沼气在线监测系统的推广应用与思考

刘海亚，朱定松，雷大西，叶明，刘正勇

(1.温州市农村能源办公室，浙江 温州 325000； 2.苍南县农村能源办公室，浙江 温州 325800; 3.瑞安市农村能源办公室，浙江 温州 325200； 4.永嘉县农村能源办公室，浙江 温州 325100)

沼气工程的建设不仅有效改善了农业生态环境，而且促进了农业生产的可持续发展，提升了农民的生活质量。但由于管理水平和意识的落后，使得大多数沼气工程没有发挥其应有的作用，且普遍存在产气和用气不正常的现象，甚至在运行过程中还存在诸多的安全隐患，不仅造成工程上的浪费，也对沼气工程业主和用户的人身、财产安全造成极大的威胁。

根据温州市农村能源系统的调查，至2017年底，温州地区已建在用的畜禽养殖场大中型沼气工程有205处，而其中能够按照设计要求正常产气、用气的仅占半数左右，多数的沼气工程存在各种各样不同的安全隐患，因此，加强沼气工程的运行监督和安全管理、提高沼气工程的生产效率和安全性已刻不容缓。然而，由于各县(市、区)农村能源系统的技术力量普遍缺乏，畜禽养殖场的业主管理意识普遍不强，仅靠定期的巡查指导远远达不到监管的效果。本文通过对温州市近几年推广应用沼气在线监测系统的效果进行分析总结，认为借助物联网技术在沼气工程中安装沼气在线监测系统，是当前提高沼气工程生产效率和安全性比较行之有效的方法。

1 技术特点

沼气工程物联网是物联网技术应用在沼气工程的运行、管理等各个环节，实现对沼气及沼液等的智能化识别、定位、跟踪、监控、服务、管理和决策的一种网络[1]。

沼气在线监测系统是将物联网技术应用在沼气成分和流量等监测环节的网络系统，主要由超声波沼气流量计和沼气工程控制器、GPRS信号发送、数字化监测平台、数据服务器和供电系统等组成，主要技术路线如图1所示。

图1 沼气在线监测系统的技术路线

沼气在线监测系统主要监测沼气成分、流量、温度和压力等数据，通过网络将超声波沼气流量计和数据采集控制器(图2)的数据传送到数字监测平台上，并对数据时时进行统计报表、历史趋势分析等。省、市、县级能源办和业主可根据不同授权权限，查看各自管辖范围内的沼气在线监测系统的数据，以指导分析改进沼气发酵工艺和生产条件，使沼气生产达到最佳状态。

图2 超声波沼气流量计和数据采集控制箱

2 推广应用

温州市从2013年开始在大中型沼气工程中研究应用沼气在线监测系统，截至2017年已分别在11个规模化畜禽养殖场共安装了11套沼气在线监测系统。

2.1 沼气在线监测系统的站点建设和管理

全市11个规模化畜禽养殖场的沼气在线监测系统全部采用湖北锐意自控系统有限公司的技术产品，系统通过网络将沼气的主要成分含量、流量、温度和压力等数据传送到该公司的沼气物联网监控平台上，市、县能源办和业主根据各自在平台上的授权权限查看沼气相关的数据。

市能源办对全市范围内11个站点的在线数据进行观察分析，同时与各相关县(市)的能源办进行技术交流，并指导各县(市)能源办对各自辖区内沼气站点的工程运行进行安全监督，对生产工艺进行改进。沼气物联网监控平台上各站点的具体分布情况如图3所示。

截图日期2017年12月5日图3 沼气物联网监控平台上的站点分布

2.2 在智慧农业云平台上的数据共享

为实现与农业大数据融合，提升沼气在线监测系统的公众服务能力，便于相关部门对沼气工程的数据采集，温州市农村能源办公室与省智慧农业云平台的信息技术开发单位及沼气在线监测系统技术开发单位进行了技术探讨，将沼气物联网监控平台上的站点数据成功对接到浙江省智慧农业云平台上。目前已有6个站点的数据实现了在浙江省智慧农业云平台上进行共享(图4)。

智慧农业云平台可以将不同公司开发的沼气物联网监控平台上的数据整合在一个平台上进行分享，方便了数据查看和分析指导，也有利于相关部门的数据采集。

3 应用效果

在沼气工程中安装沼气在线监测系统，既提高了沼气工程运行的安全性，又方便了有关部门进行监管和指导。在沼气工程中安装沼气在线监测系统，可随时观察沼气产气是否正常，并通过数据分析改进沼气生产工艺，提高沼气的产量。

3.1 提高了沼气工程运行的安全性

安装沼气在线监测系统可以随时观察沼气的产量、温度、压力及各主要成分含量等指标，并根据时时数据分析判断沼气生产是否正常，一旦出现异常可立即查找原因(如沼气工艺是否存在问题、沼气是否有泄漏、沼气管路是否发生堵塞等)，及时进行故障排除，从而提高了沼气工程运行的安全性。

截图日期2017年12月5日图4 浙江省智慧农业云平台上的沼气在线监测系统

由于安装了沼气在线监测系统，用户能及时检查沼气工程的生产情况，使得沼气发酵的工艺能一直处于正常状态，从而保证了污水的处理效果和沼液的质量。如果沼气发酵工艺不正常，将导致沼液的排放浓度和卫生指标等超标，既增加了对生态环境的压力，也影响了沼液肥的使用安全，对种植业等的生产将造成影响，因此，安装沼气在线监测系统对保护生态环境和农业生产安全起到了积极的作用。

3.2 便于有关部门进行监管和指导

由于多数畜禽养殖场地处偏远山区，交通极为不便，给有关部门的监管和指导带来极大的困难，而且定期的巡查也不能及时地排除沼气工程的安全隐患，再加上各县(市、区)农村能源系统的技术力量都不足，无法做到随时随地指导，而安装沼气在线监测系统能在一定程度上弥补上述不足，并且指导部门和业主可以在手机上安装客户端系统，更方便了察看和管理。此外，由于沼气在线监测系统的数据在智慧农业云平台上的共享，也为生态循环农业的决策和发展提供了可靠的数据依据。

3.3 促进沼气生产工艺的不断改进

在安装沼气在线监测系统以前，多数业主对沼气工程的管理很不重视，通常是有多少沼气用多少、没有沼气就不用，对于沼气工程存在的安全隐患(如沼气是否有泄漏、管道是否堵塞等情况)不易察觉也不及时排除；另外，在安装沼气在线监测系统以前，技术指导部门也没有可依据的数据来对沼气工程进行精确、具体的分析。安装了沼气在线监测系统以后，技术指导部门和业主都提高了对沼气产气情况的关注度，从而由被动管理转变为主动管理，并积极通过数据分析研究沼气生产工艺的改进方案，以提高沼气的产量和甲烷含量，使沼气工程取得良好的经济效益。

根据对瑞安市鑫农畜禽专业合作社生猪养殖场沼气工程的运行情况进行观察分析，该养殖场自从2014年7月安装了沼气在线监测系统后，通过对沼气的温度、压力、甲烷含量等数据进行分析，不断改进沼气发酵工艺，2015年6月份该养殖场对厌氧罐进行了大清渣，并在厌氧罐内增加了增温系统，使沼气产量和甲烷含量得到大大提高。该养殖场沼气工程自改进工艺以后，沼气生产稳定，日平均沼气产量达到300 m3，所产的沼气供沼气发电机发电，所发的电除了满足沼气工程各动力设备用电需求外，还解决了养殖场饲料加工设备的用电需求。据统计，该养殖场年平均产沼气10万m3，年发电15万kW·h，年节省电费约8万元。

4 问题与思考

沼气在线监测系统对沼气工程的正常运行和安全管理起到了积极的促进作用，具有显著的经济效益和社会、生态效益，但在推广应用的过程中也存在一些问题，亟须进一步进行研究探索与解决，以更好地发挥沼气在线监测系统的作用。

4.1 加强沼气在线监测系统的设备维护

由于沼气中含有硫化氢气体，如果沼气脱硫不彻底将导致沼气设备受腐蚀而损坏，此外沼气中的水蒸气遇冷会凝结成水而滞留在沼气设备里，时间一久也会造成沼气设备受损。据调查，温州市已安装的11套沼气在线监测系统中，有3套均因受腐蚀严重在使用不到3年即报废，而其中1处损坏送修的沼气流量计经拆开后发现内部积满脏水，估计是沼气中的凝结水长期积累滞留所致。沼气脱硫脱水是延长沼气用具使用寿命的关键环节，但多数沼气用户未按规定要求及时排水和更换脱硫剂，因此建议各级指导部门应加强沼气使用方面的知识宣传和技术指导，提高沼气用户的管理意识，以保证沼气在线监测系统达到正常的使用寿命。

4.2 降低产品成本，提高产品的使用寿命

按2017年的市场销售价，通常购一套小型的沼气在线监测系统需8 000元左右，目前温州市使用时间最长的系统是5年，如果使用3～5年后因流量计损坏报废的话，则需再投入8 000元重新购置整套设备，而对于中小型的沼气工程来说几乎都无法承受这么高的投入。温州市11套已安装的沼气在线监测系统主要是由政府投资的，但损坏报废后的重新购置则需业主自主投入。因此，为了使沼气在线监测系统能可持续地发挥作用，则需生产商研发降低产品的成本，提高产品的使用寿命，使业主能承受得起购置成本，才能使沼气在线监测系统真正得到广泛地推广应用。

4.3 探索适宜的推广机制

在目前沼气在线监测系统的推广初期，多数的监测系统是由政府一次性投入安装的，而业主只需每年付60元的数据流量费，但仍有一些业主连数据流量费都不愿意投入，其主要原因是还没真正认识到安装沼气在线监测系统后为沼气工程带来的效益。因此，应探索一条长效的激励机制，使得业主能够形成主动进行管理和维护的意识，使得沼气在线监测系统充分发挥作用，真正地促进沼气工程的安全生产和管理。

政府可采取补助与激励相结合的方式，如可采取一次性投资补助一部分，再根据用气量进行流量补贴等措施，以提高业主管理的积极性，也可促进沼气的充分利用。另外，沼气在线监测系统的维护也可列入沼气工程的后续服务项目，依托后续服务公司进行管理，主要是做好沼气的脱硫脱水，延长设备的使用寿命；其次是及时缴纳每年的数据流量费用，保证数据的正常传送。

5 小结

随着沼气工艺的逐步发展，对沼气工程的运行管理要求也逐渐提高，提高沼气产量、提升沼液肥质量、降低劳动成本，使沼气工程得到高效、安全、稳定地运行是目前沼气工程需要研究的重要内容。在沼气工程中安装沼气在线监测系统，不仅能提高沼气工程的生产效率和安全性，为沼气工程的故障处理提供可靠的数据依据，还将有利于沼气工程的监督管理和技术指导，为政府决策提供技术支撑，使沼气工程在促进生态循环农业的发展中发挥应有的作用。如果在各大中型和小型沼气工程中都能运用沼气在线监测系统进行管理，将会产生非常可观的经济效益和社会、生态效益，同时也将促进沼气事业的有益发展。