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我国北方冬季严寒地区奶牛场粪污综合处理沼气发电系统是否可以正常运行？

2018-05-28 荷斯坦奶农俱乐部网　　访问量：755　　张廷青博士奶牛场咨询顾问　　[ 字号：大中小 ]

张廷青博士奶牛场咨询顾问

十六岁即参加工作，在国内做过人工授精技术员、临床兽医和研究室主任。

1986年12月获美方奖学金，在明尼苏达大学攻读兽医产科学博士学位，1993年11月获博士学位，成为美国历史上自设立该学位以来获此荣誉的唯一中国人。在美期间，共发表研究论文(包括会议论文和摘要) 50余篇。

多年来，他专注美国现代化奶牛业经营技术，积累了大量有关技术资料和丰富的实践经验，撰写了一系列有关现代奶牛群体遗传育种文章，有力推动了国内对国外优秀遗传物质的引进和应用。

截至目前，关于规模化奶牛场粪污处理基本常识系列文章仅完成了两篇：第一篇题目是“如何将奶牛场粪污转变为可饮用水？”论述了应付全球水资源日益短缺这一严峻挑战现状下若干“化粪污为饮用水”前沿性实用技术；第二篇题目是“奶牛场不同粪污处理方式成本各是多少？”论述要点是奶牛场整体自动集纳诸多方式中选用哪一种最经济实用和性价比高。本篇则是该系列文章的第三篇，诘问式题目本身就已经否定了以往我国北方冬季严寒地区奶牛场粪污综合处理沼气发电系统难以正常运行的过时观念。这篇文章原拟在黑龙江省牡丹江红星奶牛场粪污综合处理沼气发电系统成功度过最寒冷的2018年元月份并正常运行后着手动笔撰写，但2月初一篇“红星集团斥资1400万建设沼气发电项目成功并网牡丹江供电公司”的网络新闻短讯迅速红遍整个奶牛养殖业，引起轰动反响。当然，对于我国北方冬季严寒地区，倾20余年各级政府之努力，建造近4000座沼气发电工程均难以全年正常运行而言，这则新闻快讯的确是一个破天荒的巨大喜讯。然而，我们在表示由衷祝贺之后，是否还应该冷静思索一番：为什么唯有德国技术能够成功？并网供电的经济效益究竟如何？鼓励应用奶牛场粪污综合处理沼气发电系统的终极目的究竟为了什么？这，就是本文要回答的问题。

为什么唯有德国技术能够成功？

关于奶牛场粪污如何产生沼气和应用沼气如何发电的基本原理许多先前发表的相关文章早已详尽描述，此处不赘述。在“红星集团斥资1400万建设沼气发电项目成功并网牡丹江供电公司”这则网络新闻快讯中，曾描述：本项目采用德国技术“混合中温发酵、全程自动控制、沼气燃烧发电”……“本项目除电力、电缆及沼气输送管道外其它设备均由德国进口”。这段连标点符号在内总共61字的极简短文字非常含糊地透露了保障红星奶牛场粪污综合处理沼气发电系统能够获得成功而引进的核心技术和关键设备。那么，中国本土的同道们是否不掌握这些德国技术呢？是否我们的关键设备与德国真的存在天壤之别差距呢？客观而心平气和地说，这些并不完全符合事实。我们先分析一下实际状况：

1.混合中温发酵究竟是什么？是什么时代的技术？

混合中温发酵的英文原文是：Complete Mix Digesters，这项技术可追溯至1985年之前即已在西方发达国家研发成功并投入广泛应用。其基本工作原理是：自动控温恒定、发酵粪污容积固定、机械混合搅拌均匀、无氧生物降解中等浓度（3%～10%干物质）的畜禽粪污、产生生物气（沼气的主要成分是甲烷。沼气由50%-75%甲烷（CH₄）、25%-40%二氧化碳（CO₂）、0%-5%氮气（N₂）、小于1%的氢气（H₂）、小于0.4%的氧气（O₂）与0.1%-3%硫化氢（H₂S）等气体组成），同时排出生物性能稳定的废水（沼液）。虽然混合中温发酵技术等级属于中等难度，但仍对工程设计有些特定要求，我们看看有哪些特定要求中方同道们今后需要迎头赶上（表1）？

表1 混合中温发酵的工程设计有哪些特定要求（部分）？

2.全程自动控制技术能难住中国人？

应该毫无悬念地说：混合中温发酵系统全程自动控制技术对于中国同道们而言并不具备任何挑战性。

3.国产沼气燃烧发电设备究竟与同类德国设备存在多大差距？

我国沼气发电研发工作有20多年的历史，在沼气发电设备方面，与德国、丹麦、奥地利和美国这些传统机械制造大国相比，的确存在一定差距，但并不明显，参见表2。那么，表2列载的那些差距具体应用到红星奶牛场粪污综合处理沼气发电工程项目又能产生哪些经济效益差别呢？我们以表3简捷说明：显而易见，尽管德国沼气发电设备较国产同类沼气发电设备贵25%，但因其发电效率高于国产同类设备25%，因而运行第一年的多余收益（51万元，表3）即可将购买昂贵德国设备超出国产设备的那部分迅速回收（42.88万元，表3）。此后按折旧19年运行计算效益42.88万元/年×19年=814.72万元，这大概连2-3年级小学生都会演算出来。

表2 发达国家沼气发电设备与国产设备质量比较

表3 红星奶牛场粪污综合处理沼气发电工程项目使用德国沼气发电设备和国产沼气发电设备经济效益比较

4.我国北方冬季严寒地区有无奶牛场粪污综合处理沼气发电工程成功的先例？（参阅2013年5月14日黑龙江日报：“黑龙江省国内首个高寒地区沼气发电站生存现困境”）

早至2002年，在黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县，政府斥资数千万，委托黑龙江省科学院与加拿大阿尔伯塔研究所共同合作研发并最终建成了奶牛场粪污综合处理沼气发电系统，当时曾引进加拿大集成牛粪综合处理沼气发电技术（图1），旨在针对黑龙江省这样的高寒地区进行沼气发酵，系当时我国高寒地区唯一正在运行的利用牛粪发酵生产沼气发电并生产沼渣肥料的综合系统。该系统节能、环保，除首次运行时需要启动能源外，整套系统闭路循环，不需要外部电力供给。该系统占地1万平方米，比红星奶牛场同类性质的项目还大2000平方米。经过长达一个冬天的试运行，严寒地区（平均低温-23℃，极端低温-32℃）沼气发电技术首告成功，后来却不得不告一段落。暂时停产的主要原因，据介绍，系“原料（牛粪）”持续短缺。项目之所以选择杜尔伯特县，是因为该县系养牛大县，牛粪资源丰富。2010年，杜尔伯特全县奶牛存栏16.5万头，2011年存栏量突破18万头。不过，试运行期间能够给项目提供支持的只有附近1个中型奶牛场。然而，由于该奶牛场存栏量不断降低，为了完成试运行期间的测算，研究院只得自掏腰包向周围奶牛养殖散户收购牛粪。众所周知，对于科研单位来说，经费均来自项目，试运行时还能挺一阵，而要维持日后的正常运转则力不从心。试运行时生产的沼渣，直到现在还堆放在露天仓库里。恐怕任何人读了这则新闻，除了无奈苦笑而外，还能说什么呢？在立项前期，我们是否过于仓促而准备欠缺或有诸多考虑不足呢？再进一步，为什么会这样呢？因为，毕竟当时所有参与者不是自掏腰包干这个项目！

5.究竟为什么唯有德国技术能够获得成功呢？

由表1和表2可以看出，尽管中德双方在“混合中温发酵的工程设计技术”和“沼气燃烧发电设备质量”这两方面均存在一定差距，但并非天壤之别、无法逾越！更何况，16年前国家还曾花费巨资引进类同德国的加拿大技术并在严寒冬季运行成功。虽然最终没有连续运转下去，但中方人员总是见证过其核心技术和成败关键节点吧？此后的16年，中方原地踏步无任何进展，直至另一位德籍黑龙江人在牡丹江红星奶牛场用德国技术获得成功。这究竟是怎么回事呢？其实，毛主席在60多年前（1957年11月17日）就预言了我们可能失败：“世界上怕就怕认真二字……”；邓小平在40年前（1978年3月18日）则预见我们是“以其昏昏使人昭昭”。那么，抬出领袖们几十年前并非针对具体个人和具体事物的评述，是否有些血口喷人？我们读读当年失败专家是如何描述其项目的：“根据测算，该项目在各项指标满足的情况下，每年可处理1万吨牛粪便，生产沼气7.5万立方米，减少二氧化碳排放5000吨，以沼渣制成的生物肥料2000吨，发电120万千瓦。”请大家注意红色字体并计算一下耗气率：7.5万立方米沼气/发电120万度=0.0625立方米沼气/度。这种沼气燃烧发电效率几乎是国产设备的10倍，是德国设备（红星奶牛场）和加拿大国内目前运营设备的7倍。迄今为止，全球还没有哪一家的沼气发电机组具有如此高的效率！为什么会出现这种天方夜谭似的明显误论呢？这是不是主席当年批评的不认真？再有，红星奶牛场粪污综合处理沼气发电项目在严寒冬季运营成功之后，我们的专家们通过黑龙江省有关领导的疏通从红星奶牛场沼气发酵罐内提取发酵液体进行分析，试图寻找德国人是否发明了一种能够在严寒条件高速发酵的超级菌？其实，为保护全球生态环境，严寒冬季如何保证畜禽粪污综合处理沼气发电系统正常运行，发达国家早已解密并全部公布了所有技术细节和注意事项，在互联网上稍加搜索，这类资料随手可拾，根本就没有什么在严寒条件能够高速发酵的超级菌！如此看来，我们的专家们的破解方向是否有些南辕北辙？小平批评“以其昏昏使人昭昭”是否有一定道理？现在，16年前花费巨资从加拿大引进的全套奶牛场粪污综合处理沼气发电系统依然完好无缺地耸立在杜尔伯特县原址，专家如何使其起死回生呢？读读他们的建议：“发电站不该无偿处理牛粪，那么收集、运输、处理的成本又由谁来支付，这需要有人站出来主导、协调、管理。”似乎又将皮球踢回了政府。中共中央在解除原中共中央政治局委员、原重庆市委书记孙政才的通告中用四个字评述其执政能力：“慵懒无为”。如果将这四个字同样套在我们的专家头上，的确带有侮辱性质。但是，考虑到我们用老百姓数千万血汗税钱干的这个失败项目，既未能学到核心技术，也未能搞懂基本原理，完全打了水漂，血本无归，戴上“慵懒无为”这顶帽子确实也没有委屈到哪里！笔端至此，毋庸多言，各位同道们自然能够豁然大悟：同样是黑龙江人，同样是引进外来技术，为什么唯有德国技术能够在红星奶牛场获得成功？需要我们行业同仁思考的问题！

图1 2002年由加拿大引进并成功运行的奶牛场粪污综合处理沼气发电系统。

并网供电的经济效益究竟如何？

单从商业投资角度而言，从表4可以分析出：如果注重投资合理，就会避免折旧成本过高和贷款利息付出过多；如果注重沼气发酵罐容积与拟处理奶牛场每日粪污排出量合理匹配，就会减少维护成本和避免死机最低日需要电量。红星奶牛场粪污综合处理沼气发电系统最低日需要电量是200度（由系统自行供给），大约150元人民币，全年54750元人民币，仅约为该场原奶销售纯利润的1.4%。这样慎密的投资和设计思考，又怎么可能会发生16年前杜尔伯特县那悲惨的一幕呢？

表4 并网供电的经济效益究竟如何？

修建畜禽粪污综合处理沼气发电工程究竟为了什么？

我们可以简单地思索一下，我国总体人口是1956年的两倍多，并且城镇人口越来越多。然而，我国今天的城镇公共卫生状况远较1956年不知好了多少倍！单举一例，1956年绝大多数城镇居民的粪污需要依靠人力清除和使用畜力车运出城外，当年全国著名劳动模范时传祥就是一位北京市的掏粪工人；本文作者张廷青博士在1966年至1967年也是一名最普通的挑大粪农工，到职工食堂吃饭需要最后进入打饭，因为身上太臭。但是，我们今天的城镇如何处理居民粪污呢？我们设置了复杂的地下自动排污管网和现代自动粪污处理系统，1956年的情景早已成为历史。这就是当下中国城镇公共卫生状况远较1956年不知好了多少倍的最基本原因之一。同理，那么，修建畜禽粪污综合处理沼气发电工程究竟是为了什么呢？专家们会列出一大堆好处和必要性，本文完全认可和同意。不过，就修建畜禽粪污综合处理沼气发电工程本身而言，其最实际的意义是：变废为宝和保护生态环境。再进一步，这样做的本质又是什么呢？用一个相当通俗而又容易理解的比喻来说明：其本质就是为畜禽产业粪污修建“厕所”、进行科学无公害化处理，并适当降低这种处理的成本。如果能够基于这些朴素观念来重新认识修建畜禽粪污综合处理沼气发电工程的意义，就不会在投资和效益两方面往复纠结。因为，畜禽产业根本效益还是由其主营产品的多寡和成本来决定，万不可指望粪污的效益可超过其主营产品的效益。一言以蔽之，做好畜禽产业粪污综合处理沼气发电工作，既是人类文明的进步，亦是企业家的良心所在。

牡丹江如此多娇

红星奶牛场位于我国黑龙江省牡丹江市。牡丹花一直都被视为中国国花，以国花命名江河全球非常罕见。不过，牡丹江，其实是由一句满语演变而来，“穆丹乌拉”就是她原来正称。穆丹，在满语中是指弯曲，穆丹乌拉就是弯曲的江。上世纪30年代初，铁路在此设站，可能是为照顾汉族称呼方便，就取穆旦谐音命名成了牡丹江站，1938年又设立了牡丹江市，从此牡丹江就代替了穆丹乌拉，满语的色彩也随即消失。牡丹江流域历史久远，从商周起这里就有中华民族各少数民族的祖先在这里生息繁衍，并与中原保持密切联系。在该地区长达近4000年的峥嵘岁月中，民族英雄和名士贤达繁若星辰；中国革命现代史上“八女投江”和“杨子荣孤胆浴血剿匪”的故事就发生在这里；近期，我国奶业教父郑俊怀重出江湖再铸辉煌的奇迹也发生在这里。今天，被誉为黑土地孕育出的好儿男-德国韦斯特沼气环保公司董事长梁南运以自己丰富的经验和卓越的技术，在这里首炮打响，凝集着其智慧、心血和汗水的结晶之作：红星奶牛场粪污综合处理沼气发电系统成功经历严寒冬季考验而正常运行发电，并顺利并入国家电网！其意义非同凡响，可谓我国畜禽粪污综合处理沼气发电史上一件石破天惊的大事！

北京奥耐尔农牧科技有限公司

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