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花蓮地區發展沼氣發電推動策略建議

2022-03-14

 

蘇美惠 教授

慈濟科技大學行銷與流通管理系


稻米為我國最主要經濟作物,一年兩期作合計收穫面積將近26.2萬公頃,收穫後之農業殘留物稻稈一年約有175萬公噸。在畜禽養殖部分,豬隻亦為我國重要養殖項目,至2020年11月底我國共有551萬頭豬隻,每日排放廢水量高達5,512萬公噸。若未能將這些農業殘留物或廢棄物加以利用,反而會造成環境問題與負擔。

花蓮縣稻米收穫面積居全國第六位、養豬頭數於我國排名第八,皆居東部地區之冠。因此,若能將養豬廢水結合稻稈作為沼氣發電料源,將可進一步提高沼氣發電潛量;故本文將探討花蓮地區發展沼氣發電之潛量與分布,以了解花蓮地區發展分散式區域型再生能源之潛力。

1.花蓮地區沼氣料源分布概況

花蓮地區至2020年11月底共有92座養豬場,養豬頭數約7萬頭,主要分布於壽豐鄉(2.75萬頭)、玉里鎮(1.99萬頭)、瑞穗鄉(8,020頭),前三大鄉鎮豬隻養殖數量佔全縣79%;詳如圖 1所示。

圖1 2020年花蓮地區養豬場分布。資料來源:農業委員會(2021),養豬頭數調查報告,2021.01;本研究整理。

至於稻稈部分,花蓮地區至2019年全縣稻米收穫面積 18,036公頃,以稻稈與稻穀產量約1:1計算,全年稻稈產量約81,861公噸,主要分布於玉里鎮(3.7萬公噸)、富里鄉(1.8萬公噸)、鳳林鎮(7,778公噸)、光復鄉(5,751公噸)、壽豐鄉(4,306公噸),前五大鄉鎮稻稈產量佔全縣89%;詳如圖2所示。

圖2 2019年花蓮地區稻稈分布。資料來源:花蓮縣政府(2020),108年統計年報;本研究整理。

2.花蓮地區沼氣發電潛量分析

沼氣屬於將有機物質分解轉化成能源的一種產物,因沼氣中含有大量甲烷,可作為發電或瓦斯等替代能源用途。沼氣厭氧發酵概念已由單一料源的處理,發展出多種料源混合之共消化處理;只要含有機物質的廢棄物都可以用於生產沼氣。因此,近年來沼氣研究已開始著眼於將農林廢棄物與養豬廢水進行厭氧共發酵以產生沼氣。

沼氣生產過程,若僅仰賴透過微生物進行有機物質分解,其效果有限且整體反應時間過長,而降低沼氣生產效率。目前我國核能研究所正投入利用纖維原料解聚技術應用於沼氣生產,將生質原料破壞分解,使微生物更容易將其轉化成沼氣。根據核研所生產試驗,豬隻每日廢水排放量約10公斤,在每公斤養豬廢水摻配0.01公斤稻稈解聚物進行厭氧共發酵下,約可產生0.0061立方公尺沼氣;而每立方公尺沼氣約可產出1.8度生質電力。

因此,假設以花蓮地區養豬場所產生養豬廢水搭配稻稈作為沼氣發電料源,沼氣發電場年運轉300日,則每年將可產出231.5萬度生質電力(如圖 3);以花蓮縣2020年平均每戶每年用電量約582度推估,沼氣發電約可供應全花蓮4,569戶用電所需。以每公斤稻稈約可產生2.87公斤稻稈解聚物推估,一年將可去化至少75萬公噸稻稈廢棄物。

圖3 花蓮地區沼氣發電潛能分布,資料來源:本研究計算整理。

以花蓮地區養豬頭數規模較大鄉鎮為例,壽豐鄉住宅年用電量約3,413萬度電,若以養豬廢水混摻稻稈產製沼氣發電做為替代能源,一年約可供應91萬度電,佔其住宅用電量2.66%;玉里鎮與瑞穗鄉則分別約可替代1.78%與1.63%之住宅用電量;詳如表 1。其所需稻稈在經濟運輸距離25公里內,皆可就近供應。

表1. 花蓮地區沼氣發電做為替代能源潛能占比

鄉鎮

沼氣

年發電量(度)

年用電量

(度)

沼氣供應占比

用電戶數

(戶)

每戶平均

年用電量(度)

壽豐鄉

 909,496

 34,134,725

2.66%

 71,106

 480

玉里鎮

 656,638

 36,892,423

1.78%

 70,143

 526

瑞穗鄉

 265,262

 16,277,538

1.63%

 35,644

 457

光復鄉

 95,785

 16,627,579

0.58%

 35,302

 471

新城鄉

 76,701

 33,774,677

0.23%

 54,762

 617

富里鄉

 29,040

 13,590,415

0.21%

 28,052

 484

鳳林鎮

 34,795

 16,612,846

0.21%

 34,736

 478

萬榮鄉

 11,080

 5,646,931

0.20%

 10,792

 523

吉安鄉

 148,275

 147,880,529

0.10%

 221,068

 669

花蓮市

 88,277

 187,946,352

0.05%

 302,848

 621

豐濱鄉

 -  

 4,744,961

0.00%

 10,725

 442

秀林鄉

 -  

 17,646,677

0.00%

 24,129

 731

卓溪鄉

 -  

 4,793,558

0.00%

 9,738

 492

無法分類

 

 118,064,532

0.00%

 215,168

 549

合計

 2,315,349

536,569,211

0.43%

 1,124,213

 582

註:年用電量與用電戶數為參考台電2020年1-12月以住宅類售電資訊之表燈非營業用電。資料來源:台電各縣市村里售電資訊,https://www.taipower.com.tw/tc/sell_amt_city/sell_amt1.aspx;本研究整理。
 

3.花蓮地區發展沼氣發電推動策略建議
以一座2,000頭養豬場規模,假設同時利用養豬廢水與稻稈作為料源,推估年產約為66,150度生質電力,隱含年減碳量達33.7公噸,去化至少2.1萬公噸稻稈。經濟面,假設沼渣售價以目前堆肥市場價格每公斤0.5元計算,生質電力均化發電成本每度電約為4.57元;以2021年厭氧發酵沼氣收購電價5.117元/度計算,沼氣場每年售電收益達33.9萬元,另外尚有副產品沼渣年收益約2萬元。
針對養豬場設置沼氣發電系統,可以同時利用養豬廢水與農林廢棄物作為料源生產綠色電力外,養豬場屋頂更可設置屋頂型太陽光電系統,分散式社區型電網即可建構。由於沼氣發電系統具備連續性供電特性,可作為區域微電網輔助電力,而太陽光電系統則可供應尖峰負載電力;整體運作可視日照條件彈性調整生質料源進料量,日照條件佳時,優先供應太陽光電所生產電力,即可減少生質料源進料。
東台灣號稱我國最後一塊淨土,長期以農業及觀光服務業為主要活動;為使東台灣永續發展,導入再生能源發展及資源永續利用,對於東台灣農業及觀光服務業皆有加乘助益。花蓮縣為我國第八大養豬縣市,利用養豬廢水結合農林廢棄物生產沼氣發電,不但可以解決豬隻養殖與農業生產所產生之有機廢棄物對環境負荷,還可產出潔淨替代能源,後續甚至可延伸發展分散式社區型電網,讓花蓮地區供電更具彈性與韌性;故建議針對花蓮縣豬隻養殖規模較大鄉鎮,以及單場養殖數量較大之養豬場,應可優先輔導、鼓勵設置沼氣發電系統。