德國沼氣工程的發展現狀及對我國發展的啟示

方韶偉

（德國農業協會中國辦公室，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，這些沼氣工程所產沼氣，有98%是用來發電。目前德國年平均用電大約是5 200億kW·h。據德國沼氣協會人士預測，到2020年德國有47%的電將來自于新能源（風，水，太陽，生物能），其中生物能發電所占比重將會越來越高。

1 德國沼氣工程發展現狀

1.1 規模

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 Energy Act”, 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%。而且其發展潛力很大，據估計，其原料的理論利用量能滿足220 000個沼氣工程的需要（包括農場小型沼氣工程和大型沼氣工程）。[1]德國沼氣生物質能協會——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良性均處于世界沼氣行業的領先地位.并且沼氣工程自動化程度高。沼氣工程無論規模大小全部只需一人管理即可穩定運行，節省人力資源，降低運行成本。

此外，由于實施熱電聯產（依靠發電余熱給厭氧消化裝置增溫、保溫），即使在冬季環境氣溫低至-20 ℃，處理農業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生填埋場、畜禽養殖場、私人農莊。99%的沼氣工程利用沼氣發電。同時多數沼氣工程將發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電系統技術的發展和相關設備、產品的制造和生產，從而逐步推動沼氣產業快速發展。

表1 德國新的可再生能源法對生物質能發電的補償標準???歐分/kW·h

1.4 廢污處理

沼渣沼液貯存期約3～6個月，施于周圍農田。許多農場建的沼氣工程多采用2個發酵罐串聯發酵，其中第1個發酵罐采用連續進出料方式，其排出的料液進入第2個發酵罐儲存并在其中繼續產氣，同時該罐還兼作沼氣儲氣裝置。儲存在第2個發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]

2 德國沼氣工程發展的驅動力

近年來德國沼氣工程的快速發展，主要得益于積極的政策支持和完善的質檢監控體系。

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電補貼措施，根據發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節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。上述規定適用于2004年1月1日以后運行的沼氣發電工程，保持20年不變。

目前，德國主要實行3種能源優惠政策：一是基本補助政策；二是可再生能源補助政策；三是熱電聯產優惠政策。此外，還有鼓勵創新等優惠政策。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項能源優惠政策；只有7%的工程除了享受3項主要優惠政策外，還享受了鼓勵創新政策。

自2009年起，沼氣工程基本發電并網補助為7.79～11.67歐分/kW·h。利用可再生能源作物發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, 和循環利用法（Kreislaufwirtschaftsund Abfallgesetz），生物廢棄物條例（Bioabfallverordnung-BioAbfV） 等都對沼氣的發展起到了推動作用。此外，在解決沼氣工程建設資金方面，政府可以為企業或農場主提供長期低息貸款。

2.2 完善的質檢監控體系

歐盟和德國沼氣協會制定了技術標準，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，如安全操作規程(Operational Safety Regulations)、農業貿易協會安全規程 (Agricultural Trade Association Safety Regulations)、歐盟機械指南(EU Machinery Directive)和德國工業標準(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 Machinery Directive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電，因為在法律的規范和政策的補助下，使得沼氣發電——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，新能源行業為德國提供了339 500個工作崗位，其中生物質能產業提供了128 000 個工作崗位。

4 德國沼氣工程對于我國發展的啟示

德國沼氣工程對于我國同行業發展的啟示在于：發展沼氣工程應該立足于綜合性基礎產業建設，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，實現其運行的穩定性和持久性。

二是要加大關鍵技術的研發力度，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、沼氣發電及其余熱利用的高效轉化設備、遠程在線監測與自動調控技術等方面尚有較大的研發空間。解決了這些問題，將從各個環節保證沼氣工程工藝參數的實現，進而保證工程運行的穩定性和經濟效益。與此同時，要鼓勵投資公司、能源公司、設計院所等專業機構來建設和管理項目，充分發揮這些機構的人才優勢，積累項目建設和運行管理經驗，實現沼氣工程建管專業化，進而有效地促進產業技術進步。

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。通過對具有一定規模的沼氣發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）進入市場流通環節，進而將產品價值轉化成為規模性經濟效益。

四是要實行工程裝備與設備的專業化、規模化生產，逐步形成產業鏈，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，并實行專業化、規模化生產。只有這樣，才能推動沼氣工程技術的進步，帶動相關產業的發展，逐步實現沼氣工程標準化建造和降低工程造價，減少項目實施企業的投資風險和不確定性，提高沼氣及其發電工程的綜合效益。

[1] 楊世關,張百良.德國沼氣工程技術考察及思考[J].農業工程技術·新能源產業,2007(01):62-65.

[2] 德國沼氣工程發展狀況和技術特點[EB/OL].清潔能源網:http://www.21ce.cc/biomass/detail_25389.aspx