Question

沼气池的发展历史

Answer 1

固定拱盖水压式沼气池
固定拱盖水压式沼气池有圆筒形、球形和椭球形 三种池型。这种 池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个不断增高的 气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内的液面升高。 这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水位差就叫做“水 压”(也就是U形管沼气压力表显示的数值)。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出 ；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致沼气压力也随之 相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放沼气的池型，就称 之为水压式沼气池。 水压式沼气池，是我国推广最早、数量最多的池型，是在总结“三结合”、“圆、小、 浅”、“活动盖”、“直管进料”、“中层出料”等群众建池的基础上，加以综合提高而形 成的 。“三结合”就是厕所、猪圈和沼气池连成一体，人畜粪便可以直接打扫到沼气池里进行发酵。“圆、小、浅”就是池体圆、体积小、埋深浅。“活动盖”就是沼气池顶加活动盖板。 水压式沼气池型有以下几个优点： (1)池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较低。 (2)适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利。 (3)为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进池。 (4)沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。 水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是： (1)由于气压反复变化，而且一般在4～16千帕(即40～160厘米汞柱)压力之间变化。这对池 体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。 (2)由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利用率不 高，池 容产气率(即每立方米池容积一昼夜的产气量)偏低，一般产气率每天仅为0.15米3/米3 左右。 (3)由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出料工作比较困难 。因此，出料的时候最好采用出料机械。
变型的水压式沼气池
(1)中心吊管式沼气池将活动盖改为钢丝网水泥进、出料吊管，使其有一管三用的功能(代替进料管、出料管和活动盖)，简化了结构，降低了建池成本，又因料液使沼气 池拱盖经常处于潮湿状态，有利于其气密性能的提高。而且，出料方便，便于人工搅拌。但 是，新鲜的原料常和发酵后的旧料液混在一起，原料的利用率有所下降。
无活动盖底层出料水压式沼气池
无活动盖底层出料水压式沼气池是一种变型的水压式沼气池。该池型将水压式沼气池活动盖 取消，把沼气池拱盖封死，只留导气管，并且加大水压间容积，这样可避免因沼气池活动盖 密封不严带来的问题，在我国北方农村，与“模式”配套新建的沼气池提倡采用这种池型。 本书将介绍该种沼气池的建造技术。无活动盖底层出料水压式沼气池的构造如所示 。沼气池为圆柱形，斜坡池底。它由发酵间、贮气间、进料口、出料口、水压间、导气管等 组成。 (1)进料口与进料管 进料口与进料管分别设在猪舍地面和地下。厕所、猪舍及收集的人畜 粪便，由进料口通过进料管注入沼气池发酵间。 (2)出料口与水压间 出料口与水压间设在与池体相连的日光温室内。其目的是便于蔬菜生 产施用沼气肥，同时出料口随时放出二氧化碳进入日光温室内促进蔬菜生长。水压间的下端 通过出料通道与发酵间相通。出料口要设置盖板，以防人、畜误入池内。 (3)池底 池底呈锅底形状，在池底中心至水压间底部之间，建一U型槽，下返坡度5%，便于 底层出料。 (4)工作原理 ①未产气时，进料管、发酵间、水压间的料液在同一水平面上。②产气时， 经微生物发酵分解而产生的沼气上升到贮气间，由于贮气间密封不漏气，沼气不断积聚，便 产生压力。当沼气压力超过大气压力时，便把沼气池内的料液压出，进料管和水压间内水位 上升，发酵间水压下降，产生了水位差，由于水压气而使贮气间内的沼气保持一定的压力。 ③用气时，沼气从导气管输出，水压间的水流回发酵间，即水压间水位下降，发酵间水位上 升。依靠水压间水位的自动升降，使贮气间的沼气压力能自动调节，保持燃烧设备火力的稳 定。④产气太少时，如果发酵间产生的沼气跟不上用气需要，则发酵间水位将逐渐与水压 间水位相平，最后压差消失，沼气停止输出。

Answer 2

　　很久以前，人们就发现了沼气，但对沼气微生物的研究仅有一百年时间。沼气是由意大利物理学家A.沃尔塔于1776年在沼泽地发现的。1916年俄国人Β.П.奥梅良斯基分离出了第一株甲烷菌（但不是纯种）。中国于1980年首次分离甲烷八叠球菌成功。目前世界上已分离出的甲烷菌种近20株。
　　世界上第一个沼气发生器（又称自动净化器）是由法国L.穆拉于1860年将简易沉淀池改进而成的。1925年在德国、1926年在美国分别建造了备有加热设施及集气装置的消化池，这是现代大、中型沼气发生装置的原型。第二次世界大战后，沼气发酵技术曾在西欧一些国家得到发展，但由于廉价的石油大量涌入市场而受到影响。后随着世界性能源危机的出现，沼气又重新引起人们重视。1955年新的沼气发酵工艺流程——高速率厌氧消化工艺产生。它突破了传统的工艺流程，使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天1立方米容积产生0.7～1.5立方米沼气,提高到4～8立方米沼气，滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。 八十年代中后期，随着沼气生产使用技术的日趋完善，沼气生产发展较快。
　　我国虽然很早就发现了沼气，但是真正开始推广应用是在20世纪20年代后期。一位叫罗国瑞的人，在广东的潮梅地区建成了我国第一个有实际使用价值的混凝土沼气池，并成立了“中国国瑞瓦斯总行”（当时称“沼气”为“瓦斯”），专门建造沼气池和生产沼气灯具等，推广沼气实用技术。到了30年代，我国许多地方都建造了这种类型的沼气池。解放后，我国政府曾多次组织推广沼气技术。
　　20世纪60年代未到70年代初，我国出现了兴建沼气的热潮，全国建起了600多万个沼气池，基本上都是农村家用沼气池及少量大中型人、畜粪便沼气池。但由于技术水平的限制及发展速度过快，沼气池的设计和施工都很不规范、缺乏正确的技术管理，能有效使用的沼气池为数很少。1979年，国务院成立了全国沼气建设领导小组，认真总结了沼气工作中的经验教训，1988年又成立了中国沼气协会，组织1700多名沼气技术工作者，对沼气的关键技术进行协作攻关，提出了“因地制宜、坚持质量、建管并重、综合利用、讲求实效、积极稳步发展”的沼气建设方针，开展了大规模的基础应用技术研究，引进消化国外厌氧研究新成果，逐步形成了规范标准的水压式沼气池及相配套的科学建池技术、发酵工艺及配套设备，使我国沼气建设进入了健康、稳步发展的阶段。至1997年底，全国农村户用沼气池638万个，大中型沼气工程600多处，年产沼气13亿立方米。
　　2002年全国户用沼气池总量达到1000万个，畜禽养殖场沼气工程1100多处，城镇污水沼气净化池近10万处。同时建立了从国家到省、地、县的沼气管理、推广、科研、质检及培训体系。探索了一些以沼气池为纽带的农村生态模式，将农村沼气和农业生态紧密结合起来，促进了农村经济和农业生产的发展，使农村沼气更具生命力。如广西恭城的“养殖—沼气—种植”三位一体模式；赣州的“猪—沼—果”能源生态模式；辽宁的塑料大棚、沼气池、禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”北方能源生态模式等。这些模式将厕所、猪圈和沼气池、种植业结合在一起，人畜粪便自动排入沼气池，经发酵后生产沼气供人们使用，沼液、沼渣用来发展种植业、养猪、生产蚯蚓食用菌等，综合经济效益、生态效益很高，为广大群众所欢迎，发展速度较快。
　　与此同时，我国大中型沼气工程也有了较快发展。1936年，由中华国瑞天然瓦斯总行宁波分行负责承建的浙江舟山普陀山洪筏禅院内的一个125.172m3的沼气池，用于煮饭照明，发酵原料为粪便、厨房废物和青草。1958年在广东番禹建成了我国最大的农业沼气工程，即番禹市桥沼气发电站，容积为3000m3，开动44kw的沼气发电机。1964年在我国河南南阳酒精厂建成了一座2000m3的工业沼气池，利用酒精废料生产沼气，80年代又修建了两个容积为5000m3的大型工业沼气池，使该厂拥有沼气池12000m3，贮气罐30000m3，日产沼气4万多m3，为南阳市215个单位和12751户居民提供燃气；同时利用沼气生产二氯甲烷和三氯甲烷，1993年产量已达1020吨，产值1000多万元，利税100多万元。酒精废料经厌氧消化后，COD除去率达84%以上，BOD除去率为90.8%，悬浮物降低96.5%，大大减轻了对环境的污染。在南阳酒精厂大型沼气工程的示范作用下，80年代全国有很多酒厂、糖厂、食品加工厂和畜牧厂修建了大中型沼气池。至90年代，大中型沼气工程的技术已经成熟，并逐渐达到标准化。
　　我国沼气的基础研究始于80年代。1980年北京师范学院在国内首次分离获得了甲烷八叠球菌的培养物。接着浙江农业大学、中国科学院成都生物研究所和微生物研究所相继派人到美国加州大学、美国佛罗里达大学进修或合作研究，陆续分离出多株产甲烷细菌、产氢产酸菌和厌氧纤维素分解菌，探索了厌氧食物链中各菌类的相互关系。随后浙江农业大学、中国科学院成都生物研究所、农业部成都沼气研究所等许多院所相继建立了厌氧微生物实验室。其中成都沼气研究所建立了农业部厌氧微生物重点开放实验室，对沼气发酵微生物学、生态学和生物化学进行了比较广泛的研究，发表了大量论文，取得了多项成果，使我国在沼气基础研究的某些方面逐渐接近国际先进水平。

Answer 3

中国农村可再生能源发展现状与趋势
日期:2008-9-5] [ 作者：寇建平 赵立欣 田宜水 郝先荣 ] [ 来源：农村可再生能源及生态环境动态 ]
1．中国农村可再生能源发展现状
据农业部对全国农村可再生能源统计结果，截至2007年底，全国省柴节煤灶保有量1．5亿户，节能炉保有量3471万户，节能炕2024万铺；农村户用沼气保有量总数已经达到了2650万户；太阳能热水器保达4300万平方米，太阳灶保有量112万台；已建成秸秆集中供气站734处，建立了一批秸秆固化示范点，为生物质能源规模化开发利用奠定了良好的基础。
（1） 农村居民生活用能消费总量稳步增加
与2000年相比，2007年农村居民生活能源消费总量增加了32．1％，年均增长率为4.0%，低于全国同期能源消费增长速度，呈稳步增长态势。其中，商品能源增加了47.6%，年均增长率为6.7%；非商品能源增加了26.4％，年均增长率为3.4％。
在农村居民生活用能费中，优质能源的增长速度较快。其中，农村户用沼气消费增长速度最快，与2000年相比，2007年增长了350.5%，年均增长率为24.0%。其次为液化石油气和电力，分别增长了122.5%和95.0%，年均增长速度分别为14.3%和11.8%。而煤、油消费呈负增长，与2000年相比减少了67.7%，年增长率为-17.2%。中国农村居民生活用能正朝着商品化、优质化的方向发展。
（2） 能源消费结构仍以秸秆和薪柴为主
2007年中国农村居民生活用能消费结构中，秸秆占48.33%，薪柴占28.10%，煤占14.08%，电力占5.47%，沼气占2.21%，液化石油气占1.71%。目前，我国农村居民生活用能仍以秸秆、薪柴为主，大部分用于炊事和取暖之用，优质能源比例低，能源消费结构极不合理。这种情况可能是由于秸秆、薪柴容易获得，几乎不需要任何费用造成的。从发展趋势来看，在未来相当长的时期内，秸秆、薪柴等传统生物质能仍是我国农村居民的主要生活用能。
（3） 商品能源消费城乡差距较大
现阶段，我国农村能源供需矛盾虽已基本得到了改善，但距离小康水平的能源需求仍有较大的差距。2006年，中国农村居民人均生活商品用能量为131千克标准煤，仅为城镇居民人均生活用能量的47.6%(城镇居民人均生活用能量为275千克标准煤)，城乡差距较大。与2000年相比，农村居民人均生活用能增长了69.1%，年增率约9.15%，高于同期城镇居民人均生活用能年增长率的4.15%，这说明了农村居民对商品能源需求旺盛。
（4） 地域差异显著
中国幅员辽阔，跨越多个气候带，各地区经济水平发展并不平衡，生活习惯和住宅类型也不尽相同，农村可再生能源资源差异很大。不同区域农村居民的能源消费水平和结构方面存在着较大的差异。在农区主要使用秸秆，牧区主要使用牲畜粪便，山地和林区主要使用薪柴。太阳能、风能、水能、煤炭等资源也都有鲜明的区域富集性，但开发程度低。经济发达的城郊农区接近或达到城市能源消费水平和类型。农村中严重缺能的面积大、缺能的时间长、解决的难度大的农村能源缺乏区，也是生态环境的脆弱区以及经济上的贫困区。
从下表可以看出，农村户用沼气技术主要在中西部地区，其中西南区和华中区发展最快。养殖场沼气工程主要在华东区，约占全国总量的50%，其次为华中区。太阳能热水器主要集中经济发达的华东区和华北区，太阳房集中在冬季需要取暖的东北区、华北区和西北区，太阳灶集中在太阳能资源丰富的西北区。
2. 中国农村可再生能源开发迅速
（1） 农村沼气步入健康稳步快速发展阶段
“十五”期间，农村沼气进入了健康稳步快速发展阶段。其中，2007年是历史上发展最快的一年，新增农村户用沼气用户482．35万户，全国沼气用户已累计近2650万户，年产沼气达102亿立方米。比2000年的848万户增加了1802万户，年均增长速度为17.7％。畜禽养殖场沼气工程发展加快，建成畜禽养殖场沼气工程约2.66万处，总池容285万立方米，年产沼气达3.56亿立方米。见表2。
（2） 太阳能利用技术推广速度持续快速增长
国家通过市场拉动，积极推动太阳能热利用，有效扩大了太阳能热水器市场，使太阳能热水器的生产和应用进入稳定增长阶段，太阳能热水器得到快速普及。截至2007年底，全国农村地区太阳能热水器保有量达4286万平方米，比2000年的1108万平方米增加了3178万平方米，平均每年增加454.06平方米，年均增长速度为21.3%；太阳灶保有量达112万台，比2000年的33万台增加了78.88万台，年均增长速度为19.06%；农村太阳房达1524万平方米，比2000年的978万米，增加了546万平方米，年均增长速度为15.8%。
在农村地区，累计推广太阳光伏发电9.9万处，装机容量为3.9兆瓦；小型风力发电机11.2万台，装机容量为16兆瓦。
（3） 秸秆沼气技术已经成熟并逐步推广
近年来，随着农业的发展，农村农户分散养殖日益减少，规模养殖逐渐增加，以畜禽粪便为主要发酵原料的农村户用沼气建设受到了一定的制约。部分农户由于不再养猪，缺乏发酵原料，已建的沼气池面临无原料而停用的处境。为有效地解决农村沼气池发酵原料不足等问题，农业部组织开发了秸秆沼气技术，以稻草等农作物秸秆为发酵原料，首先加入秸秆复合菌剂进行堆沤处理，然后与沼气接种物一起入池生产沼气，充分利用稻草等秸秆原料，有效地解决了沼气推广过程中的原料“瓶颈”问题，使不养猪的农户也能使用清洁能源。该项技术已经成熟，并正在逐步推广。截至2007年底，户用秸秆沼气已发展到5.5万处，当年新增50083处，而2006年新增4397处；秸秆沼气集中供气站2650处，当年新增2634处，而2006年当年新增110处。
（4） 支撑服务体系进一步发展壮大
经过长期发展与壮大，农村能源行业已初步形成了管理推广、科技研发、质量监督与检测、职业技能培训与鉴定和社会化服务等支撑服务体系。截至2007年底，全国已建成农村能源管理推广机构1.15万个，约3.53万人。其中，本科及以上6346人，占18％。同时还构建了研发、培训和质检体系。通过职业技能培训和鉴定并获得国家职业资格证书的农民技术员达到20.4万人，其中沼气生产工19.8万人。各地积极推进农村沼气社会化服务，积极开展沼气社会化服务试点示范，初步形成县乡沼气推广机构服务到户、沼气生产工承包服务、农民沼气协会自我服务等多种服务模式，和政府服务、公司服务、专业化合作经济组织服务、个人服务和“政府+公司”等多种服务机构。
3. 中国农村可再生能源发展趋势
（1） 商品能源无法满足中国农村能源发展需求
当前，中国农村正处在历史大发展时期，特别是党的十六届五中全会提出建设社会主义新农村的重大战略举措后，农村发展提速，农村居民能源消费量越来越大，并向着优质化方向转变。随着农村经济的全面发展和农民生活水平的提高，农村居民生活用能的消费总量也将不断增加，对商品能源的需求增长尤为迅速。如果按照不可持续的发展方案，预计到2010年全国农村能源消费总量将达到4.27亿吨标准煤。如果农村居民加入到商品能源消费的竞争队伍中来，将会给国家的能源供给带来巨大压力。因此，发展农村能源已成为全面建设农村小康社会与和谐农村社会建设的当务之急。
（2） 中国具有丰富的可再生能源资源
我国是世界最大的发展中国家，拥有丰富的可再生能源。其中，可供农村地区开发利用的可再生能源主要包括生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能等。
①农村生物质能资源。农业生物质能资源包括农作物秸秆、农产品加工业副产品、畜禽粪便和能源作物。我国每年生物质资源量巨大，其中可作为能源利用的约7亿吨标准煤。
②农村水电资源。我国水力资源理论蕴藏量、技术可开发量、经济可开发量及已建和在建开发量均居世界首位。经济可开发水能资源约4亿千瓦，其中5万千瓦及以下的小水电资源量为1.28亿千瓦，主要分布在两湖、两广、河南、浙江、福建、江西、云南、四川、新疆和西藏等，约占全国可开发的小水电资源90％左右。
③风力资源。据初步估算，我国陆地10米高度层的风能总储量为32.26亿千瓦，实际可开发量为2.53亿千瓦，海上可利用的风能资源潜力大于7.5亿千瓦，可开发的风能资源总量超过10亿千瓦。风能资源丰富区主要集中在东南沿海、广东沿海及其岛屿，占全国总面积的8％。风资源较丰富区主要在东北、华北和西北北部地区，东南沿海距海岸线50～100千米的内陆地区、海南岛西部、台湾岛南北两端以及新疆阿拉山地区，占全国总面积的18％。风能资源可利用区包括黄河、长江中下游、东北、华北和西北除上述丰富区以外的地区、青藏高原东部地区等，占全国总面积的50％。
④太阳能资源。我国太阳辐射能总量约为3340～8400兆焦/平方米，年太阳辐射数超过2200小时的太阳能利用条件较好的地区占国土的2/3。
⑤地热能资源。我国地热资源总量约320万兆瓦，主要分布在西藏、云南、广东、河北、天津、北京等地。
4. 中国农村能源发展对策建议
（1） 完善可再生能源开发利用的政策法规体系
根据《可再生能源法》，结合《环境保护法》、《电力法》、《节约能源法》等法律，在现有政策基础上，研究制订农村可再生能源产业配套支持政策，包括减免可再生产业相关企业的税收、对使用可再生能源的农户给予补贴、征收化石能源税等。
（2） 加大资金投入力度
目前农村能源投资总量不足，且方向单一，主要支持农村户用沼气技术，其他农村能源开发利用技术基本没有专项投入。此外，农村户用沼气补助标准偏低，与目前经济发展水平不相适应。国家应加大对农村能源建设的资金投入力度，建立以中央和地方国家投资为主、多渠道投入资金为辅的多元化投入机制，要积极拓宽筹资渠道，吸引外资和鼓励社会各界投资。
（3） 大力普及农村沼气
沼气以投资小、见效快、适应广、功能多的优势在我国迅速推广，秸秆沼气技术的突破又扩大了沼气使用范围，规模化养殖业的发展为沼气的集中利用创造了条件，因此，必须加快沼气建设步伐。同时要加大沼气物业化服务体系建设力度，确保沼气又好又快的发展。
（4） 加快推进秸秆能源化利用力度
截止2007年底，我国省柴节能炉灶(炕)保有量达到2亿户，在我国农村居民生活用能消费结构中，秸秆和薪柴占到76.43%，而秸秆气化站只有737处，秸秆固化(炭化)100处。因此，必须对农村炉、灶、炕进行升级换代，在秸秆富裕区支持秸秆气化、固化等秸秆能源化利用工作。
（5） 加大宣传力度，提高全社会节能减排意识
农业农村节能减排工作大有作为，意义重大，要充分利用各种宣传媒体，采用多种形式，广泛开展宣传活动，提高社会各界对开发农村可再生资源的认识。