德國沼氣工程的發(fā)展現(xiàn)狀及對我國發(fā)展的啟示

方韶偉

（德國農(nóng)業(yè)協(xié)會中國辦公室，北京 100738）

截至到2010年底，德國共建成500 m3以上沼氣工程 6 000 多處，這些沼氣工程所產(chǎn)沼氣，有98%是用來發(fā)電。目前德國年平均用電大約是5 200億kW·h。據(jù)德國沼氣協(xié)會人士預(yù)測，到2020年德國有47%的電將來自于新能源（風(fēng)，水，太陽，生物能），其中生物能發(fā)電所占比重將會越來越高。

1 德國沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 規(guī)模

德國沼氣工程從20世紀(jì)90年代初開始建設(shè)，當(dāng)時全國僅有139個沼氣工程。2000年德國“可再生 能 源 法 ” (“Renewable Energy Act”, EEG)開始實施，通過示范工程建設(shè)，沼氣工程建設(shè)快速增長，從2000到2004的4年間就增加了1 450處。截至到2010年已建成6 000個沼氣工程，遍布整個德國，總裝機容量為 2 700 MW，裝機容量在 2 MW 的沼氣廠有40家，最小裝機容量為50 kW,德國十幾年來沼氣工程數(shù)量和總裝機容量和增長情況見圖1。

德國的沼氣工程投資多以發(fā)電裝機容量計算，每千瓦裝機容量的投資額約為 3 000～ 4 000歐元。有 470 個沼氣公司從事沼氣工程的設(shè)計、建造和設(shè)備供應(yīng)。目前，可再生能源已占德國整個能源消耗的8.6%。而且其發(fā)展?jié)摿艽?，?jù)估計，其原料的理論利用量能滿足220 000個沼氣工程的需要（包括農(nóng)場小型沼氣工程和大型沼氣工程）。[1]德國沼氣生物質(zhì)能協(xié)會——IBBK沼氣中心Ketenner先生介紹，德國沼氣技術(shù)在歐洲處于領(lǐng)先地位。

1.2 德國沼氣工程的特點

在德國，沼氣工程主要采用全混合厭氧發(fā)酵工藝，以獲取能源為主要目的，因此追求最大原料產(chǎn)氣率是這些工程最為重要的經(jīng)濟指標(biāo)。沼氣工程所處理的有機廢棄物比較廣泛，如：畜禽糞便、青貯飼料、廚余殘渣、生活有機垃圾、動物屠宰的廢棄物、農(nóng)副產(chǎn)品加工的廢棄物等。德國每年的秸稈產(chǎn)量大約為4 800萬t，畜禽糞便所含干物質(zhì)可達(dá)57 500 t。農(nóng)作物和秸稈的產(chǎn)氣率較高，如玉米、甜菜、甜高粱及大麥的干物質(zhì)產(chǎn)氣率可高達(dá) 600 ～ 1 000 m3/t；而動物糞便與這些原料摻在一起進(jìn)行混合發(fā)酵，可以彌補這些原料氮源不足的問題，從而更有利于沼氣的生產(chǎn)。

由于混合發(fā)酵原料SS含量和TS濃度都比較高，適合采用全混合厭氧反應(yīng)器。在德國，約90%為立式全混合反應(yīng)器，少數(shù)采用臥式反應(yīng)器，主要用于含沙和纖維量高的原料，而且受結(jié)構(gòu)限制此類反應(yīng)器的容積一般低于300 m3，還有不到10%的工程采用兩種反應(yīng)器聯(lián)合應(yīng)用的方式。

沼氣工程配套設(shè)備與技術(shù)裝備先進(jìn)，如進(jìn)料設(shè)備、攪拌設(shè)備、脫硫設(shè)備、沼氣存儲設(shè)備、熱電聯(lián)產(chǎn)成套設(shè)備等優(yōu)良性均處于世界沼氣行業(yè)的領(lǐng)先地位.并且沼氣工程自動化程度高。沼氣工程無論規(guī)模大小全部只需一人管理即可穩(wěn)定運行，節(jié)省人力資源，降低運行成本。

此外，由于實施熱電聯(lián)產(chǎn)（依靠發(fā)電余熱給厭氧消化裝置增溫、保溫），即使在冬季環(huán)境氣溫低至-20 ℃，處理農(nóng)業(yè)有機廢棄物的沼氣工程仍然運行良好，中溫裝置產(chǎn)氣率1.2～1.8 m3/d，高溫裝置產(chǎn)氣率2.0～3.0 m3/d，沼氣工程的經(jīng)濟效益顯著。

1.3 德國沼氣工程的主要用途

目前，德國大中型沼氣工程分別應(yīng)用于垃圾衛(wèi)生填埋場、畜禽養(yǎng)殖場、私人農(nóng)莊。99%的沼氣工程利用沼氣發(fā)電。同時多數(shù)沼氣工程將發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱用于供熱，即熱電聯(lián)產(chǎn)工藝。這也是“Erneuerbare-Energien-Gesetz，EEG”所鼓勵的。熱電聯(lián)產(chǎn)工藝帶動了沼氣發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)設(shè)備、產(chǎn)品的制造和生產(chǎn)，從而逐步推動沼氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

表1 德國新的可再生能源法對生物質(zhì)能發(fā)電的補償標(biāo)準(zhǔn)???歐分/kW·h

1.4 廢污處理

沼渣沼液貯存期約3～6個月，施于周圍農(nóng)田。許多農(nóng)場建的沼氣工程多采用2個發(fā)酵罐串聯(lián)發(fā)酵，其中第1個發(fā)酵罐采用連續(xù)進(jìn)出料方式，其排出的料液進(jìn)入第2個發(fā)酵罐儲存并在其中繼續(xù)產(chǎn)氣，同時該罐還兼作沼氣儲氣裝置。儲存在第2個發(fā)酵罐的料液經(jīng)過一段時間后被排放出來，然后作為有機肥噴施到農(nóng)田里，所以不存在廢液二次污染問題。[2]

2 德國沼氣工程發(fā)展的驅(qū)動力

近年來德國沼氣工程的快速發(fā)展，主要得益于積極的政策支持和完善的質(zhì)檢監(jiān)控體系。

2.1 強有力的政策推動

為了促進(jìn)包括沼氣在內(nèi)的可再生能源的發(fā)展，德國政府制訂了“Erneuerbare-Energien-Gesetz，EEG”，該法于2000年開始實施，并在2004年進(jìn)行了重新修訂以加大對可再生能源的扶持力度。該法制定了可再生能源發(fā)電補貼措施，根據(jù)發(fā)電設(shè)備裝機容量的不同，制定了不同的上網(wǎng)電價補償標(biāo)準(zhǔn)，見表1。此外，對利用能源植物做原料的電廠，或者采用熱電聯(lián)產(chǎn)工藝的電廠在上網(wǎng)電價基本補償標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再給予不同額度的獎勵。在此基礎(chǔ)上，如果新建的熱電聯(lián)產(chǎn)工廠在生物質(zhì)轉(zhuǎn)換利用環(huán)節(jié)采用熱化學(xué)氣化技術(shù)、燃料電池等新技術(shù)，可以再增獲得獎勵。上述規(guī)定適用于2004年1月1日以后運行的沼氣發(fā)電工程，保持20年不變。

目前，德國主要實行3種能源優(yōu)惠政策：一是基本補助政策；二是可再生能源補助政策；三是熱電聯(lián)產(chǎn)優(yōu)惠政策。此外，還有鼓勵創(chuàng)新等優(yōu)惠政策。在德國，15%的沼氣工程享受基本補助政策；28%的沼氣工程同時享受基本補助政策和可再生能源作物補助政策；4%的沼氣工程同時享受基本補助政策和熱電聯(lián)產(chǎn)政策；46%的沼氣工程同時享受著3項能源優(yōu)惠政策；只有7%的工程除了享受3項主要優(yōu)惠政策外，還享受了鼓勵創(chuàng)新政策。

自2009年起，沼氣工程基本發(fā)電并網(wǎng)補助為7.79～11.67歐分/kW·h。利用可再生能源作物發(fā)電的沼氣工程可額外享受最少3歐分/kW·h的補助，這比2004年增加了1歐分/kW·h。還有技術(shù)創(chuàng)新補助金額為2歐分/kW·h。裝機容量低于70 kW的沼氣工程還可獲得15 000歐元的補助金及低息貸款。

德國可再生能源法被認(rèn)為是最有效的環(huán)境保護措施，2003 年在德國可再生能源對溫室氣體CO2的減排量貢獻(xiàn) 已 達(dá) 到 5 300 萬 t， 而 其 中 的 2 300萬t應(yīng)歸功于該法的推動作用。除了可再生能源法外，其他一些法規(guī), 和循環(huán)利用法（Kreislaufwirtschaftsund Abfallgesetz），生物廢棄物條例（Bioabfallverordnung-BioAbfV） 等都對沼氣的發(fā)展起到了推動作用。此外，在解決沼氣工程建設(shè)資金方面，政府可以為企業(yè)或農(nóng)場主提供長期低息貸款。

2.2 完善的質(zhì)檢監(jiān)控體系

歐盟和德國沼氣協(xié)會制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用以對沼氣工程運營進(jìn)行質(zhì)量控制，除產(chǎn)品及設(shè)備通過檢測或質(zhì)量認(rèn)證外，重點控制工程運行的安全和質(zhì)量。德國政府在沼氣工程申報、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和工程質(zhì)量監(jiān)督驗收以及運行管理方面建立了比較全面的管理體系和標(biāo)準(zhǔn)，如安全操作規(guī)程(Operational Safety Regulations)、農(nóng)業(yè)貿(mào)易協(xié)會安全規(guī)程 (Agricultural Trade Association Safety Regulations)、歐盟機械指南(EU Machinery Directive)和德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN Standards)等都對沼氣工程適用。

例如，由于沼氣是一種易燃易爆的氣體，根據(jù) Operational Safety Regulations的要求，需要對沼氣工程進(jìn)行防爆監(jiān)控。對在易爆地點使用的設(shè)備，必須符合防爆要求，檢查時只需看該設(shè)備是否貼有Ex標(biāo)志，即防爆標(biāo)志。根據(jù)ATEX Gudielines要求只有通過ATEX認(rèn)證的設(shè)備才允許貼Ex標(biāo)志。

對機械設(shè)備，根據(jù)EU Machinery Directive要求，生產(chǎn)商對該設(shè)備的說明必須與其實際性能相一致，并粘貼CE標(biāo)志，即實行CE標(biāo)志強制認(rèn)證制度。

在德國，沼氣工程從申請建設(shè)到投入使用有一套嚴(yán)格的程序：

由于有質(zhì)量控制法規(guī)做依據(jù)，檢查人員對工程的檢查和驗收相對比較簡單，基本不需要檢測儀器，特別是對機械設(shè)備的檢查，只需檢查工程是否按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求選用設(shè)備，判斷的依據(jù)就是設(shè)備上的認(rèn)證標(biāo)志。

3 德國沼氣工程的效益

盡管2009年經(jīng)濟危機，但是德國新能源產(chǎn)業(yè)還是有33.4億歐元的總盈利額，同比2008年上漲了8.8%。

在德國沼氣工程產(chǎn)出的沼氣主要用于發(fā)電，因為在法律的規(guī)范和政策的補助下，使得沼氣發(fā)電——熱電聯(lián)產(chǎn)成為一個重要的盈利點。

同時，沼氣工程的建設(shè)、使用和維修等相關(guān)產(chǎn)業(yè)不僅有很好的經(jīng)濟效益，還提供了大量的工作崗位。截至2009年，新能源行業(yè)為德國提供了339 500個工作崗位，其中生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)提供了128 000 個工作崗位。

4 德國沼氣工程對于我國發(fā)展的啟示

德國沼氣工程對于我國同行業(yè)發(fā)展的啟示在于：發(fā)展沼氣工程應(yīng)該立足于綜合性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)建設(shè)，從法律、政策、融資、市場、技術(shù)和裝備等全方位進(jìn)行研究與運作。具體而言包含以下4個主要方面：

一是進(jìn)一步完善沼氣工程質(zhì)量監(jiān)管體系。相關(guān)部門應(yīng)該從沼氣工程安全系數(shù)、運行性能以及工程建設(shè)過程等方面形成一套更加完善的監(jiān)督管理體系，在保證沼氣工程安全的前提下，實現(xiàn)其運行的穩(wěn)定性和持久性。

二是要加大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度，解決生產(chǎn)實際需求的一些關(guān)鍵技術(shù)問題。目前中國沼氣工程的工藝技術(shù)研究比較全面和深入，但在一些關(guān)鍵裝備技術(shù)如高固體料液高效傳質(zhì)技術(shù)及設(shè)備、沼氣生物凈化與提純技術(shù)、沼氣發(fā)電及其余熱利用的高效轉(zhuǎn)化設(shè)備、遠(yuǎn)程在線監(jiān)測與自動調(diào)控技術(shù)等方面尚有較大的研發(fā)空間。解決了這些問題，將從各個環(huán)節(jié)保證沼氣工程工藝參數(shù)的實現(xiàn)，進(jìn)而保證工程運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益。與此同時，要鼓勵投資公司、能源公司、設(shè)計院所等專業(yè)機構(gòu)來建設(shè)和管理項目，充分發(fā)揮這些機構(gòu)的人才優(yōu)勢，積累項目建設(shè)和運行管理經(jīng)驗，實現(xiàn)沼氣工程建管專業(yè)化，進(jìn)而有效地促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

三是需要進(jìn)一步完善各項激勵政策，拓寬大中型沼氣工程的盈利渠道，提高其經(jīng)濟效益。通過對具有一定規(guī)模的沼氣發(fā)電工程實行電網(wǎng)連接準(zhǔn)入制度、貸款貼息政策、財政直接補助政策和建立產(chǎn)品（沼氣及其電力、沼渣、沼液）的市場流通機制等措施，使得沼氣及發(fā)電工程的最終產(chǎn)品（沼氣或電力、熱能、有機肥料）進(jìn)入市場流通環(huán)節(jié)，進(jìn)而將產(chǎn)品價值轉(zhuǎn)化成為規(guī)模性經(jīng)濟效益。

四是要實行工程裝備與設(shè)備的專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)，逐步形成產(chǎn)業(yè)鏈，以保證工程質(zhì)量，并降低工程成本。不但要認(rèn)真研究沼氣工程中每種專用設(shè)備和裝備的制造技術(shù)，還要研發(fā)出各種設(shè)（裝）備的工廠化生產(chǎn)技術(shù)，以及工程組裝技術(shù)，并實行專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。只有這樣，才能推動沼氣工程技術(shù)的進(jìn)步，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，逐步實現(xiàn)沼氣工程標(biāo)準(zhǔn)化建造和降低工程造價，減少項目實施企業(yè)的投資風(fēng)險和不確定性，提高沼氣及其發(fā)電工程的綜合效益。

[1] 楊世關(guān),張百良.德國沼氣工程技術(shù)考察及思考[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)·新能源產(chǎn)業(yè),2007(01):62-65.

[2] 德國沼氣工程發(fā)展?fàn)顩r和技術(shù)特點[EB/OL].清潔能源網(wǎng):http://www.21ce.cc/biomass/detail_25389.aspx