關鍵詞：沼氣；溫室；供能；可調控性
1．引言
溫室是現代農業工程中重要的技術主題，溫室的發展使傳統露天農業轉化爲保護條件下的可控制農業[1]。目前國際上，溫室已經廣泛應用於花卉、蔬菜栽培[2]。溫室栽培的最大優勢是透過溫室環境的控制，滿足作物的最佳生活條件，抵抗自然災害等，從而獲取最大的生產效益。在溫室管理中，溫室冬季加溫、補光和二氧化碳施肥是重要的環境調控措施[3]。這些調控過程都需要能源的消耗，目前的能源消耗以一次化石能源煤和二次能源柴油、電力[4]爲主。這些能源的大量消耗一方面加重了全社會的能源供給負擔，另一方面也大幅度提高產品的生產成本。受能源價格影響，許多溫室不得不放棄溫室的冬季加溫、補光和二氧化碳施肥，這樣不僅不能充分發揮溫室的應有功能，甚至會造成溫室管理的失敗。
在溫室管理中，每年會產生大量的種植業有機廢棄物。目前，這些被隨意堆放的.廢棄物，造成了嚴重的農業面源污染[3，4]。然而，這些有機廢棄物本身富含大量有機質，是非常好的沼氣生產原料。如果能用溫室生產管理過程中產生的有機廢棄物來生產沼氣，從而替代煤、石油、電力等不可再生能源用於溫室供能，不僅可以降低溫室供能成本，同時廢棄物中的營養物質又可以循環利用，減少廢棄物排放，改善農業環境。但是，迄今爲止沒有沼氣在溫室供能領域應用的成功案例。
2．傳統沼氣技術與溫室供能需求的背離
沼氣發酵技術可以分爲兩類，即傳統沼氣發酵技術和水溶性有機物高效沼氣發酵技術[5, 6]。這兩類技術應用於溫室沼氣供應都存在諸多技術難點。具體分析如下：
傳統的沼氣發酵技術，利用複雜性有機質發酵沼氣，沼氣產生具有非常大的週期性，往往開始投料時產氣慢，中間產氣旺盛，而且一旦沼氣發酵系統啓動，是否產沼氣和產生多少沼氣，要受原料特性和發酵規律的內在約束，很難調節。而溫室用能表現在取暖、二氧化碳施肥等方面，這些能源需求往往受天氣的控制，而天氣又變化無常。因此，往往是要氣時沒有氣，不要氣時產氣，如果滿足需求將要建立龐大的儲氣裝置，這在投資和佔地上是不允許的。如果根據長期天氣預報進行計劃式投料，在理論上可行，但在實踐上是難操作的。一方面，長期天氣預報目前的準確性較差，另一方面，關於複雜有機質的產氣規律不可能準確預測。同時，溫室產生有機廢棄物是分散在全年的各個時段，所產生的廢棄物大多易腐爛，很難儲存。因此傳統的沼氣技術基本不能適應溫室供能需求。
水溶性有機物高效沼氣發酵技術，利用可溶解的簡單微生物進行沼氣發酵，採用高效反應器可以實現較高的效率[7,8]。一是可溶性有機質非常容易反應，沼氣的產生量在反應器負荷允許的範圍內，基本決定於短期內的進料量，即進料多產氣量大，進料少產氣量小，停止進料短期即停止產氣。二是成熟反應器中的沼氣發酵厭氧微生物具有非常強的耐飢餓性，在長期不進料的情況下，反應器內的微生物能夠長期耐受，而且再啓動時可以迅速恢復正常高效產氣。水溶性有機物高效沼氣發酵技術的以上兩點技術特徵均符合溫室需能波動性的要求。但是，如果單獨爲了溫室供能需要而刻意外購水溶性有機物作爲發酵原料生產沼氣，不僅成本上與化石能源不具競爭優勢，而且也達不到生物質廢棄物資源就地利用、開展循環經濟和環境建設的目的。因此，水溶性有機物高效沼氣發酵技術也不適合溫室供能需求。