peidong，Yang Yanli，Li Xinrong．Status Quo and Potentiality of Biogas Comprehensive Utilization in China［J］．China Biogas，2007，25(5):32 －35．］

［3］陳佳瀾．大中型沼氣綜合利用系統(tǒng)生命周期評(píng)價(jià)［D］．北京:北京林業(yè)大學(xué)，2009．［Chen Jialan．Life Cycle Assessment of Large and Medium ScaleBiogasPlant［D］．Beijing:Beijing Forestry University，2009．］

［4］鄧舟，耿欣，張麗穎，等．沼氣利用方式的碳足跡分析［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2010，18(5):23 － 26．［Deng Zhou，Di Xin，Zhang Liying，et al．Analysis of Carbon Footprint in Biogas Utilization Technologies［J］．Environmental Sanitation Engineering，2010，18(5):23 －26．］

［5］蘇明山，何建坤，顧數(shù)華．大中型沼氣工程的CO2減排和減排成本的估計(jì)方法［J］．中國(guó)沼氣，2002，20(1):26－28．［Su Mingshan，He Jiankun，Gu Shuhua．Approach to Estimate CO2Reduction and Increment Cost for Large Biogas Systems［J］．2002，20(1):26 －28．］

［6］張嘉強(qiáng)．西部戶用沼氣發(fā)展現(xiàn)狀及潛力評(píng)估［J］．農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008，(5):103 － 109．［Zhang Jiaqiang．Westen Household Biogas Development Statusand PotentialEvaluation［J］． Journalof Agrotechnical Economics，2008，(5):103 －109．］

［7］吳明濤．基于沼氣資源開發(fā)的西部農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式探討［D］。成都:電子科技大學(xué)，2009．［Wu Mingtao．Research of Western Country Recycle Economic Developing Pattern Based on Biogas Resource Exploitation［D］． Chengdu:University of Electronic Science and Technology of China，2009．］

［8］Chen Y，Yang G，Sweeney S，et al．Household Biogas Use in Rural China:A Study of Opportunities and Constraints［J］．Renewable and Sustainable Energy Reviews，2010，14(1):545 －549．

［9］孫建衛(wèi)，趙榮欽，黃賢金，等．1995－2005年中國(guó)碳排放核算及其因素分解研究［J］．自然資源學(xué)報(bào)，2010，25(8):1284 －1295．［Sun Jianwei，Zhao Rongqin，Huang Xianjin，et al．Research on Carbon Emission Estimation and Factor Decomposition of China from 1995－2005［J］．Journal of Natural Resources，2010，25(8)，1284 －1295．］

［10］齊玉春，董云社．中國(guó)能源領(lǐng)域溫室氣體排放現(xiàn)狀及減排對(duì)策研究［J］．地理科學(xué)，2004，24(5):528 －534．［Qi Yuchun，Dong Yunshe．Emission of Greenhouse Gases from Energy Field and Mitigation Counter Measures in China［J］．Scientia Geographica Sinica，2004，24(5):528 －534］

［11］趙榮欽，黃賢金，鐘太洋．中國(guó)不同產(chǎn)業(yè)空間的碳排放強(qiáng)度與碳足跡分析［J］．地理學(xué)報(bào)，2010，65(9):1048 －1057．［Zhao Rongqin，Huang Xianjin，Zhong Taiyang．Research on Carbon Emission Intensity and Carbon Footprint of Different Industrial Spaces in China ［J］．Acta Geographica Sinica，2010，65(9):1048 －1057．］

［12］趙榮欽，黃賢金．基于能源消費(fèi)的江蘇省土地利用碳排放與碳足跡［J］．地理研究，2010，29(9):1639 －1650．［Zhao Rongqin，Huang Xianjin．Carbon Emission and Carbon Footprint of Different Land use Types Based on Energy Consumption of Jiangsu Province［J］．Geographical Research，2010，29(9):1639 －1650．］

［13］何英，張小全，劉云仙．中國(guó)森林碳匯交易市場(chǎng)現(xiàn)狀與潛力［J］．林業(yè)科學(xué)，2007，43(7):106 － 111．［He Ying，Zhang Xiaoquan，Liu Yunxian．Present Status and Potentiality of Forest Carbon Trade Market in China［J］．Scientia Silvae Sinicae，2007，43(7):106 －111．］

［14］武曙紅，宋維明．自愿林業(yè)碳市場(chǎng)對(duì)CDM林業(yè)碳市場(chǎng)的影響［J］．林業(yè)科學(xué)，2010，46(2):141 － 147．［Wu Shuhong，Song Weiming．Effect of the Voluntary Carbon Sequestration Market on the Compliance Carbon Sequestration Market Under CDM ［J］．Scientia Silvae Sinicae，2010，46(2):141 －147．］

［15］顏衛(wèi)衛(wèi)．戶用沼氣恭城對(duì)農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)的影響［D］．武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008．［Yan Weiwei．The effect to rural ecosystem by household biogas in Gongcheng Country［D］．Wuhan:Central China Agricultural University，2008．］

［16］藺桂芬．沼氣在社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)中的作用和意義［J］．畜牧與飼料科學(xué)，2010，31(5):99 －100．［Lin Guifen．The Function and Meaning of Biogas in the Construction of a New Socialist Countryside［J］．Animal Husbandry and Feed Science，2010，31(5):99 －100．］

Ecological and Economic Benefit Accounting for Low-Carbon Biogas Project Construction——A Case Study of Gongcheng，Guangxi

DAI Jing CHEN Bin QI Jing
(State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control，School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)

In the background of global warming and rapid urbanization，the economic-social-ecological sustainable development of rural areas has been constrained due to its blind role of energy intensive consumption．Biogas project provides a suitable clean energy consuming pattern，which has predominant advantages in optimizing energy-using structure，reducing environmental pollution，conserving natural resources，increasing farmers’income and promoting rural economic transformation，etc．The biogas demonstration project of Gongcheng Yao-Autonomous County of Guangxi is chosen as a study case．In this paper，we evaluate the carbon footprint，emission reduction effect，economic benefit and ecological value in the life cycle process of construction，operation maintenance and output consumption of an 8 m3biogas tank．The results show that the substitution of coal，firewood，and straw can lead to a CO2emission reduction of 1．24 million tons．With a viewpoint of input-output value analysis from biogas’s construction to production process，each household can save 19，877 Yuan(RMB)through biogas consumption instead of fossil fuel and recycling of the wastes，which can bring 126 million Yuan(RMB)of total earnings for Gongcheng Country．Therefore，the biogas project is considered as an effective measure in promoting low carbon economy in rural areas and enriching the peasants for Gongcheng Country．Meanwhile，the direct economic-environmental-ecological effects of Gongcheng’s biogas project could be worthy of popularizing．

low carbon;biogas;ecological accounting;biogas project

Q148:X321

A

1002－2104(2012)03－0157－07

10．3969/j．issn．1002－2104．2012．03．026

2011－11－12

戴婧，博士生，主要研究方向?yàn)榈吞冀?jīng)濟(jì)分析與生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)。

陳彬，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)核算與管理。

世界銀行貸款中國(guó)新農(nóng)村生態(tài)家園富民工程項(xiàng)目;國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào):2009AA06A419);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才(編號(hào):NCET－09－0226)。

(編輯:王愛萍)