工程系统能值计算方法

为全面分析具体投入产出能值流，通过实地调查与相关统计资料相结合，收集银河杜仲一个完整的生产年度的投入和产出的数据及当地气象数据，依照工程能值系统图的框架(图8.1)，进行系统工程能值核算。

1.当地可更新资源(LR)能量初始值核算

如上节所述，银河杜仲规模养殖区占地400200m2(600亩)，所在地江西省萍乡市芦溪县年均日照总辐射量为97kcal/cm2到114.5kcal/cm2，取中间值105kcal/cm2，年降雨量1621.8mm，根据能值计算手册[170]所给计算公式，计算系统内太阳能和雨水化学能和势能：

太阳能

=年均太阳辐射量(J/m2/yr)×(1-反照率10%)×入射光50%×区域面积(m2)×4186 J/kcal

=1.05×106kcal/m2/yr× (1-10%)×0.5×400200m2×4186J/kcal

=7.92×1014J/yr

雨水化学能

=区域面积(m2)×年均降雨量(m/yr)×雨水密度(g/m3)×吉布斯自由能(J/g)

=400200m2×1.6218m/yr×1.00×106g/m3×4.94J/g

=3.21×1012J/yr

雨水势能

=区域面积(m2)×平均海拔(m)×年均降雨量(m/yr)×雨水密度(g/m3)×重力加速度(m/s2)

=400200m2×1.6218m/yr×1.00×106g/m3×9.8 m/s2

=6.36×1012J/yr

根据银河杜仲2012年生猪存栏情况计算其养殖废弃物产出：

年产猪粪量

=[存栏母猪(头)×日均母猪产粪量(kg/d.头)+存栏生猪(头)×日均生猪产粪量(kg/d.头)]×365d/yr

=[2000头×3.3 kg/d.头+12000头×2.1 kg/d.头]×365d/yr

=1.16×107kg/yr

猪尿及冲栏水能量

=年产猪尿及冲栏水量(m3)×吉布斯自由能(6.43×106J/m3)

=60 m3/d×365d/yr×6.43×106J/m3=1.41×1011J/yr

2.购买的可更新能量初始值核算

人力的能值

=9(人数)×365d/yr(工作天数)×12600kJ/d(能量折算系数[171])

=4.14×1010J/yr

3.系统反馈能初始值核算

(1)系统反馈的沼气能及输出系统的沼气能量初始值核算

养殖废弃物综合利用系统的系统反馈的沼气能包括生活燃料用沼气能和发电用沼气能。银河杜仲对于每日产生的养殖废弃物，首先实施粪尿的干湿分离，猪干粪用于加工有机肥；而未铲干净的粪渣、猪尿和冲栏水等养殖废水作为沼气池发酵原料。在我国农村，沼气池粪污水发酵料液干物质(TS)含量一般为6% ～10%[172]，而2012年日产养殖废水60ton，产沼气量的计算采用原料干物率及干物质(TS)产气率计算，详细公式见文献[123]。

年产沼气量

=发酵料液干物量×257.3(m3/t)(干猪粪产气量)

=60m3×365d/yr×发酵料液浓度8%×257.3(m3/t)

=4.51×105m3/yr

经实地调研了解，2012年银河杜仲将所产沼气的57.4% 用于生活燃料用能，故生活燃料用沼气能2.59×105m3/yr。

银河杜仲发电机装机容量60kw，日均发电720kw.h。目前国内每立方米沼气可发电2.2～2.6kw.h[]，取中间值，则

发电用沼气

=720kw.h÷2.4kw.h/m3×365d/yr

=1.095×105m3/yr

系统反馈沼气能

=(生活燃料用沼气+发电用沼气)×1.81×107J/m3(沼气能量折算系数[174])

=(2.59×105+1.095×105)m3/yr×1.81×107J/m3

=6.67×1012J/yr

剩余沼气能

=(年产沼气量-生活燃料用沼气-发电用沼气)×沼气能量折算系数

=(4.51×105-2.59×105-1.095×105)m3/yr ×1.81×107J/m3

=1.49×1012J/yr

(2)系统反馈沼液能及输出系统的沼渣、沼液能初始值核算

粪污发酵料液干物质在厌氧反应阶段被降解50%，经固液分离后进入沼液约20%，转化为沼渣的干物质为总量的30%，新鲜沼渣含水率为65%。所以，

年产出沼渣量

=发酵料液干物质含量×沼渣干物质转化率÷(1-沼渣含水率)(www.xing528.com)

=(60t/d×8% ×30%)÷ (1-65%)×365d/yr=1.50×106kg/yr

年产出沼渣能

=年产沼渣量×13%(沼渣有机物含量)×1.582×107J/kg(沼渣折算系数[174])

=1.50×106kg/yr×13%×1.582×107J/kg=3.08×1012J/yr

日产沼液

=日废水量-发酵料液干物质含量×干物质降解率-日沼渣量

=60t/d-60t/d×8%×50%-4.11t/d =53.49t/d

部分沼液回流进调节池调节粪水料液浓度，可减少清水用量并提高粪水料液中产沼气细菌的含量，沼液回流量按20t/d计。因此，每天需要排放的沼液量为33.49t/d；

年产沼液量

=33.49t/d×365d/yr=1.22×107kg/yr

年产沼液能

=1.22×107kg/yr(年产沼液量)×5.22×103J/kg (吉布斯自由能)[164]

=6.37×1010J/yr

系统沼液利用量30t/d，剩余沼液3.49t/d，每年剩余1.27×106kg/yr

(3)种植业反馈能初始值核算[175]

猪青饲料能

=蔬菜重量×蔬菜能量折算系数

=900t×2.46×109J/g

=2.21×1012J

杜仲叶能

=重量×林产品能量折算系数(1.57×1010J/t)[175]

=20t×1.57×1010J/t

=3.14×1011J

4.系统产出Y 能量初始值核算

剩余沼液能

=1.27×106kg/yr×5.22×103J/kg (吉布斯自由能)

=6.63×109J

资料显示[174]，沼液中氮、磷(P2O5)、钾(K2O)含量分别为0.03%～0.08%，0.02%～0.06%，0.05%～0.10%，所以，灌溉1000亩蔬菜地的3650ton沼液中氮、磷、钾含量分别为：

氮：3650t×0.06%=2.19×106g/yr

折氮肥：2.19×106g/yr/0.46=4.76×106g/yr

磷(P2O5)：3650t×0.04%=1.46×106g/yr

折磷肥：1.46×106g/yr/0.64=2.28×106g/yr

钾(K2O)：3650t×0.07%=2.56×106g/yr

折钾肥：2.56×106g/yr/0.59=4.34×106g/yr

猪青饲料能

=蔬菜重量×蔬菜能量折算系数[175](2.46×109J/t)

=900t×2.46×109J/g

=2.21×1012J

杜仲叶能

=重量×林产品能量折算系数(1.57×1010J/t)

=20t×1.57×1010J/t

=3.14×1011J

杜仲皮能

=重量×林产品能量折算系数(1.57×1010J/t)

=6t×1.57×1010J/t

=9.42×1010J

有机肥：年猪粪剩余量=6.756×106kg/yr

杜仲猪新增效益：2011年1月至11月肥猪出栏价格平均为16.59元/kg，以生猪收购环节杜仲猪比普通猪贵30%，按平均每头出栏重量105kg，杜仲生猪养殖场6200 头杜仲猪的年溢价收入为227万元。

杜仲饲料节约防疫费：参考当地农户养殖防疫成本12元/头，杜仲生猪养殖防疫成本按6元/头计，养殖场6200头杜仲猪节约防疫费用37200元。