德国沼气工程的发展现状及对我国发展的启示方韶伟

主题策划FEATURE44猪业科学 SWINE INDUSTRY SCIENCE 2011年 第6期德国沼气工程的发展现状及对我国发展的启示方韶伟（德国农业协会中国办公室，北京100738）截至到2010年底，德国共建成500 m3以上沼气工程6 000多处，这些沼气工程所产沼气，有98%是用来发电。目前德国年平均用电大约是5 200亿kW·h。据德国沼气协会人士预测，到2020年德国有47%的电将来自于新能源（风，水，太阳，生物能），其中生物能发电所占比重将会越来越高。1  德国沼气工程发展现状1.1  规模德国沼气工程从20世纪90年代初开始建设，当时全国仅有139个沼气工程。2000年德国“可再生能源法” (“Renewable Energy Act”, EEG)开始实施，通过示范工程建设，沼气工程建设快速增长，从2000到2004的4年间就增加了1 450处。截至到2010年已建成6 000个沼气工程，遍布整个德国，总装机容量为2 700 MW，装机容量在2 MW的沼气厂有40家，最小装机容量为50 kW,德国十几年来沼气工程数量和总装机容量和增长情况见图1。德国的沼气工程投资多以发电装机容量计算，每千瓦装机容量的投资额约为3 000～4 000欧元。有470个沼气公司从事沼气工程的设计、建造和设备供应。目前，可再生能源已占德国整个能源消耗的8.6％。而且其发展潜力很大，据估计，其原料的理论利用量能满足220 000个沼气工程的需要（包括农场小型沼气工程和大型沼气工程）。[1]德国沼气生物质能协会——IBBK沼气中心Ketenner先生介绍，德国沼气技术在欧洲处于领先地位。1.2  德国沼气工程的特点在德国，沼气工程主要采用全混合厌氧发酵工艺，以获取能源为主要目的，因此追求最大原料产气率是这些工程最为重要的经济指标。沼气工程所处理的有机废弃物比较广泛，如：畜禽粪便、青贮饲料、厨余残渣、生活有机垃圾、动物屠宰的废弃物、农副产品加工的废弃物等。德国每年的秸秆产量大约为4 800万t，畜禽粪便所含干物质可达57 500 t。农作物和秸秆的产气率较高，如玉米、甜菜、甜高粱及大麦的干物质产气率可高达600～1 000 m3/t；而动物粪便与这些原料掺在一起进行混合发酵，可以弥补这些原料氮源不足的问题，从而更有利于沼气的生产。由于混合发酵原料SS含量和TS浓度都比较高，适合采用全混合厌氧反应器。在德国，约90%为立式全混合反应器，少数采用卧式反应器，主要用于含沙和纤维量高的原料，而且受结构限制此类反应器的容积一般低于300 m3，还有不到10%的工程采用两种反应器联合应用的方式。沼气工程配套设备与技术装备先进，如进料设备、搅拌设备、脱硫设备、沼气存储设备、热电联产成套设备等优良性均处于世界沼气行业的领先地位．并且沼气工程自动化程度高。沼气工程无论规模大小全部只需一人管理即可稳定运行，节省人力资源，降低运行成本。此外，由于实施热电联产（依靠发电余热给厌氧消化装置增温、保温），即使在冬季环境气温低至-20 ℃，处理农业有机废弃物的沼气工程仍然运行良好，中温装置产气率1.2～1.8 m3/d，高温装置产气率2.0～3.0 m3/d，沼气工程的经济效益显著。图1  沼气工程数量和总装机容量和增长情况（数据来源：德国沼气协会）主题策划FEATURE45 2011年 第6期 SWINE INDUSTRY SCIENCE 猪业科学1.3  德国沼气工程的主要用途目前，德国大中型沼气工程分别应用于垃圾卫生填埋场、畜禽养殖场、私人农庄。99%的沼气工程利用沼气发电。同时多数沼气工程将发电过程中产生的废热用于供热，即热电联产工艺。这也是“Erneuerbare-Energien-Gesetz，EEG”所鼓励的。热电联产工艺带动了沼气发电系统技术的发展和相关设备、产品的制造和生产，从而逐步推动沼气产业快速发展。1.4  废污处理沼渣沼液贮存期约3～6个月，施于周围农田。许多农场建的沼气工程多采用2个发酵罐串联发酵，其中第1个发酵罐采用连续进出料方式，其排出的料液进入第2个发酵罐储存并在其中继续产气，同时该罐还兼作沼气储气装置。储存在第2个发酵罐的料液经过一段时间后被排放出来，然后作为有机肥喷施到农田里，所以不存在废液二次污染问题。[2]2  德国沼气工程发展的驱动力近年来德国沼气工程的快速发展，主要得益于积极的政策支持和完善的质检监控体系。2.1  强有力的政策推动为了促进包括沼气在内的可再生能源的发展，德国政府制订了“Erneuerbare-Energien-Gesetz，EEG”，该法于2000年开始实施，并在2004年进行了重新修订以加大对可再生能源的扶持力度。该法制定了可再生能源发电补贴措施，根据发电设备装机容量的不同，制定了不同的上网电价补偿标准，见表1。此外，对利用能源植物做原料的电厂，或者采用热电联产工艺的电厂在上网电价基本补偿标准的基础上再给予不同额度的奖励。在此基础上，如果新建的热电联产工厂在生物质转换利用环节采用热化学气化技术、燃料电池等新技术，可以再增获得奖励。上述规定适用于2004年1月1日以后运行的沼气发电工程，保持20年不变。目前，德国主要实行3种能源优惠政策：一是基本补助政策；二是可再生能源补助政策；三是热电联产优惠政策。此外，还有鼓励创新等优惠政策。在德国，15%的沼气工程享受基本补助政策；28%的沼气工程同时享受基本补助政策和可再生能源作物补助政策；4%的沼气工程同时享受基本补助政策和热电联产政策；46%的沼气工程同时享受着3项能源优惠政策；只有7%的工程除了享受3项主要优惠政策外，还享受了鼓励创新政策。自2009年起，沼气工程基本发电并网补助为7.79～11.67欧分/kW·h。利用可再生能源作物发电的沼气工程可额外享受最少3欧分/kW·h的补助，这比2004年增加了1欧分/kW·h。还有技术创新补助金额为2欧分/kW·h。装机容量低于70 kW的沼气工程还可获得15 000欧元的补助金及低息贷款。德国可再生能源法被认为是最有效的环境保护措施，2003 年在德国可再生能源对温室气体CO2的减排量贡献已达到5 300万t，而其中的2 300万t应归功于该法的推动作用。除了可再生能源法外，其他一些法规, 和循环利用法（Kreislaufwirtschafts-und Abfallgesetz），生物废弃物条例（Bioabfallverordnung-BioAbfV）等都对沼气的发展起到了推动作用。此外，在解决沼气工程建设资金方面，政府可以为企业或农场主提供长期低息贷款。2.2  完善的质检监控体系欧盟和德国沼气协会制定了技术标准，用以对沼气工程运营进行质量控制，除产品及设备通过检测或质量认证外，重点控制工程运行的安全和质量。德国政府在沼气工程申报、建设标准和工程质量监督验收以及运行管理方面建立了比较全面的管理体系和标准，如安全操作规程(Operational Safety Regulations)、农业贸易协会安全规程(Agricultural Trade Association Safety Regulations)、欧盟机械指南(EU Machinery Directive)和德国工业标准(DIN Standards)等都对沼气工程适用。例如，由于沼气是一种易燃易爆的气体，根据Operational Safety Regulations的要求，需要对沼气工程进行防爆监控。对在易爆地点使用的设备，必须符合防爆要求，检查时只需看该设备是否贴有Ex标志，即防爆标志。根据ATEX Gudielines要求只有通过ATEX认证的设备才允许贴Ex标志。对机械设备，根据EU Machinery Directive要求，生产商对该设备的说明必须与其实际性能相一致，并粘贴CE标志，即实行CE标志强制认证制度。在德国，沼气工程从申请建设到投入使用有一套严格的程序：补偿额分类补偿标准150 kW500 kW5 MW5 MW基本补偿额11.679.98.97.79基本补偿额1664-基本补偿额22222基本补偿额3222-表1  德国新的可再生能源法对生物质能发电的补偿标准   欧分/kW·h*注：能享受额外增加偿付额1、2、3的对象依次为：利用能源植物做原料的发电厂，新建热电联产工程，采用热电联产新工艺的新建工程。主题策划FEATURE46猪业科学 SWINE INDUSTRY SCIENCE 2011年 第6期模的沼气发电工程实行电网连接准入制度、贷款贴息政策、财政直接补助政策和建立产品（沼气及其电力、沼渣、沼液）的市场流通机制等措施，使得沼气及发电工程的最终产品（沼气或电力、热能、有机肥料）进入市场流通环节，进而将产品价值转化成为规模性经济效益。四是要实行工程装备与设备的专业化、规模化生产，逐步形成产业链，以保证工程质量，并降低工程成本。不但要认真研究沼气工程中每种专用设备和装备的制造技术，还要研发出各种设（装）备的工厂化生产技术，以及工程组装技术，并实行专业化、规模化生产。只有这样，才能推动沼气工程技术的进步，带动相关产业的发展，逐步实现沼气工程标准化建造和降低工程造价，减少项目实施企业的投资风险和不确定性，提高沼气及其发电工程的综合效益。参考文献[1] 杨世关,张百良.德国沼气工程技术考察及思考[J].农业工程技术·新能源产业,2007(01):62-65.[2] 德国沼气工程发展状况和技术特点[EB/OL]．清洁能源网: （收稿日期：2011-06-03）由于有质量控制法规做依据，检查人员对工程的检查和验收相对比较简单，基本不需要检测仪器，特别是对机械设备的检查，只需检查工程是否按相关标准要求选用设备，判断的依据就是设备上的认证标志。3  德国沼气工程的效益尽管2009年经济危机，但是德国新能源产业还是有33.4亿欧元的总盈利额，同比2008年上涨了8.8%。在德国沼气工程产出的沼气主要用于发电，因为在法律的规范和政策的补助下，使得沼气发电——热电联产成为一个重要的盈利点。同时，沼气工程的建设、使用和维修等相关产业不仅有很好的经济效益，还提供了大量的工作岗位。截至2009年，新能源行业为德国提供了339 500个工作岗位，其中生物质能产业提供了128 000个工作岗位。4  德国沼气工程对于我国发展的启示德国沼气工程对于我国同行业发展的启示在于：发展沼气工程应该立足于综合性基础产业建设，从法律、政策、融资、市场、技术和装备等全方位进行研究与运作。具体而言包含以下4个主供稿单位介绍：德国农业协会(German Agricultural Society, DLG)多年来持续研究沼气理论、工程技术和产业发展，并于2006年起每两年在德国汉诺威举办”BioEnergy Decentral”（“生物质能源本地化供应”），为全球生物质能源领域的专业人士提供交流合作的平台。下届展览将于2012年11月13日至16日与EuroTier国际畜牧技术与管理展览会同期举办。在中国，DLG自2010年起与中国的合作伙伴持续举办“中国国际生物质能源展览”，为中欧沼气产业搭建交流合作的优秀平台。DLG中国办公室成立于2007年，致力于促进中德乃至中欧农业、生物质能源和食品等领域的交流与合作，并协助中德农业合作项目运行。要方面：一是进一步完善沼气工程质量监管体系。相关部门应该从沼气工程安全系数、运行性能以及工程建设过程等方面形成一套更加完善的监督管理体系，在保证沼气工程安全的前提下，实现其运行的稳定性和持久性。二是要加大关键技术的研发力度，解决生产实际需求的一些关键技术问题。目前中国沼气工程的工艺技术研究比较全面和深入，但在一些关键装备技术如高固体料液高效传质技术及设备、沼气生物净化与提纯技术、沼气发电及其余热利用的高效转化设备、远程在线监测与自动调控技术等方面尚有较大的研发空间。解决了这些问题，将从各个环节保证沼气工程工艺参数的实现，进而