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德國(guó)沼氣工程的發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)我國(guó)發(fā)展的啟示

文章來(lái)源：人氣：424發(fā)表時(shí)間：2020-02-22 作者：易少文

截至到2010 年底，德國(guó)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(lái)發(fā)電。目前德國(guó)年平均用電大約是5 200億kW•h。據(jù)德國(guó)沼氣協(xié)會(huì)人士預(yù)測(cè)，到2020 年德國(guó)有47% 的電將來(lái)自于新能源（風(fēng)，水，太陽(yáng)，生物能），其中生物能發(fā)電所占比重將會(huì)越來(lái)越高。

1 德國(guó)沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 規(guī)模

德國(guó)沼氣工程從20 世紀(jì)90 年代初開(kāi)始建設(shè)，當(dāng)時(shí)全國(guó)僅有139個(gè)沼氣工程。2000 年德國(guó)“ 可再生能源法” (“Renewable EnergyAct”, EEG) 開(kāi)始實(shí)施，通過(guò)示范工程建設(shè)，沼氣工程建設(shè)快速增長(zhǎng)，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(gè)沼氣工程，遍布整個(gè)德國(guó)，總裝機(jī)容量為2 700 MW，裝機(jī)容量在2 MW 的沼氣廠有40 家，最小裝機(jī)容量為50 kW,德國(guó)十幾年來(lái)沼氣工程數(shù)量和總裝機(jī)容量和增長(zhǎng)情況見(jiàn)圖1。德國(guó)的沼氣工程投資多以發(fā)電裝機(jī)容量計(jì)算，每千瓦裝機(jī)容量的投資額約為3 000 ～ 4 000 歐元。有470 個(gè)沼氣公司從事沼氣工程的設(shè)計(jì)、建造和設(shè)備供應(yīng)。目前，可再生能源已占德國(guó)整個(gè)能源消耗的8.6％。而且其發(fā)展?jié)摿艽?，?jù)估計(jì)，其原料的理論利用量能滿

足220 000 個(gè)沼氣工程的需要（包括農(nóng)場(chǎng)小型沼氣工程和大型沼氣工程）。[1]德國(guó)沼氣生物質(zhì)能協(xié)會(huì)——IBBK 沼氣中心Ketenner 先生介紹，德國(guó)沼氣技術(shù)在歐洲處于領(lǐng)先地位。

1.2 德國(guó)沼氣工程的特點(diǎn)

在德國(guó)，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(jì)指標(biāo)。沼氣工程所處理的有機(jī)廢棄物比較廣泛，如：畜禽糞便、青貯飼料、廚余殘?jiān)⑸钣袡C(jī)垃圾、動(dòng)物屠宰的廢棄物、農(nóng)副產(chǎn)品加工的廢棄物等。德國(guó)每年的秸稈產(chǎn)量大約為4 800 萬(wàn)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(dòng)物糞便與這些原料摻在一起進(jìn)行混合發(fā)酵，可以彌補(bǔ)這些原料氮源不足的問(wèn)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(guó)，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(lèi)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(chǔ)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(dòng)化程度高。沼氣工程無(wú)論規(guī)模大小全部只需一人管理即可穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)省人力資源，降低運(yùn)行成本。此外，由于實(shí)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(jī)廢棄物的沼氣工程仍然運(yùn)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(jì)效益顯著。

1.3 德國(guó)沼氣工程的主要用途

目前，德國(guó)大中型沼氣工程分別應(yīng)用于垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)、畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)、私人農(nóng)莊。99% 的沼氣工程利用沼氣發(fā)電。同時(shí)多數(shù)沼氣工程將發(fā)電過(guò)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(lì)的。熱電聯(lián)產(chǎn)工藝帶動(dòng)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(dòng)沼氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

1.4 廢污處理

沼渣沼液貯存期約3 ～ 6 個(gè)月，施于周?chē)r(nóng)田。許多農(nóng)場(chǎng)建的沼氣工程多采用2 個(gè)發(fā)酵罐串聯(lián)發(fā)酵，其中第1個(gè)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(gè)發(fā)酵罐儲(chǔ)存并在其中繼續(xù)產(chǎn)氣，同時(shí)該罐還兼作沼氣儲(chǔ)氣裝置。儲(chǔ)存在第2 個(gè)發(fā)酵罐的料液經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后被排放出來(lái)，然后作為有機(jī)肥噴施到農(nóng)田里，所以不存在廢液二次污染問(wèn)題。

2 德國(guó)沼氣工程發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力

近年來(lái)德國(guó)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(qiáng)有力的政策推動(dòng)

為了促進(jìn)包括沼氣在內(nèi)的可再生能源的發(fā)展，德國(guó)政府制訂了“Erneuerbare-Energien-Gesetz，EEG”，該法于2000 年開(kāi)始實(shí)施，并在2004 年進(jìn)行了重新修訂以加大對(duì)可再生能源的扶持力度。該法制定了可再生能源發(fā)電補(bǔ)貼措施，根據(jù)發(fā)電設(shè)備裝機(jī)容量的不同，制定了不同的上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。此外，對(duì)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(jià)基本補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再給予不同額度的獎(jiǎng)勵(lì)。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(jiǎng)勵(lì)。上述規(guī)定適用于2004 年1 月1 日以后運(yùn)行的沼氣發(fā)電工程，保持20 年不變。

目前，德國(guó)主要實(shí)行3 種能源優(yōu)惠政策：一是基本補(bǔ)助政策；二是可再生能源補(bǔ)助政策；三是熱電聯(lián)產(chǎn)優(yōu)惠政策。此外，還有鼓勵(lì)創(chuàng)新等優(yōu)惠政策。在德國(guó)，15% 的沼氣工程享受基本補(bǔ)助政策；28% 的沼氣工程同時(shí)享受基本補(bǔ)助政策和可再生能源作物補(bǔ)助政策；4% 的沼氣工程同時(shí)享受基本補(bǔ)助政策和熱電聯(lián)產(chǎn)政策；46% 的沼氣工程同時(shí)享受著3項(xiàng)能源優(yōu)惠政策；只有7% 的工程除了享受3 項(xiàng)主要優(yōu)惠政策外，還享受了鼓勵(lì)創(chuàng)新政策。自2009 年起，沼氣工程基本發(fā)電并網(wǎng)補(bǔ)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(bǔ)助，這比2004 年增加了1 歐分/kW•h。還有技術(shù)創(chuàng)新補(bǔ)助金額為2 歐分/kW•h。裝機(jī)容量低于70 kW 的沼氣工程還可獲得15 000 歐元的補(bǔ)助金及低息貸款。德國(guó)可再生能源法被認(rèn)為是最有效的環(huán)境保護(hù)措施，2003 年在德國(guó)可再生能源對(duì)溫室氣體CO2 的減排量貢獻(xiàn)已達(dá)到5 300 萬(wàn)t，而其中的2 300萬(wàn)t 應(yīng)歸功于該法的推動(dòng)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（KreislaufwirtschaftsundAbfallgesetz），生物廢棄物條例（Bioabfallverordnung-BioAbfV）等都對(duì)沼氣的發(fā)展起到了推動(dòng)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(chǎng)主提供長(zhǎng)期低息貸款。

2.2 完善的質(zhì)檢監(jiān)控體系

歐盟和德國(guó)沼氣協(xié)會(huì)制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用以對(duì)沼氣工程運(yùn)營(yíng)進(jìn)行質(zhì)量控制，除產(chǎn)品及設(shè)備通過(guò)檢測(cè)或質(zhì)量認(rèn)證外，重點(diǎn)控制工程運(yùn)行的安全和質(zhì)量。德國(guó)政府在沼氣工程申報(bào)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和工程質(zhì)量監(jiān)督驗(yàn)收以及運(yùn)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 SafetyRegulations)、農(nóng)業(yè)貿(mào)易協(xié)會(huì)安全規(guī)程(Agricultural Trade Association

Safety Regulations)、歐盟機(jī)械指南(EUMachinery Directive) 和德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN Standards) 等都對(duì)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(duì)沼氣工程進(jìn)行防爆監(jiān)控。對(duì)在易爆地點(diǎn)使用的設(shè)備，必須符合防爆要求，檢查時(shí)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(guò)ATEX 認(rèn)證的設(shè)備才允許貼Ex 標(biāo)志。對(duì)機(jī)械設(shè)備，根據(jù)EU MachineryDirective 要求，生產(chǎn)商對(duì)該設(shè)備的說(shuō)明必須與其實(shí)際性能相一致，并粘貼CE標(biāo)志，即實(shí)行CE 標(biāo)志強(qiáng)制認(rèn)證制度。在德國(guó)，沼氣工程從申請(qǐng)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(duì)工程的檢查和驗(yàn)收相對(duì)比較簡(jiǎn) 單，基本不需要檢測(cè)儀器，特別是對(duì)機(jī) 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(guó)沼氣工程的效益

盡管 2009 年經(jīng)濟(jì)危機(jī)，但是德國(guó)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(guó)沼氣工程產(chǎn)出的沼氣主要用于發(fā)電，因?yàn)樵诜傻囊?guī)范和政策的補(bǔ) 助下，使得沼氣發(fā)電——熱電聯(lián)產(chǎn)成為一個(gè)重要的盈利點(diǎn)。同時(shí)，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(jì)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(guó)提供了 339 500 個(gè)工作崗位，其中生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)提供了 128 000 個(gè)工作崗位。

4 德國(guó)沼氣工程對(duì)于我國(guó)發(fā)展的啟示

德國(guó)沼氣工程對(duì)于我國(guó)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(chǎng)、技術(shù)和裝備等全方位進(jìn)行研究與運(yùn)作。具體而言包含以下 4 個(gè)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(mén)應(yīng)該從沼氣工程安全系數(shù)、運(yùn)行性能以及工程建設(shè)過(guò)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(shí)現(xiàn)其運(yùn) 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(shí)際需求的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn) 題。目前中國(guó)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(cè)與自動(dòng)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(wèn)題，將從各個(gè) 環(huán)節(jié)保證沼氣工程工藝參數(shù)的實(shí)現(xiàn)，進(jìn) 而保證工程運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，要鼓勵(lì)投資公司、能源公司、設(shè)計(jì)院所等專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)來(lái)建設(shè)和管理項(xiàng) 目，充分發(fā)揮這些機(jī)構(gòu)的人才優(yōu)勢(shì)，積累項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)沼氣工程建管專(zhuān)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(xiàng)激勵(lì)政策，拓寬大中型沼氣工程的盈利渠道，提高其經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)對(duì)具有一定規(guī)模的沼氣發(fā)電工程實(shí)行電網(wǎng)連接準(zhǔn)入制度、貸款貼息政策、財(cái)政直接補(bǔ)助政策和建立產(chǎn)品（沼氣及其電力、沼渣、沼液）的市場(chǎng)流通機(jī)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(jī)肥料）進(jìn)入市場(chǎng)流通環(huán)節(jié)，進(jìn)而將產(chǎn)品價(jià)值轉(zhuǎn)化成為規(guī)模性經(jīng)濟(jì)效益。

四是要實(shí)行工程裝備與設(shè)備的專(zhuān)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(zhuān)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(shí)行專(zhuān)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。

只有這樣，才能推動(dòng)沼氣工程技術(shù)的進(jìn) 步，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)沼氣工程標(biāo)準(zhǔn)化建造和降低工程造價(jià)，減少項(xiàng)目實(shí)施企業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，提高沼氣及其發(fā)電工程的綜合效益。

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