新疆南疆地区大中型沼气工程运行成本测算与分析

（阿拉尔市罡罡农牧开发有限公司   843300   刘 刚）

摘要：为更好地发挥大中型沼气工程在治理（规模养殖企业）粪污水污染中的关键性作用，很有必要对工程运行中产生的主要成本如原料费、供暖费、电费、人员工资、设备折旧、维修维护费等进行测算，分析使成本增加或减少的各类因素，以加快技术创新，为推进养殖废弃物资源化和农业可持续发展提供思路。

     关键词：沼气工程  成本  测算  分析

沼气工程运行主要成本构成

测算与分析以新疆南疆地区较有代表性的CSTR中温工艺1000m³厌氧罐，发酵原料为养猪场全混合粪污水的沼气工程，气候条件以阿拉尔市为代表，重点测算和分析工程运行的主要成本和费用。

一、运行成本费用测算

（一）1m³沼气的生产成本：2.748元/m³

1、原料成本0.536元，占总成本的19.5%

生产1m³沼气需0.067m³猪粪污水（TS:8%--15%），1m³粪污水按8元计，1m³沼气的原料成本为：8元×0.067=0.536元。 

2、加温成本0.743元，占总成本的27.03%

物料增温是中温厌氧消化的必要条件，为保证发酵料液在平均33℃左右（28-38℃）条件下正常发酵运行，需要对物料进行升温。

（1）物料增温需热量 

1000m³的厌氧消化器容积，水力滞留期15天，每天需料液67吨，粪污水浓度不低于8%的干物质含量，故需每天加入粪污水67吨。 因季节不同增温需热量也不同，计算如下：

a、冬季(12～2月)物料升温需热量 

当地冬季平均气温-9.6℃，物料平均5℃。则平均每天物料增温需热量为：

(按污水比热容=4.2×10³焦=1003.8卡)

67×1003.8×(33-5)=1.883×10⁶kcal

b、春秋季(3～5月和9～11月)物料升温需热量

春秋季平均气温8.6℃，物料温度约8℃。则平均每天物料增温需热量为：

67×1003.8×(33-8)=1.681×10⁶kcal

c、夏季(7～9月)物料升温需热量 

夏季平均气温22.9℃)，物料平均约21℃。则平均每天物料增温需热量为：

67×1003.8×(33-21)=0.807×10⁶kcal

d、全年合计物料升温需热量为：

1.883×10⁶kcal×90+1.681×10⁶kcal×180+0.807×10⁶kcal×90

=544.68×10⁶kcal

（2）罐体保温需热量 

罐体保温补充热能应等于罐体散热，未考虑管道散热损耗。则散热量计算公式为：

Q=λ×S×(T1-T2)/b×3600×24 

其中：λ：为导热系数。采用聚氨酯发泡保温材料，导热系数λ=0.0275。 

S：为罐体散热面面。罐体尺寸高7.6m，半径6.5m。

S=[3.14×7.6×13.0+（2.14×6.5）×2]=575.56m²

T1:为罐内料液温度，T1=33℃。

T2:为环境温度，T2=-9.6℃(冬季) =8.6℃(春秋季)=21℃(夏季)。 

b:为保温材料厚度，B=120mm=0.12m。

乘3600和24是将1秒的散热量换算成1昼夜的散热量。 

a、冬季的散热量      Q=λ×S×(T1-T2)/b×3600×24×90 

=0.0275×575.56×{33-(-9.6)}/0.12×3600×24×90

=43692.6×10⁶J=43.7×10⁶kJ÷4.2=10.4×10⁶kcal 
b、春秋季的散热量     Q=λ×S×(T1-T2)/b×3600×24×90

=0.0275×575.56×(33-8.6)/0.12×3600×24×180

=50051.6×10⁶J=50.05×10⁶kJ÷4.2=11.91×10⁶kcal 

c、夏季的散热量     Q=λ×S×(T1-T2)/b×3600×24×90 

=0.0275×575.56×{33-21)/0.12×3600×24×90

=12307.7×10⁶J=12.3×10⁶kJ÷4.2=2.92×10⁶kcal 
d、全年合计 :空气相对湿度取45%，风力系数取3，空隙率取1.2，则全年物料散热量为：

（10.4×10⁶kcal+11.91×10⁶kcal+2.92×10⁶kcal）×45%×3×1.2=40.87×10⁶kcal

上述计算未考虑溢流孔、检查孔等处的散热，实际散热量至少为理论值的120%，即实际散热量为：

40.87×10⁶kcal×120%=49.04×10⁶kcal 

（3）管道热损失     按经验管道热损失一般为总热量的10%，计算如下：

 (544.68+49.04)×10⁶kcaI×10%

=59.37×10⁶kcal 

（4）总需热量     根据以上计算，系统运行全年所需热量为：

 (544.68+49.04+59.37)×10⁶kcal=653.09×10⁶kcal 

沼气锅炉的热效率取75%，热值取4800kcal/m³，则系统全年需热量折合成沼气为：

653090×10³kcal÷4800kcal/m³÷75%=181414m³

每1m³沼气按1.5元计，则全年加温成本为：

1.5元/m³×181414m³=272121元

年产气量按366000m³，产1m³沼气的加温成本为：

272121元÷366000m³=0.743元/m³

3、电费成本0.156元，占总成本的5.67%

该沼气工程耗电设备主要为厌氧罐顶搅拌、供料泵、集污池输送泵、均浆池顶搅拌、沼气输送增压泵、供热循环泵等，每天用电量不低于280度，每度电的价格按0.56元计，每天电费156.8元。因此，1m³沼气的用电成本为：

156.8元÷1005m³=0.156元/m³

4、人工成本0.232元，占总成本的8.44%

沼气工程需人员2人、每人平均月薪3500元，每月产气30150m³（1005m³×30），生产1m³沼气的人工成本为：

3500元×2÷30150m³=0.232元/m³

5、维修费成本0.117元，占总成本的3.56%

工程总投资360万元，按惯例年维修费为工程造价的1%，故维修费为360万元×1%=3.6万元。年产沼气366000m³，则1m³沼气的维修成本沼气为：

36000元÷366000m³=0.098元/m³

6、固定资产折旧0.983元，占总成本的35.77%

工程固定资产投资360万元，（不含工程前期综合费用如环评、安评、设计、招投标、验收等，这些费用一般占工程总造价的8%以上）。按综合折旧10年计，则1m³沼气固定资产折旧费为：

360000元÷366000m³=0.983元/m³ 

综上所述，1m³沼气的生产成本至少应为：1+2+3+4+5+6

=0.536元+0.743元+0.156元+0.232元+0.098元+0.983元=2.748元/m³  

（二）沼气工程运行总成本

1m³沼气的生产成本为2.748元，全年产气366000m³，总成本为：

2.748元×366000=1005768元，即100.577万元。

注：以上成本测算因地域不同也略有不同，应以当地实际发生的为准。

二、成本分析

1、原料成本：属于相对可变成本，区域不同或是否作价收费存在很大差异。此测算依据是按当地水费1.2元/m³,猪粪干物质约70%进行推算得到粪污水约8元/m³。如要按猪场销售猪粪价格计算，此成本会上升3倍以上。显然，过高的原料成本是大中型沼气工程难以承受的。

2、增温成本：大中型沼气工程要获得全年稳定正常的运行，增温是必不可少的环节，属于必须成本，也是和工程生产效率呈正相关的因素。只有高生产效率，工程折旧成本、人工成本、维修维护成本、电费成本等才能够大幅下降，反之，则会大幅上升。

3、固定资产折旧：初期投资较大是大中型沼气工程特点，因此，适度规模和优化设计是工程具不具备经济性的关键。折旧成本是固定的也是不可变的，只有工程稳定高效运行，折旧成本才是最低的。

4、电费、维修维护费：占成本比重较少但又是必不可少的。这两项除了工程优化设计之外，最主要的限制因素是劳动者的素质和技能，只有合格的劳动者才能使这两项费用变得合理和有效。

5、人工成本：占比重8%以上，属于相对可变成本。无论多好的沼气工程，离开了人的有效管理都将成为缺乏生命力的机器设备，不合格或技能素质低下的运行管理者甚至可导致很好的沼气工程瘫痪或废弃。纵观现有大中型沼气工程的运行，我们总结：“凡是不能正常运行的沼气工程，其根本原因都是人的因素，而不是沼气工程本身的问题”。所以，培养合格的、稳定的、较高素质和技能的工程运行管理人员是大中型沼气工程推广应用亟待解决的关键问题。

6、其他成本：工程前期综合费用如环评、安评、设计、消防、招投标、验收等等，都是必要发生的，同时也是难以控制的，往往占成本比重8%以上，在此不做分析。

对大中型沼气工程现状的一些思考

大中型沼气工程在处理养殖业粪污污染方面具有不可替代的关键性作用，但长期以来受工程设计理念、建设质量、运行条件、经济利益制约和运行管理者素质等等诸多因素影响，正常发挥作用的沼气工程凤毛麟角，使得部分人“谈虎色变”，也使一些养殖企业想做而又不敢“轻下决策”。毋庸置疑。沼气工程本身就是一个多学科、跨领域的技术集成，有一定的内在复杂性，但也没有我们想象的那么过于复杂。沼气工程更多的是需要在原有的基础之上加大创新，在设计理念上、实用性上、经济效益上不断创新。沼气工程不仅需要政策支持和引导，更需要能够自我“造血”，否则终究难有生命力。为此，笔者通过较为粗浅成本测算和分析，提出以下思考：

1、南疆地区水资源缺乏，土壤有机质含量普遍偏低，能达到含有机质6%以上的耕地占比极少。而多年来林果业发展迅速、棉花种植占比很高且重茬严重、有机肥资源量少面窄、劳动力相对紧缺等等原因，导致种植业过度依赖化肥、地力逐年下降、农产品产量提高乏力、特色优势农产品质量快速下降、病虫害此起彼伏、水肥矛盾、农业增产增收矛盾等等日益突出，可以说，改革开放四十年来，种植业正面临一次前所未有的挑战。所以，沼气工程设计之初的理念就应放在大农业体系里来考虑，而不仅仅是个环境工程或环保项目。唯有把沼气工程放在农业可持续发展和生态循环农业的大范畴中，沼气工程才具备自我“造血”的功能，才能具备一定的生命力发挥应有作用。单纯的以产气为主（发电上网）或达标排放的设计理念，只能导致沼气工程“难以为继”。因此，笔者认为要以“三沼”综合利用（资源化）生产有机肥为目的设计沼气工程。这就需要在多方面突破，如设备选型、工艺选择、后处理投入产出等方面有所突破，也给技术创新提供了更广的舞台。

2、南疆独特的地理自然条件和丰富的光热资源，促进了林果业的高速发展，而劳动力相对紧缺也倒逼种植业更快接受了水肥一体化，这也导致传统的把粪肥堆沤或腐熟上地的方式被从业者放弃，因为传统有机肥用法效果差（利用率低）、来源少、费劳力，这给“三沼”综合利用生产有机肥提供了广阔空间，也为“把有机肥滴入土壤”提供了市场。养殖业粪污水沼气化得到三个产物，即沼气、沼液、沼渣。要以获得有机肥为主（沼液占90%，沼渣占3%），沼气就是副产物，只能为生产有机肥服务。充分利用沼气供暖发电的作用，可为加工处理沼肥和工程本身运行降低成本。而要获得合格沼肥，就必然倒逼上游（养殖业）提高生产管理水平，养殖管理水平不高必然导致粪污水抗生素、重金属等有害物超标。而沼肥整个生产过程则要控制综合耗能和沼肥养分浓度，有效增加沼肥加工科技含量。传统沼肥使用难以被种植业接受的关键问题是沼液养分浓度过低（干物质低于1.2%）、质量波动大、来源不稳定和难以进入滴管系统。而这些恰恰是需要加快突破和创新的关键点。

3、“三沼”综合利用生产有机肥给大中型沼气工程找到了更好的定位，而如何使广大种植业从业者接受沼肥？笔者认为必须摒弃传统的单纯使用沼液沼渣肥的思路，需要从多角度突破和创新。如何提高沼液浓度、如何降低沼肥生产成本、如何让沼肥进入滴灌系统等，都需要不断突破和创新。未经处理的沼液沼渣不仅种植从业者难以接受，还有造成二次污染的风险。把沼肥和现代微生物菌肥、微量元素肥、矿源腐殖酸肥、氨基酸肥和水溶性化肥（NPK）结合起来，配合测土配方技术，生产功能全面的微生物复合肥（沼液肥滴管喷灌）和生物有机肥（沼渣肥做基肥），并商品化、功能化、系列化和高效化，将为沼肥找到一条切实可行的发展之路，也是大中型沼气工程实现自我“造血”的必由之路。目前，这方面的研究还比较少，如沼液和哪类肥料复配有拮抗或有协同作用、沼渣能够复配哪些微生物菌才能更好发挥肥效、不同原料来源的沼肥更适合复配哪类肥料等等，见著专业期刊或网站的报道少之又少。这都是需要大胆创新和不断探索的产品关键技术点。

                              结    语

种植业和养殖业是与人类食物链和生态环境关系极为密切的产业，如何改善土壤生态促进种植业增收增产，如何科学合理处理规模养殖废弃物，大中型沼气工程可以在这个产业链中发挥“承上启下”的作用。通过沼气成本的测算、分析和粗浅思考，笔者认为：“三沼”综合利用生产有机肥是处理规模养殖废弃物的有效途径，尤其南疆地区干旱少雨、水源奇缺、土壤贫瘠、耕地盐碱板结的现状，而迅猛发展起来的特色林果业水肥一体化的巨大市场需求，呼唤高效稳定廉价的有机滴灌肥。“三沼”综合利用生产有机肥不仅突破了规模养殖废弃物“处理质量、处理效率和运营成本”相互制约的现实瓶颈，还为实现农业可持续发展提供了全新思路，符合国家农业供给侧结构性改革和生态文明建设中长期发展战略规划，具有广阔的发展前景。

[参考文献]

本文“沼气工程运行主要成本构成”部分，参考文献为《中国沼气网》沼气圈、由湖北锐意自控系统有限公司推荐的《北方大中型沼气工程运行成本测算需要考虑哪些？如何测算？》相关内容。其余部分均为作者原创。