海南农村户用沼气发展的资源和生产潜力分析
中图分类号：S216.4
文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）08012903
1 引言
沼气是将人畜粪便、秸秆和污水等有机物，置于密闭的沼气池内，在一定的温度、水分、酸碱度和厌氧条件下，经过厌氧发酵作用而产生的一种可燃气体[1]。由于能源紧缺、供电紧张和生态环境日益恶化等一系列问题，2012年中央一号文件中明确指出“加强农村沼气工程和小水电代燃料生态保护工程建设，加快农业面源污染治理和农村污水、垃圾处理，改善农村人居环境”[2]。沼气作为一种可再生的清洁能源，不仅能有效解决农村生活能源问题，还能改善农村人居环境，已经受到广泛关注。
海南农村户用沼气的发展在取得良好的经济、生态和社会效益的同时，也存在沼气发酵原料供给不平衡、沼气产气率不高和后继管理服务体系薄弱等问题，研究分析海南各市县农村户用沼气发展的资源和生产潜力问题，对于实现各市县沼气池的合理布局和提高沼气产气率具有十分重要的意义。根据海南省生态优先发展的国际旅游岛发展规划，在对海南村镇沼气规模、利用方式和地域分布调研的基础上，对海南农村户用沼气发展气候资源、生物质资源和沼气生产潜力进行分析，比较户用沼气在海南各市县发展的适应性。
2 国内外沼气的发展现状
沼气工程在许多国家已经很普遍，据美国环境保护署（EPA）统计[3]，截止至2007年，正常运行的沼气工程大约有111个，基本为畜牧禽畜场沼气发电工程，每年能产生2.15亿 kW?h当量的总能量[2]。德国沼气工程建设和运行代表了世界先进发展水平，截至2010年，德国已建成沼气工程达6000多处，所产沼气98%是用于发电，沼气每年的发电量可达200亿kW?h以上[2]。日本对沼气建设、厌氧消化技术的研究己有40多年的历史，2003年，日本投资了2.2亿日元在岩手县建成了第一座牛粪发电厂，并于2009年，科学家利用牛粪排泄物发酵，再将发酵后所得气体分解成氢气和氮气，氢气作为制备燃料电池，这种电池原料更环保，且成本接近于零，该新能源具有广阔的利用前景[4]。
在我国，沼气技术已有百年的历史，到2008年底，海南省已建设532处沼气工程，沼池总容积11.9万 m3；沼气集中供气农户4690户；累计建设沼气发电工程28宗，发电总装机容量2240 kW。海南省养殖业废弃物利用从资源化利用发展到与能源化利用相结合，有力地推动了生态循环农业的形成和发展。2008年，海口市已建成农村大中型沼气工程集中供气点65个，项目覆盖18个乡镇、65个村，6599户，收益农民33295人[5]。海南其它市县农村也有多处沼气工程。
3 海南气候资源
沼气的产气速度和产气效率与温度有关，沼气产量和产气速率随着温度的升高而增加。在常温情况下，通常认为池温10 ℃是沼气生产的下限温度，池温20 ℃以上则产气较快[1]。海南省年平均气温23～26 ℃，其中4月到11月气温较高，平均气温在26～29 ℃，沼气池可全年产气，并有8～9个月产气速度快、效率高，因此海南具有发展沼气的最适宜温度条件。
4 生物质资源
沼气发酵除了需要适宜的温度，还需要有充足的有机废弃物作为原料，在农村，主要采用畜禽的粪便和部分农作物秸秆作为沼气发酵的原材料。这就要求沼气要与农业主导产业相配套，构建和形成能源―经济―生态良性循环系统，增强系统自身的可持续发展能力[6]。海南农村发酵沼气的生物质资源主要包括农作物秸秆和畜禽粪便，其中主要以畜禽的粪便为主。
4.1 农作物秸秆
农作物秸秆作为其中一种生物质原料，其资源量是按农作物产量进行推算的[1]，粮食作物是海南种植业中面积最大、分布最广、产值最高的作物，粮食作物高产的市县能够给沼气发酵提供充足的秸秆原料，据海南统计年鉴显示，近年，海南各市县粮食作物年产量如表1和图1所示。
由表1及图1可知海口市、文昌市、琼海市、澄迈县和儋州市粮食作物年产量较高，能为沼气发酵提供充足的秸秆原料，而三亚市、五指山市、琼中县、保亭县、白沙县和昌江县粮食作物年产量较少。
4.2 禽畜粪便
海南省沼气原料主要是以畜禽的粪便为主，秸秆原料为辅，畜禽较多的市县能够给沼气发酵提供充足的原料，海南地区主要的畜禽为牛、羊、猪和鸡等。据海南统计年鉴禽畜数量统计，计算出的海南各市县畜禽总年排粪量如表2和图2所示。
由表2及图2可知海口市、文昌市和儋州市畜禽年排粪量总量较高，能为沼气发酵提供充足的原料，而三亚市、五指山市、琼中县、保亭县、白沙县和昌江县畜禽年排粪量总量较少。
5 沼气生产潜力
影响畜禽粪便产生气体产生沼气的因素很多，包括厌氧环境、有机物、适宜的温度和PH值等，不同的禽畜粪便沼气生产特性参数不同，沼气的产量也不同。沼气的发酵与还与温度有关，沼气发酵温度可分为高温、中温和常温三类，一般情况下，45～60 ℃为高温发酵，30～45 ℃为中温发酵，8～25 ℃为常温发酵，我国农村的沼气池通常都在常温下发酵[1，7]，根据海南各市县生物资源年产量，计算常温下沼气的年产气量如表3和图3所示，海南各市县近年的沼气年产气量分布图如图4所示。
由表3及图3可知，文昌市沼气年产气量最高，占全省沼气总产气量的17.06%，儋州市沼气年产气量次之，占全省沼气总产气量的14.58%，海口市和琼海市沼气年产气量相对其它市县产气量较高，分别占全省总产气量的9.45%和9.62%。而三亚市、五指山市、琼中县、保亭县、白沙县和昌江县沼气年产气量较低，其中五指山市年产气量最低，仅有1.31万 m3，占全省沼气总产气量的0.86%。 6 结论
通过对海南省各市县气候资源、生物质资源和沼气生产潜力的分析，得出如下结论。
（1）海南省年平均气温23～26 ℃，其中4～11月气温较高，平均气温在26～29 ℃，具有发展沼气的最适宜温度条件。
（2）海口市、文昌市和儋州市具有较好的生物质资源，能为沼气发酵提供充足的原料；为沼气最适宜发展地区，三亚市、五指山市、琼中县、保亭县、白沙县和昌江县生物质资源较少，可以通过调整农业产业结构，增加畜牧业在农业中的比重，来满足对沼气发酵原料的需求。
（3）文昌市沼气年产气量最高，占全省沼气总产气量的17.06%，儋州市沼气年产气量次之，海口市和琼海市沼气年产气量相对其它市县沼气年产气量较高，而三亚市、五指山市、琼中县、保亭县、白沙县和昌江县沼气年产气量较少低，其中五指山市年产气量最低，仅有1.31万 m3，占全省沼气总产气量的0.86%。
