山西农村能源循环农业模式技术研究与应用

我国是世界上农业资源严重匮乏的国家之一，资源约束与经济发展的矛盾日益突出。而循环农业是一种运用物质循环再生原理和物质多层次利用技术，实现低消耗、低排放、高效率的农业发展模式。山西农村能源建设与发展，始终按照“资源节约型、环境友好型”社会要求，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以提高农业废弃物利用率、农业农村节能减排率、农民节支增收率等为主要目标，在农村庭院、设施园区、养殖小区、蔬果基地园等地开展了以沼气、秸秆为主的循环农业模式技术体系的研究及应用，取得了显著的经济、能源、生态和社会效益。

就对沼气能源建设一项的效益分析估算：全省沼气用户达到75.69万户，其中：户用沼气71.21万户，大中小沼气工程入户4.48万户。年生产沼气约26078.81万m³，年替代标准煤32.20万吨，年生产沼肥约1422.56万吨，年替化肥167.19万吨，年减少二氧化碳排放80.29万吨，年减少二氧化硫等有害物质排放3.73万吨，有效保护16.40万公顷以上森林植被。通过节能、节肥、节药、节水等各种途径，全省年可实现9.08亿元的增收节支能力。实践证明：农村沼气上联养殖业，下联种植业，不仅有效防止了畜禽粪便排放和化肥农药过量施用造成的面源污染，有效改善农村环境和农民生活条件，而且实现了农业节能减排，实现了农业的节支增效。

一、山西农村能源建设与发展

山西农村能源建设至今有30多年历史，在建设发展历程中经历了起步探索、试点示范、快速发展、稳步发展四个阶段。尤其是2003以来，山西农村能源以农村沼气国债项目建设为契机，在全省11个市115个县开展了以沼气为主的多元发展的农村可再生能源建设。目前，已形成户用沼气、大中小沼气工程、秸秆能源、节能炕连灶、生物质炉、“三沼”综合利用、太阳能利用及农户秸秆地暖等多能开发全面发展的新格局。

1、沼气投资力度比较大

自2003年以来，在中央累计投资314亿元支持全国农村沼气建设的带动下，山西农村能源建设在2003～2012年间，累计完成约29.89亿元资金建设。其中：中央财政累计投资5.88亿元；省级财政累计投资5.76亿元；市级财政累计投资约3.44亿元；县级财政投资2.41万元；带动农户及农民企业投入12.34亿元。这些资金的投入和支持，为山西农村能源建设与发展起到了保障支撑作用。

2、户用沼气发展比较快

自2003以来，山西农村能源户用沼气发展比较快，每年以10万户数量递增。目前，全省户用沼气达到71.21万户，占到适宜农户32%，年产沼气24533.87m³，折合标准煤30.29万吨；同时建立了以市级站为龙头、县级站为支撑、乡村级为窗口的三级户用沼气服务网点3227个，服务管理农户约100万户，覆盖率达到了75%以上。有效地改善了村容村貌，提高了农民生活质量，促进了农村生活用能清洁化发展。

3、沼气池由小逐步变大

随着我省畜牧养殖业规模化、集约化的快速发展，山西农村能源建设从战略上转变思路，从战术上逐步将沼气池由小变大发展大中小沼气工程。2006年在有6处的基础上，大力发展沼气工程建设。到2012年，全省发展大、中、小型沼气工程约有405处，发酵池总容量7.9万m³，年产沼气约2129m³，供气4.48万户。项目区畜禽粪便处理利用率一般在65%～70%，畜禽养殖污水处理利用率一般在45%～50%，生产的有机沼肥施入农田率达到100%，有效缓解了养殖场畜禽粪便对农村环境的污染和农田的面源污染。

4、多能开发逐步发展

近年来，山西农村能源在巩固稳步发展户用沼气，大力发展大中小沼气工程同时，利用各级地方财政资金开展了秸秆能源、节能炕连灶、生物质炉、“三沼”综合利用、太阳能利用及农户秸秆地暖等多能开发建设。至2012年，全省推广节能炕连灶累计15.86万铺，年节省秸秆21.92万吨或薪柴19.19万吨，折10.961屯标准煤；推广太阳灶累计2.3948万台，年节省秸秆约1197万kg；推广使用高效低排生物质炉具2万余台，年消耗秸秆类4.8万吨，年替代节约煤炭6万吨，折合标准煤4.2万吨；太阳能路灯3605盏、受益农户36050万户；试点建设秸秆热解气化集中能源工程132处，年可消耗秸秆在4万吨左右，供气农户4.76万户；实践探索农户秸秆地暖试点建设，秸秆沼气工程、校园沼气工程在山西实现了“零”的突破。

5、能源生态模式应用推广

山西农村可再能源建设，充分发挥71.21万户小沼气池和405处大中小沼气工程纽带循环作用，在实践中科学应用推广能源生态模式技术。经过调研筛选出农村庭院、设施蔬菜、果园、养殖小区等10种主要能源生态模式。模式技术推广覆盖率达到90以上，“三沼”综合利用率达到了95%以上。2010年在全省建立111处“三沼”综合利用示范点建设，年利用沼肥1110万吨，施入农田达到了1.11万亩，有效地促进全省农业向就高产、优质、高效、生态、安全的现代化农业的发展。

二、山西农村能源循环农业模式应用

山西农村能源建设发展，实践研究建立了以沼气和秸秆为主的10个农村能源循环农业模式，模式结构功能及配套技术科学应用，在改善农民生产生活条件、促进农民增收节支，推进农业农村节能减排排及发展农业循环经济等方面发挥着重要作用。

1、庭院“一池三改”能源生态模式

“一池三改”能源生态模式，是农业部实施农村沼气国债项目主推的技术模式。它是以庭院为依托，以农户为单元，以沼气为纽带，集能源、生态、养殖、种植为一体，建沼气池同时与改圈、改厕和改厨相结合同步建设的一种能源生态模式。

主要内容及技术要点：

（1）沼气池。池型为水压底层出料式及砖混或混凝土浇筑，池容为8～10m³。

（2）改暖圈。沼气池上面建6～12m²的太阳能暖圈，养成猪3～6头；

（3）改厕所。厕所面积不少于1.2～2m²，安装蹲便器及冲厕装置设备；

（4）改厨房。厨房灶按装沼气灶、沼气灯，厨房整洁、卫生明亮。

2、庭院“四配套”能源生态模式

“四配套”能源生态模式，是平川及城郊区是以农户为单元，集沼气池、节能型炕连灶、生物质炉、太阳能热水器为一体的农村清洁能源利用能源生态模式。

主要内容及技术要点：

（1）沼气池。池型为水压底层出料式及砖混或混凝土浇筑，池容为10～15m³，实践证明，池容为大些相比发酵产气量充足。

（2）节能炕连灶。建一铺高效预制组装架空炕连灶（俗称吊炕），与旧式炕相比可节省材料33%，节省柴草50%。

（3）节能生物质炉。安装一台燃烧秸秆、薪柴、枯枝落叶等节能低排炊事或炊事取暖两用生物质炉。

（4）太阳能热水器。洗浴间安装一台太阳能热水器，为农户提供生活热水。

3、庭院“五个一”能源生态模式

“五个一”工程能源生态模式，是丘陵山区以农村庭院为单元，沼气为纽带，旱井为条件，太阳能为动力，种养业为重点，增收节支为目的能源生态生态模式。

主要内容及技术要点：

（1）旱井。院内洼处建10～30m³集雨井。

（2）日光棚。搭建0.3亩左右的日光小温棚，种菜、育苗、养食用菌。

（3）沼气池。建一个池容为10m³左右水压式型的沼气池。

（4）暖圈。沼气池上面修建一个10m²太阳暖圈，养猪3～4头以上。

（5）果园。在房前屋后种植0.1～0.2亩左右的果树，干果和水果均可。

4、庭院“六位一体”能源生态模式

“六位一体”能源生态模式，是平川及城郊区以农户为单元，以硬化绿化美化院落为基础，以沼气池为纽带，以种植养殖为重点及太阳能利用集为的一体种生态、生活和生产协调发展的能源生态经济模式。

主要内容及技术要点：

（1）太阳能居舍。用保温材料修建、改建一座坐北朝南面积约45～200m²住房。

（2）庭院硬化绿化。可就地取材栽种一些经济型和观赏性的花草树木进行庭院硬化绿化。

（3）温室。建一个0.2～0.3亩左右日光温室，并与太阳能猪舍联成一体。

（4）暖圈。温室内建一个15～65m²的太阳能猪舍，养猪7～20头左右。

（5）沼气池。猪舍下面建1个或者2个池容10～15m³的沼气池，沼气池的进料口要与猪舍出料口相连。

（6）太阳能热水器。厨房安装一台太阳能热水器，为农户提供热水及洗浴。

5、园区“四位一体”能源生态模式

山西的“四位一体”能源生态模式，是以设施蔬菜园区为依托，以沼气为纽带，以旱井水源为条件，以太阳能为动力，在同块土地上将节能日光温室、沼气池、畜禽舍、集雨井等有机地结合在一起，通过生物转换技术，形成一个产气、积肥同步，种养并举，能源、物流良性循环的新型能源生态工程模式。

主要内容及技术要点：

（1）日光温室。建一个坐北朝南、200～600m²的日光温室，棚内种植时令无公害蔬菜、水果、花卉等高产栽培及食用菌等。

（2）猪舍。温室内西侧旁建一个20m²可养猪4～6头的畜禽舍，猪舍的侧面配建一个1m²厕所，粪便可直接排入沼气池。

（3）沼气池。猪舍下面建一个8～10m²地下水压式沼气池，沼气池的入料口与猪舍出粪口相连，粪便可直接进入沼气池。

（4）旱井。建一个30～50m²集水窖。

6、果园“猪-沼-果”能源生态模式

“畜（猪）-沼-果”能源生态模式，是利用山地、坡地、农田、庭院等资源，围绕果业发展，以沼气为纽带，连动畜牧业、果业、种植业等相关产业共同发展，开展沼气、沼渣、沼液的综合利用的高效生态循环农业模式。

主要内容及技术要点：

（1）果园。果园面积1～5亩不等。

（2）畜禽舍。建15～20m²可养猪4～6头的畜禽舍，猪舍的侧面配建一个1m²厕所。

（3）沼气池。猪舍下面建一个8～10m³地下水压式沼气池。大力推广“沼液施肥”、“果园生草”、“病虫综防”等综合集成技术，真正实现以沼气促养猪，以养猪促种果，以优质果品促增收。

7、养殖基地“一池三建”能源生态模式

畜禽养殖“一池三建”能源生态模式，是以养殖基地（场、小区）为单元，以大中小沼气工程建设为纽带，以畜禽粪便为主要原料，以沼气、沼肥、沼渣三沼综合利用为目的建立的能源生态模式。

主要内容及技术要点：

（1）沼气发酵池。建150、300、500、600以上不等立方米的厌氧发酵塔及配套的沼气储气柜。

（2）原料处理间。修建收集堆存畜禽粪便进行预处理设施。

（3）沼气输送管网。铺设沼气输送主管网线路，购置户用沼气设备设施等。

（3）沼肥存储池。修建简易沼肥池及沼肥运输设施等，带动“三沼”综合利用，真正实现以沼气促养殖，以养殖促种植，以增收促节支的农业生态环境及农业生产的良性循环循环。

8、秸秆沼气能源生态模式

秸秆沼气能源生态模式，山西2007年在全国率先引进“大型纯秸秆连续发酵技术”，该模式以村委会或农民专业合作社为主体，以农作物秸秆为主料，农产品加工废弃物为辅料。安装沼气发酵装置，修建原料预处理设施、沼气和沼肥利用设施等。

主要内容及技术要点：

（1）原料处理池。秸秆原料收集、存储、预处理等设施建设。

（2）沼气发酵塔。500m³不等的秸秆厌氧发酵塔处理秸秆。

（3）沼气储气柜。安装干式沼气储气柜。

（4）输气管网。铺设沼气输送主管网，购置户用沼气使用设备设施等。

9、秸秆热解气化能源生态模式

秸秆热解气化能源生态模式技术，是以村委会或农民专业合作社为主体，以农作物秸秆为主料，安装秸秆制气炉，经过热解还原反应造气，燃气经过脱焦油、脱烟尘，脱水蒸气的净化等自动分离系统程序，从而产生优质燃气，燃气通过管道输送到燃气灶点燃使用。

主要内容及技术要点：

（1）储料间。秸秆原料收集、存储、预处理等设施。

（2）气化间。生物质气化技术利用玉米、小麦、豆类等农作物秸秆和木屑、果壳等各种可燃物在缺氧状态下加热反应的能量转换过程。

（3）燃气储存器。秸秆经过热解反应将碳氢元素转化一氧化碳、氢气和甲烷等可燃气体，气体经净化后储存起来。

（4）输气管网。铺设秸秆气输送主管网，购置户用秸秆气使用设备设施等。

10、多元配套能源生态模式

多元配套能源生态模式，是以村级为依托，以农户为单元，以沼气为纽带，以“种植-养殖-沼气-吊炕-地暖-太阳能”建设及配套技术为支撑，加快农村可再生能源建设，发展绿色能源示范及低碳示范村建设模式。

主要内容及技术要点：

（1）小型沼气池。建一处约150m³小型沼气工程及储气柜设施。

（2）节能炕连灶。居舍建一铺高效预制组装架空炕连灶（俗称吊炕），燃烧（也叫熏烤）各种秸秆进行取暖。

（3）太阳能热水器。安装一台太阳能作为能源进行加热的热水器，为农户提供热水及洗浴等。

（4）秸秆地暖。房前建一个容积4～7m³的秸秆燃烧池，填上作物秸秆、杂草、枯枝落叶等杂物，点火让其暗火缓慢燃烧（也叫熏烤），利用产生的烟气来达到取暖效果。

（5）种植养殖。因地制宜种发展植蔬菜、药材、育种、育苗、养菇等产业。

（6）养殖业。因地制宜养殖猪、牛、鸡、羊及特种养殖。

山西农村能源在新农村建设，改善农民生产生活条件，促进农民增收节支，推进农业农村节能减排，促进循环农业发等方面发挥了巨大作用，取得了良好的经济、能源、生态和社会效益。在新的历史时期，将按照农业部提出“巩固成果，优化结构，建管并重，强化服务，综合利用，提高水平”的总体思路和工作导向，“依托科技进步，提高能源生态模式的技术含量；依托农业自身功能增长和产业延伸，加大推广农村可再生能源生态循环模式技术普及应用；依托全省131个农村能源体系队伍和广大农村能源工作者，开展创新新模式新技术研究及应用，为“十二五”山西农村能源建设和农村生态文明的建设发挥更大作用。

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