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        實現“碳中和”背景下農村沼氣工程建設研究

        來源:現代農業科技 作者:甘福丁,唐健,王會利,
        發布于:2021-09-10 共6531字

          摘    要: 本文指出了大量溫室氣體排放給人類社會帶來嚴重影響,闡述了沼氣工程在實現“碳中和”目標中的作用,分析了我國沼氣工程發展狀況及實現“碳中和”目標給農村沼氣工程發展帶來的機遇,并提出了相應對策,以期為農村沼氣工程的發展提供參考。

          關鍵詞 :     農村能源;沼氣工程;“碳中和";現狀;發展機遇;對策;

          為應對全球氣候變化,減緩地球變暖,實現世界綠色發展,中國宣布將提高國家自主貢獻力度,CO2排放力爭于2030年前實現“碳達峰”,努力爭取2060年前實現“碳中和”。到2030年,單位國內生產總值CO2排放將比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右[1]。到2035年,生態環境根本好轉,廣泛擁有綠色生產生活方式,碳排放達峰后穩中有降。

          “碳中和”是指CO2或溫室氣體(除CO2外,還有CH4、NOX、CF4、HFCs等)的凈零排放,意味著人類社會活動引起的碳排放與通過植樹造林等形式從空氣中吸收的CO2的量相等。實現“碳中和”目標需要中國社會、經濟、能源、技術等各方面的巨大轉變,極大減少化石能源消費,提高可再生能源消費比重。目前,我國農村仍然大量使用煤、石油、液化天然氣等作為生產生活能源,產生大量溫室氣體。按照實現“碳中和”的要求,推動我國農村能源生產和消費革命,促進社會經濟發展向綠色低碳轉型,既是我國可持續發展和應對全球氣候變化的戰略選擇,彰顯中國負責任的大國擔當,也為建設“美麗中國”和實現鄉村振興戰略指明了方向。

          沼氣工程是指采用厭氧消化技術處理各類有機廢棄物(水)并制取沼氣的系統工程,是能源化、減量化、無害化處理農村有機廢棄物、生活垃圾、畜禽糞污的主要途徑。沼氣是一種優質、廉價、衛生的氣體燃料,是可再生的生物質能源。沼氣的主要成分是CH4(含量40%~70%)和CO2(含量15%~60%),沼氣的高位熱值一般為22~25 MJ/m3。經提純凈化后可提高CH4的相對含量,熱值可達39.8 MJ/m3。由于沼氣是處理各類有機廢棄物的產物,使用CH4作為能源不會增加CO2排放。因此,在實現“碳中和”目標進程中,我國沼氣能源將得到更大關注,農村沼氣工程發展將大有可為,迎來新的機遇和挑戰。

          1 、大量碳排放給人類社會帶來嚴重影響

          1.1、 大量使用化石能源會導致溫室效應產生

          工業革命以來,世界各地開始大量使用煤、石油等化石燃料。這些經過幾十億年存于地下的化石能源,在幾百年中被集中快速利用,產生了大量的CO2、CH4等溫室氣體。溫室氣體在大氣中增多會使太陽輻射到地球上的熱量無法向外層空間發散,最終導致地球表面變熱,形成溫室效應。

          1.2、 溫室效應會引發地球災難增多

          溫室效應造成的后果:一是導致氣候反常,海洋風暴增多、海平面上升、海水倒灌、災害頻繁,嚴重威脅人類的生存與發展;二是引發地區性平均氣溫和降水的變化,導致土地干旱、土壤惡化、病蟲害增加、沙漠化面積增大,對農業、畜牧業生產不利;三是導致積雪融化速度加快,加劇全球水資源供需緊張;四是各種傳染病傳染范圍擴大、發病率提高,威脅到人類的健康乃至生命安全等[2]。

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          1.3、 氣候變化對我國直接造成經濟損失

          氣候變化對社會經濟會造成極大影響。根據《第三次氣候變化國家評估報告》,氣候變化已對我國糧食、水、生態環境、基礎設施安全以及人民生命財產安全構成了較為嚴重的威脅。

          2、 農村沼氣工程發展對實現“碳中和”目標的重要性

          2.1、 我國能源活動碳排放情況

          目前,我國化石能源的消費比重占比超過80%,年CO2排放量約160億t,其中煤炭占主導地位!吨腥A人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》顯示,2014年我國CH4排放量已經高達5 529萬t,其中能源活動排放占比44.8%。目前,我國碳排放全球第一,已超過了世界排放量的要求。

          2.2 、我國農村可再生能源消費對“碳中和”目標的影響

          農村能源生產與消費是我國能源戰略的重要組成部分。農村可再生能源開發利用既關系到能源革命和環境保護,也關系到“三農”問題和鄉村振興戰略的實施[3]。加快農村可再生能源體系建設,特別是農村沼氣工程建設,可有效保護森林資源,增加森林碳匯,降低農村溫室氣體排放,減緩氣候變化進程。

          長期以來,農村大量使用煤、石油、液化天然氣等取暖做飯,導致CO2大量排放,F在我國農村已整體脫貧,但是城鄉能源發展差距還很大,農村能源相對貧困現象尚未改變,特別是農村清潔的可再生能源發展嚴重滯后。這些問題得不到解決,將會極大影響我國碳減排和“碳中和”目標的實現。

          2.3、 農村沼氣工程對減排溫室氣體的作用

          近20年來,隨著農村社會經濟結構調整,農村畜禽養殖已由家庭散養為主發展到規;、集約化養殖為主。規;B殖會產生大量而集中的畜禽糞便和有機廢水。這些廢棄物用之是寶,棄之是害。畜禽糞便處置不當不但會對農村環境造成嚴重污染,同時也是形成溫室氣體CO2、CH4主要排放源之一。CH4是優質氣體燃料,被回收后可以作為清潔能源利用[4]。CH4作為能源替代化石能源使用不會增加碳排放,還可以增加農村清潔能源有效供給,讓農民從沼氣工程開發中得到福利。因此,畜禽糞污沼氣化處理和農村有機廢水處理既可以生產優質清潔能源、改善農村能源結構,也可以減少溫室氣體排放、改善養殖場及農村環境,綜合效益明顯。

          3、 我國農村沼氣工程發展現狀

          3.1、 我國農村沼氣工程功能的轉變

          我國沼氣事業的發展源于20世紀60—70年代,當時主要目的是解決我國農村地區因能源短缺而導致的山林亂砍濫伐等問題,F在農村沼氣已由過去只以養殖業的畜禽糞污為主要原料延伸到農作物秸稈、工業有機廢水廢渣、城鄉生活有機垃圾和污水的處理;已由過去集中供氣擴展到發電上網、生產生物天然氣、車用燃氣、工業用氣等,同時可為下游種植業用戶提供高質量有機肥。這些功能的轉變,為沼氣行業提供了新的增長點[4]。

          3.2 、我國近年來農村沼氣工程建設情況

          3.2.1、 發展方向。

          隨著2015年全國農村沼氣轉型升級試點項目的實施以及國家對清潔能源的需求日益增加,各地沼氣建設重點逐漸轉移到大中型沼氣工程建設上來。雖然沼氣工程數量總體有所減少,但是總池容和總產氣量都有所增加,說明沼氣工程逐漸向規;、大型化方向發展。

          3.2.2、 發展規模。

          據測算,我國生物燃氣可利用資源為1 500億m3/a,其中畜禽糞便750億m3/a、農產品加工殘余物60億m3/a、有機垃圾90億m3/a、作物秸稈(按1/3計)600億m3/a。截至2016年,我國各類沼氣工程累計達11.34萬處,總池容2 013.41萬m3,年產沼氣量27億m3[5]。由此可見,我國農村沼氣工程發展空間巨大,前景廣闊。

          3.3、 沼氣工程發展存在的問題

          3.3.1、 工藝技術滯后。

          隨著農村居民生活水平的提高和生活條件的改善,農村居民人均生活能源消費量也顯著提高。國家開展農村能源轉型升級以來,農村沼氣工程得到較快發展,但仍然存在工藝技術發展滯后、設備技術標準不健全、產品質量不高等問題。目前,已形成可盈利的市場化推廣模式少,一些項目僅限于示范,難以可持續運行。

          3.3.2、 政策體系配套水平低。

          我國目前尚未系統建立促進農村能源可持續發展的政策體系,政策沒有形成合力、效率低。即使開展了沼氣清潔能源項目也是往往不配套,沼氣發電上網、生物天然氣并入天然氣管網等尚存在許多障礙,難以形成可持續、市場化的模式。特別是農村環境綜合整治單一,作物秸稈、生活垃圾、糞污資源等未能實現完全能源化利用、無害化處理。3.3.3供氣管理與服務不完善。隨著農村城鎮化快速發展,現有的沼氣供氣管理體系沒有延伸覆蓋鄉鎮。沼氣管理機構不健全、沼氣專業技術人才欠缺、沼氣服務體系不夠完善、沼氣工程效益不佳,導致出現沼氣供氣成本偏高、供氣質量不穩定等問題。

          4、“碳中和”目標實施給農村沼氣工程建設帶來的發展機遇

          4.1、 農村能源需求增長空間廣闊

          中國經濟長期向好,中央持續深化改革,構建以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局。隨著“碳中和”目標的設定,我國將圍繞“碳達峰”目標開展能源結構優化,清潔能源消費量上升,大部分新能源行業與節能行業將會迎來新的發展機遇。特別是農林廢棄物利用、垃圾資源化利用行業也會迎來新的發展機遇。農村生產生活高質量發展,需要更多的可再生清潔能源。實現“碳中和”目標,會對我國應對氣候變化工作提出更高要求,農村能源體系建設將加快推進,產業發展基礎也將日臻完善。

          4.2、 國家將實施清潔低碳發展戰略和嚴格的生態環境保護政策

          人與自然和諧共生是我國生態文明建設的重要目標。在應對氣候變化工作中,我國將逐步消除人為干擾生態系統的不良因素,努力實施可持續清潔低碳發展戰略,建立健全生態文明統籌機制,實施嚴格的生態環境保護政策。實現“碳達峰”“碳中和”是一項復雜而系統的工程,需要處理好發展與減排、短期與長期、整體與局部的相互關系。我國會積極推動低碳環保技術,各地、各行業也會日益普及、迅速跟進,加快“零碳”技術推廣。

          4.3、 國家會將“碳中和”列入未來四十年發展目標

          貫徹新發展理念,從“十四五”規劃開始,我國將提出階段性的減排目標,對可再生能源配以相應的減排政策支持[6],實施鄉村清潔能源建設工程,加快綠色低碳發展。在政府工作報告中,做好“碳達峰”“碳中和”工作已被列入2021年重點任務之一。在產業升級、能效提升的同時,使碳減排有法可依、有章可循。各行各業也在統籌推進“碳中和”技術研發攻關,推廣示范及國際合作。在構建農村現代能源體系中,沼氣工程建設也必將與農村生態環境建設、鄉村振興戰略相結合,與國家減排政策相結合。有條件的地方會積極推進建設以生物質能源為主,太陽能、電和天然氣為輔的綠色低碳能源體系,促進農村生態文明建設和生態環境的改善。

          4.4 、中國經濟增長將與碳排放深度脫鉤

          實現中國經濟高質量增長必然與碳排放脫鉤。在實現經濟增長的基礎上,逐漸降低能源消費量,特別是化石能源的消費量,使CO2的排放量增速為負或小于經濟增速。因此,產業調整、資產重組不可避免,產業發展迎來巨大挑戰。實現“碳中和”,加快調整生產方式,減少碳排放,大幅提高生物質能、水能、風能、太陽能已成為大多數人的共識。對于廣大農村,一方面農村社會經濟要發展,另一方面要求化石能源消耗增速相應下降。發展農村沼氣等生物質能源成為優化農村能源結構、降低化石能源消費量的有效手段。

          4.5、 功能互補需要沼氣能源融合發展

          雖然中國“碳中和”目標實現主要依靠的能源是風、光等可再生電力,但風、光發電存在間歇性和不穩定性,在利用上存在難以與負荷匹配的缺陷。利用沼氣提純凈化制取生物天然氣來發電,啟?、應急能力強,可為新能源規;咝Ю锰峁┲匾。傳統調峰型燃氣、燃煤電廠和熱電聯產型電廠在經濟上缺乏競爭力,且排放大量溫室氣體,發展空間受到限制,也需要與沼氣能源融合發展、尋求突破。

          5 、對策

          5.1 、科學制定“十四五”農村沼氣能源發展規劃

          化石能源高消費引發的溫室效應,已經給人類社會帶來嚴重影響。低碳社會、低碳生活方式、低碳城市等一系列新概念、新提法已經深入人心。我國正在加快進行生態文明建設,追求“綠色GDP”,因而“綠色低碳”會成為我國“十四五”時期經濟社會發展的重要內容。要特別重視農村可再生能源建設,制定農村沼氣中長期發展規劃,發揮農村沼氣能源“零碳”和“負碳”作用,特別是要發揮減少CH4排放的優勢,在滿足農村對沼氣能源需求的同時,低成本促進“碳減排”和“碳中和”,助力美麗中國建設、鄉村振興戰略的實施。

          5.2、 依托生物有機質資源構建農村沼氣能源體系

          從實現一村一鎮溫室氣體排放量與吸收量的平衡開始,加強農村能源體系建設。我國農村畜禽糞污、作物秸稈、林業剩余物量大面廣,需要應用沼氣工程處理技術。實施農村人居環境整治提升行動,建立農村清潔能源體系,也需要沼氣工程技術支撐。開展綠色低碳村鎮建設,實施“零碳”村鎮行動,打造一批零碳排放、環境零污染的村級示范樣板,形成以生物質能源為主的綠色低碳能源體系,為農村能源革命注入新動力。加快農村沼氣等可再生能源發展,開展植樹造林,擴大森林碳匯建設。選擇具備條件的地方,整屯、整村、整個鄉鎮乃至整縣推進示范項目建設,探索適合農村能源的技術路線和發展模式[5]。

          5.3 、加強農村能源體系與滿足農民能源需求相結合

          堅持低碳環保、使用方便、經濟耐用的原則,為農民提供沼氣清潔能源,讓農民經濟上負擔得起且用得放心、用得長遠。強化沼氣工程系統配套和集成,避免“重建輕管”,消除農村能源相對“貧困”現象,保持農村能源系統的韌性和安全性。加強農村能源服務體系建設,確保沼氣工程集中供氣、并網發電安全持續運行,降低農戶用氣成本,并給予用氣農戶適當補貼,保障農村農業生產和家庭生活對沼氣能源需求,推動我國農村地區能源轉型升級,加大鄉村“生態宜居”建設力度。

          5.4、 開發和推廣適合我國農村沼氣能源利用技術

          適應農村能源新的形勢要求,堅持創新驅動發展,加強農村沼氣技術攻關,積極開展沼氣工程新工藝、新材料、新模式、新裝備的研究,引進和吸收國外先進沼氣發酵技術,開展“物聯網+”、遠程在線監測、沼氣發電余熱利用、自動調控等新技術新模式建設,提升我國沼氣工程智能化、自動化水平。加大財政資金扶持力度。特別是拓展生物天然氣在沼氣發電、車用燃氣、天然氣管網等領域的應用,提高企業經濟效益。尤其是大中型沼氣工程沼渣沼液的利用要與現代綠色有機農業、生態循環農業相結合,以改良土壤理化性質,增加土壤肥力,促進化肥使用零增長,提高農產品品質,推進農業清潔生產和綠色發展。

          穩定和培養沼氣工程專業技術人員,加強沼氣工程技術產、學、研技術體系建設,促進沼氣工程技術成果轉化,讓科技成果走向企業、走向市場,提升示范效應,發揮示范引領作用。重點推廣適合我國大型特大型沼氣工程集中供氣技術、提純壓縮生物天然氣技術、沼氣并網發電技術、車用燃料技術,實現沼氣商業化、產業化開發,促進沼氣高值利用。積極推廣規;託夤こ陶臃始庸ぜ熬C合利用技術、沼肥一體化利用技術、沼氣生態循環農業技術,促進我國沼氣工程穩步發展。

          5.5、 建立促進農村沼氣工程可持續發展的政策體系

          系統梳理現有農村能源、畜禽養殖、生態農業、鄉村振興、環境保護等方面的法律法規,優化政策環境,創造農村能源可持續發展模式,推動國家相關政策落實落地。農村沼氣工程發展要與農村生態環境保護、污染治理、鄉村振興建設等相關政策緊密結合,與“碳減排”“碳中和”有關政策緊密結合,提高相關政策的使用效率。出臺引領農村沼氣工程發展指導意見,研究探索生物天然氣配額制度和沼氣終端產品補貼制度。簡化沼氣發電上網、生物天然氣入網手續,簡化行政審批程序。此外,要久久為功、扎實推進,形成適合我國農村沼氣工程發展的政策體系和可持續發展模式,并在此基礎上逐步推廣,進而促進我國農村能源低碳發展。

          5.6、 積極參與國際、國內碳排放權交易

          健全和完善我國可再生能源碳減排核查及監管體系,夯實沼氣碳減排監測核算基礎。規范沼氣工程碳減排核查標準,統一統計口徑和方法,形成可溯源的原始能源記錄數據體系。建立有效的碳定價機制。積極參與國際國內碳排放權交易,有效提高沼氣工程企業合法權益和可持續發展能力,為應對全球氣候變化作出應有的貢獻。

          6 、結語

          農村地區的能源生產與消費是我國能源戰略的重要內容。在實現“碳中和”目標背景下,尤其需要加強和完善農村沼氣工程建設。加大開發和利用農村沼氣替代化石能源力度,將是我國發展農村可再生能源產業的長期目標。在實現“碳中和”過程中,農村沼氣工程建設將迎來新的發展機遇和挑戰。我國是傳統農業大國,畜禽養殖、作物種植、食品加工等產生的有機廢棄物總量很大,農村沼氣發展潛力巨大。中國一直是全球應對氣候變化的積極參與者,沼氣工程技術在實現中國“碳減排”和“碳中和”目標進程中將會發揮出其應有的作用。

          參考文獻

          [1]朱震鋒新形勢下推動碳達峰、碳中和的根本遵循 與行動路徑[J]奮斗, 2021(1):39-42.

          [2]凌定元溫室效應危害及治理措施[J]納稅, 2018(13):252.

          [3]張博,唐旭.邁向“碳中和”,甲烷減排不容忽視[N].中國能源報,2021-01-04(4).

          [4]李景明,徐文勇,李冰峰,等關于中國沼氣行業發展因境和出路的思考[J].可再生能源, 2020 ,38(12):1563-1568.

          [5]王登山中國沼氣:歷史與發展[M].北京:中國農業科學技術出版社, 2019.

          [6]林伯強.2060年中國“碳中和"目標的路徑、機遇與挑戰[N]第一財經日報, 2020-11-19(A11).


        作者單位:廣西壯族自治區林業科學研究院
        原文出處:甘福丁,唐健,王會利,宋賢沖,覃其云,鄧小軍,曹繼釗.“碳中和”目標下農村沼氣工程發展機遇與對策[J].現代農業科技,2021(17):157-160.
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