德國沼氣工程的發(fā)展現狀及對我國發(fā)展的啟示
來源： 點擊量：發(fā)表時間：2020-02-22 作者：易少文
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。據德國沼氣協(xié)會人士預測，到2020 年德國有47% 的電將來自于新能源（風，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)展現狀
1.1 規(guī)模
德國沼氣工程從20 世紀90 年代初開始建設， 當時全國僅有139個沼氣工程。2000 年德國“ 可再生能源法” (“Renewable EnergyAct”, EEG) 開始實施， 通過示范工程建設，沼氣工程建設快速增長，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計、建造和設備供應。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)摿艽螅瑩烙?，其原料的理論利用量能滿
足220 000 個沼氣工程的需要（包括農場小型沼氣工程和大型沼氣工程）。[1]德國沼氣生物質能協(xié)會——IBBK 沼氣中心Ketenner 先生介紹，德國沼氣技術在歐洲處于領先地位。
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氣率是這些工程最為重要的經濟指標。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、農副產品加工的廢棄物等。德國每年的秸稈產量大約為4 800 萬t，畜禽糞便所含干物質可達57 500 t。農作物和秸稈的產氣率較高，如玉米、甜菜、甜高粱及大麥的干物質產氣率可高達600 ～ 1 000 m3/t ；
而動物糞便與這些原料摻在一起進行混合發(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。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器。在德國，約90% 為立式全混合反應器，少數采用臥式反應器，主要用于含沙和纖維量高的原料，而且受結構限制此類反應器的容積一般低于300 m3，還有不到10% 的工程采用兩種反應器聯合應用的方式。沼氣工程配套設備與技術裝備先進，如進料設備、攪拌設備、脫硫設備、沼氣存儲設備、熱電聯產成套設備等優(yōu)良性均處于世界沼氣行業(yè)的領先地位．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，由于實施熱電聯產（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 ℃，處理農業(yè)有機廢棄物的沼氣工程仍然運行良好，中溫裝置產氣率1.2 ～ 1.8 m3/d，高溫裝置產氣率2.0 ～ 3.0 m3/d，沼氣工程的經濟效益顯著。
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用于垃圾衛(wèi)生填埋場、畜禽養(yǎng)殖場、私人農莊。99% 的沼氣工程利用沼氣發(fā)電。同時多數沼氣工程將發(fā)電過程中產生的廢熱用于供熱，即熱電聯產工藝。這也是“Erneuerbare-Energien-Gesetz，EEG”所鼓勵的。熱電聯產工藝帶動了沼氣發(fā)電系統(tǒng)技術的發(fā)展和相關設備、產品的制造和生產，從而逐步推動沼氣產業(yè)快速發(fā)展。
1.4 廢污處理
沼渣沼液貯存期約3 ～ 6 個月，施于周圍農田。許多農場建的沼氣工程多采用2 個發(fā)酵罐串聯發(fā)酵，其中第1個發(fā)酵罐采用連續(xù)進出料方式，其排出的料液進入第2 個發(fā)酵罐儲存并在其中繼續(xù)產氣，同時該罐還兼作沼氣儲氣裝置。儲存在第2 個發(fā)酵罐的料液經過一段時間后被排放出來，然后作為有機肥噴施到農田里，所以不存在廢液二次污染問題。
2 德國沼氣工程發(fā)展的驅動力
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檢監(jiān)控體系。
2.1 強有力的政策推動
為了促進包括沼氣在內的可再生能源的發(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，根據發(fā)電設備裝機容量的不同，制定了不同的上網電價補償標準，見表1。此外，對利用能源植物做原料的電廠，或者采用熱電聯產工藝的電廠在上網電價基本補償標準的基礎上再給予不同額度的獎勵。在此基礎上，如果新建的熱電聯產工廠在生物質轉換利用環(huán)節(jié)采用熱化學氣化技術、燃料電池等新技術，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；三是熱電聯產優(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產政策；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 的減排量貢獻已達到5 300 萬t， 而其中的2 300萬t 應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（KreislaufwirtschaftsundAbfallgesetz）， 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資金方面，政府可以為企業(yè)或農場主提供長期低息貸款。
2.2 完善的質檢監(jiān)控體系
歐盟和德國沼氣協(xié)會制定了技術標準，用以對沼氣工程運營進行質量控制，除產品及設備通過檢測或質量認證外，重點控制工程運行的安全和質量。德國政府在沼氣工程申報、建設標準和工程質量監(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準，如安全操作規(guī)程(Operational SafetyRegulations)、農業(yè)貿易協(xié)會安全規(guī)程(Agricultural Trade Association
Safety Regulations)、歐盟機械指南(EUMachinery Directive) 和德國工業(yè)標準(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Operational Safety
Regulations 的要求，需要對沼氣工程進行防爆監(jiān)控。對在易爆地點使用的設備，必須符合防爆要求，檢查時只需看該設備是否貼有Ex 標志，即防爆標志。根據ATEX Gudielines 要求只有通過ATEX 認證的設備才允許貼Ex 標志。對機械設備，根據EU MachineryDirective 要求，生產商對該設備的說明必須與其實際性能相一致，并粘貼CE標志，即實行CE 標志強制認證制度。在德國，沼氣工程從申請建設到投入使用有一套嚴格的程序：
由于有質量控制法規(guī)做依據，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 械設備的檢查，只需檢查工程是否按相 關標準要求選用設備，判斷的依據就是 設備上的認證標志。
3 德國沼氣工程的效益
盡管 2009 年經濟危機，但是德國新能源產業(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——熱電聯產成為 一個重要的盈利點。同時，沼氣工程的建設、使用和維 修等相關產業(yè)不僅有很好的經濟效益， 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，其中生物質能產業(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)展沼氣工程應該立足于 綜合性基礎產業(yè)建設，從法律、政策、 融資、市場、技術和裝備等全方位進行 研究與運作。具體而言包含以下 4 個主要方面：
一是進一步完善沼氣工程質量監(jiān)管 體系。相關部門應該從沼氣工程安全系 數、運行性能以及工程建設過程等方面 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，實現其運 行的穩(wěn)定性和持久性。
二是要加大關鍵技術的研發(fā)力度， 解決生產實際需求的一些關鍵技術問 題。目前中國沼氣工程的工藝技術研究 比較全面和深入，但在一些關鍵裝備技 術如高固體料液高效傳質技術及設備、 沼氣生物凈化與提純技術、沼氣發(fā)電及 其余熱利用的高效轉化設備、遠程在線 監(jiān)測與自動調控技術等方面尚有較大的 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的實現，進 而保證工程運行的穩(wěn)定性和經濟效益。與此同時，要鼓勵投資公司、能源公司、 設計院所等專業(yè)機構來建設和管理項 目，充分發(fā)揮這些機構的人才優(yōu)勢，積 累項目建設和運行管理經驗，實現沼氣 工程建管專業(yè)化，進而有效地促進產業(yè) 技術進步。
三是需要進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)電工程實行電網連接準入制 度、貸款貼息政策、財政直接補助政策 和建立產品（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) 電工程的最終產品（沼氣或電力、熱能、 有機肥料）進入市場流通環(huán)節(jié)，進而將產品價值轉化成為規(guī)模性經濟效益。
四是要實行工程裝備與設備的專業(yè) 化、規(guī)?；a，逐步形成產業(yè)鏈，以 保證工程質量，并降低工程成本。不但 要認真研究沼氣工程中每種專用設備和 裝備的制造技術，還要研發(fā)出各種設（裝）備的工廠化生產技術，以及工程 組裝技術，并實行專業(yè)化、規(guī)?；a。
只有這樣，才能推動沼氣工程技術的進 步，帶動相關產業(yè)的發(fā)展，逐步實現沼 氣工程標準化建造和降低工程造價，減 少項目實施企業(yè)的投資風險和不確定 性，提高沼氣及其發(fā)電工程的綜合效益。
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