國立東華大學環境保護組技士

花蓮縣畜牧廢棄物能源化分佈之研究 花蓮縣畜牧廢棄物能源化分佈之研究 花蓮縣畜牧廢棄物能源化分佈之研究 花蓮縣畜牧廢棄物能源化分佈之研究

黃文哲

、蘇銘千

、高年信

1

國立東華大學環境保護組技士

2

國立東華大學環境政策研究所副教授

3

崑山科技大學環境工程系助理教授 摘要

摘要 摘要 摘要

世界各國為發展經濟，改善生活，無所顧忌的大量使用非再生能源，大量畜 養禽畜，造成溫室效應遽增，全球氣候變遷劇烈，在經濟發展的過程中，卻未能 對相關有機廢棄物，做有效的處置，引發嚴重的污染危機。本研究擬針對畜牧廢 棄物等再生能源之運用，進行量能探討，企圖以再生能源之利用，解決有機廢棄 物處置問題，隨著問題之解決，所得到之能量，相對提供二氧化碳之減量來源，

將來並可結合運用再生能源，喚起各界對環境的關心，對已趨於枯竭的非再生能 源，善盡保護的責任，作為能資源之永續性利用，提供後代子孫仍能享有的資源。

本研究選擇具優美環境之花蓮縣作為研究標的，分析花蓮地區畜牧廢棄物產出分 佈，作為廢棄物運用潛能趨勢之推估。研究採用花蓮縣境畜牧廢棄物分佈及量能 分佈圖說，擷取最大分佈量點及不同情境方式，同時依經驗模式推估畜牧廢棄物 沼氣產生量，經比較國外實廠經驗，獲取花蓮縣壽豐鄉實際案例之發電量，結果 顯示畜牧廢棄物能源化具有可成功應用之潛力。

關鍵詞 關鍵詞 關鍵詞

關鍵詞::::畜牧廢棄物、再生能源、沼氣

中華民國九十八年十月二十三日

Abstract

When people develop economic and improve life quality in the country all over the world. People didn’t care about depleting of non-renewable energy which is causing the green house effect and the global climate change, now and then. Fast increasing demand of livestock, but did not have good efficient treatment, it make serious crisis in pollution control. The object of this study used manure converted biogas to generate electricity, in the meant time to solve the manure causing environmental problems such as order, water pollutions, and CO2 emission. Along with waste treatment, This study try to recalls people to take care of our environment and take the responsibility to protect non-renewable energy in order to provide the resource to next generation which the sustainable use of our resource. Hualien County has been chosen as a study area in this research which livestock industry is one of the major economy developments. This study has applied surveying the existed data of the distribution of livestock waste in Hualien County; it can be use as the access of waste potential. The amount of manure has been estimated by the experience results from references, based on the different scenario of the locations of farms. The production of biogas was estimated by the design criteria. The result showed, the biogas from manure can be successful used as a renewable energy in rural area.

Key words: manure, waste, renewable energy, biogas

前言 前言 前言 前言

花蓮縣境畜牧廢棄物產量豐富，分佈範圍廣泛，從北到南之間距離甚遠，瞭 解廢棄物之分佈，為利用廢棄物之第一步驟，對畜牧業而言，再生能源之利用評 估，可利其進行相關規劃，進行廢棄物管理及能量管理，減少業者成本之支出，

避免違反法令之行為發生，對政府機關而言，再生能源之利用，可做為示範場址 或試驗廠，作為相關推廣之依據，且可有效作畜牧廢棄物之完善處理來源。

研究指出，採用 ON FARM 沼氣廠，若畜養禽畜之頭數數少，所收集之畜牧 廢棄物 ，不 具經 濟規 模，易 因甲 烷產 量不 足及成 本因 素而 失敗 （Raven and Gregersen，2004）。故研究首先，應將研究區域之畜牧廢棄物量資訊，予以收集並 加以分析，其量能是否足夠去進行利用，進而規劃利用之計畫或步驟，避免國外 失敗之經驗重演，則成功機率甚高。

根據農委會 97 年 5 月對台閩地區豬隻之普查結果，共 6,515,792 頭在養豬隻，

其中花蓮縣在養頭數：87,473 頭，佔總在養頭數 1.34%。（農委會統計與出版品，

97.5）。

花蓮縣畜牧業，屬較大宗者為養豬業、養雞及養鴨業，其中養雞場較集中於 花蓮南區，養鴨場則普遍以水邊養殖為主，其他畜牧業則零散分布於花蓮地區，

然此部份之比例甚低。因此本研究將以養豬業為主要之研究對象。

由上述統計資料顯示，台灣整體養豬量驚人，花蓮縣雖佔總在養頭數比例低，

僅 1.34%，但 8 萬 7 千多頭豬之廢棄物，足以造成浩大之污染，花蓮縣畜牧業，除 豬隻為大宗外，雞隻之飼養亦相當多。對於畜牧廢棄物之應用，有其潛在之能力，

然仍需做相關有計畫之研究，方能畢其功，其中豬隻之養殖分佈狀況，將成為研 究重點，畢竟集中性良好之畜牧廢棄物，在運輸成本方面，可大量降低，且其能 量利用之潛在問題，亦可相對減少。

本文 本文 本文 本文 一 一 一

一、 、 、 、研究方法 研究方法 研究方法 研究方法

本研究為探討花蓮縣畜牧廢棄物之沼氣發電應用，花蓮縣地幅狹長，須先對 花蓮縣相關研究區域進行描述與分析，以利研究區域之限縮，得到最佳而可行的 研究場域。沼氣發電部分，需進行畜牧廢棄物分佈狀況分析，了解畜牧廢棄物分 布狀況，作為後續研究區域抉擇之依據，且對採用集中式厭氣消化之適合地點，

進行分析，以利縮小範圍，另亦將區域中可收集之畜牧廢棄物種類、數量，分別 進行探討，以供研究區域中畜牧廢棄物收集限制之假設，期使研究之完整呈現，

中華民國九十八年十月二十三日

糞便產出量整理如表 1 所示，本研究依表 1 計算豬隻糞便產生量：平均每隻豬飼 養週期產生之糞便量約為 127.58 Kg

表 1 豬隻養殖成長期及相對階段產出糞便量一覽表

分類 小 豬

（1-5Kg）

小 豬

（5-10Kg）

小 豬

（10-20Kg）

中 豬

（20-60Kg）

大 豬

（60-100Kg）

階 段 成 長 天數

20 天 17 天 22 天 62 天 53 天

糞 便 量

0.197Kg 0.259Kg 0.364Kg 0.711Kg 1.267Kg

（資料來源：畜牧要覽養豬篇， 2001）

計算所得之每隻豬飼養週期產生之糞便量，可作為沼氣發電之基本資料，經 由基本量，接續推演出總量，來估算沼氣發電能力之趨勢，為顧及花蓮地區環境 之永續性，畜牧廢棄物進行厭氧消化，獲取沼氣來發電，為相當理想之再生能源 利用。

二 二 二

二、 、 、 、結果與討論 結果與討論 結果與討論 結果與討論

本研究經統計花蓮縣畜牧廢棄物分布狀況，得圖1、2所示，顯示壽豐鄉在豬 隻廢棄物再利用之潛勢驚人，另玉里鎮亦有發展之潛能，雞隻廢棄物之分佈以花 蓮南區之富里鄉、玉里鎮及北區之吉安鄉產量較高。

文獻（農委會畜牧污染防治地理資訊系統）顯示，花蓮縣部分養雞場分佈在 山區，由於山區之雞隻飼養模式，均以放山雞方式飼育，雞隻產出之禽糞廢棄物 難以收集，且放山雞模式，原本即有將廢棄物資源回歸當地土壤之意，故此雞隻 產出之廢棄物，本研究暫不將其列入探討，以符合實際之應用，另鴨類之飼養，

雖蠻為普遍，但其飼養方式，倚溪流及河水而飼育，廢棄物均直接流入水體，收 集不敷成本，甚或無法收集，故排除本禽糞廢棄物之探討；其他畜牧廢棄物因數 量極少，故本研究僅以豬隻之廢棄物做探討，然其他畜牧廢棄物之研究作法亦與 本研究相同，可相對應用於其他鄉鎮不同性質畜牧廢棄物之研究。

圖 1 花蓮縣各鄉鎮養豬廢棄物潛勢量能統計

（資料來源：本研究整理）

圖 2 花蓮縣各鄉鎮養雞廢棄物分佈統計

（資料來源：本研究整理）

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

秀林鄉 新城鄉 花蓮市 吉安鄉 壽豐鄉 鳳林鎮 萬榮鄉 光復鄉 瑞穗鄉 豐濱鄉 玉里鎮 卓溪鄉 富里鄉

鄉鎮

豬 糞 便 量 (噸 / 飼 養 週 期)

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

秀林鄉 新城鄉 花蓮市 吉安鄉 壽豐鄉 鳳林鎮 萬榮鄉 光復鄉 瑞穗鄉 豐濱鄉 玉里鎮 卓溪鄉 富里鄉

鄉鎮

雞 糞 便 ( 噸 / 年)

中華民國九十八年十月二十三日

相關年收集量計算如下：

Ci：每批飼養週期收集之廢棄物量（噸/批）

Wi：每年收集之廢棄物量（噸/年）

N_i：收集區涵蓋頭數（頭）

其中，i＝1~n，Ci為各畜牧場，依文獻資料採每批次飼養週期以 174 日計，

每頭豬在飼養期平均糞便重量則採 127.58 公斤，W_i及 N_i則可由如下計算式求得：

Ci（噸/批飼養週期）＝Ni（頭）× 1000（公斤/噸）÷ 127.58（公斤/飼養週期．

頭）………（Eq-1）

W_i＝C_i（噸/批飼養週期）× 365（日/年）÷ 174（日/批飼養週期）＝2.0977Ci

（噸/年）………（Eq-2）

表 2 花蓮縣壽豐鄉沼氣廠可收集之畜牧廢棄物量資料表 方案 沼氣廠場域 收集之廢棄物量（噸/飼養週

期）

收集之廢棄物量（噸/年）

Ⅰ 1 8,539 17,912

2 5,693 11,941

Ⅱ

3 2,846 5,971

（資料來源：本研究整理）

由方案Ⅰ，本研究可透過縣內產出最大量之壽豐鄉畜牧場收集，獲取最大畜 牧廢棄物量，得到沼氣最大產量，作為相對穩定之電量來源，節省人力成本，初 設成本亦可相對減省；藉由方案Ⅱ，本研究得到壽豐鄉境內兩個廠址，此兩座廠 址，可相對降低收集運輸距離，作為緊急應變時，畜牧廢棄物可做相互支援處理，

增進廢棄物完善管理，增加就業機會，且藉由收集範圍擴大，收集量亦可有效變 動，並可做兩廠間之運轉經驗交流，則本研究可得不同情境之分析結果，做為公 部門核准設立之決策依據或參考，並為私人有意投資興建之決策者，提供相關有 用之資訊。

本研究利用沼氣設計規範文獻（James, 2001），經由廢棄物中揮發性固體物之 破壞，求得畜牧廢棄物經由各種細菌及甲烷生成菌作用後，甲烷氣之產出量，作 為發電量探討之基礎資料。

本研究之研究區域花蓮縣壽豐鄉，養豬場之養殖習慣，ㄧ般均以水沖洗豬舍，故 糞便含水率高，經固液分離設備處理後，可得較高密度之廢棄物，參考（Moral et al, 2005）之底泥密度介於 997~1010Kg/M³，生糞便未經消化，密度較底泥為高，本 研究假設豬糞便密度介於 1020~1200 Kg/M³。依每頭豬之糞便產出量之基本物理性 質、厭氣發酵之動力反應經驗值等及設計規範，如豬隻糞便量（含尿及糞便）為 5.2~6.12 Kg/日/頭、豬糞揮發性固體物產量採用 0.295 Kg VS/頭/日等分別計算相關 廢棄物量。計算各點糞便中，含有之揮發性固體物，並導出沼氣計算公式，並計 算彙整如表 3 所示：

表 3 畜牧廢棄物產量計算出沼氣產出量

方案 沼 氣 廠 場 域

廢棄物量（噸/年）

W_i

總 揮 發 性 固 體 物 產 量

（噸 /年）V_i

沼氣產生量（10³M³/ 年）G_i

Ⅰ 1 17,912 863~1016 323~380 2 11,941 576~677 215~262

Ⅱ

3 5,971 288~339 111~131

（資料來源：本研究整理）

本研究搜集國外相關沼氣廠實際運作後，公佈之沼氣產量資料及其相關發電 資料，作為本研究基本資料，依廻歸分析方式，所得到沼氣量及發電量關係圖說，

如圖3；依整體收集之資料顯示，沼氣廠實際沼氣產出量大部分均集中分佈於2,000 KM³以下，經由線性廻歸方式作圖，得迴歸方程式為 y ＝ 1.8384 x，其廻歸係數 為0.722，沼氣及發電量關係，佈點對稱，且偏差小，相當適合以直線回歸分析，

依據文獻（Tricase and Lombardi, 2009）所提： Electricity（KWh/year）= biogas

（M³/year） × 1.9（kWh/ M³）所得資料顯示，其與本研究所繪廻歸方程式頗為相 近，故本研究採用所繪之廻歸方程式，計算出各選址點之發電量。

圖 3 沼氣產量及發電量分布分析圖

（ 資 料 來 源 ： Agricultural Biogas Casebook, 2002, A.Niebaum, H.Döhler und P.Jäger, 2004, Bolart GmbH, 2001, Curt Gooch, P.E. and Jennifer Pronto, 2008,

y = 1.8384x R² = 0.722

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

0 500 1000 1500 2000 2500 沼氣量(KM³)

發 電 量 (M Wh)

中華民國九十八年十月二十三日

能潛勢發電能力，利用廻歸方程式計算如下：

yi：發電量（MWh/年）；xi：沼氣量（KM³/年），其中 i=1~3 yi ＝ 1.8384Gi

表4 花蓮縣壽豐鄉沼氣廠發電量潛勢表

方案 沼氣廠研選點 沼氣產生量（10³M³/ 年）G i

發電量（MWh/年）y_i

Ⅰ 1 323~380 594~699

2 215~262 395~482

Ⅱ

3 111~131 204~241

（資料來源：本研究整理）

動物廢棄物具有數量充足且不受時節限制的特點，是一穩定的能量來源，只 要有畜牧場，就能獲得糞肥的供應，本研究沼氣發電，以畜牧廢棄物作為能量來 源，可做穩定之供電來源，不受時節限制，若能將本研究擴充至其他有機廢棄物 之領域，則沼氣發電量因營養多樣性因素，沼氣產出量提高（Rene’and Gunnar, 2008），發電量亦可相對提升。

三 三 三

三、 、 、 、結論 結論 結論 結論

畜牧場分佈集中在花東縱谷線，沿縱谷線，到達台東縣界，其中密集度最高 者為壽豐鄉，其次為玉里鎮，分佈相當集中。產出之畜牧廢棄物，作為沼氣廠再 生能源，具有相對運輸成本較低、收集時間縮短、能量供應無虞、可連續操作條 件之優點，再利用性相對甚高。

經由不同情境分析，方案Ⅰ，得最大量分佈點產出區，可得相對穩定電源，

節省人力成本，甚至設置成本；方案Ⅱ，為兩座廠，可做緊急應變，相互支援及 交流之情境，並相對縮短部分牧場之運輸距離及成本，若以私人設廠而言，為節 省成本，當以方案Ⅰ較優，若論政府設廠，則為因應廢棄物之妥善處理，則以方 案Ⅱ作為首選之考量。

經推算沼氣產量，並利用國外案例應用分析；沼氣及發電量關係圖，依線性 迴歸方式，推得本研究設計之壽豐鄉Ⅰ－1、Ⅱ－2及Ⅱ－3廠，各自之沼氣發電 能力，最高分別可達699、482及241（MWh/年）。沼氣發電量雖非甚高，但對整 體農場而言，卻有相當大之助益，除降低污染、減輕臭味、增加收益外，亦提供 良好的有機堆肥原料。

四 四 四

四、 、 、 、參考文獻 參考文獻 參考文獻 參考文獻

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