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前言
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第九章 西南四季温和地区
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一、区域概况
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本区包括云南、贵州、四川、重庆4省份，土地总面积112.58万km2，占全国土地总面积的11.84%；2015年耕地总面积1990.79万hm2，占全国耕地总面积的14.75%；2015年末总人口19491.85万人，占全国总人口的14.18%，其中农村人口10203.2万人，占该地区总人口的52.35%。该区域最冷月平均气温4～11℃，年极端最低气温多年平均-5～0℃，≥0℃积温5900～6500℃。局部高寒地区需要取暖。
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西南四季温和地区生物质资源丰富。2015年，该区农业废弃物资源总量（干重）达到26977.84万t。其中，可用于新型能源化利用的农业废弃物资源量8662.13万t，占全国可用于新型能源化利用的农业废弃物资源总量的15.55%，位居七大区第四位。在这些可用于新型能源化利用的农业废弃物资源中，秸秆、畜禽粪便和林木剩余物（均为干重）各自所占的比重分别为55.64%、25.69%和18.67%。
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二、农村能源发展现状与问题
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（一）农村能源利用结构
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1．西南四季温和地区农村生活用能以薪柴和煤炭为主，二者合计超过本区农村生活用能总量的1/2，是全国薪柴、沼气利用量最高的地区
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西南四季温和地区农村生活能源利用类型包括薪柴、煤炭、电力、秸秆、成品油、其他能源、沼气、太阳能和天然气等多类能源。2015年整体上看，薪柴和煤炭是其农村生活用能利用的主要来源，占该区域农村生活能源利用总量的55.86%。其中，薪柴的利用量达到1665.30万t.ce，是全国利用量最高的地区，占全国农村生活薪柴总利用量的28.03%；其次是电力、秸秆和成品油，分别占该区域农村生活能源利用总量的9.87%、8.45%和8.08%；其他能源、沼气、太阳能和天然气的利用量均低于本地区农村生活能源利用总量（8.00%）。其中，其他能源和沼气的使用量为全国最高，分别达到338.26万t.ce和320.20万t.ce，占全国农村生活同类能源总利用量的61.82%和30.16%。天然气利用量57.10万t.ce，占全国农村生活同类能源总利用量的25.49%，居全国七区中的第二位（图9-1、图9-2、图9-3）。
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图9-1 2015年西南四季温和地区农村生活能源利用构成及数量
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图9-2 2015年西南四季温和地区农村生活能源利用结构
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图9-3 2015年西南四季温和地区农村生活能源利用量占全国农村地区同类生活能源利用量的比重
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2．西南四季温和地区人均生活用能水平稍高于全国平均水平
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2015年，西南四季温和地区农村生活能源消费总量达到4518.60万t.ce，占全国农村生活能源消费总量的17.61%，居全国七区的第三位（图9-4）。
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该区农村生活能源人均消费量为442.86kg.ce，比全国425.24kg.ce的人均水平高4.14%，是我国人均生活用能水平较高的地区；人均商品能源消费量202.42kg.ce，仅比全国人均水平低6.58%；人均非商品能源消费量为240.44kg.ce，比全国人均水平高15.29%，是我国非商品能源人均利用量较高的地区（图9-5）。
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图9-4 2015年西南四季温和地区农村生活能源利用水平
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图9-5 2015年西南四季温和地区农村生活能源人均利用水平
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3．西南四季温和地区农村非商品能源以薪柴和秸秆为主
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西南四季温和地区农村生活能源以非商品能源为主，2015年该区农村生活非商品能源利用总量2453.30万t.ce，是其商品能源利用总量的1.19倍，占全国农村非商品能源利用总量的19.49%。
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该区非商品能源以薪柴和秸秆为主，2015年二者使用量分别为1665.30万t.ce和381.70万t.ce，分别占其非商品能源利用总量的67.88%和15.56%，合计达到83.44%；其次是沼气，占该地区非商品能源利用总量的13.05%；太阳能利用量最小，仅占3.51%（表9-1）。
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表9-1 2015年西南四季温和地区农村生活用能非商品能源利用量
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4．西南四季温和地区农村生活商品能源利用以煤和电力为主
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2015年，西南四季温和地区农村生活商品能源利用总量2065.30万t.ce，占全国农村商品能源利用总量的15.80%，居全国七区第三位。其商品能源以煤炭和电力为主，2015年利用量分别为859.03万t.ce和445.94万t.ce，分别占其商品能源利用总量的41.59%和21.59%，二者合计达到63.18%；其次是以汽油和柴油为主的油品利用，占该地区商品能源利用总量的17.67%；其他能源利用占比为16.38%；天然气的利用量较小，占比为2.76%（表9-2）。
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表9-2 2015年西南四季温和地区农村生活商品能源利用量
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（二）可再生能源发展现状
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1．生物质能
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（1）沼气。西南四季温和地区沼气资源很丰富。2015年，户用沼气池年末累计为1283.46万户，占全国累计数的30.61%，在全国七大区中位列第一；本年利用1071.60万户，占全国本年利用户数的31.69%，在七大区中本年利用率最高；总产气量为407054.87万m3，占全国户用沼气池总产气量的32.99%（表9-3）。
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截至2015年，西南四季温和地区沼气工程为13429处，占全国沼气工程总数的12.12%，在全国七大区排位第四；总池容278.35万m3，占全国总池容的14.72%；年产气量为41419.29万m3，占全国总年产气量的16.40%。
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表9-3 2015年西南四季温和地区沼气资源利用情况
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西南四季温和地区处理农业废弃物的沼气工程发展较好。2015年末累计沼气工程13370处，占全国总数的12.08%；总池容272万m3，占全国总池容的14.94%；年产气量为39663万m3，占全国年总产气量的17.63%，在全国七大区中排位第四（表9-4）。
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表9-4 2015年西南四季温和地区处理农业废弃物沼气工程
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（2）秸秆新型能源化利用。西南四季温和地区农村生活利用的秸秆量750万t，约占该地区秸秆总产量的6.17%，低于全国9.47%的平均水平，是七大区中秸秆能源化利用比例较低的地区。该区秸秆优质能源化利用方式主要包括秸秆热解气化集中供气、秸秆沼气集中供气和秸秆固化成型3种。
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①秸秆热解气化集中供气。截至2015年末，西南四季温和地区秸秆热解气化集中供气工程累计10处，运行数量仅4处，供气户数仅0.18万户，仅占全国供气户数的1.46%（表9-5）。
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②秸秆沼气集中供气。截至2015年末，西南四季温和地区秸秆沼气集中供气累计9处，仅占全国工程总数的1.97%；运行数量7处，占全国运行总数的1.81%，占该区年末总数的77.78%，略低于全国84.50%的平均运行率；供气户数为0.17万户（表9-5）。
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③秸秆固化炭化成型燃料。截至2015年末，西南四季温和地区秸秆固化成型燃料工程累计11处，占全国秸秆固化成型燃料工程总数的0.92%，年产秸秆固化成型燃料56936t，约占全国秸秆固化成型燃料的1.15%（表9-5）。
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表9-5 2015年西南四季温和地区秸秆优质化能源利用构成情况
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（3）省柴节煤炉灶炕。截至2015年末，西南四季温和地区发展省柴节煤灶2431.53万台，约占全国总省柴节煤灶的21.11%，在全国七大区中位列第二，主要集中在四川；节能炕仅1铺；节能炉376.27万台，约占全国总节能炉的11.93%，在全国七大区中排位第三；燃池仅4个（表9-6）。
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表9-6 2015年西南四季温和地区省柴节煤灶与节能炕情况
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2．太阳能
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西南四季温和地区2015年太阳能热水器年末累计290.64万台，占全国太阳能热水器总数的6.36%，在七大区所拥有太阳能热水器中排位第四；太阳灶121681台，占全国太阳灶总数的5.23%；太阳房年末累计298处，仅占全国太阳房总数的0.10%（表9-7）。
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3．风能
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西南四季温和地区小型风力发电利用较少。2015年，该地区小型风力发电年末累计为52处，约占全国小型风力发电总数的0.05%，在全国七大区中排名末位；装机容量达6.55kW，约占全国装机总量的0.02%（表9-8）。
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4．水能
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西南四季温和地区微型水力发电利用发展良好。2015年，该地区微型水力发电年末累计7779处，约占全国微型水力发电总数的26.86%，在全国七大区中排位第二，仅次于华南夏热冬暖地区；装机容量为19437.10kW，约占全国装机总量的21.36%（表9-8）。
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表9-7 2015年西南四季温和地区太阳能热利用情况
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表9-8 2015年西南四季温和地区小型电源利用情况
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（三）存在的问题
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1．能源利用结构仍不合理
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能源利用仍以秸秆、薪柴为主，大部分用于炊事和取暖，优质能源比例低。薪柴和秸秆作为能源的比例太高，薪柴和秸秆合计达到非商品能源利用量的83.44%；占全国农村生活同类能源利用量的28.03%。农村生活用能方式粗放、效率低下，使得森林资源低价值消耗严重，生态保护难以得到有效巩固。
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2．可再生能源发展面临多重瓶颈
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随着水电开发向偏远民族地区延伸，移民安置、生态保护压力增大，水电开发成本不断推高，受端市场消纳困难。新能源资源分布远离负荷中心，风电分散接入、分布式光伏发电等清洁能源就地消纳利用难度大。
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3．电力开发结构性矛盾亟须解决
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有调节能力的龙头水库电站建设相对滞后，占水电装机规模小。小煤矿数量多，落后产能比重大。电能替代进展缓慢。部分城乡配网基础薄弱，电网承载能力较低，系统接线与布局亟须优化，线路和配变“卡脖子”现象仍然存在。
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4．技术与服务体系需要进一步提升
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农户是农村能源工程的建设者和使用者。广大农户受教育水平不高，以文盲和半文盲文化水平为主。如果农户没有得到有效的、系统的技术指导和帮助，农村能源工程就不能顺利开展下去。因此，从农村能源工程的长期目标考虑，健全和完善的农户技术服务体系是保证能源工程建设顺利开展的必要条件。
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5．生物质高效利用比例较低
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尽管大力推广沼气技术和秸秆气化技术，但是每年农村仍有大量的秸秆未能合理地开发和利用，被大量丢弃或在田间焚烧，造成资源浪费和环境污染。在生物燃料的开发中，由于生产技术落后造成生产成本太高，降低了生物燃料的市场竞争力，严重阻碍了生物燃料推广和运用，影响了农户种植能源作物的积极性。薪柴和秸秆等传统生物质能的使用绝大部分采取传统炉具直接燃烧的方式，能源的有效转换率仅为10%～20%。
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三、农村能源发展战略方向与目标
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（一）发展战略方向
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1．稳妥有序发展小水电
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严格控制中小流域、中小水电开发，保留流域必要生境，维护流域生态健康。弃水严重的四川、云南两省，除水电扶贫工程外，“十三五”期间暂停小水电和无调节性能的中型水电开发。支持四川、云南藏区和少数民族贫困地区小水电扶贫开发工作。
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2．开展风光互补示范
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在资源条件好、具备接入电网条件、消纳能力强的地区，有序推进光伏电站建设。云南太阳能资源丰富，具有很好的应用前景。一方面，应以农村太阳能家电下乡为契机，加快推进太阳能热水器下乡，带动云南太阳能产业快速发展，促进低碳经济建设。另一方面，积极试点太阳能光伏发电应用，通过建设独立光伏电站来解决边远山区无电人口的用电问题。
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利用水、风、光发电的互补特性，在不增加弃水的前提下，在水能资源丰富的地区，借助水电站外送通道和灵活调节能力，建设配套的风电和光伏发电项目，协同推进水、风、光互补示范项目建设。重点在前期开展试点的、光照条件好的建档立卡贫困村，以资产收益扶贫和整村推进的方式，建设户用光伏发电系统或村级大型光伏电站。
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3．推动农村生物质资源高效利用
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因地制宜开展生物质成型燃料运用，在农业重点县区，特别是交通干道、机场、城市周边等重点地区，可结合乡村环境整治，积极建设中小型秸秆气化站和固化成型燃料生产点，开展秸秆生物气化集中供气试点，解决农户燃料问题。在天然林保护区和重点林区，积极利用林业“三剩物”（采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物）和森林抚育间伐资源，开展林业生物质发电和固体成型燃料试点，为居民提供生产、生活用电和炊事、取暖等生活燃料，减少当地燃料消耗对林木的破坏。应进一步强化省柴节煤灶的推广力度，提高成型商品炉灶的使用比例，改变以往砌筑土坯炉膛容易损坏的缺点。重点在以薪柴和秸秆为主要用能的农村地区，大力推广省柴灶。
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（二）发展目标
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（1）推动民生用能水平显著提高，商品能源和可再生能源利用量进一步提升。农村可再生能源产业得到快速发展，农村生活能源产品、设备、设施的生产、销售、施工等能力基本满足农户用能需求。
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（2）推动能源利用结构进一步优化。降低煤炭等化石能源利用比例，增加天然气、生物质能、可再生能源比例。生活用能以节能型的炉、灶为主，普及省柴节煤炉、灶，其中节能商品炉占比达90%；商品省柴灶占比达50%；以煤为主要生活用能的村镇全部使用节煤炉。
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（3）因地制宜开展风能、地热能、微水电等开发利用，进一步发挥其在扶贫开发中的作用。结合新农村建设和美丽乡村建设，在国家相关政策支持的同时，各级人民政府要加大支持力度，大力推广太阳能热水器和小型光伏发电，逐步提高太阳能的推广应用范围。
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（4）生物质新型能源化利用水平进一步提升，生物质沼气技术、秸秆成型燃料技术和设备不断改进，沼气产业服务体系进一步完善。
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四、典型模式概述
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（一）模式名称
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西南四季温和地区以沼气+微水电为主的“2+X”多能互补模式。
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（二）模式内涵
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西南四季温和地区以沼气+微水电为主的“2+X”多能互补模式，“2”即生物质沼气模式和微水电发展模式。生物质沼气模式主要包括两种：一是户用沼气模式，如“猪—沼—果（菜、粮）”模式；二是沼气集中供气模式，如养殖小区畜禽粪便沼气综合利用模式。在村落分散、集居点少、居住分散的农村山区推广微型力发电模式，通过电能设施和设备系统，将小溪、小河水（即微水能资源）的位能转换成符合民用电要求的电能。“X”是指根据太阳能、秸秆、薪柴、风能资源蕴藏量，因地制宜推广太阳能热水器、小型风力发电、秸秆成型燃料等多种能源模式。“2+X”模式立足可再生能源开发，根据西南农村地区现有的资源基础和技术发展条件，采取生物质沼气和微水电为主、其他多种可再生能源发展模式为辅的多能互补模式。
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（三）模式特点
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1．以沼气为纽带的循环农业模式丰富
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“猪—沼—果（粮、菜）”、规模化沼气综合利用等生态农业模式和以沼气为纽带的农业废弃物资源化利用模式将种植业和养殖业有机结合，形成上联养殖业、下联种植业的循环农业新格局，通过发展畜禽粪便、秸秆资源为发酵原料的以沼气为核心的循环农业示范工程，促进了种植—养殖—能源的高效利用，是循环可持续的发展模式。
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2．注重各种技术集成与集中利用
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广汉市区域内推广以农村户用沼气为主，规模化大型沼气工程、新村集中供气工程、秸秆压缩成型、太阳能热水器等互为补充的“1+4”农村能源综合利用模式。四川省安岳县南薰镇农村能源“暖亮工程”建设模式，大力发展太阳能路灯、太阳能热水器、户用沼气池、生活污水净化沼气池等“四位一体”农村能源利用方式。
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3．可再生能源生态效益显著
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沼气、太阳能热水器等的使用可以大大减少农户对薪柴的需求，从而保护森林资源。使用沼气可以避免由于长期烧柴而造成的空气污染，尤其是室内烟尘对居民身体的伤害。通过沼气发酵可以杀死有害细菌与病毒，沼渣、沼液作为高品质的肥料，长期施用可增强保水保肥能力，改善土壤理化性状。
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（四）模式技术要点
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该模式主要涉及的农村能源利用技术包括沼气技术、微型水力发电、太阳能热水器、秸秆固化成型燃料、省柴节能灶，其技术要点详见本书第一章。
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（五）适宜范围
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以沼气+微水电为主的“2+X”多能互补模式适合农业废弃物资源和水能资源丰富的西南农村地区。其中，沼气模式适合秸秆、畜禽粪便等农业废弃物资源丰富、具有一定种植规模、能够消纳沼肥的农村地区。微水电模式适宜于雨量充沛、河流众多、水能蕴藏量丰富的云南广大山区农村。太阳能热水器和太阳灶适合以四川、云南藏区太阳能资源丰富的农村地区。小型风力发电适合风力资源较好，电网不能到达或供电不足的牧区、农区，适合开展小型风力发电机的推广应用。
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五、典型案例
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案例一：云南省剑川县以畜禽粪便为原料的大中型沼气工程模式
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该工程模式选用“能源生态型”，采取厌氧消化+还田模式，满足本项目对环境影响和生产种植业用肥的要求。该大中型沼气工程大多以畜禽粪污、农作物秸秆为原料，处理常年存栏6000头猪的粪便污水生产沼气和有机肥。日处理60t有机废水。总体工艺选用“浓稀分流—浓污水加热”方式。养殖场使用干清粪工艺，将废弃物分别以养殖场污水和干清粪的形式送入沼气站；污水入站集中储存一天，然后进行常温厌氧发酵；干清粪入站后通过预处理，再取浓污水调配，然后加温进行中温厌氧发酵。工程年产沼气25.55万m3，其中36500m3用于养殖场内职工生活用气，54750m3用于热水锅炉使用，其余沼气用于发电，年发电26万kW·h，有效解决养殖场生产和生活用能。产生的清洁能源——沼气集中供给养殖小区或相对集中的自然村，产生的沼渣、沼液转化为有机肥还田。
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畜禽养殖场沼气工程模式不仅解决了厂区清洁能源的使用问题，而且可以减少面源污染，减少地下水的污染，其效益体现在以下几方面：①经济效益。沼气工程所产沼气通过供气和发电用于养殖小区生活和生产用能，大大降低了用能成本，同时产出沼肥用于生产有机肥，替代化肥用于果树、蔬菜施肥，不仅提高了果菜的品质，而且使农民增收节支。②生态效益。大中型沼气工程的建设，将种植业和养殖业紧密连接，促进了能量的高效转化和物质的高效循环，有效地把“三废”变“三料”，实现了“三益”。同时，沼液、沼渣替代化肥、农药的用量，可以发展无公害、绿色、有机农业，实现了低投入高产出。③环保效益。大中型沼气工程成为有效解决畜禽养殖场面源污染的主要途径之一，防止畜禽疾病传播，改善了生态环境，环保意义重大。
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大中型沼气工程工艺流程见图9-6，其工程工艺现场作业见图9-7。
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图9-6 大中型沼气工程工艺流程
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图9-7 大中型沼气工程工艺现场作业
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案例二：云南省芒市四位一体农村能源综合建设能源模式
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芒市能源资源极为丰富，尤其是太阳能资源、生物质能资源都极具开发前景，自20世纪90年代开始正式开展农村能源建设，现累计建设户用沼气13597户，涉及11个乡镇77个村委会，户用沼气普及率达20.22%，其中户用沼气10年以上的有2358户，5～10年的有8208户，5年以内的有3031户，目前使用率为68.4%。太阳能热水器39068户，占全市总农户的61.5%。农村省柴节柴灶推广8333户，占全市总农户的67.8%。800～1000m3大中型沼气建设6个。50～100m3小型联户沼气建设18个。
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芒市三乡七村以“一池三改”为基本单元，即以户用沼气池建设为中心，同步改造猪圈，同时建设卫生厕所、太阳能洗澡间。形成猪圈—沼气池—厕所—洗澡间“四位一体”的农村能源综合建设模式。其模式系统如图9-8所示。
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图9-8 四位一体模式系统
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项目以“一池三改”配套太阳能热水器能源综合建设模式。云南省林业厅、德宏州林业局下达户用沼气建设550户，每户补助1500元。云南省绿色基金会、香港长春社、香港恒生银行配套投入110万元，每户补助2000元。两块资金每户平均补助3500元。该模式于2011年在芒市三乡七村推广550户，对于农村节能减排、保护生态环境、增加农民收入、提高生活质量，发挥着积极的作用。根据测算，一户8m3沼气池，年产沼气548.7m3，可减少薪柴消耗4.625m3，减少CO2排放4.58t，节约燃料费支出1300元，一台太阳能热水器年节约薪柴0.7m3，减少CO2排放量0.693t、节约燃料费支出210元，效益显著。
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案例三：云南省石林县卧式太阳能增温沼气综合利用模式
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随着中央投资农村沼气项目的实施，沼气建设快速稳步发展，沼气的综合效益明显，石林县共完成沼气池建设14983户，沼气池存量20431口，占总农户的39.6%，受益人口9万余人；建成乡村沼气服务网点101个，构建了县、乡、村三级沼气服务体系；建成大型沼气工程5座；完成12所学校新农村新校园卫生厕所沼气净化工程建设26座，260m3；推广新型省柴节能气化灶11017眼，占总农户的18.2%，推广农村太阳能热水器18901台，占总农户的31.2%。
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该模式由石林县毕家院葡萄种植专业合作社、凤庆县沐源农业开发有限公司建设，沼气工程采用改性塑料卧式全自流高位回流搅拌工程，利用太阳能增温。工程设计发酵液浓度6%～8%，平均每立方米池容产气率0.5m3/d，日产沼气25m3，年产沼气9125m3，沼气作为厨房炊事燃料、仔猪圈舍的保温燃料及照明燃料，替代部分常规能源。沼肥作为葡萄种植的优质肥料，可有效替代化肥和农药。沼渣可作为葡萄种植的底肥增加土壤肥力，沼液可作为葡萄种植的追肥使用以促进植物生长，提高葡萄的品质，以获得较好的经济效益。
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太阳能增温沼气综合利用工艺流程如图9-9所示，沼气工程施工如图9-10所示。
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该模式为石林县养殖户的环境污染和资源化利用问题提供了经济可行的技术，为石林县发展无公害、绿色、有机农业发挥示范作用。其效益体现在以下几方面：①经济效益。沼气工程年产沼气9125m3，每立方米沼气的效益为1元，则沼气每年产生的经济效益为9125元；年产沼肥730t，每吨沼肥的效益按60元计算，则沼肥每年可产生经济效益4万余元。从经济效益的分析可以看出，工程产出沼气、沼肥综合利用的经济效益可保证整个沼气工程的可持续运行。②环境效益。畜禽排泄物通过沼气发酵处理后，有毒有害病菌、病毒和寄生虫卵被灭杀，改善了卫生环境条件；沼气发酵能有效去除粪便污水中的化学需氧量（COD），大大减轻了对地表水及地下水水质的污染；沼气是一种绿色能源，工程投产后能实现节能减排。③社会效益。沼渣、沼液作为优质的有机肥料，适当施用可改善土壤颗粒结构，增加土壤肥力，减少农药和化肥的使用，提高农作物的产量和品质，为生产绿色无公害食品提供了有力保障条件；沼气工程项目建设，可实现养殖粪污的资源化、无害化及减量化的治理目标，有利于打造种植和养殖结合的新模板，可推进类似工程在新农村和美丽乡村建设中的示范推广应用。
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图9-9 太阳能增温沼气综合利用工艺流程
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图9-10 沼气工程施工
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案例四：贵州省鸿鑫“猪—沼—菜—猪”循环农业模式
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项目实施企业鸿鑫农业发展有限责任公司位于贵州省兴义市敬南镇新坪村十里坪，属于兴义市现代高效农业示范园区，公司建有年出栏5万头的生猪养殖场，配套建设有1000m3的大型沼气池和有机肥加工车间；蔬菜种植基地3000亩，配套建有育苗中心、检测培训中心、加工分拣中心、部分冷链设施、6万m2的蔬菜连体大棚；养殖产生的粪污通过沼气池和有机肥加工处理后全部用于蔬菜种植，种植过程产生的废菜叶等用作生态黑猪的饲料，不能用作饲料的部分用于加工有机肥。
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“猪—沼—菜—猪”循环农业模式主要以生猪养殖和蔬菜种植的有机结合，将项目建设产生的废弃物（猪粪）经充分发酵生产高效有机肥，生产污水作为沼气原料提供生物能源，有机肥和沼液作为生物肥料就近投入蔬菜种植基地，产生的沼气和电供周边农户和基地生产使用，分拣后的蔬菜残次品又可以作为养猪的青饲料，形成“猪—沼—菜—猪”的循环产业链，实现了污染物的“全消纳、零排放”，养殖废弃物100%再利用，有效保护和改善生态环境，实现农业经济可持续循环发展，有利于兴义市高效农业示范园区建设，促进农村经济发展。
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鸿鑫农业“猪—沼—菜—猪”种植养殖循环模式已推广种植区域涉及兴义市敬南镇和木贾办事处，主要为鸿鑫农业公司自有基地，涉及面积4000亩，在木贾办事处的枫塘基地主要以沼液车和货车运输实现。
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鸿鑫农业“猪—沼—菜—猪”种植、养殖循环模式主要为公司内部生产循环利用，解决好公司生猪养殖产生的粪污，产生的沼气部分用于发电来满足沼气处理用电，部分沼气提供给当地的93户农户使用和基地冬季育苗升温用，沼液全部用于蔬菜基地生产，每亩土地节约化肥1000元，在种植上年节约成本400万元，取得了良好的经济效益；同时养殖粪污的综合利用，保护了生态环境，为市场提供了安全、生态的农产品，取得了良好的社会效益和生态效益。
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“猪—沼—菜—猪”循环农业模式流程见图9-11，现场效果见图9-12。
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图9-11 “猪—沼—菜—猪”循环农业模式流程
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图9-12 “猪—沼—菜—猪”循环农业模式现场效果
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案例五：四川省广汉市农村能源“1+4”综合利用模式
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广汉市区域内推广以农村户用沼气为主，规模化大型沼气工程、新村集中供气工程、秸秆压缩成型、太阳能热水器等互为补充的“1+4”农村能源综合利用模式，全方位解决农村生活用能、畜牧生产畜禽粪便资源化利用、农业生产有机肥需求、生活照明、洗浴等，形成形式多样、满足需求的农村能源利用模式，提高全市可再生能源使用比例，提高畜禽粪便资源化利用水平，提升农产品品质，改善农村生态生活环境。
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广汉市畜禽养殖和种植业发达，养殖场数量多、秸秆量大、农业生产有机肥需求旺盛。近年来全市以绿色发展为导向，以发展高效、规模、生态农业为目标，以畜禽粪便资源化利用和秸秆压缩成型为重点，积极探索农村能源多元化发展，在全市积极推广农村能源项目，为治理农业面源污染、秸秆焚烧污染、绿色农业发展做出了积极贡献。截至2016年底，以家庭养殖户为单元，以户用沼气为纽带，发展“家庭养殖—户用沼气—家庭种植”的庭院经济模式4.4万户，使近16万人用上清洁能源；以集中供气的沼气工程为纽带，发展“小型养殖场—集中供气沼气工程—种植示范园”家庭农场模式4处，为500户聚居点农户提供清洁能源，为周边600亩种植示范园提供优质沼渣、沼液；以现代农业产业基地为单元，发展规模化大型沼气工程，发展“大型养殖场—大型沼气工程—产业园区”模式产业园区2处，为周边1000个产业园提供优质沼渣、沼液。同时，推广太阳能热水器2.22万m2共1.1万台，秸秆压缩成型燃料0.3万t。
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“大型养殖场—大型沼气工程—产业园区”模式流程见图9-13，模式现场效果见图9-14。
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广汉市农村能源多元化、全域化综合利用模式推广以来，四川省积极总结经验，加强宣传，通过示范带动，已经在遂宁市射洪县、绵阳市三台县、成都市金堂县等地进行了推广，成效显著。
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（1）经济效益。广汉市推广的农村能源经济成效显著，户用沼气年可增收节支近3200万元，沼气工程生产的沼气用于发电、保暖、生活用能以及沼渣、沼液施用，年可产生经济效益近300万元，太阳能热水器及秸秆压缩成型可产生经济效益近700万元。
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（2）生态效益。通过建设农村能源项目，可改善农村地区生态环境，为农户提供清洁能源，实现农村地区庭院经济高效化、农业生产无害化。通过建设户用沼气，引导农户进行改厨、改厕、改圈，改善了农户居住环境，农户用上了清洁能源；新村集中供气工程，解决小型养殖场畜禽粪便污染问题，并为聚居点供气，让农户用上清洁、便捷、实惠的“管道气”；大型沼气工程，解决了大型养殖场畜禽粪便污染问题，并为周边种植业提供优质沼渣、沼液；对秸秆进行压缩成型，使其成为生物质燃料，供企业使用，缓解了因秸秆焚烧造成的雾霾等环境污染。
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图9-13 “大型养殖场—大型沼气工程—产业园区”模式流程
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图9-14 “大型养殖场—大型沼气工程—产业园区”模式现场效果
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第一章 全国农村能源发展概述
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一、农村能源利用技术发展概述
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（一）秸秆新型能源化利用技术
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1．秸秆沼气
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秸秆沼气是以农作物秸秆为主要原料，在严格的厌氧环境和一定的温度、水分、酸碱度等条件下，经过沼气细菌的厌氧发酵产生的一种可燃气体。秸秆沼气又称为秸秆生物气化（制取燃气）。就我国而言，秸秆沼气主要有两种生产方式：一是户用秸秆沼气工程；二是规模化秸秆沼气工程。
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（1）户用秸秆沼气工程。农村户用沼气工程是指以农户为单元，每户建设一口8～12m3的沼气池，以人畜粪便、秸秆、生活垃圾等为原料进行沼气制备，并对沼气、沼渣、沼液进行综合利用。
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目前，我国户用秸秆沼气建设需要解决的关键技术问题主要有两个：一是秸秆原料易漂浮结壳的问题；二是出料难问题。这两个问题都与沼气应用机械的研发有关：一是研发轻便易操作的搅拌机械；二是研发经济实用的出料设备。
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（2）规模化秸秆沼气工程。虽然我国的户用沼气技术已经达到国际领先水平，但我国的规模化沼气工程建设水平与发达国家相比仍有一定差距。德国、丹麦、荷兰等发达国家的沼气工程装备已达到了设计标准化、产品系列化、生产工业化，质量得到有效控制。工程装备的组装技术也达到模块化、规范化。目前，我国规模化秸秆沼气工艺主要引自发达国家，典型工艺有全混式连续厌氧消化工艺、车库型干式发酵工艺、竖向推流式厌氧消化工艺、自载体生物膜秸秆干式发酵工艺、一体化两相厌氧消化工艺等，也有我国自主研发的秸秆沼气工艺（如覆膜槽秸秆干式发酵工艺）。经过引进、消化、吸收，结合自主研发，目前我国规模化秸秆沼气工艺已经较为齐备，技术也日臻成熟。
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目前，我国推广的规模化秸秆沼气主要是以村为单位的秸秆沼气集中供气工程，其供气规模由几十户到数百户不等，最多也就是上千户，与发达国家的沼气工程相比，多数规模不足。工程实验研究和示范推广仍是现阶段我国规模化秸秆沼气发展的主要任务，重点研究内容是针对秸秆沼气工艺的各个子系统，包括秸秆预处理系统、进出系统、秸秆发酵系统、供气系统（沼气净化、贮存和农户供气）、沼肥利用系统，分别进行设备与设施的多方案实验研究和对比分析，确立适宜于不同供气规模的设备体系和工艺路线。
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另外，温度条件包括温度高低和温度的稳定性，对沼气发酵的影响很大。根据发酵料液温度的高低可将沼气发酵工艺划分为高温发酵工艺、中温发酵工艺和常温发酵工艺。我国季风气候特征明显，无论采用何种温度的发酵工艺，冬季寒冷低温对沼气池正常运行都有很大的影响，即使是在我国沼气发展温度较理想的南亚热带，冬季低温对沼气发酵也有显著的制约。例如，广西田阳县秸秆沼气集中供气工程，采用覆膜半干发酵工艺，夏季产气充足，可完全满足工程设计的供气规模，而在冬季低温时期，产气量较少，不能保证农户全天用气需求，有时一个月只能用上10d的气。从温度制约来看，我国规模化秸秆沼气集中工程的研究重点包括：①与不同供气规模相适应的不同温度水平的沼气发酵工艺，目的是在确保工程周年平稳产气的条件下，尽可能地降低冬季保温或辅助增温的费用；②为确保工程周年平稳产气，各地区在不同气候条件下，工程所必须具备的保温设施和设备。
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2．秸秆气化
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秸秆气化是以秸秆为原料，利用气化装置，将秸秆中可燃的部分转化为可燃气体的过程。广义而言，秸秆气化包括秸秆生物气化和秸秆热解（热裂解、热化学）气化。由于人们已经把秸秆沼气作为秸秆生物气化（燃气）最惯常的称谓，为简便起见，秸秆气化就逐渐成为人们对秸秆热解气化的专称，而这并不会造成两者之间概念的混淆。故此，在未做特别说明的情况下，本文所述秸秆气化皆特指秸秆热解气化。秸秆气化制取的燃气又称秸秆煤气。
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秸秆气化在我国主要有两种生产形式：一是秸秆气化集中供气工程，绝大多数以村为单元，又称秸秆气化站或村级秸秆气化站；二是户用秸秆气化炉。
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过去，农村秸秆气化站报废率过高的主要原因是秸秆气化燃气焦油含量过高，经过近年来的技术改进，焦油去除技术已取得重大突破，不少实用工艺（如分层多次淋洗）可把秸秆燃气的焦油含量降至10mg/Nm3[1]以下，低于《秸秆气化供气系统技术条件及验收规范》（NY/T 443—2016）所规定的秸秆燃气焦油含量上限15mg/Nm3的额度值。2017年，国家发展改革委办公厅、农业部办公厅、国家能源局综合司联合下发了《关于开展秸秆气化清洁能源利用工程建设的指导意见》（以下简称《意见》），提出到2020年，建成若干秸秆气化清洁能源利用实施县，实施区域内秸秆综合利用率达到85%以上，有效替代农村散煤，为农户以及乡镇学校、医院、养老院等公共设施供应炊事取暖清洁燃气。《意见》的发布对将来秸秆气化集中供气工程建设具有一定推动作用。
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户用秸秆气化炉轻便实用，可就地获取原料，有效地为农户提供清洁能源，且成本不高，深受农户欢迎，使用者遍布全国各地。目前，户用秸秆气化炉推广应用存在的主要问题有：一是气化炉具研究单位和个人、生产厂家不计其数，产品质量优少劣多，市场品牌混杂，欺农、害农现象时有发生；二是操作较复杂，用户掌握使用方法有一定难度，且操作不当会有一定危险；三是气化炉的鼓风机需要用电作动力，停电时气化炉无法使用；四是对燃料要求较严格，多数炉具需要添加碎小的物料；五是存在少量的焦油污染，在试点火、加料、捅料过程中会产生一定的烟气污染。为解决上述问题，制订并发布户用秸秆气化炉具生产标准和相关技术规范是当务之急。就技术而言，应进一步研发安全可靠、操作简便、密封性能好、热能转化效率高、轻便美观的秸秆气化炉具。根据实际需要，国家和地方有关部门应尽可能设立专项资金，示范引导、扶持户用秸秆气化炉的生产和推广应用。
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3．秸秆固化
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秸秆固化（秸秆固体成型燃料）是指在一定条件下，将松散细碎的、具有一定粒度的秸秆挤压成质地致密、形状规则的棒状、块状或粒状燃料的过程。秸秆固化又称为秸秆固体成型、秸秆压缩成型或秸秆致密成型。秸秆固体成型燃料热值与原煤大体相当，可替代煤炭用于居民炊事和冬季取暖、锅炉供热、餐馆燃料、秸秆发电、秸秆炭化、烤烟生产等诸多方面。
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早在20世纪30年代，美国就开始研究固体成型燃料技术，并成功研制出螺旋挤压成型机。20世纪70年代后期国际能源危机发生后，除美国外，瑞典、德国、法国、意大利、丹麦、瑞士、芬兰、日本等发达国家和部分发展中国家也开始重视固体成型燃料技术的研发。从1980年起，联合国粮农组织召开过3次利用农业剩余物秸秆生产人造燃料的会议（穆伟航，2009）。20世纪80年代中期，随着自动化家用生物质成型燃料炉具的开发，美国生物质成型燃料产业逐步被建立起来，家用生物质采暖炉的销量自1990年逐渐上升，并于1994年达到了高峰。1993—1998年，每年生物质成型燃料销售总量为50万～60万t，占美国住宅取暖需求量的2.5%。比利时成功研制了T117螺旋挤压成型机。德国成功研制了KAHL系列颗粒成型机。意大利、丹麦、法国、德国、瑞典、瑞士等国家相继建立了30多家生物质颗粒成型燃料生产厂，40多家机械驱动活塞式成型燃料生产厂（鄂佐星，佟启玉，2009）。日本从20世纪30年代开始，研究应用机械驱动活塞式致密成型技术处理木材废弃物，1954年前后研制成功棒状燃料成型机，1983年前后又从美国引进颗粒成型燃料生产技术，到1987年，有十几个颗粒成型燃料工厂投入运行，年产生物质颗粒成型燃料10万t以上（邱凌，2005）。近几年，由于异氰酸酯胶黏剂在秸秆燃料生产中的应用，促进了秸秆燃料的发展（穆伟航，2009）。目前，仅瑞典就有10多家生物质颗粒成型燃料生产厂，单个企业年生产能力达到20多万t。2007年瑞典生物质固体成型燃料年生产能力达到150万t（鄂佐星，佟启玉，2009）。欧美各国所生产的生物质固体颗粒成型燃料，除根据订单供给生物质发电厂和供热企业外，还以袋装的方式在市场上销售，为城乡居民家庭提供生活燃料，如冬季取暖燃料。针对生物质固体成型燃料的特性，各国还分别开发了与生活、生产实际需求相适应的采暖炉和热水锅炉，以及配套的自动上料系统。此外，泰国、越南、菲律宾等国在1980年以后也建成了一些生物质固体成型燃料厂。
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我国生物质固体成型燃料技术研发始于20世纪80年代。“七五”期间，西北农业大学、林业部林产化学工业研究所、江苏省连云港市东海粮食机械厂等高等院校、科研院所和生产部门对螺杆挤压成型技术进行了较深入的研究（邱凌，2005）。“八五”期间，作为国家重点科研攻关项目，中国农机院能源动力所、中国林科院林产化工研究所、辽宁省能源研究所等单位，对生物质挤压式压块技术及装置、冲压式压块技术及装置、烘烤炭技术及装置、多功能燃料炉技术进行了联合攻关，解决了生物质致密成型和炭化工艺及设备的关键技术问题，使研究和开发水平上了一个台阶，推动了我国生物质转换技术的发展（邱凌，2005）。目前，我国秸秆固体成型设备有三大类，即螺旋挤压成型机、活塞冲压成型机、环模滚压（模棍挤压）成型机。2008年，农业部规划设计研究院主持研发的生物质固体成型燃料加工工艺与成套设备，完成了生物质固体成型燃料配套成型设备的集成、研发、试制、安装、调试和生产运行试验。根据该套设备的产品检测报告，研发的生物质固体成型燃料成套设备生产率≥2.0t/h，成型率≥95%，颗粒密度1.0～1.2t/m3。系统运行稳定，物料适应性好，主要技术经济指标居国内领先水平，成套设备达到国际同类产品先进水平。利用该技术工艺在北京市大兴区建成了年产2万t的秸秆固体成型燃料生产线并投产运行。据统计，截至2016年底，我国共建成秸秆固体成型燃料生产厂1362处，秸秆固体成型燃料年生产能力490万t左右，主要分布于河北、内蒙古、辽宁、江苏、安徽、山东等省份。
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秸秆固体成型燃料已成为我国秸秆新能源的重要发展方向。《可再生能源中长期发展规划》（国家发展改革委，2007）明确指出：“根据我国经济社会发展需要和生物质能利用技术状况，重点发展生物质发电、沼气、生物质固体成型燃料和生物液体燃料。”《可再生能源中长期发展规划》确定了中国生物质固体成型燃料的发展目标和建设重点为：“2010年前，结合解决农村基本能源需要和改变农村用能方式，开展500个生物质固体成型燃料应用示范点建设。在示范点建设生物质固体成型燃料加工厂，就近为当地农村居民提供燃料，富余量出售给城镇居民和工业用户。到2010年，全国生物质固体成型燃料年利用量达到100万t。到2020年，使生物质固体成型燃料成为普遍使用的一种优质燃料。生物质固体成型燃料的生产包括两种方式：一种是分散方式，在广大农村地区采用分散的小型化加工方式，就近利用秸秆，主要用于解决农民自身用能需要，剩余量作为商品燃料出售；另一种是集中方式，在有条件的地区，建设大型生物质固体成型燃料加工厂，实行规模化生产，为大工业用户或城乡居民提供生物质商品燃料。全国生物质固体成型燃料年利用量达到5000万t。”
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秸秆固化的研究重点：一是节能降耗。调查表明，目前我国大多数秸秆固体成型燃料生产厂家采用螺旋挤压成型设备，单位产品耗电量一般为90～120kW·h/t，个别厂家达到130kW·h/t以上，与国内已有的新型设备单位产品耗电量相差颇大。如果能把秸秆固体成型燃料的单位产品耗电量控制在70kW·h/t左右，仅此，就可使其每吨秸秆固体成型燃料的生产成本下降数十元。二是走产业化发展之路。目前，我国秸秆固体成型燃料已初步具备了产业化发展的基础：经过10多年的努力，成型机易损件的平均使用寿命已逐步由60～80h提高到近500h，国内已有厂家设计出了带活动螺旋头的螺杆，选择耐磨材料制作活动螺旋头，可使螺杆使用寿命接近或达到国际先进水平；采用新式压缩成型设备，可使单位产品能耗降至70～75kW·h/t。《可再生能源中长期发展规划》的发布和实施，为秸秆固体成型燃料的发展指明了方向。随着越来越多的城市禁止或控制燃用煤炭，固化秸秆有望成为煤炭的主要替代燃料之一。另外，在某些特殊的领域（如秸秆发电、陶瓷生产、炼钢等），秸秆固体成型燃料是十分有前途的，尤其是利用固化成型秸秆进一步加工机制木炭，将会获得可观的利润。三是进一步加大各种基础性研究工作的力度，对于技术或工艺薄弱环节集中力量攻关，重点解决能耗高和关键部件使用寿命短等问题（王春光等，1996；刘俊红等，2006；肖宏儒等，2006）。四是进一步研发高效低排、经济实用的秸秆固体成型燃料专用炉具（李泉临等，2008）。
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4．秸秆炭化
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（秸秆木炭）秸秆炭化是将秸秆经烘干或晒干、粉碎，然后在制炭设备中，经干燥、干馏、冷却等工序，将松散的秸秆制成木炭的过程。由于干馏是秸秆炭化的核心工艺，所以也有人用秸秆干馏代指秸秆炭化。通过秸秆炭化生产的木炭可称为秸秆木炭或秸秆炭。由于秸秆炭化与传统的木炭烧制法不同，它以机械加工为主要手段，因而人们又把秸秆木炭称为机制秸秆木炭或机制木炭。由于秸秆炭化拓展了木炭生产的原料来源，因而有人把以秸秆、木材等生物质为原料通过机械干馏而制取的木炭统称为生物质木炭，简称生物炭。
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发达国家生物质炭化技术已经发展到第三代，原料使用木块，也可以用秸秆固化成型棒，每4kg木块就可生产1kg木炭（贺亮，1997）。
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我国从20世纪60年代开始研究秸秆及相关的含炭农林废弃物的制炭技术，到70年代末正式投入工业化生产，采用的工艺是先成型后炭化，不少厂家目前仍采用此工艺。80年代以后，随着全社会生态意识的不断提高，为保护我国有限的林木资源，机制木炭作为新能源项目引起了国家有关部门的高度重视，并把此项目列入国家科研计划，建立起专门的研究机构，发展机制木炭新产业。目前，我国秸秆炭化的成套设备（包括干燥设备、固化成型设备、炭化设备等）皆已基本成型，且能够配套生产。
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在传统木炭生产逐渐萎缩的形势下，秸秆木炭与木材木炭相比有极大的优越性：通过秸秆炭化生产机制秸秆木炭，不仅可减少木材消耗，而且原料丰富，原料成本较低，在炭的质量上也远胜于用传统焙烧方式生产的木材木炭；在秸秆干馏过程中，由于隔绝空气，秸秆被高温分解，最后得到的秸秆木炭杂质很少，易燃烧，热值高，是一种高品位的清洁燃料。优质秸秆木炭产品适用性强，可用于冶金、化工、纺织印染、环保、建筑等行业，加之机制木炭产品还具有处理海面原油污染和海洋净化方面的新用途（邱凌，2005），所以它的国际市场非常广阔。截至2016年底，全国共有秸秆炭化厂106家，可利用秸秆约100万t，机制秸秆木炭生产能力约30万t，主要分布于湖北、浙江、江苏、河北、湖南等省份。秸秆炭化研究的重点主要是进行高纯度优质木炭生产工艺的研发，并逐步降低生产成本，促使秸秆炭化产业向规模化生产发展。
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5．秸秆炭气油联产
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秸秆炭气油联产是指在利用机制设备生产秸秆炭的同时，将产生的秸秆燃气经过净化、调质等工艺进行回收利用，同时净化回收秸秆焦油、醋液和甲醇等副产品，由单一木炭生产变为木炭、燃气、木焦油、木醋液、甲醇的联合生产。
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秸秆炭气油联产属于科技含量较高的高投入、高产出秸秆产业，必须集约经营，包括技术集约、资本集约等（毕于运等，2008）。秸秆炭气油联产生产的燃气属中热值燃气，热值可达到17MJ/m3，远远超过单一秸秆气化所产燃气的热值（4.6MJ/m3）；焦油含量10mg/Nm3，低于15mg/Nm3的行业标准；除木炭、燃气外，木焦油、木醋液、甲醇等副产品的用途也很广泛（木焦油可用于制药、有机化工、有机溶剂生产等，木醋液可用于橡胶业、化工业以及防腐剂、农药生产等，甲醇可替代汽柴油），均是市场紧俏产品。据陈百明等（2005，2007）对我国秸秆气化工程的典型案例分析表明：单一的秸秆气化大多只能保本（运行成本）或微利运行，稍有管理不慎即出现亏损，而秸秆炭气油联产工程仅靠燃气供应一般可收回运营成本，再靠木炭和木焦油、木醋液等产品可获得相应的利润。据古启隆、杜秋香（2005）介绍：建一个中型的STQ-I型秸秆炭气油联产厂，年消耗秸秆5000～6000t，产木炭1500～2000t，可燃气150万～200万m3，木焦油250～340t，木醋液1200～1500t，按照木炭2000元/t、秸秆气0.6元/m3、木焦油2300元/t、木醋液200元/t的市场价格计算，年总收入可达470万～560万元；扣除成本，年销售利润在90万～110万元，经济效益显著。
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秸秆炭气油联产设备是秸秆造气设备与木炭机制设备有机组合的联产设备，具体包括原料制备设备、干馏净化设备、气体储存设备、管网输送设备及用户设施等。目前在我国上述设备皆已实现国产化。秸秆炭气油联产研发重点主要有两个方面：一是进一步提高木炭的品质及其产出率；二是充分、高效收集木焦油、木醋液等副产品，避免发生次生污染。
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6．秸秆乙醇
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秸秆乙醇生产是目前秸秆液化行业中工艺最为领先的门类，已经达到产业化试生产阶段。
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秸秆乙醇生产是秸秆液化的两种主要方式之一。秸秆液化是指以秸秆为原料，通过降解发酵或热裂解等工艺，制取生物质液体燃料的过程。秸秆降解液化是秸秆乙醇生产的主要工艺过程，所以秸秆乙醇生产在学术上常被称为秸秆降解液化，它是指以秸秆等纤维素为原料，经过原料预处理、酸水解或酶水解、微生物发酵等工艺，最终生成燃料乙醇的过程（Farid et al．，2009）。在秸秆降解液化过程中，一个十分重要的环节就是把秸秆中的纤维素与木质素分离开来，并使秸秆纤维素在酸或酶的作用下降解为葡萄糖，然后对其进行发酵制取乙醇，因此，人们又把秸秆降解液化称为秸秆水解液化，简称为秸秆水解。与秸秆降解液化相应的另一种秸秆液化方式是秸秆热裂解液化，它是指以秸秆为原料，在完全无氧或缺氧条件下，通过对温度、加热速度、滞留时间等裂解反应条件的控制，使秸秆挥发分解，并最终冷凝成生物质油的过程。秸秆降解液化生物质油生产目前尚处于试验室研究阶段，因此不赘述。
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秸秆乙醇是第二代生物燃料的重要组成部分。第一代生物燃料是指以玉米、甘蔗、薯类、油菜等农作物主产品为原料生产的酒精、柴油等生物燃料。第二代生物燃料指的是摆脱利用农作物主产品为原料的生物燃料生产方式，继而以秸秆和林业废弃物为主要原料，通过对纤维素降解转化而制取的乙醇。所以秸秆乙醇又称为秸秆纤维素乙醇，也可称为第二代生物燃料乙醇、第二代燃料乙醇、第二代生物乙醇等。
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面对世界人口的急剧膨胀和粮食短缺，用粮食生产燃料乙醇的发展受到限制。近年来，利用秸秆等纤维物质制取燃料乙醇的方法引起人们的浓厚兴趣，被认为具有良好的发展前景。以美国、加拿大、瑞典等为代表的发达国家特别重视秸秆燃料乙醇的研发，技术实用水平已接近产业化要求（Karimi et al.，2006；Parameswaran et al.，2009）。美国与多家国际知名公司合作，在纤维素酶生产上取得重大突破，使其生产成本降低为原来的1/30以下。1998年10月，BC International在路易斯安那兴建了第一家商业性纤维乙醇厂，以蔗渣和稻壳为原料，年产乙醇2000万gal[2]。2007年2月，美国能源部宣布，投资3.85亿元资助6个生物质燃料乙醇炼制项目，预期年产乙醇1.3亿gal左右。2006年美国秸秆乙醇的价格约为2.65美元/gal（0.7美元/L）。据美国能源部预测，2010—2012年秸秆乙醇成本将降为1.1美元/gal（0.29美元/L），真正实现秸秆乙醇的商业化生产经营。
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2007年4月21日，加拿大联邦政府宣布，世界上第一个以秸秆乙醇为燃料的车队在加拿大诞生，这标志着加拿大在秸秆乙醇燃料商业化生产方面走在了世界前列。加拿大有2家世界知名的纤维乙醇公司：Iogen和SunOpta。Iogen是加拿大一家生物技术公司，主要开发纤维素酶技术。2004年，该公司投建了一座秸秆纤维素乙醇厂，并在2005—2006年生产了6.5万gal的乙醇，兑入85%的汽油后提供给36家公司以及加拿大政府的汽车使用。该厂乙醇生产使用的原料为麦秸（也能以玉米秸等其他农林废弃物为原料），采用的技术是用稀酸结合蒸汽爆破预处理半纤维素，随后在含木质素和木糖的环境下用纤维素酶水解纤维素；液固分离，固形部分（木质素）燃烧或资源利用，液体进行木糖和葡萄糖联合发酵；发酵物蒸馏，蒸馏后残渣用于发电或产热。该厂每周可处理麦秸25t，年可产乙醇32万L。SunOpta公司具有30年的秸秆纤维乙醇研发历史，在秸秆预处理生产纤维乙醇方面处于世界领先地位，拥有预处理系统多项专利技术。同时，该公司也是世界上唯一能生产连续工业化秸秆预处理装置的公司，可提供广泛的服务，包括初步设计、工程安装、设备制造等，已经为瑞典Abengoa生物能源公司美国子公司、荷兰Royal Nedalco公司和西班牙Abener Energia公司提供技术服务或专利授权。
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我国从“八五”期间起，通过国家攻关计划的支持，开展了纤维素制取乙醇技术的研究，取得了较大的进展和突破。目前，华东理工大学已基本创立了纤维素酸水解制取乙醇的工艺路线，采用FeCl2为催化剂的稀酸水解工艺已扩大到示范工程规模。该乙醇制取工艺，通过对菌种筛选和驯化、固定化细胞及增殖等技术的研发，有效地提高了纤维素总糖利用率和乙醇产率；通过生物转化和热转化方法的有机结合，开发了水解残渣快速裂解液化、活性炭制备以及纤维素酶水解等工艺。中国科学院过程工程研究所成功地开展了秸秆组分分离、纤维素酶固态发酵、秸秆纤维素高浓度发酵分离乙醇耦合过程等关键技术的研究。吉林轻工业设计研究院与丹麦瑞速国家实验室合作开展了玉米秸秆湿氧化预处理生产乙醇技术研究，2005年在只利用六碳糖的情况下，从7.88t玉米秸秆中制取了1t乙醇。2006年该研究院对其已有技术进行了改进创新，并自主创建了具有国际先进水平的纤维质原料预处理实验室。山东大学在纤维素酶高产菌的筛选和诱变育种研究、用基因手段提高产酶量或改进酶系组成研究、纤维素酶生产技术研究等方面在国内处于领先水平。2005年，上海华东理工大学能源化工系，在上海奉贤建成年产600t乙醇的中试示范生产线。2006年6月，在河南天冠集团，一条年产300t乙醇的中试生产线建成投产，6t麦秸可制取1t乙醇。2006年9月，黑龙江肇东中粮生化能源有限公司年产500t玉米秸秆乙醇的中试装置试车成功。由山东泽生生物科技有限公司与中国科学院联合研发和建设的“秸秆酶解发酵乙醇新技术及其产业化示范工程”，于2006年通过中科院专家鉴定，工程规模为年产秸秆乙醇3000t。国家高技术产业化项目“白城3万t秸秆燃料乙醇项目”于2007年4月6日奠基，是我国自主知识产权的第一个秸秆乙醇产业化示范项目，项目总投资1.97亿元，年消化玉米秸秆23万t，年产燃料乙醇3万t、秸秆饲料6万t、蒸汽64万t、电4800万kW·h，并可通过秸秆收购等途径使当地农民每年增收2760万元。
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为把我国秸秆乙醇研发由试生产尽早推进到商业化生产经营阶段，国家科技支撑计划之一的“秸秆乙醇关键技术研究及产业化示范项目”于2007年7月启动，由天冠集团、浙江大学、上海天之冠可再生能源公司、郑州大学4个单位承担，主要研究纤维乙醇原料预处理、综合用酶生产、共酵菌株构建、发酵液处理、原料收购贮运等关键技术。由河南天冠集团承担的河南省重大科技专项“年产3000t秸秆纤维乙醇关键技术研究及产业化示范”和河南省重大科技攻关计划“生物柴油清洁生产关键技术开发和产业化示范”项目，2009年8月通过河南省科技厅专家组验收。安徽丰原集团自主研发并建设的我国第一套秸秆乙醇联产丁二酸项目于2009年9月建成并投入试生产。
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纤维素降解酶生产费用过高是秸秆乙醇生产成本居高不下的最主要原因，因此，如何有效地降低纤维素降解酶生产费用，将是现阶段和未来一定时期秸秆乙醇研发的核心内容。
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7．秸秆发电
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根据秸秆的燃烧方式，可将秸秆发电划分为秸秆直接燃烧发电和秸秆气化发电。秸秆直接燃烧发电包括完全利用秸秆的燃烧发电和部分利用秸秆（与煤混合）的混合燃烧发电。下文所述秸秆直接燃烧发电（简称秸秆直燃发电）皆特指完全利用秸秆的燃烧发电，将部分利用秸秆的混合燃烧发电简称为秸秆混燃发电或秸秆共燃发电。根据秸秆发电的最终产品种类，可将秸秆发电划分为单纯秸秆发电和秸秆热电联产。
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秸秆发电不仅可充分利用秸秆资源，有效地解决秸秆废弃和焚烧问题，而且可增加能源（电力和热力）供应，部分替代煤炭等化石能源，在一定程度上缓解化石能源危机，还可减少CO2和SO2排放，具有显著的环境效益，同时可富民增收，是一件利国利民的好事。就减排而言：与传统化石燃料相比，秸秆等生物质的CO2排放属于自然界的碳循环，不会增加大气中的温室气体浓度；农作物秸秆平均含硫量只有0.38%，远低于煤1%的平均含硫量。调查表明，建设一个2.5万kW的秸秆直燃发电厂，按年运行6000h计算，年消耗秸秆约20万t，年发电约1.6亿kW·h；在秸秆收购、加工、运输等方面，每年可为当地农民增加收入3000万～4000万元；围绕燃料收、储、运等产业链条，能够直接吸纳当地农村劳动力1000多人；虽然建设投资高于同等规模燃煤电厂，但一年可节约标准煤5万～6万t，减少CO2排放10万～15万t、SO2排放600t、烟尘排放400t；燃烧后产生的草木灰每年可达8000t左右，可作为高品质的钾肥使用。
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20世纪70年代的石油危机以后，发达国家加快了生物质能利用技术的开发应用，秸秆发电技术应运而生。自丹麦1998年诞生了世界第一座秸秆燃烧电站以来，秸秆发电技术得到了快速的发展。在发达国家，目前生物质燃烧发电约占可再生能源（不含水电）发电量的70%（吕薇，2007）。到2005年底，全世界生物质发电总装机容量约为5000万kW，主要集中在北欧和美国；在丹麦、奥地利、荷兰、瑞典、芬兰、法国、挪威等欧洲国家，利用秸秆作为燃料发电的机组已有300多台。在世界著名童话作家安徒生的故乡丹麦，如今创造着另一个给予人们新的憧憬和希望的“童话”。能源一直依赖进口的丹麦，在大力推广节能措施的同时，积极开发清洁可再生能源，靠新兴替代能源成为石油出口国。1974年以来，丹麦国内生产总值（GDP）稳步增长，但石油年消费量却比1973年下降了50%。丹麦农作物主要有大麦、小麦、燕麦和黑麦，其秸秆过去除小部分还田或作饲料外，大部分被农民或农场主在田野焚烧了，这不仅污染环境，影响交通，而且造成生物能源的严重浪费。《联合国气候变化公约》及《京都议定书》先后于1992年和1997年出台后，为建立清洁能源发展机制，减少温室气体排放，丹麦进一步加大生物质能和其他清洁可再生能源的研发利用力度。丹麦BWE（BURMEISTER&WAIN ENERGY）公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术，迄今在这一领域仍是世界最高水平的保持者。正是在这家欧洲著名能源研发企业的技术支撑下，丹麦诞生了世界上第一座秸秆发电厂。目前丹麦已建立了130家秸秆发电厂，遍及这个只有500多万人口、面积4.3万km2的国家，还有一部分以木屑或垃圾为燃料的发电厂也能使用秸秆，秸秆发电等可再生能源已占其全国能源消费量的24%以上。截至2005年，美国有350座生物质发电站，总装机容量达7000MW，提供了大约6.6万个工作岗位（骆俊，2006）。
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我国秸秆发电虽然起步较晚，但发展较快，在经过了成套设备引进、技术消化的阶段后，已进入了自主创新、自主发展的阶段。在2004年以前，我国秸秆发电以小型秸秆气化发电厂建设为主，主要是与甘蔗加工厂和稻米加工厂配套建设，利用这些加工厂的蔗渣和稻壳发电；根据其加工规模，每台发电机组装机容量在60～160kW。例如，在广东和广西两省，目前共有小型发电机组300余台，总装机容量80万kW。云南省也有一些蔗渣发电厂。2000年，我国6000kW秸秆气化发电示范工程建成投入运行（崔小爱，2007）。到2005年底，全国生物质发电装机容量约为200万kW，其中蔗渣发电约170万kW，垃圾发电约20万kW，其余为稻壳等农林废弃物气化发电和沼气发电等。目前，在我国南方各省共运行稻壳发电设备92套。2004年国家发展和改革委员会正式批准将河北晋州和山东单县的秸秆发电工程列为国家级示范项目（发改能源〔2004〕2017号和发改能源〔2004〕2018号），旨在示范中完善技术，规范和培育市场，形成新的产业。
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虽然我国秸秆发电产业的发展正在渐入佳境，但无可回避的是，由于其成本过高，与煤电、水电相比仍严重缺乏市场竞争力。建设一个25MW的秸秆直燃发电厂，前期投资需要2.5亿～3亿元，单位投资约10000～12000元/kW，是常规火电站的2倍左右；按照内部收益率8.0%测算，含税上网电价基本上都在0.7元/（kW·h）左右。据贾小黎、丁航（2006）研究：对于25MW规模的秸秆发电厂，在给定热价、正常税率，并满足注册资本金内部收益率为10%的前提下，反求上网电价，秸秆直燃热电联产和纯发电项目的含税上网电价皆在0.78元/（kW·h）上下波动，比燃煤火电厂含税上网电价0.32元/（kW·h）高出1.44倍；当增值税降为6%，所得税为0时，含税上网电价为0.68元/（kW·h）左右，比燃煤火电厂含税上网电价高出1.13倍。为鼓励秸秆等生物质能发电产业，国家出台了电价补贴政策并进行了修改完善。2006年，由国家发展和改革委员会下发了《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》，其中规定：“生物质发电项目上网电价实行政府定价，由国务院价格主管部门分地区制定标杆电价，电价标准由各省（自治区、直辖市）2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加补贴电价组成。补贴电价标准为每千瓦时0.25元。发电项目自投产之日起，15年内享受补贴电价；运行满15年后，取消补贴电价。”2008年3月国家发展改革委、国家电监会公布的《关于2007年1～9月可再生能源电价附加补贴和配额交易方案的通知》和2008年12月国家发展改革委公布的《关于2007年10月至2008年6月可再生能源电价补贴和配额交易方案的通知》称：纳入补贴范围内的秸秆直燃发电亏损项目按上网电量给予临时电价补贴，补贴标准为每千瓦时0.1元。2007—2009年，共有河北国能成安、河北国能威县、山东国能高唐、山东国能垦利、江苏中节能宿迁、江苏国能射阳一期、山东国能单县、河南长葛等8个秸秆直燃发电项目获得了每千瓦时0.1元的临时电价补贴，即总计可获得每千瓦时0.35元的电价补贴（杨东海，2009）。2010年，国家发展和改革委员会下发了《关于完善农林生物质发电价格政策的通知》，进一步完善农林生物质发电价格政策，其中规定：对农林生物质发电项目实行标杆上网电价政策。未采用招标确定投资人的新建农林生物质发电项目，统一执行标杆上网电价每千瓦时0.75元。通过招标确定投资人的，上网电价按中标确定的价格执行，但不得高于全国农林生物质发电标杆上网电价。已核准的农林生物质发电项目（招标项目除外），上网电价低于上述标准的，上调至每千瓦时0.75元；高于上述标准的国家核准的生物质发电项目仍执行原电价标准。
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经过近几年的引进、消化、吸收、改进，结合自主研发，目前我国秸秆直燃发电技术和设备已可全部国产化。目前，国内有关秸秆发电的研究主要集中于发达国家生物质发电对中国的启示（吕薇等，2007）、现状、问题、影响因素与对策（崔小爱，2007；傅友红等，2007；韩璐，2008）、案例分析（孙静春等，2008）、不同发电技术工艺对比分析（黄军军等，2006；马永贵等，2007；何张陈等，2008；张卫杰等，2009）、技术经济效益分析与评价（陈建华等，2008；刘奎玉等，2009）、原料收集储存运输管理模式（于晓东等，2009；于晓波，2008）、国家扶持和补贴政策等。
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对于单机25MW的秸秆发电厂，一般情况下每生产1kW·h电需要消耗1.2～1.8kg的秸秆，按1kW·h电消耗秸秆1.5kg、秸秆到厂成本0.25元/kg、秸秆发电成本每千瓦时0.7元计，秸秆成本将占到发电成本的53.57%；如果秸秆到厂成本达到0.4元/kg，在其他条件不变的情况下，秸秆发电成本将提高到每千瓦时0.925元，秸秆成本将占到发电成本的65.86%。据刘奎玉、江得厚（2009）调研分析：河南省已有5个电厂在老机组基础上改为生物质发电，2007年4月这5个电厂的燃料收购价在200元/t左右，但由于各种原因，不到1年就上涨达到310元/t。在原料价格上涨后，5个电厂运行成本平均为每千瓦时0.586元，上网电价平均为每千瓦时0.635元［含每千瓦时0.25元的补贴］时，尚盈余每千瓦时0.049元；若全年满负荷运行5500h，可盈利404.25万元，考虑每年还本付息473.2万元，还本付息后要亏损68.95万元，只有当全年运行小时数达到6500h以上时，才可做到不亏损。由此可见，秸秆收集成本对秸秆发电厂的生存与发展有着至关重要的影响。为了有效地降低秸秆发电成本，要充分借鉴发达国家的经验，对秸秆发电厂合理布局、最优规模（Jenkins et al.，1991）以及原料的可获得性、秸秆质量（Javier et al.，2001）、收集储存运输管理模式等开展深入细致的研究，尽可能避免电厂分布密、秸秆收集半径小、秸秆收购价格过高或供料不足等问题的发生。另外，要积极研究秸秆混燃发电（Wieck-Hansen et al.，2000）和秸秆气化发电的区域适宜性和原料适宜性（Zheng et al.，2007），以及秸秆混燃发电中秸秆用量的计量方法，并使其享受与秸秆直燃发电同等的电价扶持政策和税收优惠政策，以促进我国秸秆直燃发电产业的多样化和可持续发展。
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（二）沼气利用技术
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1．关键技术
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沼气利用技术有以下几个关键技术：
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（1）沼气工程冬季增温技术。在北方寒冷地区，沼气工程冬季需要加温才能正常产气，在确保工程周年平稳产气的条件下，尽可能地降低冬季保温或辅助增温的费用。我国冬季沼气池增温工艺包括煤炭加热增温、电加热增温、太阳能加热增温、自产沼气加热增温、地源热泵加热增温、沼气发电余热增温、原料堆沤增温等技术。
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（2）沼气提纯技术。未经处理的沼气，能量密度低，热值一般在2.1×107～2.8×107J/m3，长期以来作为民用能源使用，如取暖、炊事和照明，目前也用于发电。然而，随着矿石燃料的枯竭，沼气利用的需求不断增长，经提纯和净化后的沼气CH4质量分数可达97%以上，几乎与天然气无异。沼气提纯主要是对CO2的去除，目前变压吸附法、吸收法、膜分离等几项沼气提纯技术已经具有商业价值，其他技术还处于实验室研究阶段。
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（3）沼渣沼液利用技术。沼渣沼液是沼气池厌氧发酵后的残留物，总称为沼肥。投入沼气池内的原料经微生物分解，将碳氢物转化成可燃气体，而氮素等营养成分基本没有损失，被发酵过程中的有机酸固定，是优质有机肥。沼渣一般直接施入土壤，作基肥或者追肥；沼液一般可用于肥料进行喷施、撒施、浇施。
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（4）沼气发电技术。沼气发电是随着沼气综合利用技术的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动发电机组发电，并充分利用发电机组的余热，使综合热效率达75%左右，从而达到环保和节能的目的。
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2．农村沼气分类
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我国农村沼气主要由农村户用沼气、工程沼气、生活污水净化沼气三大类别组成。
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（1）农村户用沼气。农村户用沼气是指以农户为单元，以农户分散养殖为基础，以人畜粪便为主要原料，以沼气和沼肥为主要产品，以其产品的综合利用为经营手段，单池规模一般不超过20m3的农村废弃物常温厌氧发酵处理系统。农村户用沼气的基本建设单元是“一池三改”，即沼气池和改厕、改厨、改圈，有条件的地方还引导项目村开展改院、改水、改路等配套建设。
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户用沼气池池型结构为预制钢筋混凝土板装配，池容8m3，圆球形池身，削球壳池拱，斜底，池底由进料口向出料口50°倾斜，底层出料，各口加盖。沼气池墙、池供、进料管、各口及盖板均为钢筋混凝土预制件，池低和水压间底部为现浇混凝土。技术标准为中华人民共和国国家标准《户用沼气池设计规范》（GB/T 4750—2016）。卫生厕所：砖混结构，地面硬化，安装蹲便器排污管与沼气池相连。改圈：空心砖围墙，石棉瓦封顶，地面硬化，圈舍排污口与沼气池相连。改厨：炉灶、厨具水池布局规范，室内地面硬化，沼气灶具、调控净化器、输气管线安装规范，技术标准执行《农村家用沼气管路施工安装操作规程》（GB/T 7637—1987）安装。
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根据气候条件，因地制宜地推广以沼气为纽带的北方“四位一体”、南方“猪—沼—果”和西北“五配套”等生态家园模式。这些建设模式广泛地适应了我国复杂多样的气候条件，有利于建池农户取得综合效益。
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（2）工程沼气。沼气集中供气工程主要适宜于规模化养殖场畜禽粪便、城市生活垃圾和污水、农产品加工废弃物的处理。
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沼气集中供气工程的核心技术是充分利用畜禽粪污的资源化特性，在厌氧发酵装置中通过厌氧细菌的分解作用，将畜禽粪污的有机物经过厌氧发酵转化为沼气、CO2等并产生沼肥。产生的沼气通过清洁处理后加压，通过管道送出，供农户使用，沼肥作为优质的有机肥料供给种植业，实现了“养殖—沼气—特色产业”的循环发展。
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按照池容分类，400m3以上的沼气工程为大型沼气工程；250～400m3为大中型沼气工程；100～250m3为中型沼气工程；20～100m3为小型沼气工程。建设大中型沼气工程，主要用于处理粪便，产生沼渣沼液，沼气用于炊事或发电。沼气工程主要包括厌氧发酵系统、沼气发电系统、有机肥生产系统、沼气运输管道、沼气净化设备、贮气罐、沼液存储池、沼气保温设施、沼液浓缩系统等。养殖场内的粪污进入厌氧发酵系统，沼气用于发电、锅炉供暖、炊事，沼渣沼液用于生产固态、液态有机肥或直接还田。①处理技术。包括秸秆粉碎技术、畜禽养殖污水除沙技术等。②发酵工艺。主要包括上流式厌氧污泥床（UASB）工艺、气囊式沼气发酵池工艺等，采用高效节能厌氧专用搅拌技术，有效避免了出现浮渣和结块现象，采用高浓度高氨氮纯鸡粪高效厌氧消化技术，可使厌氧发酵菌耐受浓度提高到6000mg/L。③沼气发电机组技术。重点推广单燃料沼气发电机组，其优点有以下3点：一是不需要辅助燃料油及其供给设备；二是燃料为一个系统，在控制方面比可烧两种燃料的发电机组简单；三是发电机组价格较低。一般采用热电联供技术，沼气发电余热用于发酵原料的增温保温。④厌氧罐增保温技术。采用水解匀浆池及厌氧罐设置增温保温装置，有效降低原料对厌氧发酵温度的冲击，确保原料进罐温度恒定，同时厌氧发酵罐保温层散热不高于10W/m2。⑤沼气处理技术。包括沼气生物脱硫技术、沼气生化技术、双膜干式球型沼气贮气技术等。⑥沼液贮存与浓缩处理技术。建设贮液罐，采用超滤、纳滤及反渗透膜处理工艺，通过对沼液进行浓缩分离，提高其内在各营养元素浓度，并且各营养元素可以分级获得，大大提高了利用率。目前，已实现对沼液的10倍浓缩。
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（3）生活污水净化沼气。主要适宜于无下水系统的生活小区、独立工矿区、旅游区生活污水和垃圾的处理，也适宜于医院，尤其是传染病医院和屠宰场污染物的处理。
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（三）太阳能利用技术
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1．太阳能光伏发电
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光伏发电是最有潜力的太阳能利用方式，是利用半导体界面的光生伏特效应而将太阳光能直接转变为电能的一种技术。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期后光伏发电进入稳步发展时期。经过30多年的努力，21世纪初迎来了快速发展的新阶段。2002年由国家法改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施的送电到村工程，均采用了太阳能光伏发电技术。在这些措施的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗。
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2．太阳能热利用
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太阳能热利用的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。
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（1）太阳能热水器。太阳能热水器是我国可再生能源最早形成产业化规模的项目。太阳能热水器由主机和管材配件、冷水塔组成，主机24～30管，由保温筒、真空管、支架组成，保温筒水容量≥165L，内胆采用SUS3042B进口食品级不锈钢，板材厚度≥0.4mm。其设备核心由真空管、不锈钢水箱、支架、管线、阀门和淋浴器等组成，通过吸收太阳能的辐射热能加热冷水，供应人们生活使用，其正常热效率不低于45%。配件设备的冷水管、热水管、闸阀喷头开关须符合国家食品级饮用水配件合格标准。冷水塔符合国家相关质量标准及饮用水食品卫生标准。平板型太阳能集热器采用了优质选择性吸收涂层材料和高透过率盖板材料，提高了太阳能集热器效率。平板型太阳能集热器具有结构简单，运行可靠，成本低廉，承压能力强，吸热面积大等特点。
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太阳能热水器技术现在已经很成熟，转化效率相当高，初始投资不大，是目前经济实用的太阳能使用方式，在村镇非常适合使用。近年来，随着农村经济的不断发展，人们对卫生和健康也越来越重视，经济实惠的太阳能热水器也成为洗浴的首选。江苏南通地区、浙江海宁地区70%的农户使用太阳能热水器（崔民选，2009）。目前，我国已是世界上名副其实的最大的太阳能热水器生产与应用国家。
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（2）太阳房。太阳房是利用太阳能采暖和降温的房子，是一种既可取暖发电，又可去湿降温、通风换气的节能环保住宅。太阳房可以节约75%～90%的能耗，并具有良好的环境效益和经济效益，成为各国太阳能利用技术的重要方式。在太阳房技术和应用方面，欧洲处于领先地位，特别是在玻璃涂层、窗技术、透明隔热材料等方面居世界领先地位。日本已利用这种技术建成了上万套太阳房，节能幼儿园、节能办公室、节能医院也在大力推广。中国也正在推广综合利用太阳能，建设使建筑物完全不依赖常规能源的节能环保性住宅。
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太阳房分为主动式太阳房和被动式太阳房两大类：①主动式太阳房的一次性投资大、设备利用率低，维修管理工作量大，而且仍然要耗费一定量的常规能源。因此，对于居住建筑和中小型公用建筑来说，主要采用的是被动式太阳房。②被动式太阳房是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，在冬季集取、保持、贮存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题。其技术要点是让阳光穿过建筑物的南向玻璃（集热面）进入室内，经储热体（如砖、土坯、石头等）吸收太阳能而将其转化为热量，并将建筑物主要房间妥善布置，紧靠南向布置集热面和储热体，从而被间接加热。这里主要利用了“温室效应”的原理，即玻璃具有透过“短波太阳辐射”而不透过“长波红外热辐射”的特殊性质。按照太阳能的利用方式，被动式太阳房可分为直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式及组合式。其中，附加阳光间式太阳房的平面呈近似长方形布局，堂屋前阳光室兼作过厅，形成室内交通枢纽，各房间有很好的独立性，层高为3m，面宽为10.5m，进深为5.1m，南向窗墙面积比为0.71，阳光室宽为7.2m，进深为1.6m，其他朝向外墙没有设置外窗。建筑外墙为370mm厚实心砖墙，内贴50mm厚聚苯板保温，屋面采用轻型彩钢板加100mm厚聚苯板保温，地面为120mm厚土坯，窗户采用移动棉质保温帘，门窗传热系数为2.7W/（m2·K）。
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（3）太阳灶。太阳灶是利用太阳能辐射，通过聚光获取热量，进行炊事烹饪食物的一种装置。
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聚光式太阳灶是将较大面积的阳光聚焦到锅底，使温度升到较高的程度，以满足炊事要求。这种太阳灶的关键部件是聚光镜，不仅有镜面材料的选择，还有几何形状的设计。最普通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜，也有铝抛光镜面和涤纶薄膜镀铝材料等。根据我国推广太阳灶的经验，设计一个700～1200W功率的聚光式太阳灶，通常采光面积为1.5～2.0m2。聚光式太阳灶除采用旋转抛物面反射镜外，还有将抛物面分割成若干段的反射镜，这类灶型都是可折叠的便携式太阳灶。聚光式太阳灶的镜面，有用玻璃整体热弯成型，也有用普通玻璃镜片碎块粘贴在设计好的底板上，或者用高反光率的镀铝涤纶薄膜裱糊在底板上。底板可用水泥制成，或用铁皮、钙塑材料等加工成型。也可直接用铝板抛光并涂以防氧化剂制成反光镜。聚光式太阳灶的架体用金属管材弯制，锅架高度应适中，要便于操作，镜面仰角可灵活调节。为了移动方便，也可在架底安装两个小轮，但必须保证灶体的稳定性。在有风的地方，太阳灶要能抗风不倒。可在锅底部位加装防风罩，以减少锅底因受风的影响而功率下降。有的太阳灶装有自动跟踪太阳的跟踪器，但是一般认为这只会增加整灶的造价。中国农村推广的一些聚光式太阳灶，大部分为水泥壳体加玻璃镜面，造价低，便于就地制作，但不利于工业化生产和运输。据测算，一台截光面积为1.6m2的太阳灶，如果日照充足，5kg水用太阳灶可在15～18min内烧开。一年使用280d，每天使用6h所产生的热量，相当于2.14t薪柴燃烧所释放的热量，换算为蓄粪为2.26t。也就是说，一台太阳灶一年可使一户农牧民少用牛羊粪2.26t或薪柴2.14t，年节约燃料开支约800元，年近800m2草原免遭破坏，将原先使用的蓄粪还田、还草，相当于150kg尿素的肥力。
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人类利用太阳灶已有200多年的历史，特别是近二三十年来，世界各国都先后研制生产了各种不同类型的太阳灶。尤其是发展中国家，太阳灶受到了广大用户的好评，并得到了较好的推广和应用。目前中国太阳灶的推广和应用区域集中在西部太阳能丰富的甘肃、青海、宁夏、西藏、四川、云南等省份。
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（四）小水电利用技术
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水能是一种可再生能源，是清洁能源，也是绿色能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源，其主要用能方式是发电。农村生活用水能资源主要指小水电和微水能的开发利用。据联合国开发计划署“第二次国际小水电会议”建议采用的标准：装机容量1001～1200kW的水电站称为小水电；装机容量101～1000kW的水电站称为小小水电；装机容量100kW以下的水电站称为微型水电。在我国，小水电是指装机容量25MW及以下的水力发电站和以小水电为主的地方小电网。
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微水发电系统通过修建拦水坝将流动的小溪、小河水集中，再由引水渠或者引水管把水引入微水电机组，推动水轮机旋转，带动发电机发电，把电能供给用电户。微水发电的土建工程相对较少，发电设备和控制系统结构简单，对环境的影响不大，有利于环境保护。
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户型微水电只供单家独户的用户使用，所需要的投入资金、工程量等也很小，可以由农户自投、自建、自管、自用。单户型微水电站建设包括土建、设备安装和电力输送等。单户型微水电配置的发电机一般为永磁发电机，它具有结构简单、运行可靠、效率高、少维护或免维护、使用方便等优点。
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村级联网型微水电的设备以整装机组为主，发电可以供一个自然村（10～100户）使用，建设安装应在专业技术人员的指导下进行。机组配有自动稳压和稳频的电子调控器或调速器，可多台机组联网供电，操作使用方便。供电范围原则上应在2km之内，最多不应超过5km。该控制系统较为复杂，控制调整需要专业人员到场。输电线路的架设也需要持证电工上岗。
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（五）风能利用技术
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风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源，风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，作为生活用能的风能利用主要是风力发电。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。我国风能资源十分丰富，可以开发利用的风能资源仅次于俄罗斯和美国，为世界第三位（王承煦，2002）。
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二、中国农村能源政策法规概述
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（一）农村能源政策历史与演变
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1．1979—1995年，能源短缺背景下的农村能源政策
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农村的能源安全供应与保障一直存在问题，主要原因是长期以来能源建设以工业发展和城市保障为主，能源建设领域也出现了城乡二元格局。这种能源政策导致的结果就是农村地区缺乏煤、电等商品性能源服务，主要依靠薪柴、秸秆来满足能源缺乏的现实。在政府政策的影响下，该时期农村能源政策主要围绕农村地区的资源禀赋发展，重点以沼气、薪炭林、小水电、小煤炭、太阳能以及推广省柴节煤灶等。这段时期内农村能源政策的特点主要体现在以下4个方面：
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（1）以单项经济技术为主进行多头试点。农业部组织进行沼气、节柴改灶试点县建设；水电部组织发展小水电的农村初级电气化试点县建设；林业部组织的薪炭林试点县建设。
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（2）政策目标较为分散。农村能源集经济建设、能源建设、环境建设于一体，具有经济、社会、环境等多重价值。但这一时期内的农村能源政策目标比较分散，有的只为满足经济效益，有的只为满足环境效益，没有通盘考虑。
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（3）政策实践处于探索阶段。该时期内农村能源建设的目的在于缓解农村能源供应紧张的现状，但是能满足何种程度的能源供应却没有一个较为清晰的计划，执行起来只有一个大方向，具体内容还需要在执行过程中不断加以修正。
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（4）农村能源处于国家商品性能源供给体系之外。1982年“六五”计划提出“因地制宜、多能互补、综合利用、讲求实效”农村能源建设方针，力图通过发展沼气、薪炭林，推广省柴节煤灶，有条件的地方采用发展小煤炭、小水电等方式发展农村能源。但这种方式与“七五”确立的“能源工业发展以电力为中心”相违背，二元化的能源建设格局导致农村电力供应得不到解决，乡镇小煤炭发展失控，煤炭资源遭到破坏而且产能过剩（周凤起等，2002）。
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2．1996—2006年，能源安全背景下的农村能源政策
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1993年开始，中国由石油净出口国转变成石油净进口国，对于能源安全和能源可持续的关注开始提高，各国开始试图建立以可再生能源为基础的可持续发展能源体系。这一时期中国政府的农村能源政策重点转变为服务国家能源安全，推进能源供给的多样化。这段时期内农村能源政策的特点主要体现在以下3个方面。
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（1）扶持发展可再生能源。1995年国家计委办公厅、国家科委办公厅、国家经贸委办公厅联合印发《新能源和可再生能源发展纲要（1996—2010）》，并出台了一系列扶持政策，2005年更是出台了《中华人民共和国可再生能源法》，但是由于受“能源工业发展以电力为中心”指导思想政策惯性的影响，扶持政策以可再生能源发电项目为主。
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（2）生物质能和能源农业成为农村能源的重点政策。沼气建设经过长期发展，已经从解决能源短缺的需求转变到重要的能源——环境工程技术。燃料乙醇和生物柴油在该时期也发展很快。
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（3）“城乡分割”能源格局获得调整。1998年开始展开“两改一同价”建设改造（改革农电管理体制、改造农村电网、实现城乡同网同价），农村电气化在数量上和质量上有了较快发展。1998年国务院发布《关于关闭非法和布局不合理煤矿有关问题的通知》，对乡镇小煤矿存在的突出问题进行治理，关闭非法和布局不合理煤矿，压减煤炭产量。
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3．2007年至今，全球变暖背景下的农村能源政策
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21世纪以来，全球变暖对于气候环境和温室气体的影响越加严重。2005年旨在限定温室气体排放的《京都议定书》开始生效，标志着气候变化问题已经成为国际社会需要共同应对的问题。2007年国务院印发《中国应对气候变化国家方案》（国发〔2007〕17号），进一步明确了我国应对气候变化的指导思想、原则、目标，以及应对气候变化的相关政策和措施。大气资源是可以不加约束的公共资源。生物质能等可再生能源的生产与利用并不会排放CO2，扩大生物质能的规模和发展可再生能源成为中国农村能源政策新的使命。这段时期内农村能源政策的特点主要体现在以下两方面。
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（1）继续大力推进可再生能源开发和利用，主要以生物质发电、沼气、生物质固体成型燃料和液体燃料为开发重点。积极扶持水能、风能、太阳能、地热能、海洋能。推进低成本规模化可再生能源技术的开发利用，开发大型风电机组、农林生物质发电、沼气发电、燃料乙醇、生物柴油和生物质固体成型燃料、太阳能开发利用关键技术。
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（2）进行新一轮农村电网改造升级，开展电能替代工程。电能是一种优质能源，实施电能替代工程可以减少农村地区污染物质排放。农村电网建设一直是中国关注的重点，进行农村电网改造升级，既可以保障农村居民用电需求，又可以拉动农村经济发展，还可以起到保护环境的作用。
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（二）农村能源现行法律规定
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法律是指由社会认可国家确认立法机关制定规范的行为规则，并由国家强制力保证实施，以规定当事人权利和义务为内容的，对全体社会成员具有普遍约束力的一种特殊行为规范。从立法角度对农村能源做出规定，是最高的政策要求。目前我国涉及农村能源的现行法律规定有五部，分别是2009年修订的《中华人民共和国可再生能源法》（简称《可再生能源法》）、2012年修订的《中华人民共和国农业法》（简称《农业法》）、2012年修订的《中华人民共和国农业技术推广法》（简称《农业技术推广法》）、2015年修订的《中华人民共和国电力法》（简称《电力法》）、2016年修订的《中华人民共和国节约能源法》（简称《节约能源法》）。
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如表1-2所示，现行法律规定中对农村能源的规定主要有以下4个方面：一是制订相关能源发展规划，如《电力法》要求制订农村电气化发展规划，《可再生能源法》要求制订可再生能源发展规划。二是保障基本能源需求，《电力法》中明确规定要增加农村地区电力供应，保障农村基本用电，尤其是优先保证农村排涝、抗旱和农业季节性生产用电。三是所有涉及农村能源的法律都鼓励提倡生物质能、水能、沼气、太阳能、风能等可再生能源和清洁能源开发与推广。四是推广节能技术和产品，《节约能源法》要求推广在农业生产、农产品加工储运等方面应用节能技术和节能产品，鼓励更新和淘汰高耗能的农业机械和渔业船舶。
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（三）涉及农村能源重点规划政策
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1．能源发展“十三五”规划
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能源战略是国家发展战略的重要支柱。2016年11月17日，中共中央政治局常委、国务院总理、国家能源委员会主任李克强同志主持召开国家能源委员会会议，审议通过根据《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》制定的《能源发展“十三五”规划》，随后由发改委和能源局下发《国家发展改革委 国家能源局关于印发能源发展“十三五”规划的通知》（发改能源〔2016〕2744号）。
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表1-2 涉及农村能源内容的现行法律规定
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表1-2 涉及农村能源内容的现行法律规定（续）-1
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随着智能电网、分布式能源、低风速风电、太阳能新材料等技术的突破和商业化应用，能源供需方式和系统形态正在发生深刻变化。“因地制宜、就地取材”的分布式供能系统将越来越多地满足新增用能需求，风能、太阳能、生物质能和地热能在新城镇、新农村能源供应体系中的作用将更加凸显。《能源发展“十三五”规划》中涉及农村能源的部分主要是电网改造升级、实施电能替代工程、大力发展农村清洁能源3个方面。
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（1）推进新一轮农村电网改造升级工程。安排中央预算支持农村电网改造升级，推进新一轮农村电网改造升级工程。主要任务是进行西藏、新疆以及四川、云南、甘肃、青海四省藏区农村电网建设攻坚，加强西部及贫困地区农村电网改造升级，推进东中部地区城乡供电服务便利化进程。预期目标是到2017年实现平原地区机井用电全覆盖，贫困村全部通动力电；2020年基本实现全国农村地区稳定可靠的供电服务全覆盖。
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随着近年来农村经济的快速发展，农村能源需求也不断提高。农村电力需求迅速增长，农村供电能力严重不足，新一轮农村电网改造升级可以克服现有农网的不足，保障农民生产生活用电。进行农村电网升级改造还可以促进农村经济发展，农网改造后，电力价格下降且电能供应稳定，可提高农民家用电器的使用比率，拉升农村消费，提高农民生活水平。再者，农网升级改造还可促进电力部门发展。新一轮农网升级改造将投入大量资金，可辐射带动电网公司、设备厂商、基建公司等上下游企业的发展。
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推进新一轮农村电网改造升级工程，首先要对各地农村有效负荷进行预测，这样才能合理规划当地农村电网建设。其次是对电网要进行合理布局，减少供电半径，在对农村负荷预测的基础上对电网的网络构设进行合理布局。第三是要改造陈旧设备。即使短期来看耗费过多，但由于更换设备后可以使得电网供应稳定，利大于弊。
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（2）实施电能替代工程。实施电能替代工程需要积极推进居民生活、工业与农业生产、交通运输等领域电能替代。通过推广电锅炉、电窑炉、电采暖等新型用能方式，以京津冀及周边地区为重点，加快推进农村采暖电能替代。
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当前农村地区采暖还通常使用煤炭，特别是劣质煤，对空气质量危害较大，煤渣也影响着农村的村容村貌。电能具有清洁、安全、便捷等优势，实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大，是提高电煤比重、控制煤炭消费总量、减少大气污染的重要举措。
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在农村地区实施电能替代工程，首先需要加快农村电网升级改造，只有在电力供应稳定的前提下，才能实施电能替代工程。其次应该增加采暖设备补贴。使用电能采暖需要购置用电采暖设备，增加了农民采暖成本，应该增加采暖设备补贴，这样也可提高农民的积极性。再次是进行宣传教育，向农民宣传电能替代工程的重要性和好处，譬如保护空气质量，保证村容整洁等。
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（3）大力发展农村清洁能源。大力发展农村清洁能源就是采取有效措施推进农村地区太阳能、风能、小水电、农林废弃物、养殖场废弃物、地热能等可再生能源开发利用，促进农村清洁用能；鼓励分布式光伏发电与设施农业发展相结合，大力推广应用太阳能热水器、小风电等小型能源设施，实现农村能源供应方式多元化，推进绿色能源乡村建设。
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随着环境污染问题的加重以及能源枯竭问题威胁的增强，清洁能源的发展必须要引起高度重视，农村清洁能源的发展水平会直接影响到我国农村社会经济的发展以及环境保护工作的开展。
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大力发展农村清洁能源，首先要开展农村清洁能源培训教育，将清洁能源的利用及其相关技术和方法进行教育宣传，使得这些信息能够深入到广大农村以及农民当中，同时也要根据清洁能源利用技术对农民进行技术培训。其次是增强农村清洁能源基础建设。清洁能源的发展需要完善的基础设施才能实现能源供应。再次是增加农村清洁能源政策补贴，政府可在财政、税收以及金融方面给予恰当的优惠福利政策，实现清洁能源的广泛推广和应用。
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2．可再生能源发展“十三五”规划
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我国是世界上人口最多的国家，国民经济发展面临资源和环境的双重压力。目前我国已经成为世界上第二大能源生产国和第二大能源消费国，大量生产和使用化石能源所造成的环境污染已经十分严重。随着经济的发展和人民对生活水平需求的提升，我国的能源需求将进一步增长，能源、环境和经济三者之间的矛盾也将更加突出，因此，加大能源结构调整力度，加快可再生能源发展是当务之急。
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2016年12月10日，国家发改委下发《国家发展改革委关于印发可再生能源发展“十三五”规划的通知》（发改能源〔2016〕2619号）。这是国家在“十三五”时期内关于可再生能源的总体规划。其中涉及农村电网改造的已在上文论述，在此不再赘述。另外涉及农村能源的主要有以下3个方面：
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（1）大力推广太阳能热利用的多元化发展。持续扩大太阳能热利用在城乡的普及应用，积极推进太阳能供暖、制冷技术发展，实现太阳能热水、采暖、制冷系统的规模化利用，促进太阳能与其他能源的互补应用。继续在城镇民用建筑以及广大农村地区普及太阳能热水系统。
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太阳普照大地，处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。太阳能开发与利用不会污染环境，是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t.ce（标煤，下同），充分开发能效惊人。在人类可预期的未来，太阳将会一直存在，所以太阳能用之不竭。农村散居户较多，发展太阳能符合农村地区的能源需求，太阳能热水技术也已经十分成熟。
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（2）稳步发展生物质发电。根据生物质资源条件，有序发展农林生物质直燃发电和沼气发电，到2020年，农林生物质直燃发电装机达到700万kW，沼气发电达到50万kW。到2020年，生物质发电总装机达到1500万kW，年发电量超过900亿kW·h。
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要稳步发展生物质发电需要加强以下两个方面的工作：一是积极发展分布式农林生物质热电联产。农林生物质发电全面转向分布式热电联产，推进新建热电联产项目，对原有纯发电项目进行热电联产改造。加快推进糠醛渣、甘蔗渣等热电联产及产业升级。加强项目运行监管，杜绝掺烧煤炭、骗取补贴的行为。加强对发电规模的调控，对于国家支持政策以外的生物质发电方式，由地方出台支持措施。二是因地制宜发展沼气发电。结合城镇垃圾填埋场布局，建设垃圾填埋气发电项目；积极推动酿酒、皮革等工业有机废水和城市生活污水处理沼气设施热电联产；结合农村规模化沼气工程建设，新建或改造沼气发电项目。积极推动沼气发电无障碍接入城乡配电网和并网运行。到2020年，沼气发电装机容量达到50万kW。
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（3）打造农村能源转型示范县（区）。在农业及人口大省开展农村能源转型示范县（区）建设。主要通过以下4项措施：一是加快城乡电力服务均等化进程，实现稳定可靠的供电服务全覆盖；二是推进各类生物质集中供气、沼气集中供气、成型燃料供热项目在农村和城镇应用；三是利用荒山荒坡、农业大棚或设施农业等建设“光伏+”项目，因地制宜推动光伏和风力发电在提水灌溉等农业生产中的应用；四是建设新型农村可再生能源开发利用合作模式，加快实现农村能源清洁化、优质化、产业化、现代化。通过打造农村能源转型示范县（区）可以吸取推广经验，为以后大规模推广农村能源做好准备，还可以检验相关政策的可行性与综合效益。
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3．生物质能发展“十三五”规划
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第二章 中国农村生活用能分区方案
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一、分区原则
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1．体现气候条件、冬季取暖需求在区内的一致性和区间的差异性
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我国跨越的经度和纬度范围很广，地理条件复杂，冬季取暖用能需求不同，是导致我国农村生活用能区域差异显著的重要因素。中国农村生活用能区划的首要原则是遵循气候条件，尤其是冬季气温条件的地域差异规律，充分体现我国不同地区冬季取暖需求的区内一致性和区间差异性。
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2．农村经济发展水平和生活用能需求的区内一致性和区间差异性
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秸秆、薪柴是我国主要的传统生活能源。随着生活水平的不断提高，人们对煤、电、气等商品能源和沼气、太阳能等可再生能源的需求量不断增加。农村生活用能区划必须遵循农村经济发展水平、生活用能现状和需求趋向的区内一致性和区间差异性。
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3．农村能源资源条件的区内一致性和区间差异性
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为了实现农村生活用能的多能互补，农村生活用能区划必须充分考虑生物质能、太阳能、风能、微水能等可再生能源的区域差异。
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4．共轭性原则
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连片分区；区域间不重叠，即任何一个被作为分区对象的地域单元不能同时归属两个或两个以上的同级区域。
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5．保持省级行政单元的完整性
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由于目前农村能源利用方面的统计数据多为分省（区）数据，在分区时应尽量保持省级行政单元的完整性以方便使用相关统计数据进行分析。
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二、分区方法与分区方案
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本区划依据中国农业气候区划、建筑气候区划、中国农村能源综合区划、农村可再生能源区划等分区方案，利用图层叠加法，按照上述分区原则，把全国农村生活用能划分为7个区，分区方案详见表2-1，各地区基本情况详见表2-2。
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表2-1 中国农村生活用能区划方案
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表2-2 各区基本情况
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第三章 东北严寒地区
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一、区域概况
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本区域包括辽宁、吉林、黑龙江三省，土地总面积79.18万km2，占全国土地总面积的8.33%；2015年耕地总面积2783.08万hm2，占全国耕地总面积的20.62%；2015年末总人口10947.42万人，占全国总人口的7.96%，其中农村人口4232.00万人，占该地区总人口的38.66%。
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东北严寒地区属中温带和寒温带气候，冬季寒冷漫长，全年太阳辐射总量在46×108～58.6×108J/m2。≥0℃积温小于3600℃，黑龙江部分地区在2100℃以下。无霜期小于160d，黑龙江部分地区无霜期小于90d，全年平均气温小于10℃，黑龙江部分地区小于-4℃，是我国气温年较差最大的地区。<0℃的天数为130～190d，一月平均气温<-10℃，冬季有5～6个月需要取暖。该区风能资源丰富。其中，黑龙江省是风能资源最丰富的省份，该省2/3以上的区域属于风能资源较丰富区（即年平均有效风能密度为150～200W/m2），约1/3的区域属于风能资源丰富区（即年平均有效风能密度>200W/m2）。
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东北严寒地区生物质资源非常丰富。2015年，该区农业废弃物资源量（干重）达到23962.38万t，占全国农业废弃物资源总量的13.15%。其中，可用于新型能源化利用的资源量（干重）8693.15万t，占全国农林废弃物新型能源化可获得总量的15.61%；秸秆、畜禽粪尿和林木剩余物（均为干重）分别占比77.04%、15.81%和7.15%。
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二、农村能源发展现状与问题
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（一）农村能源利用结构
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1．东北严寒地区农村生活用能结构多样化
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目前，东北严寒地区农村生活用能向多样化方向发展，呈秸秆、薪柴、煤炭、电力、太阳能、油品等“数能并用、多能互补”的局面，但各类能源的利用量存在较大差异，利用结构不均衡。2015年，该区农村生活用能总量2756.98万t.ce（图3-1），秸秆、薪柴、煤炭三大常规能源占比分别为41.39%、30.07%和13.08%，合计达到84.54%，而电力、成品油、太阳能等其他能源利用量合计比重仅为15.46%，沼气、热力、天然气的利用量非常低，三者合计仅为23.64万t.ce，占该区农村生活用能总量的0.86%（图3-2）。
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图3-1 2015年东北严寒地区农村生活能源利用构成及数量
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图3-2 东北严寒地区农村生活能源利用结构
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2．东北严寒地区农村人均生活用能量、人均非商品能源利用量居全国首位
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东北严寒地区是我国农村人均生活用能水平最高的地区，也是非商品能源人均利用量最高、商品能源人均利用量较低的地区。2015年，该区农村生活能源人均消费量为651.44kg.ce，比全国425.24kg.ce的人均水平高53.19%；人均非商品能源消费量为487.56kg.ce，居全国七区首位，是全国人均水平的2.34倍；但人均商品能源消费量仅为163.88kg.ce，仅高于青藏高原严寒地区，较全国人均水平低24.37%（图3-3）。
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3．东北严寒地区农村生活用能以非商品能源为主
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2015年，东北严寒地区包括秸秆、薪柴、沼气、太阳能在内的非商品能源消费量达到2063.5万t.ce，而煤炭、电力、成品油、天然气、热力等在内的商品能源消费量仅为693.59万t.ce，前者是后者的2.98倍（图3-4）。
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该区农村生活非商品能源以低品位的秸秆和薪柴利用为主，二者利用量分别为1141.1万t.ce和829.1万t.ce，占该区非商品能源利用总量的95.48%；太阳能和沼气仅占本区非商品能源利用总量的4.52%。该区农村生活秸秆利用量超过全国农村生活利用秸秆总量的1/4，居全国七大区第二位，略次于长江中下游夏热冬冷地区；薪柴占全国农村生活同类能源利用量的13.96%，仅次于长江中下游夏热冬冷地区和西南四季温和地区，居全国七大区第三位（图3-5，表3-1）
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图3-3 2015年东北严寒地区农村生活能源人均利用水平
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图3-4 2015年东北严寒地区农村生活能源消费水平
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图3-5 2015年东北严寒地区各类农村生活能源利用量占全国同类能源利用量的比重
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表3-1 2015年东北严寒地区农村生活用能非商品能源利用量
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4．东北严寒地区农村生活商品能源利用水平偏低
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如前所述，东北严寒地区农村生活商品能源利用量远低于非商品能源利用量，且较全国其他地区相比商品能源利用数量偏低，仅占全国商品能源利用总量的5.30%。在本区各类商品能源中，除了热力利用量占全国农村生活同类能源利用量的比例达到24.17%外，煤炭、成品油、天然气、电力等商品能源利用量占全国农村生活同类能源利用量的比例均不足7.50%。其中天然气利用量比例仅占全国七大区总量的0.27%（表3-2）。
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该区农村生活商品能源利用以煤炭和电力为主，分别为360.72万t.ce和224.98万t.ce，合计占本区商品能源利用总量的84.45%；其次是以汽油和柴油为主的成品油消费，占该地区商品能源利用总量的12.38%；热力、天然气和其他能源利用量较小，合计不足占该区商品能源利用总量的3.18%（表3-2）。
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（二）农村可再生能源发展现状
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1．生物质能
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近年来，东北严寒地区以秸秆固化成型燃料和省柴节煤炉灶炕为代表的生物质能蓬勃发展。
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（1）秸秆新型能源化利用。
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①秸秆固化成型燃料。东北严寒地区秸秆固化成型燃料稳步发展。截至2015年末，该区秸秆固化成型燃料工程累计231处，占全国工程总数的19.41%；年产秸秆固化成型燃料74.89万t，约占全国秸秆固化成型燃料总产量的15.18%，其工程数量和年产量均居全国七大区第三位。其中，辽宁省2015年末秸秆固化成型燃料工程累计发展160处，占全国总数的13.45%；年产秸秆固化成型燃料52.64万t，占全国总量的10.67%，其工程数量和年产量均居全国各省（区）第三位（表3-3）。
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表3-2 2015年东北严寒地区农村生活商品能源利用量
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表3-3 2015年东北严寒地区秸秆优质化能源利用构成情况
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②秸秆热解气化集中供气。东北严寒地区是全国七大区中秸秆热解气化集中供气工程发展数量最多的地区，但运行状况不理想。2015年末该地区秸秆热解气化集中供气工程累计达到292处，超过全国总量的1/3，多数集中在辽宁省；但其运行数量仅41处，运行率（即该年工程运行数量占年末工程累计总数的比例）远低于全国39.50%的水平，仅为14.04%。供气户数仅1万户，占全国供气户数的8.10%（表3-3）。
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③秸秆沼气集中供气。东北严寒地区秸秆沼气集中供气工程的运行率也极低，2015年末累计秸秆沼气集中供气工程数量累计11处，运行数量仅1处，且无供气记录。
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（2）沼气。由于冬季低温等客观条件限制，东北严寒地区沼气发展在全国处于较低水平。2015年，该区农村沼气用户达103.79万户。户用沼气池年末累计100.58万户，占全国农村户用沼气池总量的2.40%；其中，本年沼气池利用户数45万户，占全国本年利用户数的1.33%；年总产气量12374.91万m3，仅占全国年产气总量的1.00%；年户均产气量275.00m3，仅相当于全国年户均产气水平的75.35%，居全国七区中的末位（表3-4）。
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表3-4 2015年东北严寒地区农村户用沼气池发展情况
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该地区沼气工程发展在工程数量、年产气量、供气户数等方面均居全国较低水平。2015年末该区沼气工程共计2745处，占全国的2.47%；年产气量12047.4万m3，占全国的4.77%；年供气户数3.11万户，仅占全国的1.49%；而年沼气发电量总计达到5524.3万kW·h，占全国总量的9.65%。其中，辽宁省年发电量达到3697.4万kW·h，居全国各省（区）第六位（表3-5）。
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表3-5 2015年东北严寒地区农村沼气工程发展情况
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（3）省柴节煤炉灶炕。东北严寒地区是节能炕和燃池发展数量最高的地区，数量远高于全国其他地区。2015年，节能炕和燃池数量分别达到1041.05万铺和10.83万个，分别占全国总数量的56.02%和76.81%。该区省柴节煤灶和节能炉也得到一定的发展，2015年数量分别达到792.07万台和179.72万台，分别占全国总数量的6.88%和5.70%（表3-6）。
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表3-6 2015年东北严寒地区省柴节煤灶与节能炕等情况
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表3-6 2015年东北严寒地区省柴节煤灶与节能炕等情况（续）-1
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2．太阳能
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近年来，东北严寒地区大力发展太阳能，以户用太阳能和太阳能校舍为主要内容的太阳房发展迅速，截至2015年末，该地区太阳房数量和面积分别累计达到149483处和1356.1万m2，均超过全国总量的50%。其中，黑龙江省太阳房2015年末累计达到65062处，位居全国第一位，约占全国总量的22.40%；辽宁省太阳房年末累计58522处，居全国第三位，其太阳房面积达到538.82万m2，位居全国第一位，占全国太阳房总面积的21.14%（表3-7）。
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东北严寒地区太阳能热水器稳步发展，2015年末太阳能热水器数量累计达到176.46万台，占全国总量的3.86%；太阳灶发展较慢，2015年末累计2218台，仅占全国总量的0.10%。
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随着我国太阳能光伏发电规模的快速发展，东北严寒地区小型光伏发电也得到了一定的发展。2015年末，该地区小型光伏发电站累计达到60676处，约占全国小型光伏发电站总量的17.35%，位居全国七大区第二位；装机容量达到3511.24kW，占全国小型光伏发电总量的1.65%，位居全国七大区第四位。
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3．风能
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近年来，东北严寒地区以小型风力发电为主的风能稳步发展。截至2015年末，该区小型风力发电站累计达到2158处，居全国七大区第四位；装机容量2040.70kW，居全国七大区第二位；电站年末累计数量和装机容量分别占全国总量的1.96%和5.91%。该区小型风力发电站主要分布在风力资源丰富的黑龙江省，2015年末，黑龙江小型风力发电站累计达到1887处，占该区小型风力发电站总数的87.44%；装机容量2005.70kW，占该区小型风电总装机容量的98.28%（表3-8）。
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表3-7 2015年东北严寒地区太阳能热利用情况
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表3-8 2015年东北严寒地区小型风力发电情况
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（三）农村生活用能存在的问题
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1．非商品能源利用仍居主导地位，能源效率低下
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如上文所述，东北严寒地区农村生活利用的非商品能源占全国农村生活利用非商品能源总量的16.40%，居全国七大区第四位。人均非商品能源利用量是全国人均水平的2.34倍，居全国七大区首位；而商品能源利用量仅占全国农村生活利用商品能源总量的5.30%，居全国七大区第六位。人均商品能源利用量仅为163.88kg.ce，较全国人均水平低24.37%，仅稍高于全国七大区的青藏高原严寒地区。可见，东北严寒地区农村能源利用秸秆和薪柴等非商品能源仍然占据主导地位，能源效率低下，不利于农村家庭生活水平和质量的提高。
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2．冬季清洁供暖问题突出，污染严重
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东北地区冬季寒冷漫长，受居民收入水平及原料可获得等方面影响，取暖以秸秆和薪柴为主，能源消耗量大，热效率低，相关污染物排放量大，形成新的能源环境压力。尤其是近几年，东北地区多地在冬天出现重污染天气，污染程度之重、影响范围之广为历年少有。冬季燃煤采暖和生物质燃烧排放，是导致这些地区区域性大范围重污染的“元凶”。
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3．沼气等工程正常运转比例低，管理技术服务体系滞后
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总体看，受冬季寒冷、管理滞后、运行成本过高等因素影响，沼气工程、秸秆气化工程等运行效率较低，2015年，秸秆热解气化集中供气工程运行率仅为14.04%，远低于全国39.50%比例，秸秆沼气集中供气工程建成11处，运行仅1处。部分地区管理技术服务体系还不完善，对农村能源设施推广的多，利用的少，建造的多，保存的少，设施管理和技术管理环节薄弱。同时农村可再生资源的发展，范围广、内容多、技术新，农村维护网点少、维修人员少。
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三、农村能源发展战略方向与目标
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（一）发展战略方向
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1．推进生物天然气示范和产业化发展
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选择有机废弃物资源丰富的种植养殖大县，以县为单位建立产业体系，开展生物天然气示范县建设，推进生物天然气技术进步和工程建设现代化。建立原料收集保障和沼液、沼渣有机肥利用体系，建立生物天然气输配体系，形成并入常规天然气管网、车辆加气、发电、锅炉燃料等多元化利用模式。
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2．积极发展清洁供暖
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结合用热需求对已投运生物质纯发电项目进行供热改造，提高生物质能利用效率，积极推进生物质热电联产为县城及工业园区供热，形成以上以生物质热电联产为主的县城供热区域。加快发展技术成熟的生物质成型燃料供热，推动大型先进低排放生物质成型燃料锅炉供热的应用，污染物排放达到天然气锅炉排放水平，为工业生产和学校、医院、宾馆、写字楼等公共设施、商业设施提供清洁可再生能源。因地制宜推广太阳房建设，扩大秸秆成型燃料规模。
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3．提高太阳能、生物质能、光伏等发电规模
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稳步发展生物质发电。在做好选址和落实环保措施的前提下，结合新型城镇化建设进程，重点在具备资源条件的地级市及部分县城，稳步发展城镇生活垃圾焚烧发电。根据生物质资源条件，有序发展农林生物质直燃发电和沼气发电。在解决现有弃风问题的基础上，适度有序开发风电，积极推进光伏扶贫项目建设，探索“光伏+”新技术、新模式和新业态。
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（二）发展目标
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能源利用结构进一步优化，能源利用效率进一步提升，提高商品能源比例，加快生物质能、太阳能、风能等利用水平，提升可再生能源比重，降低秸秆薪柴直接燃烧比重，改善农村生产生活环境。
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四、区域模式综述
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（一）模式名称
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东北严寒地区以生物质清洁采暖模式为主的“1+X”多能互补模式。
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（二）模式内涵
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东北严寒地区以生物质清洁采暖模式为主的“1+X”多能互补模式，“1”即生物质清洁采暖模式，主要包括高效低排省柴节煤炉灶炕采暖、生物质固化成型燃料等能源利用类型；“X”是指根据不同地区的资源和技术条件，因地制宜发展太阳能、风能、沼气等多种能源模式。“1+X”模式立足清洁采暖，根据北方农村地区现有的资源基础和技术发展条件，采取生物质清洁采暖模式为主、其他多种能源发展模式为辅的多能互补模式。
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（三）模式特点
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（1）该模式是一项立足于地区资源基础和技术发展现状、与秸秆综合利用工作紧密结合、集成多项农村能源实用技术的重要工程，是农村能源循环互补利用模式的一项重要探索。
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（2）该模式可有效节约薪柴、秸秆和煤炭等传统能源，提高热效率，减少污染物排放，有助于推进北方地区冬季清洁取暖，改善生活环境，提高生活质量，节约生活开支。
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（3）在该模式中，收储运体系的建立是秸秆燃料生产的源头，生物质锅炉生产制造是关键。
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（四）模式技术要点
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1．高效低排省柴节煤炉灶炕
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高效低排省柴节煤炉灶炕以新型省柴节煤灶、高效节能炕、高效低排多功能炉为建设重点，并与高效低排多功能生物质炉的推广应用相配套，建设相应数量和生产规模的生物质致密成型燃料厂。
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（1）新型省柴节煤灶技术。省柴节煤灶通常由灶体、灶门、灶膛、通风道、灶箅和烟囱等组成。新型省柴节煤灶主要是安装商品化灶芯，改进灶膛结构，调整吊火高度，增加二次进风装置和拦火圈，设置灶膛热水器，规范烟囱高度，实现燃料充分燃烧，减少热量损失和烟尘排放。
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省柴节煤灶的热效率在25%以上，新型省柴节煤灶的热效率可达到30%以上；传统省柴节煤灶由手工砌筑，新型省柴节煤灶可以由工厂化生产的部件在现场组装；新型省柴节煤灶应能适应各种农作物秸秆、薪柴以及散煤作为燃料，更加方便实用和节能减排。
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适用于广大农村地区。应当由持有“农村节能员”国家职业资格证书的技工或农村能源管理部门委派的技术员建造。新型省柴节煤灶的建造应与厨房整体布局相协调，并考虑操作的方便性和燃料堆放的安全性，可通过贴瓷砖对灶台和灶体进行外装修，亮化美化厨房。
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（2）高效节能炕。高效节能炕包括高效节能落地炕和高效节能架空炕。
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①高效节能落地炕。高效节能落地炕比较突出的技术改进主要有如下5个方面：一是改全部手工砌筑为床板预制，同时将小炕面改为大炕面，将平式炕面改为翘边式炕面；二是改多炕洞为单炕洞；三是将炕头分烟改为炕梢分烟；四是炕内冷墙部分设置保温层；五是采取立砖砌筑炕墙。
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②高效节能架空炕。高效节能架空炕除拥有高效节能落地炕的所有技术改进外，与后者相比还有如下两个方面的技术创新或比较优势：一是将上炕面和单个炕体侧面散热改为上、下两个炕面和2～3个炕体侧面散热，散热面积增加1倍以上；二是除适用于三面靠墙连铺大炕的建设外，还适用于各种中小型规格炕（如标准双人炕）的建造，而后者更日益符合现代农民的生活需求。高效节能架空炕的技术要点如下：一是采用17块钢筋混凝土预制块，表面抹50mm厚的泥皮；二是炕墙外围表面采用4mm阻燃饰面板；三是烟囱离炕20cm以上部分采用75mm聚氯乙烯管（PVC管）；四是炕仓上部加装平行镀锌管式热水装置。炕体总散热面积、热效率、节柴率明显增加，烧炕时同步获得热水供给。其关键技术包括通过炕面泥厚度满足炕面温度，通过烟囱调节炕内烟气排放速度，通过加装热水装置同步获得热水供给。
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（3）高效低排多功能炉。
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①燃料适应性广，各种生物质燃料均可使用，而且一次加料可长时间连续燃烧。
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②燃烧室结构合理，通过二次配风使燃料半气化燃烧，热效率高。
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③燃料燃烧充分，有害物质排放低，烟尘排放浓度≤50mg/m3，SO2排放浓度≤30mg/m3，CO排放浓度≤0.2%，烟气林格曼黑度≤1级，且避免了有害物质对炉具本体的腐蚀问题，延长炉具寿命。
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④炉具多功能化。以高效炊事采暖炉为例：炉膛热转换能力强，炉具功率达25kW，有效供暖面积50～120m2，可连接20柱1700mm×540mm暖气片3～7组，15min暖气片体表温度大于60℃，30min左右使房间温度全面提升，45min后室内温度上升6℃以上。
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2．生物质固化成型技术
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生物质固化成型技术是指在一定条件下，将松散细碎的、具有一定粒度的秸秆、木材等生物质挤压成质地致密、形状规则的棒状、块状或粒状燃料的过程。秸秆固体成型燃料热值与原煤大体相当，可替代煤炭用于居民炊事和冬季取暖、锅炉供热、餐馆燃料、秸秆发电、秸秆炭化、烤烟生产等。生物质固化成型燃料加工厂可以与高效低排多功能炉的推广应用相配套进行建设。
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（五）适宜范围
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以生物质清洁采暖模式为主的多能互补模式适合生物质资源丰富的北方农村地区。其中的高效节能炕模式适宜于“三北”（东北、西北、华北）地区及西南高海拔寒冷地区，尤其是“两高”（高纬度和高海拔）严寒地区更是高效节能炕推广的重点地区。
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高效节能炕的推广必须全面实现“炕连灶”或“炉连灶”（炕面盘管取暖），即高效节能炕与新型省柴节煤灶或炊事取暖炉配套建设，强强组合。新型省柴节煤灶适宜于秸秆、薪柴、生物质致密成型燃料、煤炭等多种燃料，适用于生物质资源丰富的广大农村地区。
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五、典型案例
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案例一：辽宁省新型清洁采暖模式
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辽宁省冬季气候寒冷，采暖期长，农村冬季取暖问题一直是难题。该省大部分农户冬季取暖依靠老式火炕和老式灶、土暖气、普通煤炉等，存在热效率低、耗能高、污染重、易冒烟，对农民的身体健康影响很大，而且存在安全隐患。针对采暖难问题，结合秸秆综合利用工作，部分试点分别对户用、公共、农业生产等方面的采暖进行了试验示范，探索了适合该省气候特点的新型农村采暖模式，即将节能炉+吊炕+水暖空调+暖气相结合的新型户用清洁采暖模式。
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2015年以来，辽宁省结合“百千万宜居乡村创建工程”“省、市美丽乡村示范村”建设和国家、省级表彰获奖情况，选择农村能源基础较好且各具区域代表性的乡村作为试点，开展试验示范。每个试点省级补助50万元，用于新型农村清洁采暖模式推广。示范村并非简单地将沼气、吊炕、秸秆能源化利用、太阳能综合利用等农村能源实用技术在试点村内集成，而是因地制宜地发展农村节能和可再生能源技术，通过示范推广先进的太阳能建筑一体化（集成太阳能光伏发电、太阳能热水蓄热系统、太阳能采暖房三位一体技术）以及多种新型节能户用锅炉、秸秆集中供暖锅炉、大棚热风炉、户用水暖空调等新技术、新产品，探索农村能源循环互补利用的运行模式。
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该试验示范试点运行效果良好，以使用节能炉为例，比土炉、普通煤炉节能1/3以上，年可节约标煤1t，室温可提高5～8℃。而每铺吊炕年可节约标煤0.7t，且炕温均匀，冬暖夏凉，外形美观、卫生，施工技术简单，造价低。水暖空调的优点是升温快、热效高，使用30℃以上低温热水就能把室温保持在20℃以上，室温柔和舒适。与暖气片相比，水暖空调解决了低温热水供暖室内热不起来的难题，解决了暖气片供暖室内过分干燥的问题。暖气与节能炊事采暖炉具连接，为居室供热，可在炉具引火后20min内加热至烫手。
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图3-6 新型户用清洁采暖设备
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案例二：吉林省榆树市榆树生态能源模式
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榆树生态能源模式是以利用当地废弃物资源为前提，将秸秆转化成型、生物质锅炉安装、沼气修建、有机肥生产有机结合在一起，形成多能源优势互补，达到能源综合建设效益最大化，实现了冬季取暖用颗粒，夏季炊事使沼气的绿色用能方式。该模式适宜北方冬季取暖的寒冷地区。
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该模式特点如下：
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（1）资源互补。模式将多种废弃物资源整合在一起，形成多能源优势互补，打破了农村能源单一发展的瓶颈。
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（2）循环利用。模式贯穿种植业、养殖业和生产生活3个方面，整个运行环节没有废弃物排放，达到了循环利用的目的。
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（3）产业运营。模式从原料收集、生产、销售、还田形成了完整的产业链条（图3-7）。
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图3-7 废弃物资源循环利用流程
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目前，该模式已列入了榆树市“十三五”农村能源发展规划，计划到2020年全市生态能源村发展到80个，生物质锅炉和沼气入户率达到70%，生态能源村没有焚烧秸秆现象。
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自2014年开始推广生态能源模式，榆树市已建成8个生态能源村，建立了16家秸秆颗粒厂，安装生物质锅炉约3540台，修建户用沼气池3540户，成立2家有机肥厂，年生产有机肥1.5万t。以一个生态能源村安装生物质炉400户，配套修建沼气池400户，修建一处年产1000t颗粒的颗粒厂，年可转化150hm2玉米秸秆，年产有机肥1500t为例进行分析计算，项目区农民年实现增收节支34万元，平均每户年增收节支1100元；项目建成后，示范村年转化玉米秸秆1000t，年节约燃煤500t，减少CO2排放1300t，减少SO2排放12t，减少土壤灼烧板结面积150hm2。年转化畜禽粪便4000t，年产沼气12万m3，相当于保护400亩[1]天然林。年产有机肥1500t，减少化肥投入量50t，减少农药施用量1t，环境效益明显；示范区年消耗秸秆颗粒1000t，相当于500t.ce，有效地缓解了国家石化资源供应紧张的局面。项目建成后改变了农村传统用能方式，沼气和生物质燃料成为了农户用能主体，使广大的农村妇女从烟熏火燎的环境中解脱出来，减轻了家庭妇女的劳动强度。村容村貌整洁，农村环境得到极大改善。
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图3-8 生态能源利用现场效果
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第四章 西北内陆严寒与寒冷地区
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一、区域概况
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本区域包括内蒙古、宁夏、新疆、甘肃、陕西五省份，土地总面积347.19万km2，占全国土地总面积的36.52%；耕地面积2508.7万hm2，占全国耕地面积的18.58%；2015年总人口11931.20万人，占全国总人口的8.68%，其中乡村人口5765.74万人，占该区总人口的48.32%。
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该区除南疆、东疆为南温带气候外，主要为中温带气候，冬季寒冷漫长。该区域为干旱半干旱气候区，最热月平均气温多在20℃以上，最冷月平均气温-25～-6℃，全年≥0℃积温为2100～5700℃，<0℃的天数为120～160d，冬季有4～5个月需要取暖。太阳辐射强，日照时间长，全年总辐射量在50×108～67.0×108J/m2，全年日照时数为2800～3200h。关中平原区无霜期190～230d。内蒙古、新疆、甘肃等风能资源分别达到6178×104kW·h/m2、3433×104kW·h/m2、1143×104kW·h/m2。
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西北内陆严寒与寒冷地区生物质资源丰富。2015年该区农业废弃物资源总量23393.34万t，占全国农业废弃物资源总量的12.84%。其中，可用于新型能源化利用的资源量（干重）6121.97万t，占全国农林废弃物新型能源化可获得总量的10.99%；秸秆、畜禽粪尿、林木剩余物（均为干重）分别占比69.51%、17.94%和12.55%。
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二、农村能源发展现状与问题
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（一）农村能源利用结构
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1．煤炭、秸秆、薪柴等常规能源利用比例占本区农村生活能源利用总量的3/4以上
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西北内陆严寒与寒冷地区农村生活能源利用以煤炭、秸秆和薪柴为主，高品位可再生清洁能源利用比例较低。该区农村生活能源涵盖煤炭、秸秆、薪柴、电力、成品油、太阳能、沼气和天然气等多类能源。2015年整体看，煤炭、秸秆和薪柴作为农村生活用能利用的主要来源，占该区域农村生活能源利用总量的78.32%。其中，居首位的煤炭约占农村生活能源利用总量的29.54%；其次是秸秆和薪柴，分别占该区域农村生活能源利用总量的28.08%和20.70%；再次是电力和成品油，分别占比8.83%、6.29%；太阳能、沼气和天然气等高品位可再生清洁能源仅占全区农村生活用能利用总量的6.56%（图4-1，图4-2）。
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图4-1 2015年西北内陆严寒与寒冷地区农村生活能源利用构成及数量
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图4-2 西北内陆严寒与寒冷地区农村生活能源利用结构
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2．非商品能源利用量稍高于商品能源利用量
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2015年西北内陆严寒与寒冷地区农村生活利用的商品能源和非商品能源数量分别占全国同类能源利用总量的8.88%和10.96%，均处于中等偏下的水平。2015年，该区非商品能源利用总量为1378.80万t.ce，占本区农村生活能源利用总量的54.28%；商品能源利用量1161.35万t.ce，占本区农村生活能源利用总量的45.72%（表4-1、表4-2和图4-3）。
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表4-1 2015年西北内陆严寒与寒冷地区农村生活非商品能源利用情况
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表4-1 2015年西北内陆严寒与寒冷地区农村生活非商品能源利用情况（续）-1
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表4-2 2015年西北内陆严寒与寒冷地区农村生活商品能源利用情况
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西北内陆严寒与寒冷地区人均非商品能源消费量239.14kg.ce，略高于全国平均水平；人均商品能源消费量为201.42kg.ce，略低于全国平均水平（图4-4）。非商品能源利用较商品能源利用仍然具有一定的优势。
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3．非商品能源利用以秸秆和薪柴为主
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该区域非商品能源利用主要为秸秆、薪柴、沼气和太阳能，其中，秸秆和薪柴利用量分别为713.3万t.ce和525.8万t.ce（表4-1），分别占该地区非商品能源利用总量的51.72%和38.13%，两者之和占该地区非商品能源利用总量的89.85%。沼气和太阳能利用总量分别为64.70万t.ce和75.23万t.ce，两者之和占全区非商品能源利用总量的10.15%（图4-5）。
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图4-3 2015年西北内陆严寒与寒冷地区农村生活能源利用水平
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图4-4 2015年西北内陆严寒与寒冷地区农村生活能源人均利用水平
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图4-5 2015年西北内陆严寒与寒冷地区非商品能源利用构成
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4．商品能源利用以煤炭和电力为主
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由表4-2可以看出，2015年该地区商品能源利用中，煤炭利用总量为750.52万t.ce，电力利用总量为224.42万t.ce，两者之和占全区农村商品能源利用总量的83.94%；成品油利用总量159.82万t.ce，天然气利用总量26.60万t.ce，分别占该地区商品能源利用总量的13.76%和2.29%（图4-6）。
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图4-6 西北内陆严寒与寒冷地区商品能源利用构成
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5．农村生活用能水平与全国平均水平基本持平
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2015年西北内陆严寒与寒冷地区农村生活能源利用总量为2540.15万t.ce，占全国农村生活用能利用总量的9.90%，居全国七大区第六位；人均农村生活能源消费为440.56kg.ce，稍高于全国425.24kg.ce的人均水平，与全国农村生活能源消费平均水平基本持平（图4-4）。
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该区秸秆和煤炭消费量占全国农村地区同类能源利用总量的15.78%和14.94%，成品油消费量占全国农村地区同类能源利用总量的比例最低，仅为4.75%（图4-7）。
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图4-7 2015年西北内陆严寒与寒冷地区各类农村生活能源利用量占全国农村地区同类能源利用总量的比例
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（二）农村可再生能源发展现状
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1．生物质能
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（1）秸秆新型能源化利用。西北内陆严寒与寒冷地区秸秆新型能源化利用方式主要包括秸秆热解气化集中供气、秸秆沼气集中供气和秸秆固化成型3种。截至2015年底，该区秸秆热解气化集中供气工程累计达到9处，供气户数0.16万户，占全国秸秆热解气化集中供气工程供气户数的1.30%；秸秆沼气集中供气累计达到9处，供气户数0.063万户，仅占全国沼气集中供气工程供气户数的0.77%；秸秆固化成型年末累计15处，年产量6180t，仅占全国秸秆固化成型产量的0.13%（表4-3）。
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表4-3 2015年西北内陆严寒与寒冷地区秸秆新型能源化利用情况
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（2）沼气。近年来，西北内陆严寒与寒冷地区沼气工程有所发展，建设规模逐步扩大，建设模式基本成熟，工艺技术和建设标准也显著提高，但整体而言，其工程数量、年产气量、供气户数等方面均居全国较低水平。截至2015年底，该地区建成沼气工程累计达4806处，总池容116.27万m3，占全国总池容的6.15%；年产气量11795万m3，占全国沼气工程总产气量的4.67%；供气户数14.52万户，占全国沼气工程总供气户数的6.94%；沼气工程发电装机容量19950kW，年发电量5119.15万kW·h，仅为全国沼气工程年发电总量的8.94%（表4-4）。
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表4-4 2015年西北内陆严寒与寒冷地区沼气工程与户用沼气建设情况
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西北内陆严寒与寒冷地区户用沼气池2015年末累计为375.56万户，占全国累计户数的8.96%，居全国七大区第五位；本年利用沼气户251.44万户，占本区年末累计户数的66.95%，运行率偏低；年产气量为78605.84万m3，占全国本年度总产气量的6.37%；年户均产气量为312.62m3，相当于全国年户均产气量的85.65%，居全国七大区第六位（表4-4）。
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西北内陆严寒与寒冷地区处理农业废弃物沼气工程2015年末累计达到4794处，总池容114.48万m3，年产气量11039万m3，供气户数14.50万户，装机容量达到19930kW，年发电量5079.3万kW·h（表4-5）。
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表4-5 2015年西北内陆严寒与寒冷地区处理农业废弃物沼气工程情况
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（3）省柴节煤炉灶、节能炕。截至2015年底，该地区累计建设省柴节煤灶860.39万台，节能炕308.25万铺，分别占全国省柴节煤灶和节能炕的7.47%和16.59%；建设节能炉256.17万台，燃池0.09万个，分别占全国节能炉和燃池的8.12%和0.64%。
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2．太阳能
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西北内陆严寒与寒冷地区太阳能资源丰富，太阳能在该区农村生活中扮演重要角色。截至2015年底，全区推广太阳能热水器占地面积518.84万m2，占全国的6.30%；太阳灶1428025台，占全国的61.36%，居全国七大区首位；太阳房占地面积427.58万m2，占全国的16.77%，居全国七大区第三位。其中，户用太阳房年末累计户数71116户，居全国七大区第二位，占地面积392.98万m2，占全国的16.12%，居全国七大区第三位；太阳能校舍年末累计211处，位居全国七大区第一位，占地面积11.85万m2，占全国的19.11%，居全国七大区第三位（表4-6）。
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表4-6 2015年西北内陆严寒与寒冷地区太阳能热利用情况
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该区小型光伏发电也有所发展。2015年底，该区小型光伏发电累计达到30997处，装机容量8538.88kW，占全国小型光伏发电装机容量的4.01%。
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3．风能
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西北内陆严寒与寒冷地区小型风力发电规模居全国首位。2015年底，该区小型风力发电累计达到94365处，占全国总数的85.61%；装机容量27973.94kW，占全国小型风力发电装机容量的81.07%，均居全国七大区第一位。该区小型风力发电主要集中在内蒙古自治区，其小型风力发电年末累计量达到84348户，装机容量24461.17kW，均占西北内陆严寒与寒冷地区总量的80%以上（表4-7）。同时，内蒙古自治区也是全国小型风力发电规模最大的省份，其装机容量超过全国装机容量的70%。
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4．水能
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2015年底，该区域累计推广微型水力发电552处，装机容量7329.40kW，占全国微型水力发电装机容量的8.06%（表4-7）。
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表4-7 2015年西北内陆严寒与寒冷地区小型电源利用情况
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（三）农村能源发展存在的问题
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（1）农村能源利用结构仍不合理。通过上述分析可以看出，煤炭、秸秆、薪柴等仍是该地区农村生活用能的主要来源，约占全区生活能源利用总量的80%；而成品油、电力等高品位商品能源仅占15%左右，沼气、太阳能、天然气等高品质非商品清洁能源的比例较小，仅占该地区农村生活能源利用的6.56%。这种能源利用结构易受到煤炭、成品油价格上涨因素的影响，农村生活用能合理保障能力不强，存在因生活用能短缺对森林和草地过度开采而产生生态破坏的潜在危险。
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（2）农村能源综合配套建设水平较低。该地区太阳能、风能、生物质能资源较为丰富，随着农村可再生能源的大力推广和应用，建设太阳灶、太阳房、沼气、小型风力发电、小型光伏发电、秸秆能源化利用、省柴节煤炉灶炕等可再生能源工程，其中小型风力发电装机容量达到全国的80%以上。但是，秸秆新型能源化工程建设较为滞后，秸秆资源仍是以传统低效率利用为主，规模化、系统化、新型能源化的开发利用水平不高，只解决了部分农户炊事用能短缺的问题，而对解决取暖用能问题尚未开展建设。同时，部分经济发展较快的地区没有配套开展太阳能热水器、太阳房改建等高品位农村能源建设，使农村能源建设水平明显与农民生活水平不相适应。
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三、农村能源发展战略方向与目标
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该地区太阳能、生物质能等可再生能源资源丰富，利于农村能源实现多元化发展格局。以可再生能源开发、节能技术推广应用为重点，以促进农民增收、改善生态环境、提高生活质量为目的，充分开发农村能源资源，优化农村用能结构，充分利用本地区丰富的太阳能资源、风能资源、畜禽粪便资源和秸秆等农林废弃物资源，积极发展太阳光热利用、风力发电、生物质新型能源化利用，重点推广沼气技术、沼气提纯生物天然气、太阳能光伏发电、生物质成型燃料供热等能源开发项目。同时，进一步提高太阳能热利用技术、农村省柴节煤技术等，提高农村能源利用效率和清洁能源利用水平，从而达到多能互补、讲求实效、节能减排。
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四、区域模式综述
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（一）模式名称
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西北内陆严寒与寒冷地区以“太阳能+生物质”为主的“2+X”多能互补模式。
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（二）模式内涵
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西北农村地区以“生物质+太阳能”为主的“2+X”多能互补模式，即按照因地制宜、多能互补、讲求效益、综合利用的方针，充分利用本地区丰富的太阳能资源、生物质能资源、风能资源，发展以太阳能和生物质能利用技术为主，以风能等利用技术为辅的一种清洁能源综合利用模式。其中的“2”是指太阳能和生物质能，“X”指风能等多种能源为补充。太阳能利用技术主要包括太阳能热水器、太阳灶、太阳房、太阳能路灯等，生物质能利用方面积极发展秸秆热解气化集中供气和大中型沼气工程等。
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（三）模式特点
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1．综合性
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该模式基于本地区资源条件和农户用能习惯，综合多种能源技术各自的优势，在最大限度满足农民群众生活用能需求的同时，突出农村可再生能源高效利用和生态循环农业建设的多重目标，实现能源、环境、生态于一体的综合性农村能源模式。
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2．互补性
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该模式以可再生能源为主，突出多种能源的协调与互补，有助于实现农户清洁用能、充足用能。
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（四）模式技术要点
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1．太阳能光伏路灯
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其技术原理是光生伏特效应，白天太阳能电池板接收太阳辐射能并将其转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚照度逐渐降低至10lx左右、太阳能电池板开路电压到降到4.5V左右，由充放电控制器侦测到这一电压值后，由蓄电池对灯头放电。
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2．节能炉
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其核心技术是利用热力学和燃烧学原理，对煤炉的燃烧室、进风口、炉箅等内部结构进行合理改造，添加了保温材料和余热利用装置等，使煤炉的热效率可以达到40%以上。
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（五）适宜范围
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该模式适宜在太阳能光热资源丰富、冬季有取暖需求、农户居住集中、畜禽养殖粪污等生物质资源较为丰富、种植业连片发展的西北、华北和东北经济条件较好的村镇推广。
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五、典型案例
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案例一：宁夏回族自治区以太阳能为主的农村综合用能模式
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1．太阳能热水器—被动式太阳房—节能炕利用模式
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该模式以太阳能为主要热源，节能炕为辅助热源的农村住宅洗浴、采暖模式。主要内容：每户农户安装一台16支管太阳能热水器，建设100m2被动式太阳房、一铺4m2的节能炕，被动式太阳房主要采用集热蓄热墙式。设计太阳能供热保证率70%、冬季室内温度不低于18°C，外围护结构采用苯板保温，传热系数小于0.3W/m2；节能炕有喂洞式、炉子式、架空式火炕3种形式，设计要求炕面温度均匀、蓄热保温、热损失小、炕面温度保持在40℃以上，温差<10℃，室温保持在12℃。该模式工艺（图4-8）是利用屋顶太阳能热水器、被动式太阳房窗间集热器吸收太阳能热量加热集热器内的空气，集热器内加热的空气由集热器和室内的下空气对流口传入室内，室内的冷空气从上对流口传入集热器，循环加热室内温度，得到采暖的效果，夜间和阴雨天由节能炕和太阳房窗下贮热器供热，窗下贮热器晴天吸收太阳辐射能，夜间及阴雨天由墙体散热到室内，太阳能热水器、被动式太阳房和节能炕结合，使太阳房室内保持适宜的温度，达到冬季农户采暖的需求。同时，太阳能热水器热水通过管路用于洗浴。用户冬季房内温度可保持在14～18℃。
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图4-8 太阳能热水器—被动式太阳房—节能炕利用模式流程
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2．太阳能热水器供热—大型沼气增温利用模式
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该模式是以太阳能为主要热源供大型沼气发酵物料加热的生产模式（图4-9）。建设的主要内容是太阳能热水器，由太阳能热水器与大型沼气发酵罐、预处理池配套的热交换系统以及配件设备组成太阳能大型沼气供热系统。在大型沼气升温调节池和发酵罐内设置太阳能热水循环管，由电磁阀自动控制。当池内物料温度达到设定温度上限或下限时，控制系统电磁阀自动开启，太阳能热水器开始加热或停止池内的物料，太阳能供热系统始终保证沼气发酵罐发酵温度恒定在设定的温度。该模式加热预处理池物料的方式有两种，一种是直接加热，向预处理池直接加热水增温，主要用于干鲜粪原料和无清水原料；另一种是热交换加热，在池内设置热交换器，热水通过交换器循环供热，主要用于原料中有清水、无须再加水的原料。该模式的技术由宁夏农村能源工作站和宁夏清华园新能源科技有限公司等共同开发，通过在宁夏回族自治区平吉堡奶牛场、中卫万国繁育种猪场、兴庆奔源养殖公司养殖场等多家大型沼气工程中的应用，该模式的设备性能稳定，可设计不同规格、不同加热方式的太阳能热水加热系统，效果明显、运行成本低，不燃煤、无污染，经济社会效益显著，是宁夏回族自治区大型沼气工程供热的重要有效技术之一，目前在宁夏回族自治区建设的100多座规模化大型沼气工程中广泛应用。
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图4-9 太阳能热水器供热—大型沼气增温利用模式流程
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3．农村清洁能源综合示范村镇建设模式
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该模式以村镇为单元，选择有条件和需求的村镇，将沼气、太阳能热水器、太阳灶、太阳能路灯、节能环保炉具、农村节能技术（节能炕灶）等农村能源应用技术组装配套，提供清洁能源。示范村为每户农户安装一台16支管、130L水箱的太阳能热水器，全年晴日条件下每日供60℃以上热水130L以上，满足3～5口人洗浴、洗菜、洗餐具、洗衣等生活用热水。
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宁夏回族自治区农村能源工作站组织依照国家和行业标准和宁夏实际，制定了《宁夏农村阳光沐浴工程产品及安装系统设计》，具体、翔实地设计了太阳能热水器整机系统、管路系统、保温系统、固定系统、控制系统、洗浴间设施设备系统、给排水设施系统、供电系统等8大系统，并针对真空管、水箱、支架、密封圈、混水阀等热水器主要构成部分，对其材质、厚度、宽度等均提出了明确的指标，对冷热水管、保温管、喷头、阀门、水龙头等产品辅助部分也做了详细要求。
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目前，该模式已推广40万户。2017年继续推广20万户。据测算，每台太阳能热水器年新增纯收益515.98元，年节约标准煤367kg、年减排SO25.12kg、NOx2.33kg、烟尘3.96kg、CO2169.16kg，年新增减排收益48.59元。2015年带动农户投入太阳能热水器产品及安装、新建改建浴室和上下水等基础设施投资2.31亿元，是财政投入资金的1.15倍。此外，该模式改变了宁夏回族地区穆斯林群众传统的洗浴方式，由简易的吊灌、汤瓶冲洗方式转变为太阳能热水器自动淋浴方式；满足了回汉农民洗浴和生活用热水要求，方便快捷舒适；推动了农户对洗浴间设施设备改善，由简单的洗脸盆架子改为美观的洗面盆，水路相通，洗漱可以方便地用上来自太阳能热水器的热水，提高了农村可再生清洁能源利用水平，也提升了广大农民的生活质量和健康水平基础，改善了农村卫生和健康条件。农村清洁能源综合利用流程见图4-10，农村清洁能源综合利用工程安装见图4-11。
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图4-10 农村清洁能源综合利用流程
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图4-11 农村清洁能源综合利用工程安装
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案例二：甘肃省农村绿色能源综合建设典型模式
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该模式是以沼气集中供气和沼肥综合利用为主，以太阳能综合利用和节能炉具、节能炕推广为重点的农村能源综合建设模式。目前，该模式已在甘肃省庄浪县野赵村、镇原县王沟圈村成功推广。通过示范带动，在景泰县红水镇红沙岘村、临洮县辛店镇朱家沟村、凉州区双城镇小果园村、玉门市花海镇中渠村等地区也形成了以沼气集中供气、太阳能热水器、太阳能路灯、节能炉、节能炕、秸秆新型能源化利用为主的农村能源利用方式。
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从2014年起，甘肃省每年筹集资金开展农村清洁能源综合配套示范村建设和“三沼”综合利用建设，累计投入农村清洁能源综合建设资金760万元，“三沼”综合利用示范资金420万元。在政府出台的各项资金和政策支持下，甘肃省农村绿色能源综合建设模式取得了显著成效。以凉州区双城镇小果园村为例，该村推广太阳能热水器125台，推广生物质炉125台；建成300m3隧道式沼气工程1处，实现集中供气70户，建成沼肥综合利用温室大棚200个；建成秸秆粉碎压块成型燃料生产线1条，年加工秸秆成型燃料2000t。
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目前，甘肃省已在全省建成的农村能源示范村中推广太阳能热水器2440台、太阳能路灯587盏；节能炉2808台、节能炕936铺；实现集中供气1453户，建成沼肥综合利用示范基地4个，共7500亩；建成被动式太阳能暖房6万m2；建成秸秆固化成型燃料利用示范点2个，年生产秸秆固化成型燃料5000t；建成秸秆气化工程2个，年产燃气80万m3，供气户数达700户，产出高温木炭和木醋液1100t。全省通过农村能源综合建设，每年可节约标煤5306t，减少CO2排放14096t，减少SO2排放119t，节约能源支出644万元。
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该模式综合性、普惠性、互补性和复制性比较强，适宜在太阳能光热资源丰富、冬季有取暖需求、农户居住集中、养殖企业多、畜禽粪污处理压力大、种植业连片发展的西北、华北和东北经济条件较好的村镇推广。
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农村绿色能源利用模式流程见图4-12，沼气收集—利用现场见图4-13，太阳能收集—利用现场见图4-14。
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图4-12 农村绿色能源利用模式流程
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图4-13 沼气收集—利用现场
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图4-14 太阳能收集—利用现场
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案例三：新疆生产建设兵团第十四师十团农村能源综合建设典型模式
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该模式通过沼气站将养殖场产生的粪便废弃物发酵，实现农业生产从传统的“资源—产品—废弃物”的生产模式向“资源—产品—再利用”的高效循环农业生产过程的转变。
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新疆生产建设兵团第十四师十团沼气站占地面积6534m2，于2012年9月投入试运行，项目总投资443.1万元。沼气站正式投入运行后，年治理混合粪污量11406t，养殖场粪污处理率达到100%，可有效地解决养殖场环境污染。产生的沼气可替代标准煤137t，减排CO2约410t，减排SO2约4.6t，减排NO2约2t。主要运用畜禽养殖生态利用模式，以沼气建设为纽带，把养殖业和种植业相结合，利用养殖场的粪污入池进行厌氧发酵，走“养殖—沼气—种植”的节约循环道路，通过农作物秸秆及加工副产品→牲畜养殖→禽畜粪→沼气沼渣→有机肥→水果蔬菜，实现农业资源的循环利用，提高能源和资源利用率，进一步发展无公害农产品生产，同时对沼渣、沼液和沼气进行综合利用，在发展养殖业和种植业中提高经济效益和环境保护。
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该模式适宜在现代化养殖和农业种植区域推广，适应各种地理条件，但是在冬季气温较低时，微生物发酵速度较慢，沼气的产量较低，冬季应及时做好保温措施。
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现代化养殖区、种植区资源循环利用流程见图4-15，现代化养殖区、种植区资源循环利用现场见图4-16。
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图4-15 现代化养殖区、种植区资源循环利用流程
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图4-16 现代化养殖区、种植区资源循环利用现场
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案例四：宁夏青铜峡市粪污及秸秆综合利用模式——沼气热电联产与成型燃料
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该模式以沼气工程热电联产和颗粒燃料加工为核心，沼气工程一期建设3000m3，产生的沼气主要用于集中供气，供沼气站北3km处2000户居民炊事用能，二期建设沼气工程1.2万m3，配备1MW沼气发电机组，产生的电力用于发电上网或为厂区的生产提供电能。
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该项目的核心技术为沼气工程热电联产技术及生物质颗粒燃料加工技术。沼气工程热电联产技术，包括发酵原料收集投料、发酵原料调温、太阳能增温、发电余热锅炉增温、净化系统、集中供气管道系统、发电系统、上网系统。生物质颗粒燃料加工技术的制粒工艺流程为：破碎—粉碎—干燥—搅拌—输送—成型—冷却—检测—包装—成品入库—销售。制粒工艺车间模拟流程见图4-17。
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图4-17 制粒工艺车间模拟流程
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项目采用环模挤压法生物质成型工艺技术。该工艺具有原料适应性广、产量大、辊模寿命长及成型密度可调等特点。
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树枝、秸秆等生物质收集后，先由太阳能预烘干进行脱水至含水量≤18%，通过输送带进入粉碎机，粉碎后的原料由输送装置送入原料仓，再由输送带送入环模挤压机将生物质挤压成颗粒状，成型后的颗粒冷却后进筛分机，筛上物（即为成型燃料产品）经计量包装入库，筛下物返回挤压造粒机重新挤压成型。为保持良好的工作环境，冷却机等产生粉末飞扬的进出料口设置有吸风罩，经引风机通过旋风除尘器回收生物质粉末。
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为保证该模式的长效运行，可利用沼渣作为垫料与养殖场进行原料置换，生物质颗粒燃料作为燃料与秸秆进行置换，在推广产品的同时保障生产所用原料。①采取分散布点加工，集中回收秸秆原料。②以县为阵地，以行政村为据点。由项目承担单位向加工户提供指定的生物质压缩成型加工设备、技术指导以及技术培训，并与加工生产点签订生物质成型燃料产品回收协议。③设立技术服务站。技术服务站负责对该区域各加工厂的技术指导，对产品质量进行检验和监督，对加工户在生物质颗粒加工技术领域上存在的一些问题进行咨询、解答和解决。
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通过补贴沼气工程热电联产项目部分费用及生物质颗粒燃料加工项目部分费用，引导企业对沼气及生物质颗粒燃料进行市场化运营。
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目前，该模式已在青铜峡市广武生态移民安置区推广，项目区秸秆利用面积为30km2。沼气供气用户为青铜峡市广武生态移民安置区同兴村，沼气用户达3000户。该模式推广后，年处理有机废弃物7.2万t，有效解决了青铜峡市禽畜粪便污染问题、秸秆污染问题，有效改善了青铜峡市生态环境，环境效益显著。项目的建成实施，对消除城市多种有机废弃物的污染危害和公共安全隐患，保障广大市民的身心健康，保障食品卫生和安全，提高青铜峡市居民的生活环境治理水平具有现实意义。项目直接带动就业200人，间接带动就业2000人，促进农民增收达3000万元。
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该模式不仅能集中处理大量的有机废弃物，还能最大限度地循环利用资源和开发可再生能源，是发展循环经济的示范，对于提升政府公众形象和城市综合实力也有十分重要的作用。沼气发酵过程中产生的沼渣、沼液还可用于农作物的灌溉施肥，发展有机、绿色和无公害农产品，可促进农业生态良性循环。
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该模式适宜在周边20km范围内有大规模养殖场及大规模种植基地的地区推广，适宜在冬季供暖对生物质颗粒燃料有需求的区域推广，即适宜在原料有保障、市场有保障的区域推广。
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农业废弃物资源收集、加工循环利用流程见图4-18，户外现场见图4-19。
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图4-18 农业废弃物资源收集、加工循环利用流程
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图4-19 户外现场
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第五章 华北平原寒冷地区
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一、区域概况
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本区域包括北京、天津、河北、山东、河南、山西六省，土地总面积69.60万km2，占全国土地总面积的7.32%；2015年耕地总面积2695.74万hm2，占全国耕地总面积的19.97%；2015年末总人口64133.70万人，占全国总人口的24.83%，其中农村人口15094.43万人，占该地区总人口的23.54%。
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该区域属于南温带气候，≥0℃积温3900～5300℃，无霜期150～220d，年总辐射量46×108～59×108J/m2，光资源比较丰富，≥10℃积温3500～4600℃。冬季温度低，<0℃的天数为50～130d，1月平均气温在0℃以下，年极端最低气温在-10℃以下，冬季有2～4月需要取暖。
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华北平原寒冷地区生物质资源非常丰富。2015年，该区农业废弃物资源总量达42228.92万t，占全国农业废弃物资源总量的23.17%，居全国七大区首位。其中，可用于新型能源化利用的资源量（干重）10412.16万t，占全国农林废弃物新型能源化可获得总量的18.69%，居全国七大区第二位；秸秆、畜禽粪尿、林木剩余物（均为干重）分别占比61.41%、26.87%和11.72%。
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二、农村能源发展现状与问题
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（一）农村能源利用结构
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1．农村生活用能以煤、电力为主，两者超过本区用能总量的1/2
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华北平原寒冷地区农村生活能源包括煤炭、电力、薪柴、秸秆、成品油、太阳能等多种类型，煤炭、电力等商品能源为其主要利用品种。2015年，该区农村生活煤炭和电力消费量分别达到2113.26万t.ce和1023.94万t.ce，分别占本区农村生活用能总量的34.37%和16.66%，合计超过本区用能总量的1/2；其次是薪柴、成品油和秸秆，分别占该地区农村生活能源利用总量的13.40%、11.59%和10.69%；再次是太阳能、沼气、天然气、热力等其他类型能源，合计占全区农村生活能源利用总量的13.29%（图5-1、图5-2）。
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图5-1 2015年华北平原寒冷地区农村生活能源利用构成及数量
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图5-2 2015年华北平原寒冷地区农村生活能源利用结构
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2．农村生活用能商品化程度较高
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华北平原寒冷地区农村生活商品能源利用水平远高于非商品能源的利用水平。2015年，该区农村生活商品能源消费量4061.70万t.ce，占本区农村生活能源消费量的66.07%；非商品能源消费量2086.00万t.ce，商品能源消费量是非商品能源消费量的1.95倍（图5-3）。
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该区商品能源利用总量、人均商品能源利用量均居全国各区首位。2015年，该区农村生活利用的商品能源总量占全国农村生活利用商品能源总量的31.06%；人均商品能源利用量达到269.09kg.ce，比全国平均水平高24.19%。其非商品能源利用总量占全国农村生活利用非商品能源总量的16.57%，居全国七大区第三位；人均非商品能源利用量138.20kg.ce，比全国平均水平低33.74%，居七大区第六位（图5-4）。
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图5-3 2015年华北平原寒冷地区农村生活能源消费水平
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图5-4 2015年华北平原寒冷地区农村生活能源人均利用水平
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3．非商品能源利用以秸秆、薪柴为主，太阳能、沼气利用量居全国七大区前列
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华北平原寒冷地区农村生活非商品能源包括秸秆、薪柴、沼气和太阳能四大类。其中，秸秆和薪柴的利用量分别占本区非商品能源利用总量的31.51%和39.48%，两者合计达到70.99%；其次是太阳能，占比17.72%；沼气利用量最小，仅占11.30%（表5-1）。
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表5-1 华北平原寒冷地区农村生活非商品能源利用情况
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与全国其他地区非商品能源利用相比，华北平原寒冷地区太阳能利用量居全国七大区农村生活同类能源利用量的首位，其利用量占全国农村生活太阳能利用总量的34.72%；其次为沼气，位居全国七大区第二位，占全国农村生活同类能源利用量的22.20%（图5-5）。
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4．商品能源利用以煤、电力为主，天然气、煤、热力利用量居全国七大区前列
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华北平原寒冷地区农村生活商品能源包括煤、电力、成品油、天然气、热力和其他能源。如前所述，在本区内，煤和电力占据农村生活商品能源利用的主导地位。就全国范围而言，该区农村生活商品能源中天然气、煤和热力的利用量在全国七大区中均居首位，其各自的利用量占全国农村生活同类能源利用总量的比例分别高达46.08%、42.18%和75.79%；电力、成品油和其他能源在本区的利用量与全国其他地区相比，也处于较高水平，分别占全国同类能源利用总量的26.19%、21.20%和16.60%（表5-2）。
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图5-5 华北平原寒冷地区各类农村生活能源利用量占全国农村地区同类生活能源利用总量的比例
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表5-2 2015年华北平原寒冷地区农村生活商品能源利用情况
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表5-2 2015年华北平原寒冷地区农村生活商品能源利用情况（续）-1
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5．农村生活用能水平稍低于全国平均水平
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2015年，华北平原寒冷地区农村生活用能利用总量6147.70万t.ce，占全国农村生活用能利用总量的23.96%，位居全国七区第二位（图5-3）；人均生活用能为407.28kg.ce，较全国425.24kg.ce的人均水平低4.22%（图5-4）。
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（二）农村可再生能源发展现状
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1．生物质能
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（1）沼气。华北平原寒冷地区沼气资源较为丰富，户用沼气池和沼气工程在数量、产气水平等方面均居全国前列。截至2015年底，该区户用沼气池年末累计户数和本年利用户数分别达到975.30万户和782.52万户，分别占全国年末累计总户数和本年利用总户数的23.26%和23.14%，仅次于西南四季温和地区；户用沼气总产气量255214.72万m3，占全国总产气量的20.68%，居全国七大区第二位；年户均产气量326.14m3，相当于全国年户均产气水平的89.36%，居全国七大区第四位（表5-3）。
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表5-3 2015年华北平原寒冷地区沼气资源利用情况
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截至2015年底，华北平原寒冷地区发展沼气工程17942处，总池容391.92万m3，均居全国七大区第二位；年产气量和供气户数分别达到75029.28万m3和78.24万户，均居全国七大区首位；沼气工程发电装机容量30015kW，年发电量11961.3万kW·h，为全国沼气工程年发电总量的20.90%，仅次于长江中下游夏热冬冷地区（表5-3）。
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2015年末华北平原寒冷地区处理农业废弃物累计沼气工程17859处，总池容342万m3，年产气量达51986万m3，供气户数67.40万户，仅次于长江中下游夏热冬冷地区，以上4项均居全国七大区第二位；装机容量和年发电量居全国七大区第三位，分别达到21165kW和10165万kW·h（表5-4）。
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表5-4 2015年处理农业废弃物沼气工程（年末累计）
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（2）秸秆新型能源化利用。华北平原寒冷地区秸秆资源较为丰富。目前，该地区农村生活燃用的秸秆量1397.3万t，约占该地区秸秆总量的5.40%，低于全国9.47%的平均水平，是七大区中秸秆能源化利用比例最低的地区。该地区秸秆优质能源化利用方式主要包括秸秆热解气化集中供气、秸秆沼气集中供气、秸秆固化成型和秸秆炭化4种。
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①秸秆热解气化集中供气。截至2015年末，华北平原寒冷地区秸秆热解气化集中供气工程累计268处，运行126处，均居全国七大区第二位，运行数量占该区年末工程总数量的40.13%，略高于全国39.50%的平均运行率。供气4.84万户，占全国秸秆热解气化集中供气总户数的39.22%（表5-5）。
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②秸秆沼气集中供气。截至2015年末，华北平原寒冷地区秸秆沼气集中供气工程累计137处，运行111处，分别占全国总量的29.91%和28.68%，均居全国七大区第二位。该区秸秆沼气集中供气工程运行比例81.02%，略低于全国84.50%的平均运行率；供气5.6万户，远高于全国其他地区，占年末全国秸秆沼气集中供气工程供气总户数的68.80%。
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③秸秆固化成型。截至2015年末，华北平原寒冷地区秸秆固化成型燃料工程累计398处，占全国工程总数的33.45%，年产秸秆固化成型燃料约184.47万t，占全国秸秆固化成型燃料总产量的37.38%，均居全国七大区第二位（表5-5）。
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④秸秆炭化。华北平原寒冷地区是全国七大地区中发展秸秆炭化工程的3个地区之一，2015年末该区秸秆炭化工程累计20处，占全国工程总数的18.87%，年产秸秆炭化燃料60540t，占全国秸秆炭化燃料总产量的37.18%，远低于工程总数和产量均居第一位的长江中下游夏热冬冷地区，高于西南四季温和地区。
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（3）省柴节煤炉灶炕。华北平原寒冷地区是全国七大地区中省柴节煤炉灶炕发展态势相对较好的地区。截至2015年末，该区省柴节煤灶2323.82万台，约占全国总省柴节煤灶总数的20.17%，居全国七大区第三位；节能炕505.42万铺，约占全国总节能炕总数的27.20%，居全国七大区第二位；节能炉1583.10万台，约占全国总节能炉的50.20%，居全国七大区首位；燃池3.18万个，全部分布在河北省（表5-6）。
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表5-5 2015年华北平原寒冷地区秸秆优质化能源利用构成情况
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表5-6 2015年华北平原寒冷地区省柴节煤灶与节能炕情况
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2．太阳能
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与全国其他六个地区相比，华北平原寒冷地区的太阳能热水器使用数量和使用面积均居首位。2015年末，该区太阳能热水器数量累计达到1906.7万台，占全国太阳能热水器总数的41.71%，42.77%集中在山东省；太阳灶年末累计达到126935台，仅占全国太阳灶总数的5.45%；太阳房年末累计30065处，占全国太阳房总数的10.35%，在全国七大区中排位第三，占地258.86万m3；小型光伏发电占年末累计193094处，占全国总数的55.22%，远远高于其他地区，但其装机容量仅11493.05kW，仅为全国总量的5.39%，远远低于装机容量位居七大区第一位的长江中下游夏热冬冷地区（表5-7）。
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3．风能
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华北平原寒冷地区小型风力发电2015年末累计达3925处，约占全国小型风力发电总数的3.56%；装机容量达1677.43kW，约占全国装机总量的4.86%（表5-8）。
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表5-7 2015年华北平原寒冷地区太阳能热利用情况
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4．水能
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华北平原寒冷地区微型水力发电水平相对较低。2015年末，该地区微型水力发电累计达到35处，约占全国总数的0.12%，在全国七大区中排位倒数第二；装机容量为331kW，仅为全国装机总量的0.36%（表5-8）。
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表5-8 2015年华北平原寒冷地区小型电源利用情况
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（三）农村生活用能存在的问题
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（1）煤炭利用占主导，结构调整任务艰巨。与全国其他地区相比，华北平原寒冷地区农村生活利用的各类商品能源中，煤炭占全国农村生活同类能源利用量的比例最高，达到42.18%，人均煤炭用量为95.25kg.ce，比全国平均水平高9.84%，而新能源和可再生能源的比例低，与国家要求仍有较大差距，能源结构调整任务十分艰巨。
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（2）散煤利用比例大，节能减排压力大。据统计，2013年，京津冀三地农村使用散煤5624万t，其中，劣质散煤占散煤利用量的比重高达90%以上，散煤燃烧排放SO225.89万t，排放NOx7.57万t，排放烟尘19.43万t。燃煤使用量大、煤质差、污染控制措施弱，是造成京津冀大气污染严重的重要原因之一。
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（3）煤炭监管体系不健全，农村能源服务体系亟待完善。一方面，劣质散煤生产和运销体系缺乏监管；另一方面，洁净型煤作为劣质煤的主要替代产品，其市场监管体系不健全，特别是洁净型煤的生产环节缺乏监管，存在以次充好现象。农村能源普遍存在“重建设、轻管理”现象。一些地区片面追求沼气工程推广建设速度、数量，忽视后续维护管理工作，建设和维护管理脱节的现象凸现，未形成长效的公益性的技术培训机制和社会化的后续服务体系，甚至由于用户不了解正确的日常操作和维护规范而造成安全事故。
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（4）存在弃风弃电现象，并网难，不利于农村风能和太阳能产业发展。近年来，京津冀等华北区域在风电装机方面实现跨越式发展，但风电消纳问题尚未得到根本解决。风电输送和并网调度涉及众多利益博弈，因此需要多方主管部门的协调统一，才能实现无弃风现象。同样，光伏发电、分布式光伏发电存在着并网难、融资难、售后服务要加强等问题。
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三、农村能源发展战略方向与目标
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（一）发展战略方向
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1．实现农村供暖多元化发展
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调整优化农村供热能源结构，推广使用绿色清洁能源，鼓励通过清洁燃煤替代、“煤改电”、“煤改气”等方式，减少煤炭散烧直排和煤炭扬尘污染，促进相关装备制造业发展，积极探索和形成适应新农村经济社会发展要求的清洁、低碳、安全、高效的新型能源利用方式，不断提高农村地区供暖覆盖率和供暖水平，改善农村人居环境，加快城乡一体化进程。
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2．努力提升太阳能力利用水平
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推进分布式光伏和“光伏+”综合利用工程。继续支持在已建成且具备条件的工业园区、经济开发区等用电集中区域规模化推广屋顶光伏发电系统；积极鼓励在电力负荷大、工商业基础好的中东部城市和工业区周边，按照就近利用的原则建设光伏电站项目；结合土地综合利用，依托农业种植、渔业养殖、林业栽培等，因地制宜创新各类“光伏+”综合利用商业模式，促进光伏与其他产业有机融合。支持并网太阳能光伏电站和光伏与LED结合的公共照明示范工程建设。因地制宜推广太阳能热水器。支持生产规模较大、经济效益好、拥有自主品牌的企业研制生产与建筑有机结合的太阳能供热、制冷新产品。
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3．加快生物天然气示范和产业化发展
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选择有机废弃物资源丰富的种植养殖大县，以县为单位建立产业体系，开展生物天然气示范县建设，推进生物天然气技术进步和工程建设现代化。按照能源、农业、环保“三位一体”格局，整县推进，建设生物天然气循环经济示范区。建立原料收集保障和沼液、沼渣有机肥利用体系，建立生物天然气输配体系，形成并入常规天然气管网、车辆加气、发电、锅炉燃料等多元化利用模式。
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4．积极发展生物质能热电联产
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结合用热需求对已投运生物质纯发电项目进行供热改造，提高生物质能利用效率，积极推进生物质热电联产为县城及工业园区供热，形成以生物质热电联产为主的县城供热区域。加快发展技术成熟的生物质成型燃料供热，推动大型先进低排放生物质成型燃料锅炉供热的应用，使污染物排放达到天然气锅炉排放水平，京津冀鲁等地区工业供热和民用采暖领域推广应用，为工业生产和学校、医院、宾馆、写字楼等公共设施以及商业设施提供清洁可再生能源，形成生物质清洁供热占优势比重的供热区域。根据生物质资源条件，有序发展农林生物质直燃发电和沼气发电。加快大型先进低排放生物质成型燃料锅炉供热项目建设，加强技术进步和标准体系建设。
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5．加强对农村能源清洁开发利用的制度建设
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加强农村能源服务和能源计量体系建设，加强分散燃煤管理，强化煤炭产品质量监管，统一京津冀农村能源相关标准体系建设，尤其是当前应该统一京津冀三地劣质散煤、洁净型煤等煤炭产品的界定以及洁净型煤终端购买补贴的标准体系。
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（二）发展目标
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进一步优化能源结构，降低散煤等低端能源比重，提高液化天然气、可再生能源比重，努力提高生物燃气、生物质成型燃料等清洁能源的利用水平，以太阳能、节煤炉灶、地热等能源为补充，形成多能互补的能源供应模式，推动农村幼儿园、中小学、卫生室、养老院、便民服务中心等公共场所和农村新型社区实现冬季清洁供暖，提升农村节能减排水平。
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四、区域模式综述
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（一）模式名称
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华北平原寒冷地区生物质能替代散煤为主的“1+X”多能互补模式。
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（二）模式内涵
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华北平原寒冷地区生物质能替代散煤为主的多能互补模式，即根据本区用能需求和用能特点，因地制宜发展以生物质燃气、生物质成型燃料等清洁能源替代散煤为主，以太阳能、节煤炉灶、地热等能源为辅的多元化能源利用模式。其中的“1”指生物质能，“X”指太阳能、地热等多种能源。
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（三）模式特点
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1．突出发展清洁型能源
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近年来，京津冀地区是我国大气污染防治工作的重点地区。散煤使用是导致冬季大气污染严重、雾霾频发的重要原因，散煤替代工程迫在眉睫。华北平原寒冷地区农村能源发展模式的突出特点即环保、清洁无污染、节能。
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2．突出产业化运行
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华北平原是我国种植、养殖集中区，在作物秸秆或粪便发酵产生沼气的过程中，强调了沼渣、沼液的利用，用于建设绿色有机农产品生产基地。例如，北京丰顺恒农业科技发展有限公司的“种植—养殖—沼气”三位一体生态农业循环利用模式、河北青县秸秆沼气产业化综合利用青县模式等。
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3．突出集中利用
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华北平原寒冷地区注重多种可再生能源技术的集中利用，发挥多种新能源利用的集成效果。如河北涞水县计鹿村新能源小镇多模式集成示范模式，利用600万元省级财政资金在涞水县赵各庄镇计鹿村建设清洁能源多模式集成示范“新能源小镇”，推广生光互补供热技术、清洁高效太阳能浴室技术、高效节能炕连灶等技术。
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（四）模式技术要点
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该模式主要涉及的农村能源利用技术包括沼气技术、秸秆热解气化技术、生物质固化成型技术、太阳能利用技术、空气源热泵技术等。沼气技术、秸秆热解气化技术、生物质固化成型技术、太阳能利用技术的技术要点详见本书第一章和第三章。
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空气源热泵是把丰富的空气作为系统的低温热能，利用逆卡诺原理，消耗少量的电能，将空气中大量的低温热能转变为高温热能的节能、高效、环保的热泵技术。近些年来，空气源热泵技术凭借其来源广泛、机组的安装位置可变、占空间少等优点，应用范围得到不断扩张。
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（五）适宜范围
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适宜在生物质资源较为丰富的地区推广。
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五、典型案例
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案例一：北京市顺义区大孙各庄镇“种植—养殖—沼气”三位一体生态农业循环利用模式
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1．经济效益显著
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年可为园区节本增效35万元。沼气现已完全替代了职工食堂、游客用餐，以及肉鸽屠宰所需的天然气，年可节约用能开支约15万元，沼渣、沼液用于园区蔬菜种植，年可节约用肥支出约20万元。
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2．生态效益突出
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年可处理蔬菜废弃物2000t，鸽粪、猪粪1000t，年可产生沼气5万m3，折合标煤约36t，减排CO2约94t、SO2约0.9t和NOx约0.3t；沼渣沼液的应用，满足有机蔬菜生产的要求，从源头上解决化肥、农药使用带来的面源污染问题，达到建设安全农业的要求。本模式突破了园区未来发展的瓶颈，可有效解决园区农业废弃物处理不当造成的生态环境破坏问题。
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3．社会效益明显
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本模式改善了农产品产地环境，为首都市民提供优质、安全的农产品；增加了农民的就业机会；改善了农民生活和农业生产环境。
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本模式适宜在种植业和养殖业相结合的规模化园区、产业区推广。目前已覆盖北京丰顺恒农业科技发展有限公司500余亩生态种植、养殖基地。
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“种植—养殖—沼气”生态农业资源循环利用现场如图5-7所示。
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图5-7 “种植—养殖—沼气”生态农业资源循环利用现场
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案例二：北京市延庆区设施农业清洁采暖及废弃物循环利用示范工程
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1．模式背景
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北京市延庆区延庆镇目前拥有设施农业面积4500亩，占全区设施农业总面积的1/3，建有日光温室2750亩，春秋棚1750亩，并形成了葡萄园、彩椒园、草莓园、果蔬综合园、香菇园五大主产区。其中设施葡萄种植面积达到了1600余亩。全镇年产玉米秸秆超过10000t，各种蔬菜剩余物（秋冬季菜秧）2000t以上。
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延庆镇设施蔬菜园区位于北京市延庆区延庆镇广积屯村，总占地面积1700亩，其中种植面积1000亩，含冬季育苗和蔬菜温室20亩，含彩椒种植面积700亩，番茄种植面积150亩，茄子等种植面积100亩。核心区建设养猪场1个，养殖规模200头。园区周边有玉米种植面积500多亩，年产秸秆200t以上。园区年产蔬菜秸秆（秋冬季菜秧）约400t。
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由于缺少秸秆利用措施，玉米秸秆就地堆放或农户低效燃烧用于炊事，蔬菜秸秆就地堆放、露天焚烧，严重污染环境，严重影响镇域农业清洁生产和园区环境，也间接影响了设施园区农户增收致富。另外，随着延庆2020年建成无煤区目标的提出，园区温室冬季育苗、蔬菜生产亟须寻找清洁能源替代燃煤。
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延庆是北京的北菜园，在北京市“十三五”都市型现代农业中被规划为冷凉蔬菜供应区。同时，北京市减煤换煤、清洁空气行动延伸到农业生产领域，2018年将在农业生产领域全面实现煤改清洁能源。这对蔬菜冬季生产提出了更高要求。另外，因前期工程建设、后期补贴、运行费用等原因，煤改气、煤改电以及太阳能等其他清洁能源相对而言延伸推广到农业生产领域比农民生活领域更难，需要因地制宜选取不同途径，多管齐下才能取得更好效果。
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2．模式内容
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茂源广发园区以秸秆清洁采暖示范工程为核心，初步形成了园区及周边农田菜秧、玉米秸秆收集加工体系，清洁燃烧供暖体系、末端高效利用体系及外延沼气工程共同构成本模式，并由茂源广发蔬菜合作社负责运行管理，实行企业化运营。
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（1）菜秧、玉米秸秆收集加工体系。茂源广发合作社购置打捆机和运输车各1台，与周边农户及蔬菜种植户签订协议，实行菜秧换有机肥和无偿清运玉米秸秆，降低了原料收集成本，稳定了原料来源。
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（2）秸秆直燃供暖示范工程。秸秆直燃供暖项目实施的目的是处理沼气工程处理不了的木质化程度高的茄果类菜秧，并为园区冬季蔬菜生产和育苗提供清洁生产用能。项目建设内容包括菜秧和秸秆收集、加工设备设施，菜秧和秸秆直燃供暖锅炉及管道、热交换机等配套末端供暖设施，供暖规模1万m2，投资约120万元，年消纳菜秧、玉米秸秆300t以上，替代燃煤使用量200t左右，减排CO2400t以上。
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2016年3月，秸秆打捆机械（从锅炉供应厂家租用）已经过选型试验，性能稳定；直燃锅炉已经安装，并经过点火试验，排放基本达标，点火方便。
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图5-8 “秸秆菜秧—沼气工程”能源综合循环利用流程
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（3）末端高效热利用系统。在清洁供暖锅炉之后，茂源广发园区安装了温度、湿度实时监控及大棚单独控温装置，实现精确控制，有利于满足不同品种蔬菜生产和育苗温度需求。
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（4）与沼气工程联合运转。秸秆菜秧清洁供暖工程与园区沼气工程联合，形成一套农村能源综合循环模式。
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3．配套措施
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（1）工作措施。根据北京市农业局《北京市延庆区和河北省张家口市开展国家级农业废弃物综合利用试点市（区）创建（2016）》文件、生态农业园区创建、农业结构调转等相关文件要求，结合延庆区是北京市生态涵养发展区和北京市北菜园的功能定位，引进秸秆直燃供暖技术，打造延庆镇设施蔬菜园区秸秆循环利用模式。
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延庆区农村能源办公室与园区签订运行管理委托协议，明确资产归属，实行企业化运行，充分调动园区完善项目和管理项目的积极性。
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延庆设施蔬菜园核心园区北京茂源广发蔬菜专业合作社与蔬菜种植户签订《蔬菜秸秆收购协议》，以秸秆换有机肥获取秸秆。
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（2）技术措施。该项目的核心技术是秸秆清洁直燃供暖技术。该技术具有以下特点：
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①原料来源广，成本低，要求低。第一，该技术可以采用玉米、小麦、水稻秸秆，还可以采用花卉、茄果类蔬菜、林木、果树的秸秆、剪枝作为原料。第二，生物质成型燃料先将秸秆运回、粉碎、压制成型成为原料，成本高，价格高达约1000元/t。本核心技术仅需将各类秸秆简单打成捆即可入炉燃烧，成本约200元/t。第三，颗粒燃料要求秸秆的含水量为10%～20%或更加准确的范围内才能顺利压制成型。该核心技术对水分要求不严格，在30%左右即可。
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②燃烧技术先进。该核心技术引自欧洲，是半气化+返烧等先进燃烧技术的结合体，并结合中国农村实际加以改进升级。第一，其燃烧效率在80%左右，高于一般生物质锅炉。第二，其针对京津地区大气环保标准升级了除尘系统，采用重力和静电除尘，确保了环保达标。第三，该技术燃烧充分，焦油很少，环境友好性强。第四，其可编程逻辑控制器（PLC）自控系统，能够更加精确、科学控制燃烧过程，采集相关数据。第五，通过定制进料车，可实现一次性进料和连续进料，可与颗粒燃料自动进料体系相媲美。
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③设备型号齐全。单台锅炉可为200～10000m2温室、民用或公共建筑、养殖场等提供生活或生产采暖用能需要。
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（3）政策措施。该模式推广采用政府扶持，部门指导，园区为主体的方式进行，即北京市农业局、延庆镇政府给予政策或资金支持，延庆区农村能源办公室负责技术指导，园区作为技术引进、项目建设及运营管理、总体模式构建的主体。
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延庆区制定了《延庆区治理秸秆焚烧工作方案》和《延庆区秸秆综合利用实施方案》，将蔬菜秸秆纳入农业秸秆禁烧和综合利用补贴范畴。
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该区将园区列入“种植业生态标准园创建”“农业清洁生产园区创建”范畴，在后期农业废弃物收集体系建设中予以项目支持，并与2019年世界园艺博览会进行项目对接。
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4．推广情况
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（1）推广区域及面积。该项目在延庆镇设施蔬菜园区试验推广1年，进行了原料收集、打捆，燃烧及环保性能测试等。推广规模蔬菜1000亩，玉米500亩。
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（2）产生效益。该模式每年可消纳蔬菜残秧300～400t，玉米秸秆100～200t，减少冬季育苗和蔬菜种植增温用煤200～250t，减少有机肥使用50t左右，增加蔬菜产量70t左右，每年可产生经济效益40万元左右。
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该项目实施将为延庆区冬季蔬菜生产规模增加、园区生产无煤化、农业循环生产模式建立提供新的经验和模式，从而推动该区有机循环农业、都市型现代农业发展。
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该项目建成后可减少燃煤使用200t以上，减排CO2、SO2等污染物500t以上；通过节水、节肥、节农药有效减少园区地下水和土壤污染。
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5．适宜地区
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主要包括以下几个地区：
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（1）农村独立供暖的公共建筑（如乡政府、卫生院等），规模越大越好。
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（2）整体搬迁的新农村。
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（3）蔬菜种植规模较大或周边有秸秆，有温室，开展冬季蔬菜生产或蔬菜育苗的设施蔬菜园区。
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（4）周边有大量玉米种植，冬季需要增温的农村养殖场。
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案例三：河北省涞水县计鹿村新能源小镇多模式集成示范
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1．模式背景
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计鹿村隶属于涞水县赵各庄镇，为县级的生态文明新村。经市县农业部门组织申报，2016年河北省农业厅、财政厅联合下达批复，按照《2016年农业资源及生态保护补助项目实施指导意见》（冀农能发〔2016〕10号）要求，利用600万元省级财政资金在计鹿村建设清洁能源多模式集成示范“新能源小镇”。委托农业部规划设计研究院建设推广生光互补供热技术70户，清洁高效太阳能浴室108户，碳纤维远红外供暖系统20户，生物质壁炉20户，高效节能炕连灶16户，农林废弃物能源化处理工程1处；示范展示空气源热泵2户，太阳能异聚态热循环利用2户，太阳能-碳晶板供热1户；村口、公路边设置展牌，示范户门口悬挂铭牌等。
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2．模式内容
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（1）太阳能+储能式电暖器采暖（该系统组合实现了日间太阳能与夜间谷电的优势互补，日间太阳能充裕，主要利用太阳能热水向室内供热，而夜间太阳能热水温度持续降低，供暖能力下降；夜间恰是谷电时段，电价每千瓦时0.3元（禁煤区0.1元），启动储能式电暖器采暖，既满足夜间采暖，又能储能在日间供热，弥补日间阴天、雨雪等无日照天气太阳能热水系统无法启动的短板。
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图5-9 太阳能+储能式电暖器采暖
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（2）太阳能生光互补采暖。示范太阳能生光互补采暖70户，系统主要包括太阳能集热单元（含管路、配件）、热能补充单元（生物质炉）、室内散热单元（地埋管或风机盘管）、自动控制循环单元、防雷避雷单元等部分。系统实现智能控制，能够最大限度地环保、节能，全天候、全自动、低能耗、365d运行。按照平均每户供热面积为100m2计算，每户投资4万元，本项目总投资280万元。太阳能生光互补采暖如图5-10所示。
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图5-10 太阳能生光互补采暖
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（3）装配式太阳能浴室。示范装配式太阳能浴室108户，每户安装太阳能浴室1间，占地约2m2，太阳能浴室主要由屋顶太阳能集热装置、储热系统、循环控制系统、散热装置、洗浴设施、热量回收装置、计费器等部分组成。按照每户投资5000元计算，本项目总投资54万元。装配太阳能浴室户外效果如图5-11所示。
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图5-11 装配式太阳能浴室户外效果
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（4）碳纤维地板辐射采暖。示范碳纤维远红外地暖系统采暖20户，远红外地暖系统具有加热快、升温快等优越性，温度可根据自己所需随时调节，同时具有良好的耐油、耐蚀性能，适合各种环境使用，安装方便。碳纤维地暖系统主要由碳纤维电热线、温控器以及电线等辅材共同构成。以100m2供暖面积为例，碳纤维地暖系统安装成本约3万元/户，本项目总投资60万元。碳纤维地板辐射采暖如图5-12所示。
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图5-12 碳纤维地板辐射采暖
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（5）生物质壁炉采暖。示范生物质壁炉采暖20户，具有发热量大、升温迅速、燃烧完全、火势均匀、不冒黑烟、能源利用效率高等特点，并能实现全自动控制。主要建设内容包括红外线遥控装置、全自动送料和配风系统、燃烧炉、智能温控系统、自动清灰系统、不锈钢烟管等。以100m2供暖面积为例，生物质壁炉的安装成本约1.5万元/户，本项目总投资30万元。生物质壁炉采暖如图5-13所示。
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图5-13 生物质壁炉采暖
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（6）高效能炕连灶采暖。本项目基于计鹿村老年人习惯睡炕的现状，对老旧炕和新建居民房屋进行高效能炕连灶的替换和新建，全村共推广使用高效能炕连灶16户。主要建设内容包括节能炕组成结、下支柱、炕底板、炕墙、炕内支柱、炕内阻烟墙、炕内冷墙保温层、炕梢烟插板、炕面板等。按照平均每户投资3000元计算，总投资为4.8万元。高效能炕连灶采暖如图5-14所示。
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（7）生物质燃料生产利用。建设年产生物质削片燃料1000t的农林废弃物能源化处理工程1处，日产削片粉碎后的生物质燃料8t，设置专用料场，集中晾晒、削片粉碎、装袋、堆垛储存。建设堆料场、晾晒场、粉碎削片厂房500m2；配套抓车1台，削片粉碎机1台，计量包装设备1台，总投资30万元。
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（8）空气源热泵采暖。具有高安全、高节能、寿命长、不排放毒气等诸多优点，寿命一般可以达到15～20年。本项目主要建设内容包括空气源热泵机组（压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器）、蓄热水箱、控制器、水泵、管路等。以100m2供暖面积为例，空气源热泵技术安装成本约4.9万元/户。本项目共示范展示空气源热泵技术2户，总投资9.8万元。空气源热泵采暖如图5-15所示。
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图5-14 高效能炕连灶采暖
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图5-15 空气源热泵采暖
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（9）太阳能异聚态采暖。热循环系统主要由聚热板、循环主机、地热盘管/风机盘管/散热器、温控面板以及辅材构成。以100m2供暖面积为例，太阳能异聚态系统（EDT）安装成本约为4.9万元/户。本项目共计示范展示太阳能异聚态系统2户，总投资9.8万元。太阳能异聚态采暖如图5-16所示。
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图5-16 太阳能异聚态采暖
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（10）太阳能+碳晶电热板供暖。本系统主要建设内容包括太阳能集热单元（含管路、配件）、热能补充单元（碳晶板供热）、室内散热单元（地埋管或风机盘管）、自动控制循环单元、防雷避雷单元等。以100m2供暖面积为例，太阳能+碳晶电热板供暖安装成本约8万元/户，项目总计1户，总投资8万元。
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（11）新业态宣传展示。新能源小镇科普展示牌的供电系统不依赖外部电网供给，而是采用微型太阳能光伏发电系统实现完全自供电。主要建设内容包括LED高清电子显示屏、太阳能电池板、锂离子蓄电池、光控开关、高亮节能LED灯模组、彩色招牌喷布、专用展示支架等。科普展示及宣传费用65万元。新业态宣传展示如图5-17所示。
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图5-17 新业态宣传展示
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3．示范效果
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通过本项目的实施，全村实现新能源节能技术全覆盖，太阳能浴室全覆盖，主要街道和广场实现新能源（含节能）科普展牌全覆盖；全村林木生物质燃料产量1000t，太阳能取暖面积13000m2，实现化石能源替代85%以上；公共服务用能中生物质能、太阳能等可再生能源使用率高于90%；年减排CO2286t以上，减排SO22.64t以上。本项目使村容村貌得到较大提升，人居环境得到改善，实现绿色能源替代传统化石能源，对周边村镇新能源技术发展推广起到示范带动作用。建设新能源小镇不单纯以能源供应为目标，同时将乡村旅游发展、人居环境改善等融入进来，打造绿色休闲旅游产业，提升农民生活幸福指数，拓深乡村旅游潜力，为当地脱贫摘帽奠定基础。煤改电、煤改太阳能取暖等技术模式示范效果明显，村容村貌得到较大提升，人居环境得到改善，实现绿色能源替代传统化石能源，对周边村镇新能源技术的示范带动起到很好的推动作用。
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4．适宜地区
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该模式适宜于太阳能资源比较丰富的地区。
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案例四：烟台蓬莱市畜禽粪污资源化综合利用生态循环农业模式
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1．模式背景
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蓬莱农业、畜牧业、水产业发达，苹果种植面积达30万亩，年产量20多万t，12个品种处于全国领先水平，年出口量5万多t。葡萄种植面积12万亩，年产量12万t。蔬菜面积6万多亩，其中大棚蔬菜面积3万多亩，年产各类蔬菜30万t。肉食鸡是畜牧业的“拳头”产品，年屠宰加工肉食鸡1300万只，出口肉食鸡产品2.5万t以上。蓬莱市水产品总量达38万t，年出口10万t以上。
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图5-18 畜禽粪污资源综合利用流程
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图5-19 畜禽粪污资源综合利用现场
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山东民和牧业股份有限公司随着企业规模的扩张，每天产生大量鸡粪、污水，利用公司的鸡粪资源，通过自主创新以及研发力量的投入，形成“健康养殖—畜禽废弃物集中处理—沼气高效制备—沼气发电+沼气提纯-沼液资源化利用—有机种植”一条完整的循环生态农业产业链，实现畜禽废弃物的最佳处理，形成无污染、零排放、高收益的循环生态农业模式。目前，公司年产沼气3600万m3，年产固态生物有机肥5万t、有机水溶肥16万t。
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2．配套措施
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（1）技术措施。山东民和牧业股份有限公司的粪污沼气发电项目实现了国内首个特大型热、电、肥、温室气体减排四联产的“集中式粪污沼气处理”模式工程。该工程采用“原料分散收集—集中沼气处理—沼气发电—沼肥分散消纳”的废物处理模式，将公司3个区域28个分散养殖场的鸡粪集中处理。该处理模式实现畜禽废弃物的资源化再利用，推进公司规模化清洁养殖生产体系的稳定运行；同时，形成了以沼气为纽带的热、电、肥、温室气体减排四联产模式，是国内唯一实现365d稳定运行5年的大型沼气发电项目。该项目日处理鸡粪500t，污水300t，日产沼气3万m3，日发电并网60000kW·h，年并网发电超过23000000kW·h。山东民和牧业股份有限公司沼气发电项目，还被纳入清洁发展机制（clean development mechanism，CDM）项目范围。2006年10月17日，该公司与世界银行达成了CDM购买意向协议；2007年3月22日，国家发展和改革委员会正式批复该项目为清洁发展机制项目。该项目是目前国内农业领域唯一在联合国注册成功的CDM项目，通过处理、发酵、沼气净化、贮存、发电技术，实现污染物的零排放和温室气体减排。年减排CO2超过8万t，年获600万元减排收益。实现了良好的经济、社会及生态效益，为循环农业节能减排提供模式；对我国沼气工程起到积极的示范作用；为保证国家环境安全树立国际良好形象；对国内（外）畜禽行业及循环农业发展起到积极推动作用。
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山东民和牧业股份有限公司沼气提纯生物天然气工程，以养殖产生的粪污为主要原料，同时研究多元物料混合发酵生产沼气，沼气经高效提纯工艺提纯生物天然气，并实现生物天然气车用、工业用、入天然气管网以及农村集中供气等多元化模式。该生物天然气工程年产粗沼气2500万m3，年产生物天然气1500万m3，年回收热电联产机组余热相当于1.5万t标准煤，节省能源，成功实现了节能减排。该工程采用“原料分散收集—集中沼气处理—生物燃气—沼肥分散消纳”的废物处理模式。该项目实现了沼气工程的多元化，多元物料的混合发酵。不仅扩大了发酵原料来源，保证沼气工程的成功运行，更重要的是，还可以很好地处理除畜禽粪便以外的废物，如畜产品加工过程中产生的废弃物，有机种植业产生的秸秆等废弃物，城市、农村生活垃圾等，使这些废弃物变废为宝，成为新能源，以生物燃气模式成功地完成物质与能量的循环利用，为循环农业开辟一条崭新的道路。
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山东民和牧业股份有限公司筹建了沼液浓缩工程，该项目工程在国际上率先突破了工程化沼液浓缩的技术瓶颈，解决了沼液处理难度大、膜堵塞严重、难以实现高倍浓缩的技术难题。首次将鸡粪发酵产生的沼液，通过高效浓缩工艺工程化实现了沼液深度开发和利用，成功制备出了浓缩沼液，解决了沼液用量大、运输难的问题，使沼液节省工程建设与运输费用减少，实现了浓缩沼液可在全国乃至全球进行销售，实现了养殖业与种植业的良性互动。另外，该项目中除生产浓缩沼液——“新壮态”植物生长促进液外，还排放大量的水，而这部分水，又重新回到鸡舍，用于鸡舍的冲刷，成功实现了无污染、零排放的目标，实现了水资源的良性循环利用，是国际沼气工程行业发展的样本工程。
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（2）政策措施。“十二五”以来，国家及地方先后出台了一系列政策鼓励发展畜禽养殖废弃物的综合利用，从而为我国环境保护和资源节约工作的快速进行奠定了基础。《山东省人民政府关于加快发展现代畜牧业的意见》中提到，山东省政府将在财政税收、金融贷款乃至相关政策等多方面向畜牧业行业中的重点企业进行扶持，因为加快畜牧业的发展将是山东省政府在“十三五”期间的工作重点之一。沼气产业作为畜牧业发展的延伸，畜牧业的发展为其打下了良好的发展基础，而相关沼气产业的政策支持为其自身的发展增加助力。不仅如此，我国在“十三五”期间还将开展多项尝试性的项目，例如，以提供补贴的方式鼓励更多资本进入到沼气利用，热能回收相关行业，发展绿色生产机制，对沼气处理环保工程，能源利用和肥料生产等目标进行整合，为落实可持续发展做准备。
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3．推广情况
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山东民和牧业股份有限公司通过以沼气工程成功运行为纽带，实现了畜禽养殖业与种植业的完美结合，公司为农户提供优质沼液肥料，并与蓬莱农业局合作在蓬莱市刘家沟镇南吴家村建设1000亩“省级沼液有机种植生态园”；有机叶面肥成果已经在全国推广示范，示范面积10万亩，形成沼液使用技术培训基地1座，并且建立了完善的技术服务体系，集中对种植户进行专业的技术指导，使农业资源往复多层与高效流动，以此实现了节能减排与增收的目的，促进畜禽养殖业与现代化农业的可持续发展，实现零废弃物的生产和提高资源利用效率的农业生产方式。
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4．适宜地区
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各地区结合当地的实际情况，借鉴山东民和牧业股份有限公司循环农业经验，开拓出适合本地的循环农业模式，最终实现当地的畜禽养殖业与种植业共同发展的良好局面。从已建生态工程中总结经验，吸收国内外沼气工程成功运行的技术精髓，引进新工艺、新装置，进一步提高整个环节的效益，使整个循环系统高效、良好持续地运行。
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第六章 青藏高原严寒地区
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一、区域概况
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本区包括青海省和西藏自治区，土地总面积191.96万km2，占全国土地总面积的20.19%；2015年耕地总面积103.14万hm2，占全国耕地总面积的0.76%；2015年末总人口912.40万人，占全国总人口的0.66%，其中农村人口526.55万人，占该地区总人口的57.71%。
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该地区地势高亢，年平均气温低，多在-6～3℃；冬季严寒，暖季温凉，最热月平均气温也不高，低于25℃，积温少。高原上不仅最冷月平均气温比我国东部同纬度地带低，最热月的极端最低气温也多在0℃以下，因此，霜冻在任何月份都可能发生，基本没有绝对无霜期。特别是青藏高原中部，稳定在≥0℃日数仅100d左右，≥0℃积温<500℃，最热月平均气温<6℃。本区各地的太阳辐射能年总量为58×108～87×108J/m2，为我国辐射能的高值区。<0℃的天数为80～200d，大多数区域需要3个月以上的取暖时间。
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青藏高原严寒地区生物质资源较为稀少。2015年，该区农业废弃物资源总量仅为3444.16万t，占全国农业废弃物资源总量的1.89%，居全国七大区末位。其中，可用于新型能源化利用的资源量（干重）504.81万t，占全国农林废弃物新型能源化可获得总量的0.91%，居全国七大区最末位；秸秆、畜禽粪尿、林木剩余物（均为干重）分别占比24.15%、36.82%和39.03%。
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二、农村能源发展现状与问题
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（一）农村能源利用结构
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1．青藏高原严寒地区是全国农村生活能源利用水平最低的地区
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青藏高原严寒地区农村生活能源包括煤炭、太阳能、成品油、秸秆、电力、薪柴、沼气、天然气等多种类型，但总体利用水平很低。2015年，该区农村生活用能149.66万t.ce，仅占全国农村生活用能利用总量的0.58%，位居全国七区中的最末位，位居第一位的长江中下游夏热冬冷地区的农村生活用能是其农村生活用能总量的44.6倍。煤炭是青藏高原严寒地区农村生活中利用量最高的能源，占本区农村生活能源利用总量的1/3以上，但也仅占全国同类能源利用总量的1.15%（图6-1、图6-2、图6-3）。
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图6-1 青藏高原严寒地区农村生活能源利用构成及数量
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图6-2 2015年青藏高原严寒地区农村生活能源利用结构
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图6-3 2015年青藏高原严寒地区农村生活能源利用量占全国农村地区同类生活能源利用量的比例
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青藏高原严寒地区人均生活用能水平也为全国最低。该区农村能源人均消费量为284.23kg.ce，比全国425.24kg.ce的人均水平低33.16%，是全国人均生活用能量最低的地区。人均商品能源消费量和人均非商品能源消费量也都为全国各区中的最低水平，分别为163.25kg.ce和120.98kg.ce，分别比全国人均水平低24.67%和41.99%（图6-4）。
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图6-4 2015年青藏高原严寒地区农村生活能源人均利用水平
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2．青藏高原严寒地区农村生活商品能源利用以煤和成品油为主
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青藏高原严寒地区农村生活利用的商品能源以煤炭和成品油为主，2015年年度利用量分别为57.67万t.ce和17.12万t.ce，分别占其商品能源利用总量的67.08%和19.91%，两者合计达86.99%；其次是电力和天然气，分别占其商品能源利用总量的9.88%和3.12%（表6-1）。
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表6-1 2015年青藏高原严寒地区农村生活商品能源利用量
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表6-1 2015年青藏高原严寒地区农村生活商品能源利用量（续）-1
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与全国其他地区相比，该区农村生活利用的各类商品能源中，煤炭占全国农村生活同类能源利用量的1.15%，天然气、成品油、电力分别仅占全国农村生活同类能源利用量的1.20%、0.51%和0.22%，均处于很低的水平（图6-3，表6-1）。
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3．青藏高原严寒地区农村生活非商品能源利用以秸秆和太阳能为主
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青藏高原严寒地区农村生活利用的非商品能源以秸秆和太阳能为主，2015年二者的利用量分别为16.10万t.ce和34.70万t.ce，分别占该地区非商品能源利用总量的25.27%和54.47%，两者合计占比达到79.74%；其次是薪柴，占该地区非商品能源利用总量的11.77%；沼气利用量最小，仅占8.48%（表6-2）。
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表6-2 2015年青藏高原严寒地区农村生活非商品能源利用量
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与全国其他地区相比，青藏高原严寒地区农村生活利用的各类非商品能源中，太阳能占全国农村生活同类能源利用量的比例最高，为3.26%；利用的沼气、秸秆、薪柴在全国处于较低水平，分别仅占全国农村地区同类能源利用量的0.51%、0.36%、0.13%（图6-3，表6-2）。
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（二）可再生能源发展现状
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1．生物质能
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（1）沼气。受青藏高原严寒天气影响，青藏高原户用沼气在全国各区中发展规模最小。2015年，户用沼气池年末累计为41.27万户，仅占全国总数的0.98%；2015年利用20.83万户，占全国利用户数的0.62%；总产气量7357.04万m3，占全国总产气量的0.60%；年户均产气量353.19m3，相当于全国年户均产气水平的96.77%（表6-3）。
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表6-3 2015年青藏高原严寒地区地区农村户用沼气池发展情况
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该区沼气工程数量、年产气量、供气户数均居全国各区最低水平。截至2015年，全区沼气工程247处，仅占全国沼气工程总数的0.22%；总池容3.81万m3，占全国总池容的0.20%；年产气量为231.27万m3，占全国总年产气量的0.09%；未发展沼气发电（表6-4）。
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表6-4 2015年青藏高原严寒地区农村沼气工程发展情况
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（2）秸秆新型能源化利用。青藏高原严寒地区秸秆资源稀少，秸秆新型能源化处于起步阶段，在七大区中发展水平处于末位。2015年末，该区仅有4处秸秆沼气集中供气工程，且处于停运状态；尚未发展有秸秆热解气化、秸秆固化炭化成型等新型能源化利用模式。
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（3）省柴节煤炉灶炕。青藏高原严寒地区省柴节煤灶、节能炉有所发展，目前全部集中在青海省。截至2015年末，该区发展省柴节煤灶81.56万台，约占全国总省柴节煤灶的0.71%；节能炕为3.66万铺，约占全国总节能炕的0.20%；节能炉14.27万台，约占全国总节能炉的0.45%；尚未建成燃池（表6-5）。
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表6-5 2015年青藏高原严寒地区省柴节煤灶与节能炕情况
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2．太阳能
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青藏高原严寒地区太阳能利用处于全国较为领先的地位。2015年，该区太阳能热水器年末累计53.53万台，占全国太阳能热水器总数的1.17%，户均太阳能热水器约为0.38台，居全国七大区第二位，仅次于华北平原寒冷地区；太阳灶648322台，占全国太阳灶总数的27.86%，仅次于西北内陆严寒与寒冷地区；太阳房年末累计36311处，占全国太阳房总数12.50%，居全国七大区第四位；太阳房占地496.85万m3，在全国七大区中排位第二（表6-6）。
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该区小型光伏发电发展较为迅速，尤其是在牧区应用更为普遍。2015年末，该地区小型光伏发电站累计达到51464处，占全国的14.72%；装机容量2524.11kW，占全国的1.18%。
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3．风能
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青藏高原严寒地区小型风力发电水平迅速。目前，该区小型风力发电年末累计1308处（未统计西藏），约占全国小型风力发电总数的1.19%；户均小型风力发电约为9.26处/万户，在全国七大区中居首位；装机容量达130.8kW（未统计西藏），约占全国装机总量的0.38%。
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4．水能
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青藏高原严寒地区微型水力发电有一定的基础。目前，该区微型水力发电年末累计290处，约占全国微型水力发电总数的1.00%；装机容量为8780kW，约占全国装机总容量的9.65%。
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（三）农村能源发展存在的问题
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1．农村生活用能效率低
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由于西藏特殊的地理位置，高寒缺氧，取暖期长，用能设备落后，造成热能转换效率低，能源消耗多，农牧区生活能耗远高于内地农户用能的平均利用水平。孙永龙对甘南高原农村家庭能源利用研究表明，长期以来农牧民主要依赖畜粪、薪柴、秸秆等传统生物质能，占人均能源利用总量比例为82.33%，其中畜粪就占65.33%。总的来看，农牧村家庭能耗水平高，人均为996.05kg.ce，但能源品质差，综合热效率只有18.77%，大部分家庭能源利用还停留在满足基本生存需求的状态。
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表6-6 2015年青藏高原严寒地区太阳能热利用情况
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2．人均商品能源利用量低
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城镇化发展水平不高，农牧民居所游离分散，不利于能源基础设施的规划与布局。人均商品能源消费量为163.25kg.ce，比全国人均水平低24.67%。大量烧畜粪用作燃料，不仅严重影响居室的环境卫生，致使西藏农村的卫生状况长期以来得不到根本改善，而且还破坏了大农业生态平衡。
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3．人均清洁能源比例低
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在广大农牧区，薪柴、秸秆、牛粪等至今仍是最主要的生活用能资源，清洁能源利用水平低、发展较慢，清洁能源占总生活用能的比例很低。人均非商品能源消费量为120.98kg.ce，比全国人均水平低41.99%，是我国非商品能源人均利用量较低的地区。此外，由于水能、生物质能和太阳能等能源资源受季节影响大，造成农村能源供应的可靠性较差。
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三、农村能源发展战略方向与目标
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（一）发展战略方向
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1．因地制宜推广新能源新技术使用
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在森林覆盖率较高、退耕还林和天然林保护的林芝和昌都的大部分地区，积极发展中、小、微型水电站，构建常年运转、稳定出力、布局合理、保障有力的电力系统。同时兼顾发展沼气和太阳能；在“一江两河”地区主要沿江河谷农区，使太阳能和小水电并重，兼顾沼气的发展；而在较为干旱的阿里、那曲全部、昌都和“一江两河”地区的高海拔部分县，配合“阳光计划”重点发展太阳能，兼顾发展小水电，形成西藏农村能源多能互补、综合利用、协调发展的总体格局。
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2．推动水能、风能发电利用
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支持边远缺电离网地区因地制宜、合理适度地开发小水电，重点扶持少数民族贫困地区小水电扶贫开发工作。综合考虑地质条件、资源潜力及应用方式，在青藏铁路沿线、西藏高温地热资源分布地区，新建若干万千瓦级高温地热发电项目。在解决现有弃风问题的基础上，结合电力供需变化趋势，在青海建设大型风电基地。在资源条件好、具备消纳条件、生态条件允许地区的太阳能热发电基地，因地制宜推进太阳能热发电示范工程建设。在风能、太阳能资源富集地区，统筹考虑送端地区风电、光伏、光热、抽水蓄能等各类资源互补调节能力，研究规划新增外送输电通道，统筹送端资源和市场，充分发挥受端调节作用，实现高品质新能源资源在更大范围内的优化配置。推广户用风光互补发电系统，在无电地区建设光伏电站。
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3．多能互补改变炊事、取暖习惯
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在农民聚集区加快电力、液化气等商品能源普及力度。针对牧民习惯使用畜粪燃料的特点，在定居点推广畜粪固体燃料等技术，提高畜粪燃烧的热效率。广泛利用被动式太阳房技术解决农牧民、学校、医院等冬季采暖问题，改善农牧民生活质量、学生学习环境。
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（二）发展目标
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（1）以清洁能源利用为纽带，治理藏区农村“脏、乱、差”的村容村貌，改善农牧民生活质量，实现农村能源“因地制宜、多能互补、实现均衡、协调发展”的格局。
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（2）清洁能源在农牧户生活用能中的比重不断提高，退耕还林、退牧还草农牧户因生活燃料短缺而破坏植被的现象得到有效遏制。
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（3）偏远藏区乡村农牧民的照明、看电视等用电基本得到解决，部分藏区乡村小学、卫生院等公益性设施实现太阳房改造。
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（4）逐步建立起四省藏区农村清洁能源乡村技术服务体系。
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四、区域模式综述
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（一）模式名称
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青藏高原严寒地区以“生物质（一炉一灶）+太阳能”为主的“2+X”多能互补模式。
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（二）模式内涵
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该模式中的“2”是指生物质能（一炉一灶）和太阳能，即针对藏区能源利用效率低的问题，重点推广一炉一灶和太阳能模式。“X”是充分发挥区域资源优势，以发展风能、水能作为补充。
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一炉一灶，是指针对藏区农牧民使用老式藏炉，费柴、费力、费钱且污染环境的实际情况，开展一灶一炉温暖工程建设，基本建设单元为每户安装“一灶”和“一炉”，即包括安装一台太阳灶（1.5m2以上）和一台藏式高效低排放生物质炉。
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太阳能模式主要是指推广户用太阳能光伏电源系统，解决牧民照明用电。其建设内容主要是为牧户安装60W以上太阳能电池板。此外，要因地制宜推广太阳能热水器、户用太阳房和太阳能校舍技术。
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（三）模式特点
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（1）该模式充分发挥了青海、西藏的资源优势。青海、西藏海拔高、太阳辐射强，充分开发太阳能有利于发挥优势，降低成本，改善农村能源结构。
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（2）该模式与保护生态环境紧密结合。发展高效生物质炉、太阳能热水器、户用及学校太阳房，可有效地提高燃烧效率，提高热能，降低秸秆、牛粪、草皮的消耗量，保护草原生态环境，促进农牧业可持续发展。
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（3）该模式以农户为基本单元，太阳能热水、户用太阳房等均以农户为基本单元，满足一家一户的生产生活用能，而且适用于牧民帐篷内的生活用能。
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（四）模式技术要点
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1．一炉一灶
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高效低排放生物质藏炉，由炉盖、进料口、清灰斗、观察孔、散热装置、储藏箱、进风孔、出烟道组成，其特征在于炉盖直接扣在炉口上，清灰斗设置在炉体的下部，清灰斗的上面设置有进料口，在进料口的上方设置有观察孔，散热装置设置在炉子的两侧，在炉子的后方设置有出烟道，在炉子的底部设置有二次风孔，在炉子的四周设置有防护网。该技术设计合理，安全环保，使用方便，用途广泛，能耗少，成本低，结构简单合理。由于采用半气化燃烧方式，一、二次风配置合理，故燃料燃烧充分，热效率高，污染物排放低。经检测，炉具的综合热效率为88.8%，烟尘排放浓度为22mg/m3，达到了高效低排放的要求，是对传统老式藏炉的一次技术革新。
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2．太阳房
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根据青海藏区测定，附加阳光太阳房在整个采暖季室内平均温度为16.8℃，最冷天室内最高温度为11.5℃左右，最冷天室内最低温度为9～10℃。
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3．风光互补小型电源工程
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太阳能光伏发电、小型风力发电是当前解决青藏高原无电地区广大农牧民生活用电问题的重要方式，适合青藏高原一般游牧牧民家庭以及乡村卫生院、寄宿学校、公路道班、气象站、边防哨所、野生动物保护站等使用。小型户用风光互补发电系统一般由微型风力发电机组（200～2000W）、太阳能光伏组件（40～400Wp）、蓄电池组、逆变（控制）器和用电负荷组成，对一些用电要求较高的场合，还应配置监测系统工作参数的监测设备。常用的小型风力发电机额定功率为200～2000W，逆变器和控制器是风光互补发电系统的一个重要组成部分，逆变器输出功率一般要大于风光互补发电系统的总功率。根据风光互补发电系统的特点，其储能电池必须选择长寿命设计、自放电率低的蓄电池，既有额定电压12V的开口式铅酸蓄电池，也有额定电压2V的阀控式密封铅酸蓄电池，更具有系统中风力发电机和单晶硅电池组件的输出电压等级，组成所需要的蓄电池组，其容量须根据系统中风电和光电的组成比例及安装地点的太阳能资源状况确定。
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（五）适用范围
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该模式适用于青藏高原，包括西藏、四川藏区、青海藏区、甘肃藏区、云南藏区，被动式太阳房广泛应用于家庭、学校、机关办公楼、养殖等方面。一炉一灶广泛适用于青藏高原农牧民家庭，小型户用风光互补发电系统适用于青藏高原一般游牧民家庭以及乡村卫生院、寄宿学校、机关办公楼、公路道班、气象站、边防哨所、野生动物保护站等。
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五、典型案例
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案例一：青海藏区“一炉一灶”温暖工程
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青海藏区拥有丰富的生物质资源，农牧民的生产生活用能主要依靠烧薪柴或牛粪，但是燃烧一直沿袭传统的直燃方式，燃烧不充分，烟熏火燎，而且藏区采暖期长，燃料浪费严重。据统计，藏族群众户均每年要烧掉薪柴或牛粪20t，相当于每户每年要砍掉5亩成材林。针对藏区农牧民使用老式藏炉，费柴、费力且污染环境的实际，农业部于2007年在青海、四川、甘肃、云南4省的藏区启动“一灶一炉”温暖工程，其中“一炉”指的就是高效低排放生物质藏炉，“一灶”是指太阳灶。把藏区“一灶一炉”温暖工程建成新农村建设的重要公益性项目，实现经济效益、社会效益和生态效益统一。
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“一灶一炉”温暖工程项目的实施，极大地改善了当地群众落后的生产生活方式，每户年均可以节约燃料30%～40%，即半农半牧区每户年均节约薪柴3～5t；牧区每户年均节约干牛粪4～7t。大力推广这种新型生物质藏炉，不仅可以解决藏区广大农牧民生产生活用能问题，还可以提高农牧民生活质量，有效保护生态环境，促进藏区的节能减排。
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案例二：西藏“户用风光互补小型电源工程+太阳能温暖工程”
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西藏全区尚有一些无电村，广大无电地区的农牧民群众仍然只能靠点酥油灯、煤油灯照明。而且牧民夏季放牧转场，更没有照明设备。太阳能光伏发电、小型风力发电是当前解决青藏高原无电地区广大农牧民生活用电问题的重要方式。
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太阳能和风能具有一定的互补性，特别是海拔较高的青藏高原，太阳能和风能资源均十分丰富，由于一年四季中太阳辐射值最高的月份是每年4～9月，而风力发电丰富的月份是当年10月至次年4月，这为组成太阳能风能互补发电系统提供了良好的基础。
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西藏太阳能推广示范工程突出成效。现在，西藏的太阳能资源已被广泛应用在照明、通信、广播电视、提水灌溉、取暖等生产生活的各个方面，使用和驾驭光能的技术日趋精进和多样化。太阳灶、太阳能热水器等已深入到千家万户，不仅提高了人们的生活质量，而且减少了对环境的破坏。截至目前，国家累计投入资金超过40亿元，在西藏实施了总装机容量达到180MW的光伏项目，直接或间接地解决了无电或缺电地区60万以上人口的用电问题。
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西藏太阳能热水器利用技术主要分为太阳能家用热水器、集中式太阳能热水器、太阳能集中供暖3个方面。比如某农户家里用了十几年的一台120L的太阳能热水器，可以满足一家三口人洗澡和其他生活用热，每年节约用电近1000kW·h，换算一下，相当于节约了400kg以上的煤，减少CO2排放1000kg。太阳能热水器除广泛应用于西藏的普通家庭外，一些小区、宾馆采用了与建筑物相结合的集中供热技术进行大面积热水供应，这种热水系统操作更加方便，便于管理，热利用率更高，成本更加低廉，深受大众的欢迎，使用安全可靠。目前西藏太阳能热水器推广面积已达45万m2。太阳能暖房在西藏的应用主要是附加阳光间式被动式太阳房，已经在拉萨、那曲、阿里、日喀则、山南等地推广了大量的被动式太阳房，广泛应用于家庭、学校、机关办公楼、养殖等方面，推广被动式太阳房约42万m2。据测算，被动式太阳房比普通房屋冬季室内温度提高5～10℃；每平方米建筑在采暖期可节约20～40kg标准煤。以拉萨为例，供暖期为149d，一栋建筑面积为100m2的建筑物改造为被动式太阳房，每年在采暖期可节约3.5t标准煤，换算为薪柴约为5.5t，换算为蓄粪约为5.8t。年节约供暖开支约2000元，具有明显的经济效益和生态效益。被动式超低能耗绿色建筑太阳能技术的应用和主动式太阳能供暖项目也正在西藏示范推广。
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第七章 长江中下游夏热冬冷地区
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一、区域概况
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本区域包括上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南7个省份，土地总面积92.51万km2，占全国土地总面积的9.37%；2015年耕地面积2510.40万hm2，占全国耕地面积的18.60%；2015年末总人口39274.33万人，占全国总人口的28.57%，其中农村人口15970.30万人，占总人口的26.46%。
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长江中下游夏热冬冷地区属北亚热带和中亚热带气候，最冷月平均气温在0～11℃，年极端最低气温在-10～0℃，大于0℃积温5500～7000℃。本区冬季较为阴冷，在长江-淮河之间1月前后需要取暖。本区太阳辐射强，日照时间长，全年总辐射量在50×108～67.0×108J/m2，全年日照时数在2800～3200h。
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长江中下游夏热冬冷地区生物质资源丰富。2015年，该区农业废弃物资源总量（干重）达到40408.69万t。其中，可用于新型能源化利用的农业废弃物资源量14766.70万t，超过全国总量的1/4，位居七大区首位。在这些可用于新型能源化利用的农业废弃物资源中，秸秆、畜禽粪便和林木剩余物（均为干重）各自所占的比重分别为70.19%、16.13%和13.68%。
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二、农村能源发展现状与问题
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（一）农村能源利用结构
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1．长江中下游夏热冬冷地区农村用能结构多样化，商品能源和非商品能源各占半壁江山
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长江中下游夏热冬冷地区农村生活能源较为多样，其利用量占全国农村生活能源利用总量的26%。其中，商品能源和非商品能源各占半壁江山，薪柴、成品油、电力、秸秆等能源使用较为广泛。2015年，该地区农村生活能源利用总量6672.42万t.ce，成品油、电力、煤炭能源利用的比例分别为18.46%、17.61%和12.36%，合计比重达到48.43%；薪柴、秸秆、沼气、太阳能能源利用的比例分别为23.26%、17.54%、3.49%和5.24%，合计比重达到49.53%（图7-1、图7-2）。
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图7-1 2015年长江中下游夏热冬冷地区农村生活能源利用构成及数量
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图7-2 长江中下游夏热冬冷地区农村生活能源利用结构
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2．商品能源以成品油和电力为主，非商品能源以薪柴、秸秆为主
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该地区商品能源利用中，成品油、电力和煤炭位居农村商品能源的前三位，其利用总量分别为1232.05万t.ce、1174.83万t.ce和825.03万t.ce，三者分别占本区农村商品能源利用总量的36.59%、34.89%和24.50%。天然气及其他能源利用量135.11万t.ce，占该地区商品能源利用总量的4.03%，其中天然气利用量仅占该地区商品能源利用总量的0.99%（图7-1、图7-3）。
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该地区非商品能源利用主要为秸秆、薪柴、沼气和太阳能，其中薪柴和秸秆利用量分别为1552.20万t.ce和1170.50万t.ce，分别占该地区非商品能源利用总量的46.97%和35.42%，两者之和占该地区非商品能源利用总量的82.39%；太阳能和沼气利用总量分别为349.50万t.ce和232.80万t.ce，分别占全区非商品能源利用总量的10.57%和7.04%（图7-1、图7-4）。
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图7-3 长江中下游夏热冬冷地区农村商品能源利用总量及构成
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图7-4 长江中下游夏热冬冷地区农村非商品能源利用量及构成
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3．人均生活用能略低于全国平均水平，人均商品能源、非商品能源利用量与全国平均水平相当
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2015年，长江中下游夏热冬冷地区农村生活能源利用总量6672.42万t.ce，人均农村生活用能为417.80kg.ce，略低于全国农村生活平均用能水平。商品能源利用量3367.42万t.ce，占全国农村商品能源利用总量的25.75%，人均商品能源利用量为210.86kg.ce，与全国平均水平相当；非商品能源利用总量3304.90万t.ce，占全国农村生活用能非商品能源的26.26%，人均非商品能源利用量为206.94kg.ce，与全国平均水平持平（图7-5、图7-6）。
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图7-5 2015年长江中下游夏热冬冷地区农村生活能源利用水平
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图7-6 2015年长江中下游夏热冬冷地区农村生活能源人均利用水平
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该区农村生活能源中，液化天然气、油品、电力、秸秆、太阳能、薪柴利用量占全国农村生活同类能源利用量的比例较高，热力利用比例最低。该区农村生活利用的液化天然气、成品油、电力、秸秆分别占全国农村生活同类能源利用量的100%、36.65%、30.05%、25.90%，皆高居全国七大区农村生活同类能源生活用量的首位；农村生活利用的薪柴占全国农村生活同类能源利用量的26.13%，居全国七大区第二位，仅次于西南四季温和地区；太阳能占全国农村生活同类能源利用量的32.83%，仅次于华北平原寒冷地区；煤炭、沼气、天然气、电力等能源的利用量占全国七大区各类能源总利用量的比例均高于8%，其中，该区的热力利用比例仅为全国七大区的5.00%（图7-7）。
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图7-7 2015年长江中下游夏热冬冷地区农村生活能源利用量占全国农村地区同类能源利用量的比重
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（二）可再生能源建设
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1．风能
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近年来，长江中下游夏热冬冷地区以小型风力发电为主的风能平稳发展，截至2015年末，该区小型风力发电站累计达到6771处，居全国七大区第二位；装机容量1847.01kW，居全国七大区第三位；电站年末累计数量和装机容量分别占全国总量的6.14%和5.35%。从小型风力发电站数量上看，江苏和湖北最多，两省合计达到5912处，占该区小型风力发电站总数的87.31%；从装机容量上看，江苏和浙江最高，两省合计达到1227.79kW，占该区小型风电总装机容量的66.47%（表7-1）。
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表7-1 2015年长江中下游夏热冬冷地区小型风力发电情况
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2．太阳能热利用
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近年来，长江中下游夏热冬冷地区太阳能热水器发展迅速，已经实现了产业化和市场化。截至2015年底，该地区累计推广太阳能热水器1620.04万台，面积2909.97万m2，占全国热水器数量和面积比重均超过1/3。其中，江苏太阳能热水器2015年末累计达到531.94万台，面积860.11万m2，均居全国第二位，安徽、浙江的太阳能热水器数量分别位居全国4、5位。太阳灶、太阳房、太阳能校舍发展较为缓慢，三者数量分别仅占全国的0.002%、0.09%和0.47%。
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近些年，太阳能光伏发电也取得了较快发展。2015年末，该地区小型光伏发电站累计达到13074处，约占全国小型光伏发电站总量的3.74%。装机容量达到186539.42kW，居全国七大区之首，占全国装机总容量的87.52%（表7-2）。
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表7-2 2015年长江中下游夏热冬冷地区太阳能热利用情况
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3．沼气
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受养殖规模大、沼气技术日渐成熟等因素影响，长江中下游夏热冬冷地区沼气发展迅速，尤其是大中型沼气工程处于全国领先水平。2015年，该地区户用沼气池年末累计900.63万户，占全国累计数的21.48%；本年利用732.54万户，占全国年本年利用户数的21.67%；年总产气量263464.80万m3，占全国总产气量的21.35%；年户均产气量为359.66m3，相当于全国产气平均水平的98.54%（表7-3）。
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表7-3 2015年长江中下游夏热冬冷地区农村户用沼气池发展情况
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该地区沼气工程数量、年产气量、年发电量等均居全国领先水平。2015年末，该地区建成沼气工程累计达56531处，占全国的51.02%，年产气量62560.59万m3，占全国的24.77%，供气户数68.73万户，占全国的32.86%，年发电量19292.45万kW·h，占全国的33.71%（表7-4）。其中浙江沼气工程累计达到10798处，居全国首位。
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表7-4 2015年长江中下游夏热冬冷地区农村沼气工程发展情况
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4．秸秆新型能源化利用
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近年来，长江中下游夏热冬冷地区秸秆综合利用发展迅速，处于全国领先水平。
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（1）秸秆热解气化。长江中下游夏热冬冷地区秸秆热解气化集中供气运行数量、供气户数均居七大区之首。2015年末该地区秸秆热解气化集中供气工程累计达到216处，居全国七大区第三位。运行137处，占全国的43.63%，运行率为63.4%，远高于全国39.50%的平均水平；供气户数达到6.04万户，占全国的48.95%（表7-5）。
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（2）秸秆沼气集中供气。长江中下游夏热冬冷地区秸秆沼气集中供气工程数量、运行数量、供气户数均居全国首位。2015年末，秸秆沼气集中供气累计达到280处，占全国的61.14%；运行数量达到261处，占全国的67.44%，运行率高达93.2%；供气户数2.22万户，占全国沼气集中供气工程供气户数的27.27%（表7-5）。
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表7-5 2015年长江中下游地区秸秆优质化能源利用构成情况
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（3）秸秆固化成型。长江中下游夏热冬冷地区秸秆固化成型工程累计数量和年产量均居全国七大区首位。2015年，秸秆固化成型535处，占全国的44.96%；年产量227.8146万t，占全国秸秆固化成型产量的46.16%（表7-5）。
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（4）秸秆炭化。长江中下游夏热冬冷地区秸秆炭化工程数量超过全国2/3，年产量超过60%。截至2015年底，秸秆炭化81处，占全国的76.42%；年产量99780t，占全国秸秆炭化年产量的61.29%（表7-5）。
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（5）省柴节煤炉灶。长江中下游夏热冬冷地区省柴节煤灶居全国七大区之首，节能炉居七大区第二位。截至2015年底，该地区累计建设省柴节煤灶3513.43万台，占全国省柴节煤灶的30.50%；建设节能炉741.56万台，占全国节能炉的23.52%（表7-6）；节能炕没有发展，节能炉数量很少，仅有2.25万台，仅占全国的0.07%。
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表7-6 2015年长江中下游地区省柴节煤灶与节能炕情况
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（三）农村能源发展存在的问题
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1．薪柴等传统能源消耗比例过高
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成品油、电力和煤炭等商品能源被家庭普遍使用，达到全区能源利用总量的48.43%；与此同时，传统生物质的利用仍占据着很大的份额，薪柴和秸秆在非商品能源利用中占据主导地位，占该地区农村生活能源利用总量的40.80%。这说明传统生物质能源在家庭能源中仍扮演着重要的角色，薪柴在全区生活能源利用的比例高达23.26%，位居各能源利用之首，非商品能源中仍以传统生物质燃料（薪柴和秸秆）为主，综合利用效率比较低，造成资源的浪费。生物质能源、新型能源和太阳能等可再生能源利用比例最低，占全区生活用能利用的5%左右。
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2．区域发展不平衡问题较为严重
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总体上看，长江中下游夏热冬冷地区新型能源发展在全国处于领先地位，尤其是沼气工程技术、秸秆能源化技术方面。但从内部看，上海、浙江、江苏农村能源发展更快，采用的技术更加先进，新型能源利用比例更高，成为全国新型能源化发展的先进地区，而同处该区的安徽、江西、湖北、湖南则相对落后，传统能源所占比例还很高。这一方面和各地的资源条件、气候类型、政府重视程度有关；同时，也和区域经济水平关系密切。上海、浙江、江苏均对秸秆收储、固化、炭化、粪便收集、沼气工程建设等方面给予了一定数额的补贴，很大程度上推动了新型农村能源化的发展。
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3．整体协同推进步伐有待加强
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在江苏、浙江等地区出现了整村、整县、整市推进农村新能源建设的趋势，如湖北省低碳幸福村、高效循环新村、江苏秸秆能源化利用全产业链、浙江省大循环、全利用的龙游县开启模式等。这些模式实行统一制定政策，加大资金支持力度，废弃物利用水平高，农村能源建设水平高，可持续性强。但总体看，这种模式所占比例仍然很小，迫切需要加大资金整合力度，出台区域政策，整体协同，推进农村能源建设。
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三、农村能源发展战略方向与目标
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（一）发展战略方向
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农村能源今后的发展方向，应进一步优化农村用能结构，降低煤炭的利用比例，提高传统生物质能源如薪柴和秸秆的新型能源化开发，加强生物质能源沼气、气化、固化和炭化等清洁、高品位优质燃料的开发利用，使其向优质、方便、卫生、少污染、高效、商品化方面发展；在项目建设方面，逐步由省柴灶建设向沼气、太阳能、秸秆气化等新能源开发利用方向发展；农村能源建设发展由典型示范向集约化、规模化方向发展；发展功能上，将从单一能源效用向多层次开发利用和能环结合工程方向发展；发展作用上，由补充能源的作用向改善农村生活燃料结构、提高农民生活质量方向发展，由自然能源为主状况逐步向商品能源方向转变。
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积极发展分布式农林生物质热电联产。农林生物质发电全面转向分布式热电联产，推进新建热电联产项目，对原有纯发电项目进行热电联产改造，为县城、大乡镇供暖及工业园区供热。
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因地制宜发展沼气发电。结合城镇垃圾填埋场布局，建设垃圾填埋气发电项目；积极推动酿酒、皮革等工业有机废水和城市生活污水处理沼气设施热电联产；结合农村规模化沼气工程建设，新建或改造沼气发电项目。积极推动沼气发电无障碍接入城乡配电网和并网运行。
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结合农村散煤治理，在政策支持下，推进生物质成型燃料在农村炊事采暖中的应用。
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（二）发展目标
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到“十三五”末，各省能源保障能力进一步增强，实现能源清洁化水平、利用效率和科技装备产业国内领先，能源领域主要污染物和CO2排放水平进一步下降，能源市场化改革步伐加快，综合管理水平进一步提升。清洁能源示范省建设取得阶段性成效，清洁低碳、安全高效、智慧多元的现代能源体系初步形成，实现以较低的能源利用增速、科学合理的能源利用结构支撑经济社会转型发展。
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四、区域模式综述
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（一）模式名称
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模式名称为长江中下游夏热冬冷地区以“沼气+太阳能”为主的“2+X”多能互补模式。
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（二）模式内涵
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长江中下游夏热冬冷地区以“沼气+太阳能”为主的“2+X”多能互补模式，“2”是指重点开发沼气、太阳能，发展以大中型沼气工程为主的沼气工程，推进种养结合，沼渣、沼液还田或生产有机肥，沼气发电或用于炊事。推进以太阳能热水器、光伏发电为主的太阳能利用，一家一户配套太阳能热水器，用于洗澡，配套建设太阳能路灯，建设集中式光伏发电站、小型户用光伏发电站，减少农村电能消耗。“X”是指发展风能、秸秆新型能源、水能作为补充。
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（三）模式特点
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1．该模式强调与农业生产紧密结合
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长江中下游是养殖业大区，养殖业废弃物处理是重中之重，该模式重点推广大中型沼气工程，以种植、养殖一体化企业为重点，推进种养结合，在实现沼气发电、沼气用作炊事的同时，大力发展“猪—沼—菜（粮、果）”等模式。
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2．该模式注重区域内多种能源协同发展
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该模式根据不同区域内资源条件，加强各技术自建的协同，努力建立清洁能源供给体系，如湖北省“低碳幸福家园”模式、江西南昌市的“沼气-太阳能模式”、湖南省常宁市“光伏+沼气”能源综合利用模式。
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3．该模式正常运行需要政府加大政策支持力度
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目前大中型沼气工程、秸秆能源化利用工程等普遍运行不理想，而长江中下游夏热冬冷地区则相对运行比例高，这主要得益于政府的高度重视，制定目标责任制，注重建管并重，强化服务，另外，针对各个环节制定了具体的补贴政策，如大中型沼气工程财政补助、秸秆能源化补助、收储运体系补助与配套政策等。
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（四）模式技术要点
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该模式主要涉及的农村能源利用技术包括大中型沼气工程、太阳能利用技术（太阳能热水器、光伏发电技术）、秸秆新型能源化利用等，其技术要点详见本书第一章。
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（五）适宜范围
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以“沼气+太阳能”为主的“2+X”多能互补模式适合于畜禽粪便、秸秆、太阳能资源丰富的地区。“猪—沼—果（菜、茶）”模式，主要适宜在规模养殖+规模种植的单位和区域推广应用，适合菜园、果园、茶园和畜禽养殖资源丰富地区，土壤条件不限但肥力中下等地区效果更为明显。秸秆能源化利用模式主要适合在秸秆生物资源丰富，土地平整，便于收集，非能源化利用消耗能力有限，秸秆资源过剩较为严重的地区。
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五、典型案例
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案例一：淮北市五铺农场“猪—沼—粮（菜、果）”模式
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五铺农场为淮北地区最大的国营良种繁育基地，拥有一座万头规模猪场，建设了800m3的大型沼气工程，沼气为286户农场职工、场部食堂集中供气，沼渣、沼液作为优质肥料供给农场自有的270亩日光温室大棚、100余亩杂果采摘园和8000亩良繁基地。
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五铺农场沼气工程是2009年农业部下达的农业基本建设项目，国家投资120万元，省配套15万元。2010年建成厌氧发酵罐1000m3，储气柜300m3，供气280户。五铺农场生猪存栏7000头，用粪便作为沼气原料，目前沼气工程运行正常，沼液、沼渣供作农场大棚肥料。五铺农场沼气工程流程见图7-8。
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图7-8 五铺农场沼气工程流程
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养猪场的猪粪尿通过预处理进入厌氧反应塔，产生沼气、沼渣、沼液。沼气输送至职工住宅小区、猪舍；沼液通过管道输送至设施大棚、采摘园、原种生产田；沼渣烘干制作有机肥。该模式实现了种养结合，农畜互利，相互促进、循环发展的格局，对建立可持续发展农业具有十分重要的意义。五铺农场科技农业生态循环见图7-9。
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五铺农场全场现有沼气用户300户，按同比液化气计算，平均每户每月使用沼气节约45元，全场300户全年节省燃料费16.2万元。
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农场科技生态循环农业园利用沼渣、沼液也产生较好效益。喷施沼液每亩大棚蔬菜产量1500kg，少打2遍药即节本增效26元，每亩合计增收1636元，露地菜少打3遍药，少浇2次水，每亩节本增效89元。小麦生产试验区冻害严重的品种表现受冻轻，经调查轻5个百分点。每亩因抗冻增收22.5kg，按当前每千克2.3元计算，每亩增收51元。按目前全场沼渣、沼液使用面积，年增收节支100万元。
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图7-9 五铺农场科技农业生态循环
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案例二：湖北省“低碳幸福家园”模式
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“低碳幸福家园”模式以清洁能源综合利用、低碳环保为主要目标，以生态环境、生态农业、生态旅游、低碳生活等生态建设为切入点，着力提升农民生活幸福指数，兼顾多能互补和农业生产，打造“五有一体”低碳幸福家园示范村，即家有沼气，户有太阳能热水器，新农村社区有一条太阳能或风能路灯街，村有联户沼气污水集中处理池，每个村配有一个特色主导产业。按“五有一体”的标准配齐建设，实现了低碳环保、多能互补、综合利用的目标。新农村社区清洁能源综合利用流程见图7-10。
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图7-10 新农村社区清洁能源综合利用流程
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本模式涉及的典型区域有钟祥市、恩施市、保康县。该类区域地处中纬度地区，属北亚热带季风气候，具有四季分明，光能较为充裕，热量丰富，雨量适中，雨热同季的特点。作为该模式的最早起源地，钟祥市的社会经济综合实力连续6年进入湖北省十强县市之列，是全国优质粮、棉、油基地，全国粮食生产大县，全省畜牧、水产大县。钟祥市形成了旅游、农产品加工、磷化工、新能源利用4个百亿产业发展格局，突出了“创新发展、协调发展、绿色发展”的理念和打造“全国三产融合发展示范市，实现跻身全国县域经济百强”的目标。钟祥市高度重视农村能源建设，以沼气为主的农村可再生能源开发技术日益成熟，太阳能光伏利用大面积推广，城镇生活污水沼气净化工程强力推进，形成了项目多样、监管体系完善、综合效益明显的农村能源格局。到2016年底，全市户用沼气池达到49881口，小型沼气工程123处，大型沼气工程4处，安装太阳能热水器10836台，改造省柴灶20.35万户、安装生物质气化炉5266台，安装太阳能路灯770盏，光伏发电站30个，建成生活污水沼气净化工程6处。各类沼气工程年产气总量达到1390.36万m3，为全市54501户农户提供炊事用能，年减少CO2排放超过4万t，年减少薪柴消耗18万t，相当于保护林地25万亩，沼渣、沼液示范利用1万亩，专业合作社2个，初步形成了市、镇、村三级服务网络，为建设低碳幸福家园、生态美丽乡村打下了坚实的基础。
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钟祥市将“低碳幸福家园”建设工作纳入“三农”考核体系当中，并成立生态能源示范村领导小组，市县农村能源办公室组建生态能源示范村建设工作专班，负责示范项目的具体实施。推进农村能源建设过程中严格落实项目管理“四制”（项目法人责任制、工程招投标制、合同管理制和工程监理制）。在借助国家和省级政策加强农村能源后续服务体系建设的基础上，积极探索“以钱养事”财政补贴机制，为农村能源后续服务提供经费保障。全县太阳能和炉具等节能产品的安全使用率达到100%，沼气安全利用率达到85%以上。
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在推进农村能源建设中，依托国家和省级项目政策，充分发挥自主潜能，实施政策补贴引导、地方补助激励和农户（业主）自筹投入相结合的投入机制。在太阳能热水器和生物质炉建设中，相关县市筹措资金进行定额补贴，在户用沼气“一建三改”建设中，除使用国家政策补贴外，当地县、乡、村三级政府机构加大激励投入，针对不同情况给予每口300～1000元不等的激励补助；沼气工程建设中，乡镇和村积极协调建设场所和工程所用占地，作为政策补助的一个途径，对建设主体给予政策引导和支持，且对工程相关手续予以简化，特殊对待；在农村能源设施后续服务中，采取“以钱养事”财政补贴，给予服务经费支持。
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“低碳幸福家园”模式迅速由钟祥市向周边县市推广，目前应用较好的有恩施市、保康县等县市，取得了良好的辐射效应。“低碳幸福家园”效果见图7-11、图7-12。
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图7-11 “低碳幸福家园”效果1
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图7-12 “低碳幸福家园”效果2
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案例三：江苏省沼气发电上网整市推进模式
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江苏省南通市是畜禽养殖大市，年饲养生猪680万头，家禽1.5亿羽，山羊500万只，全市有4个县（市、区）被列入“全国生猪产业大县”，畜牧业发展为促进农业增效、农民增收，保障“菜篮子”供应做出了重要贡献。但是，随着规模养殖的快速发展，畜禽粪污排放量大、处理程度还不高成为南通市当前农业废弃物资源化利用的主要矛盾，畜禽粪便污染已成为农村面源污染的主要源头之一，给农民生活带来较大影响，对全市经济社会的协调可持续发展带来严峻挑战。
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近年来，南通市因地制宜，采取了堆肥还田、发酵床养殖、种养结合、沼气工程、生产有机肥、集中收集处理等多种形式治理畜禽粪污。但由于综合利用手段单一，部分沼气排入大气中，加重了温室气体排放，造成了环境的二次污染。另外，部分养殖场沼气发电充裕，在自发自用的基础上存在用电盈余，一定程度上又造成了能源资源的浪费。通过沼气发电并网，不仅能有效解决畜禽养殖污染，还能促进农业废弃物有效利用。
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2014年1月1日起施行的《畜禽规模养殖污染防治条例》规定，国家鼓励和支持利用畜禽养殖废弃物进行沼气发电，自发自用、多余电量接入电网。目前，江苏省沼气发电并网收购电价为0.646元/（kW·h），而农业用电价格为0.496元/（kW·h），两者相差0.15元/（kW·h）。南通在认真研究国家政策的基础上，因势利导，积极谋划，全面启动沼气发电并网试点工作，使养殖企业卖电增效变成现实，让他们成为国家政策的直接受益者。
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南通市成立由分管副市长任组长的沼气发电并网工作推进协调小组，将沼气发电并网工作纳入全市农业农村工作考评体系，建立农业、发改、供电等多部门联动机制，积极推动沼气发电并网试点项目建设。编印了《南通市分布式沼气发电并网申报指南》，形成了南通市地方标准《畜禽规模养殖场粪污沼气发电并网技术规范》。各县（市）区政府也出台了一系列扶持沼气发电并网的政策。
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目前南通市共建设沼气发电并网项目61个，其中农村非规模化集中处理项目6个，实现农业乡镇全覆盖，服务养殖场（户）2.39万户，年处理畜禽粪污350万t，年新增清洁电能6850万kW·h，有效破解了畜禽养殖污染难题，实现了经济社会生态发展多赢的格局。
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沼气发电并网主要采取两种利用模式：“规模养殖+沼气发电+绿色种植”利用模式和“分户收集+集中处理+沼气发电”利用模式。
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沼气发电并网工程效果作业（第一步）见图7-13，沼气发电并网工程效果作业（第二步）见图7-14，畜禽粪污沼气发电并网技术路线见图7-15。
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图7-13 沼气发电并网工程效果作业（第一步）
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通过分布式沼气发电并网工程，养殖企业在自发自用的基础上，多余电量卖给电网。企业每月的电费有所减少，还增加了一项卖电收入。沼气发电收购电价=标杆电价+新能源补助+建网补助（20km内）=0.386+0.25+0.01=0.646元/（kW·h）。2016年全市共复制推广沼气发电并网项目61个，年处理畜禽粪污350万t，年新增清洁电能6850万kW·h，相当于3.9万户家庭全年用电量。发电年经济效益=年新增清洁电能×沼气发电收购电价=6850万kW·h×0.646元/（kW·h）=4425万元，扣除自发自用部分，沼气发电并网运行增收2000多万元。沼气发电并网工程现场如图7-16所示。
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图7-14 沼气发电并网工程效果作业（第二步）
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图7-15 畜禽粪污沼气发电并网技术路线
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图7-16 沼气发电并网工程现场
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生态效益显著提升，不仅能有效破解生态环境对畜牧业发展的制约难题，形成科学有效的生态循环产业链，实现畜牧业的可持续发展，还有效解决了污染问题，使困扰新农村建设的诸多“脏乱差”环境问题得到了有效解决，提高了农民生活质量，改善了农业农村生产生态环境。截至2016年底建成沼气发电并网项目61个，总装机容量15000kW，年发电6850万kW·h，按1kW·h电折合0.404kg.ce计算，每年可为社会节约能源2.77万t.ce，按每千克标准煤减排CO22.664kg计算，则可减少CO2排放7.38万t。
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案例四：浙江省大循环、全利用的浙江龙游开启模式
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龙游县地处浙江省中西部，金衢盆地腹部，属亚热带季风气候区，温暖湿润。龙游是传统农业大县，土地资源丰富，是发展现代农业的理想区域，已经形成畜牧、笋竹、水产等农业主导产业，“富硒”农产品别具特色。龙游是畜牧强县，生猪调出大县，年出栏生猪近百万头，“龙游乌”列入国家级保护原种。
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大循环、全利用的浙江龙游开启模式是指定期收集全县95%的规模猪场猪粪，通过沼气工程进行厌氧处理，产生的沼气进行发电，沼液经过处理后作为有机肥用于种植业，形成了“猪粪收集—沼气发电—有机肥生产—种植业利用”的大循环、全利用的浙江龙游开启模式。
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浙江龙游开启模式的长效运营与推广离不开其完善的组织管理措施。一是开拓完备的原料采购渠道。浙江开启能源科技有限公司与全县500余家规模养殖场签订猪粪尿收集合同，既解决了养殖场废弃物处理问题，又保证了模式运营的原料供应。二是组建专一的运输队伍。浙江开启能源科技有限公司购买16辆全封闭吸粪车，并配备24名工作人员负责污粪的收集与运输，确保了原料供应和养殖场粪便清理的有序进行。三是建立健全的创新驱动机制。为提高模式运营的效率，公司做到与时俱进，及时掌握最新的管理措施、技术成果，并尝试加以引进与利用。沼气发电、制肥工艺流程见图7-17。
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该模式的成功实施，得到了龙游县委、县政府的大力支持和社会各界的关心重视。为统一收集养殖场（户）畜禽排泄物，县政府进行了重点宣传报道，鼓励全县规模养殖场建设集粪池，并在猪粪收集、运输等方面给予一定的补贴。同时该模式也得到了世界银行的项目资金补助，为畜牧业健康发展提供了资金保障。
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该模式目前在龙游全县区域推广，已产生显著的社会、能源和生态环境效益。农业废弃物资源化利用，采用沼气技术生产大量有机肥，并将沼气发电，真正实现变废为宝。这些成功的探索对养殖企业具有积极的示范带动作用，同时也减弱了企业因环境问题与当地居民的矛盾，为我国养殖业向规范化、可持续发展提供了成功之路。
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图7-17 沼气发电、制肥工艺流程
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畜禽粪便等农业有机废弃物通过沼气发酵后产生的沼肥（沼液、沼渣等）是有机肥。该模式生产的沼肥不但比常规有机肥成本低，而且具有防虫、防病功能，能减少化肥使用，改善土壤肥力，保证农产品安全，实现循环农业、高效农业。禽废弃物经该模式工艺处理后可根本杜绝病菌传播，保障公共卫生，保证居民身心健康。
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该模式消纳处理了龙游兴泰公司及该县500余家规模养猪场所产生的每日800t的猪粪及其他农业废弃物，每年发电量可高达1600万kW·h。同时年产固体有机肥3万t，液体有机肥7万t。该模式采用国内先进的技术工艺和设备，保证了农业废弃物的无害化、减量化、资源化处理和生态化的循环利用，实现了畜禽养殖的清洁生产和畜禽废弃物的基本零排放，对治理该县养殖污染、促进当地农业节能减排起到了积极的作用，具有显著的生态环境效益。浙江龙游开启模式现场作业见图7-18。
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图7-18 浙江龙游开启模式现场作业
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案例五：上海沼气发电典型模式
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上海希迪乳业有限公司位于上海市浦东新区军港公路800号，成立于2000年，是上海市奶牛养殖产业龙头企业，占地208亩，现存栏奶牛1300头，其中成乳牛800头，年牛奶总产量700万kg，年上市鲜奶675万kg，年牛奶总产值达3000余万元。该公司生产管理规范，生产水平在上海地区名列前茅，2012年成乳牛单产达9450kg。公司常年配备饲料田1500亩，既可确保奶牛青贮饲料供应，又能确保牛粪尿生态还田，防疫措施规范严密。公司现有职工40人，其中管理人员2名，技术人员4名。
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上海希迪乳业有限公司沼气工程，通过牛粪便、秸秆粉碎等混合加入发酵罐产生沼气用于发电，推广使用powerlink沼气发电机组，运行平稳、噪声小，沼渣、沼液实行固液分离，沼渣生产固态有机肥，沼液进行二次发酵，生产液态肥，沼气进行发电。沼气工程工艺流程见图7-19。
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图7-19 沼气工程工艺流程
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所建沼气工程承担奶牛场1500头奶牛所产的粪污，发电机组运行平稳，噪声小。按24h持续运行计算，日产沼气发电2160～2880kW。沼气工程项目设备见图7-20。
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图7-20 沼气工程项目设备
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第八章 华南夏热冬暖地区
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一、区域概况
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本区域包括福建、广东、广西、海南四省，土地总面积57.68万km2，占全国土地总面积的6.07%；2015年耕地总面积9080.3万hm2，占全国耕地总面积的6.73%；2015年末总人口20394.8万人，占全国总人口的14.84%，其中农村人口7778.22万人，占该地区总人口的38.14%。该区属中亚热带、热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温暖干燥，各地年平均太阳辐射总量在3596.9～5627.2MJ/m2。≥10℃积温6500～9300，最冷月平均气温≥10℃，极端最低气温≥-4℃，日平均气温≥10℃的天数在300d以上。年降水量为1200～2500mm，无霜期330～360d。
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华南夏热冬暖地区生物质资源较为丰富。2015年，该区农业废弃物资源总量（干重）达到21845.58万t。其中，可用于新型能源化利用的农业废弃物资源量6537.86万t，占全国可用于新型能源化利用的农业废弃物资源总量的11.74%，位居七大区第五位。在这些可用于新型能源化利用的农业废弃物资源中，秸秆、林木剩余物和畜禽粪便（均为干重）各自所占的比重分别为44.86%、35.44%和19.70%。
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二、农村能源发展现状与问题
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（一）农村能源利用结构
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1．华南夏热冬暖地区农村生活用能以电力和成品油为主，二者超过本区农村生活用能总量的1/2，煤炭消费量为全国各区最低
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2015年，华南夏热冬暖地区农村生活能源利用类型包括电力、成品油、薪柴、秸秆、沼气、太阳能、煤炭和天然气等多类能源。整体看，电力和成品油是其农村生活用能利用的主要来源，二者占该区域农村生活能源利用总量的55.49%；其次是薪柴和秸秆，分别占该区域农村生活能源利用总量的18.67%和15.29%；沼气、太阳能、煤炭、天然气的利用量均低于本地区农村生活能源利用总量的7.00%。其中，煤炭的利用量仅为43.61万t.ce，是全国七区中利用量最低的地区（图8-1、图8-2）。
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图8-1 2015年华南夏热冬暖地区农村生活能源利用构成及数量
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图8-2 2015年华南夏热冬暖地区农村生活能源利用结构
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2．华南夏热冬暖地区农村生活能源利用水平低于全国农村生活能源利用平均水平
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2015年，华南夏热冬暖地区农村生活用能2875.75万t.ce，占全国农村生活用能总量的11.21%，居全国七区中的第四位。该区农村生活人均消费量为369.72kg.ce，比全国425.24kg.ce的人均水平低13.06%，仅高于青藏高原高寒地区的农村生活人均用能水平，是我国农村生活人均用能较低的地区；人均商品能源消费量210.89kg.ce，比全国人均水平低2.67%；人均非商品能源消费量为158.83kg.ce，比全国人均水平低23.84%（图8-3）。
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3．华南夏热冬暖地区农村生活商品能源利用以油品和电力为主
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华南夏热冬暖地区农村生活用能以商品能源利用为主，2015年商品能源消费量达到1640.35万t.ce，占全国农村商品能源利用总量的12.55%，居全国七区中的第二位。
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该区商品能源利用以油品和电力为主，2015年利用量分别为789.33万t.ce、806.43万t.ce，分别占其商品能源消费量的48.12%和49.16%，两者合计达到97.28%；其次是煤炭的利用，占该地区商品能源消费量的2.66%；最后是天然气的利用，占该地区商品能源消费量的0.06%（表8-1）。
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图8-3 2015年华南夏热冬暖地区农村生活能源人均利用水平
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图8-4 2015年华南夏热冬暖地区农村生活能源利用水平
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与全国其他地区相比，华南夏热冬暖地区农村生活利用的各类商品能源中，油品占全国农村生活同类能源利用量的比例达到23.48%，其次为电力，占20.63%，煤炭、天然气分别占全国农村生活同类能源利用量的0.87%、0.44%，均处于较低水平（表8-1）。
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表8-1 2015年华南夏热冬暖地区农村生活商品能源利用量
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4．华南夏热冬暖地区农村生活用能非商品能源以薪柴和秸秆为主
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华南夏热冬暖地区非商品能源利用量为1235.5万t.ce，占全国农村非商品能源利用总量的9.82%，居全国七区中的第五位。其非商品能源以薪柴和秸秆为主，2015年利用量分别为536.9万t.ce和439.7万t.ce，分别占该地区非商品能源利用总量的67.88%和15.56%，二者合计达到83.44%；其次是沼气，占该地区非商品能源利用总量的13.05%；太阳能利用量最小，仅占3.51%（表8-2）。
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表8-2 2015年华南夏热冬暖地区农村生活用能非商品能源利用量
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表8-2 2015年华南夏热冬暖地区农村生活用能非商品能源利用量（续）-1
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与全国其他地区相比，华南夏热冬暖地区农村生活利用的各类非商品能源中，沼气占全国农村生活同类能源利用量的17.46%，秸秆和薪柴分别占全国农村生活同类能源利用量的9.73%和9.04%，太阳能的利用量占全国农村地区同类能源利用量的6.91%（图8-5，表8-2）。
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图8-5 2015年华南夏热冬暖地区各类农村生活能源占全国农村地区同类生活能源的比重
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（二）可再生能源发展现状
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1．生物质能
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（1）沼气。华南夏热冬暖地区沼气资源十分丰富。目前，户用沼气池年末累计为516.51万户，占全国累计数的12.32%；本年利用477.23万户，占全国本年利用户数的14.11%；总产气量为209985.35万m3，占全国总产气量的17.02%（表8-3）。
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截至2015年末，华南夏热冬暖地区沼气工程数量为15095处，占全国沼气工程总数的13.61%，在全国七大区排位中等；总池容329.95万m3，占全国总池容的17.44%；年产气量为49464.72万m3，占全国总年产气量的19.59%，居全国七大区中的第三位（表8-3）。
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华南夏热冬暖地区处理农业废弃物的沼气工程发展较好。目前，年末累计沼气工程15079处，占全国总数的13.63%，仅低于长江中下游与华北寒冷地区；总池容329万m3，占全国总池容的18.04%，在全国七大区中位列第三；年产气量达49208万m3，占全国年总产气量的21.88%（表8-4）。
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（2）秸秆优质化、能源化利用。华南夏热冬暖地区秸秆资源丰富。目前，该地区农村生活利用的秸秆量达到994.2万t，约占该地区秸秆总量的12.39%，高于全国9.47%的平均水平，是七大区中秸秆能源化利用比例第二高的地区。秸秆优质能源化利用方式是秸秆热解气化集中供气，未发展秸秆沼气集中供气和秸秆固化成型燃料。截至2015年末，该区秸秆沼气集中供气累计8处，仅占全国工程总数的1.75%，运行数量为0。
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（3）省柴节煤炉灶炕。华南夏热冬暖地区省柴节煤灶与节能炕利用较少。2015年，该地区省柴节煤灶累计1515.7万台，约占全国总省柴节煤灶的13.16%，集中在广西；节能炉为2.25万台，约占全国总节能炉的0.07%，未发展节能炕和燃池。
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表8-3 2015年华南夏热冬暖地区沼气资源利用情况
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表8-4 2015年处理农业废弃物沼气工程（2015年末累计）
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2．太阳能
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华南夏热冬暖地区太阳能利用较少。太阳能热水器2015年末累计276.68万台，占全国太阳能热水器总数的6.05%，主要集中在海南；太阳房与太阳灶分别为210处与48台，数量较少。
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3．风能
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华南夏热冬暖地区小型风力发电较少。目前，该地区小型风力发电2015年末累计为1645处，约占全国小型风力发电总数的1.49%；装机容量达829kW，约占全国装机总量的2.4%。
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4．水能
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华南夏热冬暖地区微型水力发电水平最好。目前，该地区微型水力发电2015年末累计13403处，约占全国微型水力发电总数的46.28%，在全国七大区中居首位；装机容量为39301.06kW，约占全国装机总量的43.2%，为全国七大区中微型水力发电装机容量最大的地区（表8-5）。
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（三）存在的问题
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1．能源利用效率有待提高
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广西能源利用率低下，特别是农村能源紧缺与浪费并存，利用率只有25%左右，比全国低7个百分点，比先进国家低17个百分点。能源利用方式较为粗放，综合利用效率不高。薪柴、秸秆等非产品的生物质能利用方式粗放，薪柴、秸秆优质化利用所占比例低。
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表8-5 2015年华南夏热冬暖地区小型电源利用情况
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2．能源供需结构有待优化改进
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该地区商品能源利用中虽然煤炭利用比例较低，为2.66%，但是油品的利用比例达到48.12%，化石能源利用比重仍较高，向清洁低碳高效转型能源结构发展的压力较大。电力结构有待升级，以水电为主的小型电源利用结构，受丰枯期季节性因素影响较大。
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3．农村可再生能源开发难度大
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主要包括技术和经济成本两方面的因素，生物质资源开发利用受到资源收集、资源量小、原材料价格波动较大等因素影响，难以形成规模化利用。地热能开发规模还很小，利用方式单一，尚不具备商业开发条件。分布式光伏发电由于屋顶产权及配套保障措施等多重因素制约，难以大规模推广。新能源利用规模偏低，核电、太阳能光伏发电仍处于起步阶段，风电、太阳能发电并网问题没有得到根本解决。
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三、农村能源发展战略方向与目标
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（一）发展战略方向
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进一步降低化石能源的利用比例，加快风能、太阳能、生物质能以及地热能、海洋能等可再生能源开发利用。重点推进风力资源富集、消纳条件好的地区进行风电开发；鼓励发展分布式光伏发电，推进分布式光伏发电应用示范建设，适度建设集中式光伏电站，建设光伏小镇和光伏新村；因地制宜发展垃圾发电和秸秆、林业剩余物直燃发电，开发生物燃气、生物制油、大中型沼气和秸秆成型燃料，重点建设一批生物质发电项目；探索地热能、海洋能等开发利用。
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重点鼓励太阳能发展与种植业、养殖业结合，充分利用荒山、荒坡、鱼塘、大棚、水电站大坝等农业水利设施，大力发展农光互补、渔光互补等分布式光伏发电。
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推进沼气工程建设向禽畜粪便、秸秆等农业农村废弃物资源丰富的贫困地区倾斜，重点建设规模化大型沼气工程，开展规模化生物天然气工程建设试点，支持贫困地区发展中小型沼气工程、户用沼气。鼓励有条件的地区利用农村有机垃圾发展户用沼气、中小型沼气工程。促进沼气工程发展与种养业相结合，促进种养循环。推进农村户用沼气废池改造。
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（二）发展目标
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一是要节能减排，保护环境。二是要大力发展可再生能源。可再生能源是重要的战略替代能源，对增加能源供应，改善能源结构、保障能源安全、保护环境起着重要作用。三是提升全区农村能源生产供应能力，提高非化石能源和清洁能源利用比例，煤炭利用比重继续保持较低水平，调整电源利用结构，增强电网保障能力，从而优化农村能源供应结构，进一步加大节能减排力度。
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四、区域模式综述
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（一）模式名称
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华南夏热冬暖地区以沼气为主的多能互补“1+X”模式。
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（二）模式内涵
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华南夏热冬暖地区以沼气为主的多能互补“1+X”模式，“1”即生物质沼气利用模式，以农林废弃物资源为沼气发酵原料，开展沼气集中供气、便携式户用沼气、沼肥生产有机肥等若干沼气生态循环模式，不仅为农户提供清洁的生活和炊事用能，沼液经过处理加工为叶面肥，沼渣经过堆沤处理直接用作优质有机肥料，用于绿色食品的生产，使秸秆、畜禽粪便等农业废弃物得到能源、肥料等多层次资源化利用，具有良好的经济、生态环境和社会效益。“X”指根据水能蕴藏量、太阳能等资源禀赋条件适度发展微水电、太阳能等可再生能源模式。“1+X”模式是指根据华南农村地区现有的能源建设基础和资源条件，采取生物质沼气模式为主、微水电、太阳能等多种能源发展模式为辅的多能互补模式。
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（三）模式特点
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1．模式综合性强，功能多样化
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沼气生态循环模式，不仅为农户提供清洁的生活和炊事用能，沼液经过处理加工为叶面肥，沼渣经过堆沤处理直接用作优质有机肥料，用于绿色食品的生产，使畜禽粪便得到能源、肥料等多层次资源化利用，最终达到区域内畜禽场粪污的“零排放”，具有良好的经济效益、生态环境效益和社会效益。
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2．服务体系建设日趋完善，在能源建设中发挥重要作用
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广西恭城沼气“全托管”通过协议委托式管理服务，以“公司+服务中心+服务网点+农户”模式运作，沼气池全权委托沼气服务公司管理，公司负责沼气池的进料、出料及日常维护，确保农户基本生活用能。
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3．整合资金，加大扶持力度
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积极争取并利用中央预算内投资和自治区本级财政项目资金以及县级政府扶持资金，结合美丽乡村建设等项目，通过“政策扶持+后补贴”的奖补方式，开展农村能源建设，成效显著。
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（四）模式技术要点
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该模式主要涉及的农村能源利用技术包括沼气集中供气技术、微型水力发电、太阳能热水器等，其技术要点详见本书第一章。
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（五）适宜范围
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以沼气为主的多能互补“1+X”模式适合生物质资源丰富、冬季温暖的南方农村地区。一般情况下，南方冬季相对比较暖和，沼气池不需要增温保温设施也可以周年运转，连续产气。便携式组装沼气池适宜在我国西南片区如广西、贵州等省份的石漠化、石山地区，特别是具备政府扶持条件的贫困地区推广应用。沼气集中供气模式适宜长江以南人口居住集中、交通方便、群众意识高的村庄，村庄附近具有一定规模的中小型养殖场，依托养殖场的粪便资源建设沼气集中供气工程，为农户提供沼气管道化供气及沼液、沼渣供给服务。微水电模式适宜于雨量充沛、河流众多、水能蕴藏量丰富的广大山区农村。
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五、典型案例
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案例一：广西桂林市恭城县“规模养殖—沼气托管—规模种植”新“三位一体”生态农业模式
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为破解农村沼气池原料不足难题，在规模养殖、集约种植、专业化服务初现成效的基础上，恭城县在农村沼气后续服务体系建设方面开展了以“全托管”为主的改革尝试，形成了“规模养殖+托管沼气+规模种植”的市场化、规模化、产业化新“三位一体”生态农业发展模式。
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该模式由畜禽养殖企业为龙头带动规模化、集约化发展生态养殖，由沼气能源公司统一回收处理畜禽规模养殖产生的粪便，对农村沼气实行“全托管”服务，以“公司+服务中心+服务网点+农户”模式运作，沼气池全权委托沼气服务公司管理，公司负责沼气池的进料、出料及日常维护，确保农户基本生活用能，农户按使用沼气数量实行计量利用（图8-6、图8-7）。农村沼气能源公司收集畜禽粪便发酵后的沼渣、沼液，将其加工成有机肥料出售给当地种植企业、种植大户发展绿色食品水果、蔬菜种植等。
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图8-6 “规模养殖—沼气托管—规模种植”模式流程
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该模式特点：①技术服务链条完善。按照“公司+乡镇服务中心+整合后的村级服务网点+沼气用户”的模式，由县能源办进行技术培训和技术指导、发酵原料研究试验。由公司组织全县沼气技术队伍开展农村沼气托管有偿服务，推进农村沼气“全托管”覆盖面进一步扩大。同时，不断研究和改进发酵原料配送设备，降低劳动强度和成本，提高了效率和收入。②公司化管理和市场化运营。恭城县引进桂林市新合沼气设备有限公司，将原来的县、乡、村三级沼气后续服务体系并入该公司管理范畴。公司以较低价格购买（或免费收集）牲畜粪便作为原料，解决了沼气原料的供应问题，又解决了养殖场环境污染问题，还降低了双方成本；通过与农户签订服务合同，为农村沼气池的进出料服务和维修管理委托公司服务，农户则有偿使用沼气，保证沼气供应可持续发展。
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图8-7 “规模养殖—沼气托管—规模种植”模式现场作业
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2012年至今，恭城县全县沼气“全托管”签约农户已经达到6000多户，“半托管”农户4000多户，合作的规模养殖场30多个，合作的规模种植园11个，取得了很好的经济效益、环境效益和社会效益。
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（1）经济效益。①沼气池用户节能效益。农户每户月交费60元，与使用液化气相比，使用沼气每月约可节省开支65元，能源替代效益显著，每年可节约780元。②沼气托管公司收益。按一个网点管理200户计算，服务网点每月可收入12000元，扣除运送成本2000元，公司年可新增纯收入10000元。③规模养殖场粪污处理成本。根据测算，每生产1m3沼气需鲜粪12.5kg，6000户“全托管”沼气池月产沼气180000m3，养殖场月节约粪污处理费用约4.5万元。④每月为规模种植场提供2250t有机沼肥，有效节约化肥、农药成本，促进增产增收。
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（2）环境效益。以公司网点为中介，在保证沼气正常运转的同时，解决了规模养殖场禽畜粪便造成的环境污染问题，促进了规模养殖的发展；公司以沼气用气价格为导向，引导和鼓励农户在使用沼气的过程中，自觉将生活垃圾进行分类，把有机垃圾投入沼气池，减少农村垃圾存量，促进“生态乡村”建设；沼渣、沼液用于农业生产，提高了土壤肥力，减少了化肥的施用，对保护农村生产环境、提高农产品品质、建设美丽乡村起到了积极作用。
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（3）社会效益。解决了农村沼气发酵原料不足、维护技术不足等问题，为农户自觉使用沼气、维护沼气长效运转提供了良好范例。对清洁能源建设及生态农业可持续发展的这一探索，推动了恭城原来以户为单位的养殖+沼气+种植小“三位一体”向规模化养殖+公司化托管沼气+规模化种植的“大三位一体”生态农业循环模式转变，探索了一条“生态化、低成本、可持续”改善农村人居环境新路子，在2015年第二次全国改善农村人居环境会议中得到了国务院、区、市领导和与会代表的高度肯定。
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案例二：广西隆林县便携式组装沼气池“签约管理+沼气扶贫”模式
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截至“十二五”期末，隆林县户用沼气池建设量4万余座，适宜建池农户入户率达65%，使用率在50%左右，具有良好的沼气建设基础。近几年来，由于大量的劳动力外出务工，劳动力成本不断上升，农村户用沼气池新建项目实施难度也逐渐增大。为提高农村沼气使用率，充分发挥农村沼气池在清洁乡村的作用，并结合隆林县石漠化地区的特点，在隆林县德峨镇弄杂村、克长乡新华村等地试点安装了户用及小型便携式组装沼气池。经过两年多的试点，目前隆林已安装新型沼气池300套。新型沼气池推广应用好的村屯环境卫生状况显著改善，农户增产增收效果更加明显。采用“签约模式”直接将沼气池的使用率提升至100%，而采用“沼气扶贫”模式则直接将沼气池的使用效能提升至100%，这两种模式（图8-8、图8-9）深受当地群众的喜爱。2014年10月，由广西壮族自治区农村能源办组织专家对试点村进行评审，认为便携式组装沼气池外形美观、安装便捷，特别适合石山地区推广应用。
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图8-8 “签约管理+沼气扶贫”模式流程
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图8-9 “签约管理+沼气扶贫”模式现场作业
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该模式特点：①安装简单，移动方便。一个沼气池在2h内安装完成，省去了选址、挖坑，水泥、沙石等建筑用料，节约时间。沼气池可根据用户需要移动，不再因用户转移而被迫放弃，可以拆装转移给其他农户再用。②密闭性强，不易结壳。该产品采用铝合金框架异型材榫接结构，框架镶嵌阳光板起到了自然采热和保温作用，大大提高了产气率。由于使用了柔性软体沼气袋，随用气升降，解决沼气池结壳的难题。③干净卫生，适应性广。该沼气池体积小，建在地面上，进出料少，第一次进料发酵启动后每周进出1～2担粪便即可，能看到池内发酵料是否充足，管理十分方便。该沼气池附有进料口密闭盖子，减少了气味逸出。对不易挖坑和地下水位高容易渗水的地方都能安装，且占地少，如农家小院、厕所旁、房屋边均可安装。
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隆林县便携式组装沼气池“签约管理+沼气扶贫”模式，既节约了能源、美化了环境，又保护了生态，通过农村产业的带动，创造了效益，给“美丽乡村”建设活动带来了良好效果，深受当地群众喜爱。①能源效益。一座3m3便携式沼气池每天产气量约1.8m3，沼气池年产气量可达657m3。与用电相比，一年能节省电费1208.35元。②生态效益。以沼气代替柴禾作为生活用能，保护了森林，森林覆盖率不断提高，生态环境得到保障，生态效益就更加明显。1座3m3便携式组装沼气池1年减少森林损耗1.23亩。③社会效益。通过沼气池建设使用，农户厨房环境干净、整洁，村容村貌发生了质的变化，环境优美，空气清新，改变农村不良卫生习惯，达到美丽乡村的效果。同时，节约时间和劳力，促进了科技在农村的推广和普及，而沼肥的综合利用也推动了农村农业产业结构调整，提高了农村经济效益，是在贫困地区推进精准扶贫建设的有效举措。
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此模式适宜在我国西南片区如广西、贵州等省份的石漠化、石山地区，特别是具备政府扶持条件的贫困地区推广应用。
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案例三：广西南宁马山县金钗镇龙塘村巴更屯沼气集中供气项目
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2012年前，巴更屯累计建设户用沼气池20多座，但随着强壮劳动力外出务工，农户禽畜养殖锐减，沼气发酵原料严重不足，绝大部分沼气池处于停用、弃用状态。大多数农户厨房用火基本回归到传统模式，以桑枝、玉米秸秆等作物和山上薪柴为主，电力为辅。
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2014年，马山县金钗镇龙塘村巴更屯沼气集中供气项目（简称巴更项目）建成投入使用。项目主要应用搪瓷钢拼装罐体新技术建设1座容积275m3完全混合式（CSTR）厌气发酵罐及集中供气配套脱硫、脱水、加压设备和沼气输送管道、沼液输送主管道、一批农户沼气炉灶具设备。该项目基本解决了巴更公司养殖场便污无害化处理需求问题，日均产气量130m3，通过管道集中向巴更屯43个农户和养殖场职工厨房提供生活燃气；养殖场所产猪干粪直接用来配料养殖蚯蚓，蚯蚓则用来喂食鳄鱼龟和名贵淡水鱼；沼液则作为有机肥施用于葡萄园、桑田的施肥，达到了南宁市农村能源新技术新产品试点建设的示范目的。
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该模式特点：①依托养殖小区，有效解决了当前农村普遍存在的农户不养殖、户用沼气池原料不足的难题。养殖场规模以存栏500～2000头肉猪的标准为宜，沼气工程主发酵池容积以200～500m3为宜，以30～100户的自然屯为供气目标。利用农村中小型养殖场开展村屯沼气集中供气服务，一般总投资在50万元左右，具有投资少、见效快的特点，深受当地群众欢迎。②支撑当地沼气循环生态农业发展。沼气管道化供气，村民用上干净、清洁的可再生能源；沼液、沼肥管道化服务，作为无公害有机肥应用于基地内农业示范园农作物施肥，走上发展循环经济、绿色生态无公害农业的可持续发展道路。③搪瓷拼装制罐技术安装方便、防腐性能优越。采用搪瓷钢板制成的罐体材料，以快速低耗的现场拼装方式最终成型，组成成套化的厌氧反应器设备，不用开挖池坑，可以直接在地面上安装建池。安装速度快、建设周期短，同时可实现搬迁、扩容及回收利用等；防腐性能优，拼装成型后的罐体池不易变形造成漏气渗液。
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沼气集中供气项目流程见图8-10，沼气集中供气项目现场作业见图8-11。
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图8-10 沼气集中供气项目流程
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图8-11 沼气集中供气项目现场作业
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案例四：海南陵水椰林北斗献忠养猪场沼气综合利用模式
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该沼气综合利用系统模式由300m3的厌氧池、1000m3沼液池、150m3贮气柜以及其他配套设施组成。该模式通过养殖业和种植业的合理配置，将畜禽粪便、废水全部进入厌氧池，厌氧发酵后所产生的沼气经脱硫、脱水、脱杂质净化后用于供气和发电，沼液进入沼液池贮存、过滤，并根据作物不同生长时期的营养要求，配以适量的氮、磷、钾肥后直接用于作物的施肥；沼渣堆沤拌辅料后作为优质的有机肥料，用于绿色食品的生产，使粪便得到能源、肥料等多层次资源化利用，最终达到区域内畜禽场粪污“零排放”。
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该模式遵循了循环农业原则，解决处理了年产2000头生猪养殖基地的粪便及污水，所产沼气供80户农户供气使用，沼渣、沼液作为有机肥由50亩果园消纳，100%做到零排放。沼气综合利用系统工程建成运行后，可节约化肥投放量80%，节水量60%，节约人工成本20%，其综合效果良好，经济、社会、生态环境效益显著。
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养猪场沼气综合利用流程见图8-12，养猪场沼气综合利用现场作业见图8-13。
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图8-12 养猪场沼气综合利用流程
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图8-13 养猪场沼气综合利用现场作业
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