北京市生物天然氣發展潛力研究及政策建議

文_魏本平 北京節能環保中心

生物天然氣是以農作物秸稈、畜禽糞污、餐廚垃圾、農副產品加工廢水等各類城鄉有機廢棄物為原料，經厭氧發酵和凈化提純產生的綠色低碳清潔可再生的天然氣，同時厭氧發酵過程中產生的沼渣沼液可生產有機肥。其中，甲烷含量可達到90%以上。生物天然氣是具有重要戰略意義的新能源，集清潔能源、負碳排放、防治農業面源污染、有機廢棄物資源化利用以及生產有機肥等功能于一身。

當前，北京市處于深入落實首都城市戰略定位、加快建設國際一流和諧宜居之都的關鍵階段，以及加速構建首都現代能源體系、率先實現“碳中和”目標的關鍵階段。生物天然氣作為北京市新能源結構中的重要組成部分，對落實《北京城市總體規劃（2016年-2035年）》，高標準兌現北京2022年冬奧會和冬殘奧會可持續性承諾具有重要意義。本文通過對北京市有機廢棄物資源情況的研究，挖掘北京市生物天然氣發展潛力，并提出適宜北京市生物天然氣產業發展的政策建議。

1 生物天然氣產業發展現狀

1.1 國內外生物天然氣產業發展現狀

國際能源署（IEA）發布的《2018可再生能源年度報告》首次將生物能源稱為“被忽視的巨人”（overlooked giant of the renewable energy field），并且預測2023年之前，生物能源將引領全球范圍內可再生能源的發展。目前，在世界范圍內，歐洲國家的生物天然氣產業發展較為成熟，其中以瑞典、德國、瑞士等國家尤為突出。歐洲已實現設計標準化、產品系列化、組裝模塊化、生產工業化和規范化，并出臺了生物天然氣相關政策。

截至2018年底，我國生物天然氣總產能約達到5760萬m3。“十三五”時期，我國生物天然氣產業取得了巨大進步，但與德國、瑞典等歐洲國家相比仍存在一定差距，發展瓶頸在于原料收集、裝備技術和產品消納。沼渣、沼液作為肥料還田利用或回流循環利用，有部分企業提取沼液中的營養成分，用來生產葉面肥、生物農藥等產品，但也有相當數量的沼氣工程沒有儲存設施和輸送管網或輸送設備，造成沼渣、沼液還田利用極為困難，成為我國村鎮環境污染的重要來源。

1.2 北京市生物天然氣產業發展現狀

截止2019年底，北京市農村戶用沼氣池約1000戶，在運行的規模化大中型沼氣站8個，產氣規模為668.84萬m3/a。北京市沼氣工程主要包括能源環保型和能源生態型兩種模式，并形成了一批亮點工程，如大興區留民營七村聯供沼氣工程等。發酵原料以豬糞、牛糞和雞糞為主；70%～80%的大中型沼氣工程使用USR反應器，少數使用CSTR、PFR和干發酵工藝；厭氧發酵罐以鋼筋混凝土結構、鋼結構，利浦結構、搪瓷鋼板拼裝結構及一體化厭氧罐為主，冬季運行過程中實際產氣量較低。沼渣沼液作為有機肥料直接用于周邊農業生產，但仍存在沼渣沼液外排現象，造成環境二次污染。

2 北京市有機廢棄物資源量情況

北京市適用于生產生物天然氣的原料主要為農作物秸稈和畜禽糞便、餐廚垃圾等。農作物秸稈主要為玉米秸稈和小麥秸稈，畜禽糞便主要為豬糞、牛糞、雞糞和羊糞。餐廚垃圾主要來源于取得行政許可從事餐廚垃圾收運企業所收運的餐廚垃圾。

2.1 北京市農村地區有機廢棄物資源量逐年遞減（農林）

截止2019年末，北京市農村地區農作物秸稈產量為27.2萬t，主要以玉米秸稈為主，玉米秸稈產量為22.7萬t產量，占比83.5%，相比2018年降低16.4%。此外，小麥秸稈產量為4.5萬t，相比2018年降低16.5%。2016～2019年農作物秸稈產量呈現逐年遞減趨勢，年均降低20.1%。詳情見圖1所示。

圖1 2016～2019年北京市農作物秸稈資源量情況（單位：萬t）

北京市畜禽糞污產生量均按干清糞的固體糞污量計，2018年末畜禽糞污產生量為143.25萬t，比2017年降低47.1%。北京市農村地區規模以上養殖畜禽糞污以豬糞、牛糞和雞糞為主，還有少部分羊糞，詳情見圖2所示。其中，豬糞產生量為22.04萬t，占比15.4%，比2017年下降63.35%；牛糞產生量為42.57萬t，占比29.7%，與2017年基本持平；雞糞產生量為36.82萬t，占比25.7%，比2017年下降14.9%；羊糞產生量為0.15萬t，占比0.1%，比2017年下降42.9%。規模以下養殖畜禽糞污產生量為41.68萬t，占比29.1%，比2017年下降65.9%。

受北京市疏解非首都核心功能、環境質量改善的要求提升對種養殖行業沖擊等因素影響，未來北京市農作物種植及畜禽養殖場面積將逐年遞減，農作物秸稈及畜禽糞污的產生量也將逐年減少。當前，北京市農村秸稈以還田利用為主，畜禽糞污多為集中處理發酵和自行分散處理。集中處理發酵主要是生產商品有機肥，自行分散處理則是種養結合，還田利用。

圖2 2018年北京市畜禽糞污資源組成圖（萬t）

2.2 北京市城市有機廢棄物以餐廚垃圾為主（餐廚垃圾）

北京市城市有機廢棄物以餐廚垃圾為主，農副產品加工廢水、尾菜等由于產地分散，產量小，難以收集利用。截止2019年末，全市取得行政許可從事餐廚垃圾收運企業72家，當年餐廚垃圾清運量為67.89萬t。餐廚垃圾生化集中處理設施14座（含協同處置糞便消納站3座），設計處理能力為2380t/d（包括協同處置150t/d）。2018年北京市餐廚垃圾處理總量46.27萬t，比2017年增加54.99%，詳情見圖3。當前，北京市餐廚垃圾的生化處理方式有發酵堆肥、焚燒和填埋等。

圖3 2016～2018年餐廚垃圾協同處置設施處理情況（單位：萬t）

3 生物天然氣站規模與有機廢棄物原料的關系

一般而言，一座規模化生物天然氣站的產氣量至少為2萬m3/d。如果原料為農作物秸稈，則需青貯秸稈500t/d，全年約需青貯秸稈18萬t，按照2019年北京市的農作物秸稈產量計算，可滿足1.5座生物天然氣站原料的供應；如果原料為畜禽糞便，則需畜禽糞便1000t/d，全年約需畜禽糞便36.5萬t，按照北京市2018年的畜禽糞污產生量計算，可滿足約3.9座生物天然氣站原料的供應；如果原料為餐廚垃圾，則需餐廚垃圾583t/d，全年約需餐廚垃圾21萬t，按照2019年餐廚垃圾清運量計，可滿足3.2座生物天然氣站的原料供應。

綜上所述，理論上將北京市全年有機廢棄物均用來生產生物天然氣，預計可生產天然氣17.2萬m3/d，全年生產天然氣6278萬m3，相當于8.35萬tce。2019年，北京市可再生能源消費量約為610萬t，占全市能源消耗總量的8.2%，其中光伏發電系統為12.83萬tce。上述天然氣的產量相當于北京市可再生能源消費量的1.37%，與光伏發電系統的標準煤量相當。

4 北京市生物天然氣產業發展政策建議

近年來，全市農作物秸稈和畜禽糞污的產量不大，農作物秸稈產量逐年降低，畜禽糞污產量呈現下跌趨勢，現有餐廚垃圾的處理方式主要以發酵堆肥、焚燒和填埋為主，已建成的垃圾處理設施能夠滿足餐廚垃圾處理需求，未來以餐廚垃圾為原料建設生物天然氣站的積極性不高。北京市發展生物天然氣產業規模優勢不大，但在廢棄物資源化利用能力及污染物減排方面的科研投入、技術裝備上，與其他地區生物天然氣產業相比具有強勁的技術優勢。北京是國家節能環保技術、可再生能源技術管理單位和技術支撐單位總部所在地。北京科技資源密集，科研機構數量和人員數量上位于全國第一。應進一步加強政策支持力度使北京市生物天然氣產業總體競爭力得到提升。

4.1 建議加強頂層設計，明確生物天然氣行業發展定位

2019年10月，國家發展和改革委、國家能源局、農業農村部等10部委聯合出臺了《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見》，為生物天然氣行業發展注入了“強心針”，但從實施以來的效果來看，并未達到預期，這主要由于指導意見中的相應政策未能出臺或落地。北京要發展生物天然氣，首先應出臺適宜北京市情的生物天然氣發展規劃，從政策高度引領生物天然氣行業發展，落實農村地區生物天然氣基礎設施建設、輸配、運維和服務配套政策；制定和出臺配套的有利于生物天然氣工程可持續高質量發展的普惠性和可操作政策，拓寬生物天然氣的應用范圍和思路，適當鼓勵農村生物天然氣的應用；明確生物天然氣的定位不僅是能源屬性，同時也具備環保、生態和社會作用。發展生物天然氣不僅可以增加天然氣供應、增強能源安全保障水平，還具有加快替代農村散燒煤、規模化處理有機廢棄物、保護生態環境，使北京市早日實現“雙碳”目標等重要意義。

4.2 建議實行廢棄物處理補貼、沼氣工程終端產品價格補貼政策

建議借鑒城市生活垃圾處理補貼標準，對通過生物天然氣生產方式處理廢棄物的，產生單位繳納一定比例的排污費后，政府會按照比例對生物天然氣生產單位給予一定補貼；依據北京地區沼氣工程規模化程度，建立不同規模的沼氣工程集中供氣價格補貼或者發電價格補貼標準；建議城市天然氣加氣站和生物天然氣加氣站統一規劃和布局；對于沼渣沼液實現綜合利用的單位或農戶，給予一定補貼，以提高沼渣沼液還田的積極性。

4.3 建議將沼氣工程納入碳匯交易平臺

實行碳排放權交易是促進節能減排、協同治理大氣污染的重要市場機制。早在2011年，北京被國家發展和改革委確定為全國首批碳排放權交易試點城市，北京環境交易所在碳金融政策咨詢、基礎研究、產品研發和標準研究等方面居于國內前列。然而，沼氣工程仍未納入碳匯交易平臺，沼氣替代秸稈、薪柴等燃燒可大幅降低CO2排放量，沼氣工程建設對碳匯交易貢獻十分可觀，碳減排意義顯著。因此，建議在“十四五”期間積極推動沼氣工程納入碳匯交易項目，促進生物天然氣產業發展。