德國是當(dāng)今世界上沼氣工程技術(shù)發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用最為成功的國家之一，在推進(jìn)國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、保障國家能源安全、增加業(yè)主收入和生態(tài)安全方面發(fā)揮了重要作用。筆者近期實(shí)地考察了德國巴特黑斯費(fèi)爾德的弗勞恩霍夫研究院中試沼氣廠、德累斯頓的智康公司示范沼氣工程、哥廷根市的南下薩克森州能源再生科技公司垃圾沼氣工程、萊比錫的德國生物質(zhì)研究中心中試沼氣廠等4個(gè)大型沼氣工程，，對其“混合中溫發(fā)酵、全程自動(dòng)控制、沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)”的技術(shù)模式，以及顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益，留下了深刻印象。本文就此分析總結(jié)了德國沼氣工程建設(shè)運(yùn)行、技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢，從政策、管理和技術(shù)角度對如何發(fā)展河南省的沼氣工程進(jìn)行了思考，并提出些許建議。
一、德國沼氣工程建設(shè)現(xiàn)狀德國位于歐洲中部，國土面積為35.7萬km2，人口總數(shù)8211萬人。德國的地形復(fù)雜多樣，從連綿起伏的山巒、高原臺地、丘陵、山地、湖泊直至遼闊寬廣的平原，整個(gè)地勢南高北低分為北部平原、中部丘陵以及阿爾卑斯高地3個(gè)部分。德國處于大西洋和東部大陸性氣候之間的涼爽的西風(fēng)帶，溫差不太大，主要是海洋性氣候，夏季無酷暑，冬季無寒冬，平穩(wěn)溫和是德國氣候的總體特征，冬季平均溫度在1.5℃（低地）和一6℃（山區(qū)）之間。7月份平原地區(qū)平均溫度為18℃，在南方山谷地區(qū)為20℃左右，這種氣候條件非常適宜發(fā)展沼氣。
德國沼氣工程從20世紀(jì)90年代初開始建設(shè)至2011年，經(jīng)歷了不同發(fā)展階段。其主要原因來源于德國政府對可再生能源的政策導(dǎo)向，特別是對沼氣發(fā)電上網(wǎng)和能源作物的開發(fā)利用使其市場經(jīng)濟(jì)效益發(fā)生明顯變化，加上其先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)，在全世界位居首位。近年來，特別是在2000年德國可再生能源法開始實(shí)施以后，沼氣工程得到了快速發(fā)展。在2000年之前的10年間德國沼氣工程的數(shù)量增加了1050座，而從2000年到2010年的10年間就增加了4750座，到2011年已累計(jì)建成沼氣工程7200座，遍布整個(gè)德國，分別應(yīng)用于私人農(nóng)莊、畜禽養(yǎng)殖場、垃圾處理，總裝機(jī)容量為2700MW，最大規(guī)模沼氣電站裝機(jī)容量高達(dá)55MW,而最小沼氣發(fā)電工程裝機(jī)容量僅為7kW。沼氣發(fā)電每年在200億度以上，超過我國三峽工程的年發(fā)電量，占德國年平均用電量的4.9%。
目前，可再生能源已占德國整個(gè)能源消耗的8.6%，而且發(fā)展勢頭良好，潛力巨大。用于沼氣生產(chǎn)為目的的能源作物種植面積已達(dá)80萬hm2，占德國耕地面積的6.8%。德國計(jì)劃到2020年建成12000個(gè)沼氣能源工程，發(fā)電裝機(jī)總量達(dá)4800MW，使沼氣發(fā)電占全國發(fā)電總量的7.5%；要用全國1700萬hm2農(nóng)業(yè)用地中的420萬hm2（約占農(nóng)業(yè)用地的25%，在不影響國家糧食供應(yīng)安全的情況下），用于能源作物生產(chǎn)，確保沼氣原料的供應(yīng)，到2030年在天然氣管網(wǎng)中至少含10%的沼氣。到2050年，農(nóng)民收入的1/4來自于沼氣工程。
二、德國沼氣工程建設(shè)技術(shù)特點(diǎn)
（一）建池材料質(zhì)地好
德國沼氣工程中的主體結(jié)構(gòu)材料采用鋼罐、搪瓷拼裝罐、鋼筋混凝土制作池體，扁平型的發(fā)酵罐多采用混凝土，瘦高型的多采用鋼罐或搪瓷拼裝罐。柔性材料作反應(yīng)器池頂?shù)募瘹獠牧�，這樣可確保池體使用壽命長，克服混凝土慢滲氣的缺點(diǎn)，工程建造成本和日常維護(hù)成本也大大降低。依靠罐體保溫和熱交換，地上部分的池體保溫層基礎(chǔ)為3—5cm厚的聚氨酯或巖棉。發(fā)酵罐罐體內(nèi)部側(cè)面或頂部中央安裝攪拌器，頂部一般為雙層沼氣貯氣膜結(jié)構(gòu)。
（二）發(fā)酵原料多元化
沼氣發(fā)酵原料多樣化，可利用的發(fā)酵原料有能源作物（主要是種植玉米、甜菜、青草等直接作沼氣發(fā)酵原料使用）、畜禽糞便、城市家庭垃圾、城市污水污泥、工業(yè)及食品加工廢渣和廢液等，沼氣工程普遍采用混合原料進(jìn)行發(fā)酵。玉米青貯作沼氣發(fā)酵原料是德國沼氣產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的主要因素。目前，德國年產(chǎn)青貯約4800萬t，其中主要為青貯玉米。從原料產(chǎn)氣率角度來看，一些能源作物如玉米、甜菜等干物質(zhì)的產(chǎn)氣率可高達(dá)600～1000m3/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于畜禽糞便的產(chǎn)氣率，而畜禽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題，從而更有利于沼氣的生產(chǎn)。
（三）發(fā)酵工藝先進(jìn)
沼氣工程的厭氧消化工藝是根據(jù)處理規(guī)模、發(fā)酵原料的性質(zhì)和濃度以及發(fā)酵溫度等因素選擇的。所建沼氣工程普遍采用多級高濃度CSTR濕式中溫發(fā)酵工藝，就是說一般都設(shè)有二級或三級以上反應(yīng)器，一級比一級原料濃度低，發(fā)酵溫度在38---42℃范圍內(nèi)。德國制定了熱電聯(lián)產(chǎn)激勵(lì)政策，鼓勵(lì)企業(yè)利用發(fā)電余熱給沼氣工程厭氧消化裝置增溫、保溫，即使在冬季環(huán)境氣溫低至-200C，沼氣工程依然運(yùn)行良好。中溫裝置產(chǎn)氣率可達(dá)1.2～1.8 m3／(m3.d)，高溫裝置產(chǎn)氣率可達(dá)2.0—3.0m3/ (m3-d)，最高的可達(dá)5～6 m3/(m3.d)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
（四）沼氣高值利用
目前，德國的沼氣工程所產(chǎn)生的沼氣主要利用方式為發(fā)電并網(wǎng)，同時(shí)多數(shù)將發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱用于供熱，即熱電聯(lián)產(chǎn)工藝。大型沼氣工程主要利用內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，所采用的內(nèi)燃機(jī)以雙燃料內(nèi)燃機(jī)為主。工程平均發(fā)電效率為40%～42%．平均熱能轉(zhuǎn)換率為45%，其中約10%的沼氣發(fā)電量和45%的余熱用于工程自身運(yùn)行，55%的發(fā)電余熱用于公共建筑或農(nóng)舍供暖、農(nóng)作物干燥、沼渣烘干、農(nóng)產(chǎn)品冷藏庫制冷等。除了發(fā)電，沼氣提純在德國也日益受到重視，和瑞典不同的是，德國的沼氣經(jīng)過提純后直接進(jìn)入天然氣管網(wǎng)。這樣做的好處是，一方面全德國范圍的天然氣管網(wǎng)就好像一個(gè)大的儲氣裝置，可以將生產(chǎn)出的生物質(zhì)能儲存起來，待風(fēng)電和太陽能不足時(shí)作為補(bǔ)充能源；另一方面將農(nóng)村地區(qū)生產(chǎn)出的沼氣送到城市或工業(yè)地區(qū)發(fā)電使用，更有利于將熱能在更需要的地方得到利用。
（五）產(chǎn)業(yè)政策優(yōu)惠
德國走的是沼氣能源工廠市場化、產(chǎn)業(yè)化之路。前期工程建設(shè)國家沒有直接資金支持，銀行為企業(yè)或農(nóng)場主提供長期低息貸款，而政府不提供任何建設(shè)補(bǔ)貼，前期建設(shè)資金靠的是20年不變的低息貸款。國家頒布了一系列鼓勵(lì)和激勵(lì)政策，如企業(yè)稅率20年不變、低息貸款利息20年不變、產(chǎn)品定價(jià)20年不變、發(fā)展機(jī)制、配套法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系等。一系列利好政策確保了沼氣工程的穩(wěn)定受益，提高了農(nóng)場、養(yǎng)殖場等建設(shè)沼氣工程的主動(dòng)性、積極性，促進(jìn)了沼氣能源工廠市場化、產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展。德國沼氣工程建設(shè)方很多都是能源企業(yè)，以銷售能源為目的，其形式有沼氣發(fā)電上網(wǎng)或直接銷售經(jīng)沼氣提純后的天然氣。另外，沼氣工程還可通過處理生活垃圾等廢棄物收取處理費(fèi)用，以獲得更好的企業(yè)利潤。德國從事沼氣行業(yè)的能源工廠人員少、效率高，普遍采用操作規(guī)范、專業(yè)技術(shù)強(qiáng)、機(jī)械化作業(yè)的運(yùn)行管理模式，沼氣工程的持續(xù)運(yùn)行有了保障。參觀的4處沼氣工程常年的經(jīng)營管理均為1～2人，包括沼氣工廠的日常管理和能源作物的種植管理，降低了常年運(yùn)行費(fèi)用。
（六）配套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，工程運(yùn)行自動(dòng)化
德國沼氣產(chǎn)業(yè)經(jīng)過長期的實(shí)踐和發(fā)展，沼氣工程的進(jìn)料設(shè)備、攪拌設(shè)備、脫硫設(shè)備、沼氣存儲設(shè)備、熱電聯(lián)產(chǎn)成套設(shè)備等，形成了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)�；a(chǎn)，性能處于世界沼氣行業(yè)領(lǐng)先地位，沼氣發(fā)電機(jī)、固液分離機(jī)、專用泵、攪拌機(jī)等一批核心配套產(chǎn)品形成了國際品牌，為沼氣工程的正常運(yùn)行提供了技術(shù)保障。沼氣工程自動(dòng)化程度較高，從原料收集、分類、進(jìn)料、高溫消毒、發(fā)酵、產(chǎn)氣、脫硫提純、發(fā)電上網(wǎng)、出料、沼渣沼液貯存、運(yùn)輸?shù)热^程均實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。
（七）“三沼”利用突出
德國沼氣工程均安裝燃燒火炬，沼氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)，未利用的多余沼氣統(tǒng)統(tǒng)燃燒。目的是防止未經(jīng)凈化或未燃燒的沼氣排空造成二次污染，避免產(chǎn)生爆炸、火災(zāi)隱患、溫室氣體排放以及異味污染。德國沼氣工程都建有沼液、沼渣儲存池，沼液、沼渣儲存池均加蓋。儲存池加蓋防止沼液、沼渣中的氮素通過好氧分解而流失掉，阻止由于長期堆放產(chǎn)生的異味逸出，還能改善衛(wèi)生環(huán)境。儲存池的沼液、沼渣經(jīng)過3--6個(gè)月的存放后作為農(nóng)作物肥料利用。根據(jù)發(fā)酵原料的種類不同，沼液、沼渣還要進(jìn)行消毒殺菌，沼液、沼渣中含有的各種重金屬含量也不能超出法律規(guī)定的界限。在沼肥的使用上，德國也有一系列的標(biāo)準(zhǔn)和政策，為沼肥的使用提供了保障。
三、對河南省沼氣工程的幾點(diǎn)建議
（一）加大對沼氣工程建設(shè)項(xiàng)目投資的力度
河南是全國第一養(yǎng)殖大省，規(guī)模化養(yǎng)殖在畜牧業(yè)的比重越來越大。目前，河南省建有污水、糞便處理設(shè)施的規(guī)模化養(yǎng)殖場僅占36.45%，多數(shù)規(guī)�；B(yǎng)殖場糞便隨意堆放，污水無組織排放，成為農(nóng)村最大的污染源。目前，各地要求建設(shè)大型沼氣工程的積極性日趨高漲，建議有關(guān)部門加大對大中型沼氣工程建設(shè)項(xiàng)目的投資力度，提高標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)化質(zhì)量，確保建設(shè)一個(gè)、成功一個(gè)、使用一個(gè)，推進(jìn)全省大中型沼氣工程建設(shè)又好又快發(fā)展。
（二）加強(qiáng)沼氣工程管理
河南省大中型沼氣工程的發(fā)展雖然起步晚但發(fā)展勢頭很猛，已有一大批沼氣工程正在發(fā)揮著明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益。但目前由于沒有以法律條文正式出臺工程管理方面的規(guī)定和辦法，監(jiān)管缺乏執(zhí)法依據(jù)，對沼氣工程的建設(shè)、安裝、使用等難以實(shí)施有效的監(jiān)督，工程建設(shè)質(zhì)量得不到充分保障。建議盡快出臺沼氣工程管理辦法。
（三）廣泛開展合作，積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和資金
大力開展走出去戰(zhàn)略，拓寬合作領(lǐng)域，選擇引進(jìn)德國沼氣生物凈化與提純、沼氣發(fā)電及其余熱利用、遠(yuǎn)程在線監(jiān)測與自動(dòng)化控制系統(tǒng)等先進(jìn)的技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，消化、吸收先進(jìn)的沼氣工程技術(shù)、建設(shè)、運(yùn)營及管理經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造條件吸引國際機(jī)構(gòu)、社會(huì)團(tuán)體、企業(yè)家和個(gè)人投資建設(shè)沼氣工程。
（四）細(xì)化完善各種激勵(lì)政策
當(dāng)前由于沼氣工程或沼氣發(fā)電工程尚不能獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，故需要政府扶持，減少項(xiàng)目實(shí)施企業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，特別是中、小規(guī)模養(yǎng)殖場的沼氣工程建設(shè)。政策扶持主要包括工程建設(shè)補(bǔ)貼或貼息貸款、沼氣用氣補(bǔ)貼、用肥補(bǔ)貼；以及沼氣發(fā)電并網(wǎng)和掛網(wǎng)方面的優(yōu)惠，提高經(jīng)濟(jì)效益，確保可持續(xù)運(yùn)營。
（五）積極推進(jìn)秸稈青貯沼氣工程建設(shè)力度
所考察的4個(gè)沼氣工程能源公司，有3個(gè)都是以玉米青貯為主要發(fā)酵原料的沼氣工程。河南省作為農(nóng)業(yè)大省、產(chǎn)糧大省，農(nóng)作物秸稈資源量大、分布面廣，開發(fā)潛力巨大，應(yīng)加大以秸稈為主要料源的沼氣工程建設(shè)，混合人畜糞便和城鄉(xiāng)廚余垃圾及其他有機(jī)廢棄物作為料源發(fā)展沼氣，工作重點(diǎn)是秸稈前處理技術(shù)、新型秸稈厭氧發(fā)酵工藝、秸稈厭氧發(fā)酵示范工程等。
（六）推進(jìn)沼氣工程產(chǎn)業(yè)化
沼氣工程要取得又好又快的發(fā)展，必須走產(chǎn)業(yè)化之路，產(chǎn)業(yè)化提供成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，才能促進(jìn)沼氣建設(shè)上擋次、上水平、上規(guī)模。建議省相關(guān)部門加大科技投入，重視科研成果的轉(zhuǎn)化，在投資、價(jià)格和稅收等方面要有計(jì)劃、有步驟地支持一批沼氣工程骨干企業(yè)的發(fā)展，鼓勵(lì)企業(yè)打破部門、地區(qū)界限，實(shí)行橫向聯(lián)合，加快國產(chǎn)化步伐，盡快推出標(biāo)淮化、系列化的產(chǎn)品，把沼氣工程技術(shù)上基本成熟的產(chǎn)品盡快定型，組織專業(yè)化生產(chǎn)，提高沼氣產(chǎn)業(yè)化水平。并通過實(shí)施CDM機(jī)制對沼氣工程予以補(bǔ)貼，為沼氣工程建設(shè)爭取更多的優(yōu)惠和經(jīng)濟(jì)效益。
