实现“碳中和”背景下农村沼气工程建设研究

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;
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  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;

  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,CO2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CO2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CO2或温室气体(除CO2外,还有CH4、NOX、CF4、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CO2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CH4(含量40%~70%)和CO2(含量15%~60%),沼气的高位热值一般为22~25 MJ/m3。经提纯净化后可提高CH4的相对含量,热值可达39.8 MJ/m3。由于沼气是处理各类有机废弃物的产物,使用CH4作为能源不会增加CO2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CO2、CH4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]。

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  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。

  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CO2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CH4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CO2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CO2、CH4主要排放源之一。CH4是优质气体燃料,被回收后可以作为清洁能源利用[4]。CH4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m3/a,其中畜禽粪便750亿m3/a、农产品加工残余物60亿m3/a、有机垃圾90亿m3/a、作物秸秆(按1/3计)600亿m3/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m3,年产沼气量27亿m3[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着提高。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,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CO2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CH4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。

  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。

  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因境和出路的思考[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).


作者单位:广西壮族自治区林业科学研究院 原文出处:甘福丁,唐健,王会利,宋贤冲,覃其云,邓小军,曹继钊.“碳中和”目标下农村沼气工程发展机遇与对策[J].现代农业科技,2021(17):157-160. 转载请注明来源。原文地址:http://www.lw54.com/html/zhlw/20210912/8451835.html   

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