第 24 卷 第 9 期 2008 年 9月 农 业 工 程 学 报 Transactions of the CSAE Vol.24 No.9 Sep. 2008 239 中国大中型沼气工程温室气体减排效益分析 张培栋 1,2，李新荣 2※，杨艳丽 1，郑永红 1，王利生 1 （1.中国科学院青岛生物能源与过程研究所，青岛 266071； 2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州 730000） 摘 要：大中型沼气工程是中国可再生能源建设的重点项目，可提供清洁能源、减轻农村环境污染，具有良好的环境效 益，同时也可减少CO2、CH4等温室气体排放，缓解全球变暖趋势。该文根据国际通用的减排量计算方法，对1996～2005 年间中国大中型沼气工程所带来的主要温室气体减排量和减排效益进行了计算分析。结果表明：2005年，中国大中型沼 气工程减少CO2排放0.54×106～1.51×106 t，减少CH4排放1.53×105 t (CO2当量)，以国际市场价格计，中国大中型沼气工 程减少CO2和CH4排放可实现1.16×108～2.69×108元(RMB)的经济效益。根据《可再生能源中长期发展规划》预测，2010 和2020年中国大中型沼气工程的CO2减排量可分别达到0.56×107～1.71×107 t和1.95×107～5.99×108 t，CH4减排量分别 达到1.79×106 t和6.28×106 t，减少主要温室气体（CO2，CH4）排放的经济效益可分别达1.17×109～3.00×109元和0.41× 1010～1.05×1010元。中国大中型沼气工程建设可有效减少CO2和CH4等温室气体的排放，基于清洁发展机制具有显著的 经济效益。 关键词：沼气，二氧化碳，甲烷，减排效益 中图分类号：TK6 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2008)-9-0239-05 张培栋，李新荣，杨艳丽，等.中国大中型沼气工程温室气体减排效益分析[J].农业工程学报，2008，24(9)：239－243. Zhang Peidong, Li Xinrong, Yang Yanli, et al. Greenhouse gas mitigation benefits of large and middle-scale biogas project in China[J]. Transactions of the CSAE, 2008,24(9)：239－243.(in Chinese with English abstract) 0 引 言 由温室气体排放引起的气候变暖目前已成为全球普 遍关注的焦点，随着《京都议定书》的生效，世界范围 内的温室气体减排活动日益活跃[1]。尽管中国人均温室气 体排放量较低，为世界平均水平的87%，暂时没有承担减 排义务，但排放总量却令人注目[2]，2004年达到61亿t（CO2 当量），占全球排放总量的18.8%，居世界第二，中国温 室气体的排放引起全球的广泛关注[3]。探讨中国温室气体 减排的有效途径，并针对可能的途径进行减排量和减排 效益估算是一项非常重要的工作。 中国的沼气工程建设取得了令世界瞩目的成就，其 中大中型沼气工程的建设，在产出优质燃料、无污染化 处理禽畜粪便和工业废水等方面带来经济效益、社会效 益和区域环境效益的同时，沼气替代传统能源可减少CO2 排放，禽畜粪便和工业废水厌氧消化可减少CH4排放。 CO2、CH4是两种最重要的温室气体，二者对全球温室效 应的贡献率可达75%以上[4,5]，发展大中型沼气工程对全 球温室气体减排具有一定贡献，是缓解全球变暖的有效 途径之一。目前，有关该领域的研究尚不成熟，相关研 收稿日期：2007-09-29 修订日期：2008-01-18 基金项目：中国博士后科学研究基金（20070410814）；中国科学院知识创新 工程重要方向项目（KSCX2-YW-G-028） 作者简介：张培栋（1977－），男，甘肃华池人，副研究员，博士，硕士生 导师，研究方向：生态工程。青岛 中国科学院青岛生物能源与过程研究所， 266071。Email: eeesc@163.com ※通讯作者：李新荣（1964－），男，甘肃甘谷人，研究员，博士，博士生 导师，主要从事恢复生态学研究。兰州 中国科学院寒区旱区环境与工程研 究所，730000。Email：eeesc@163.com 究成果较少。本文尝试根据国际通用的温室气体减排量 计算方法，对中国大中型沼气工程温室气体的减排量进 行估算，同时基于清洁发展机制，以国际碳市场价格为 标准，系统分析了温室气体减排量的经济效益，以期为 中国温室气体减排方案、减排策略的确立和可再生能源 发展战略以及生物质能产业发展规划的制定提供理论参 考。 1 中国大中型沼气工程建设现状 大中型沼气工程是指沼气发酵装置或日产沼气量具 有一定规模，即单体发酵容积大于 50 m3，或多个单体发 酵容积各大于 50 m3，或日产气量大于 50 m3 的，其中某 一项达到规定指标的，为中型沼气工程；如果单体发酵 容积之和大于 1000 m3，或日产气量大于 1000 m3，其中 某一项达到规定指标，即为大型沼气工程。人们习惯于 把中型和大型沼气工程合称为大中型沼气工程[6]。 中国大中型沼气工程最早出现在 20 世纪 60 年代初 期，河南南阳酒精厂为了处理酒精废醪液，建立起隧道 式半地下大型沼气工程装置。随着户用沼气池的发展， 20 世纪 70 年代出现了以禽畜粪便为原料的大中型沼气 工程。与发达国家相比，中国的大中型沼气工程起步较 晚，近十几年来，随着规模化禽畜养殖场的逐年增加以 及工业企业的发展，禽畜粪便和工业污水的排放量越来 越多，为厌氧发酵生产沼气提供了极为丰富的原料，大 中型沼气工程得以迅速发展。据农业部统计，2005 年， 中国大中型沼气工程运行数量达到 3764 处，总池容 172.4×10 4 m 3 ，年处理废弃物 1.2×10 8 t，年产气量 3.4×108 m3，发电 4×10 7 kW•h，供气 138.4×104 户 240 2008 年 农业工程学报 （表 1）[7]。 Table 1 表 1 1996～2005 年中国大中型沼气工程发展现状 Current situation of large and middle-scale biogas project in China from 1996 to 2005 处理农业废弃物 年份 处理工业废弃物 总 计 数量 池容 /104 m3 处理量 /104 t 数量 池容 /104 m3 处理量 /104 t 数量 池容 /104 m3 产气量 /104 m3 发电量 /104 kW•h 供气数 /104 户 1996 460 13.55 3006.14 132 19.94 1009 592 33.49 10558.38 583.43 10.25 1997 531 14.26 417.47 172 26.72 2079 703 40.98 13229.58 130.24 10.92 1998 573 14.77 512.23 175 29.01 1990 748 43.78 10608.24 165.52 7.31 1999 746 20.83 1408.31 213 31.30 1809 959 52.13 11982.02 86.006 9.46 2000 855 22.11 1219.24 187 26.70 1567.59 1042 48.81 12335.59 184.30 11.94 2001 1171 31.94 1400.60 188 31.98 2003.30 1359 63.92 16869.88 328.53 16.36 2002 1351 42.51 2286.21 209 34.00 2726 1560 76.51 18370.06 968.38 10.99 2003 2124 55.08 3611.84 231 33.21 2187 2355 88.29 18392.43 633.81 13.09 2004 2409 178.59 4478.33 262 107.68 2711.67 2671 286.27 22796.34 785.57 16.22 2005 3395 107.55 7474.27 369 64.85 4525.73 3764 172.4 34000 4000 138.4 [7] [8] 注：根据 1996～2006 年中国农村能源产业发展报告 和 1996～2005 中国农村统计资料 等计算整理所得。 2 温室气体排放量估算方法 大中型沼气工程对温室气体减排的影响主要表现在 两个方面：①沼气可作为燃料用于发电、供热或居民炊 事用能，替代煤炭、薪柴和秸秆，减少CO2排放；②禽畜 粪便和有机废水等经过厌氧处理，避免CH4直接向大气排 放[9]。 2.1 沼气替代其他燃料的 CO2 排放量估算方法 本文以王革华等人 [10] 的 CO2 排放量计算方法为依 据，计算中国大中型沼气工程的 CO2 减排量。 燃烧煤炭、薪柴、秸秆以及沼气均排放 CO2。 1）燃煤的 CO2 排放量计算公式为： （1） Ccoal = C × (C p − C s ) × C0 × 44 / 12 式中 Ccoal ——燃煤的 CO2 排放量，t；C——燃煤消 耗量，t；Cp——含碳量，%；Cs——产品固碳量，%； C0 ——碳氧化率，%；44/12 ——CO2 相对分子质量与 C 原子质量之比。 所谓产品固碳量是指燃料作非能源利用时不排放或 不立即排放的碳，在能源消费中，一般不考虑这部分能 源；含碳量的计算为燃料的热值与碳排放系数之积。对 于煤炭，热值为 0.0209 TJ/t，碳排放系数为 24.26 t/TJ， 碳氧化率：民用 80%，农业生产 89.9%。燃煤的 CO2 排 放量计算公式为： C coal民用 = C民用 × 0.209 × 24.26 × 0.8 × 44 / 12 = 14.78C民用 C coal生产 （2） = C 生产 × 0.209 × 24.26 × 0.899 × 44 / 12 = 16.71C 生产 （3） 式中 Ccoal 民用、Ccoal 生产 ——分别为民用燃煤、生产燃煤 的 CO2 排放