中国沼气学会秘书长王凯军教授2016年中国沼气学会学术年会暨中德沼气合作论坛上的报告：生物燃气大产时代已来临

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生物燃气产发展背景

早在几年前，科技部就已经从国家战略高度，部署推进了我国生物燃气产的发展。能源安全问题不仅影响经济发展，而且是国家安全的重要组成部分。《能源》杂志提出展望，预计到2030年，中国气需求将从现在不到2000 亿立方米达到4000亿立方米。除国内生产和进口外，气缺口仍将达到2000亿立方米。科技部长万钢曾提出如下国家能源战略设想，即其中1500亿立方米的需求可以通过煤制气来解决，剩下500亿立方米将由生物燃气弥补。目前，在范围内将生物燃气和可再生能源发展作为国家重大战略的国家不只中国一个。2011年，日本福岛核事故后，德国便开始加快推动能源转型战略，即“2020年彻底关闭其境内的全部核电站，且到2050年前，可再生能源使用比例提高至80%”。瑞典则提出，到2050年前后，生物燃气将全部取代石化气。无独有偶，英国政府和工界则联合发布了厌氧消化战略和相应的行动计划。

从时间上看，我国提出生物燃气发展战略已经略晚于上述国家，但是，我国沼气资源丰富，具有弥补气缺口的巨大潜力，且政策支持形势利好。据粗略估算，目前我国沼气资源近2000亿立方米，到2050年，该值将超过3000亿。其中，农村畜禽粪污和未合理利用的秸秆占沼气资源60%以上。随着生物燃气产的发展，预计将会有更多的农废弃物用于沼气生产。从体和农面源污染控制需求上看，农废弃物沼气化是今后生物燃气产化工作的重点。基于上述背景，继科技部之后，国家发改委与农部联合印发了《2015年农村沼气工程转型升级工作方案》，明确提出了沼气转型升级要求，并支持日产生物气1万立方米以上的工程试点。此外，国家能源局也于近期进一步提出了“到2020年生物气年生产和消费目标达到100亿立方米，···到2030年，···超过400亿立方米”。这跟上面提到的500亿缺口是基本相当的。

在生物燃气产政策利好的背景下，我国农沼气工程大型化转型势在必行。2003-2014年，国家投资近400亿，建设有近10万座沼气工程，取得巨大成效。然而，以中小型工程为主，单座日产气很低。德国等欧洲国家，均以大型沼气工程为主。据统计，2014年底，欧洲和德国的发电沼气工程数约为17000和8000个，平均单个工程日产气基本都在6000立方米左右，发电机500kW；欧洲和德国生物气工程数虽然少，近年来发展却很快，分别约为370座和170座，单座平均日产生物燃气在1万立方米左右。从规模效应上看，建设5000到10000立方米生物燃气规模的沼气工程是比较合适的，这与发改委、农部及能源局发布的数据相吻合。目前，我国农沼气工程现状与目标存在很大差距。如何顺利实现大型化转型，是生物燃气产发展的重中之重。

沼气工程大型化转型面临的难题及其破解思路

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目前，我国农沼气工程在原料收储运、集中处理、产品销售与利用等环节均不支持规模化生产，成为其大型化转型的重大难题。这里主要围绕其中的收储运环节进行分析。大家知道，秸秆直燃发电市场繁荣、投资踊跃却亏损严重，其主要难题在于如何选择合适的收集半径。通过分析发现，当原料收集半径由25km扩大到50km时，秸秆电厂年利润率将下降20-30%。而当收集半径为50km时，电厂的盈利能力基本处于临界状态。以1万方生物燃气工程为例，通过倒推其原料需求可知，若以猪粪为原料，需要有100个以上平均规模2000头存栏的养猪场为其提供原料；若以秸秆为原料，则需要25个村级收集站和2个乡镇服务中心。目前构建如此庞大且分散的收储运体系还存在一定困难。

实际上，三年前我们就在山东省发起了 “十万亿”燃气项目的倡议。在与山东省政府对接后，由环保厅落实实施，并于去年正式启动了“山东省畜禽污染防治与资源化三级网络体系构建研究”项目。在该项目中，针对不同环节研究解决问题途径，构建涵盖“收储运－生产处理－产品销售”全链条的“三级网络”体系。级网络是指原料的收集、储存、转运系统；第二级网络是指生产处理系统，包括厌氧消化、有机肥生产、沼气精制等；第三级网络是指生物燃气、肥料的销售利用系统。我们认为，构建面向农废弃物资源化利用的三级网络系统，是破解沼气工程大型化转型难题的重要途径。

构建产发展的三级网络系统

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在收储运网络方面，需要兼顾农户受益、企盈利、政府解决污染原则，形成以农户参与、企主导、政府推动的现代化农收储运网络体系。山东泉林集团建立了一套稳定秸秆收储网络，充分保障了企秸秆全年需求。从他们的收储运模式图可以看出，一位收集户能覆盖1000亩的土地，收集规模是250吨，一个乡镇服务中心，能够覆盖30000到40000亩，收集规模是5000吨。在这基础上，将秸秆集中送到企。总体来看，前两个环节的秸秆价格是比较低的。根据初步计算结果，即使在国家补贴情况下，过高的秸秆收购价也会导致沼气工程不盈利。因此，需要将秸秆的收储运控制在村镇范围内，而且还需要确定的收集半径。

结合废弃物资源密度、收集系数和存储费用等基础数据，可以通过构建收储运模型来确定每个区域的收集半径。通过以肥城为试点区域，根据农废弃物资源密度，对沼气工程规模和年产沼气收入进行分析，进而确立了收集半径和工程布局。一期以畜禽粪便为主建设三个生物燃气项目，总生产规模为5万立方米；项目二期时同时考虑秸秆，总规模将达到12万立方米。此外，对山东全省的畜禽粪便和秸秆资源也做了调研，并制定了山东省大型沼气工程布局远期规划，这对于推动山东省生物燃气产发展具有重要指导意义。

在资源化生产技术网络方面，虽然其发展与应用相对比较成熟，在大型化转型过程中却仍然面临着技术、反应器、材料和设备的选择难题。在大型沼气工程建设与推广过程中，应构建几种简单且通用的技术设备模式，替代目前五花八门的选择。标准化设计、系列化产品和自动化运行是实现沼气工程产化发展的必然要求和趋势。在沼气精制方面，不管是化学吸附、变压吸附、物理吸附等传统技术，还是近年来兴起的膜分离技术，都已经发展非常成熟。例如，山东十方的高效可移动式撬装沼气精制设备已经能够将脱水、脱硫、脱碳和压缩等单元集成到集装箱内，能缩短施工周期，减少占地面积。在沼渣沼液处理和资源化生产方面，目前开展的相关工作也很多，例如，我们可以通过利用反渗透膜浓缩，将沼液中营养物提高十倍以上，为后续液肥生产提供基础。此外，利用现代网络技术进一步化与提升资源化生产过程将是今后的一个重要发展趋势。

在生物燃气和肥料的销售利用方面，目前国内外生物燃气主要用于绿色公交、工改造和居民燃气等，而农废弃物生物燃气在克霾减排中的重要作用也值得关注。相比于火电厂燃煤，散煤燃烧的排放强度集中，低空排放且无任何污染防治措施，对雾霾的“贡献”更加突出。据估算，山东省村镇耗煤约4500万t/年，其污染相当于火电厂燃煤为4.5亿-6.75亿t/年时的污染。如果采用生物燃气替代散煤燃烧，将对控制雾霾有很大益处。对于沼液沼渣肥料，美国和欧洲基本将其还田利用，他们通过设置合适的标准，将生产方式、养殖和种植非常好地耦合在一起。我们界的德青源和民和牧在这块有很多成功的经验。这里分享另外一个案例，即南水北调项目中的丹江口库区禽畜养殖种养平衡示范工程。该项目由清华大学和牧原股份承担，通过利用厌氧消化和有机肥生产技术，使出栏30万头养猪场的畜禽污染物得到资源化处理，并应用于大田小麦、蔬菜和美国竹柳的种植，构建了“种植-养殖”循环的生态农模式，取得良好的经济效益，实现了种养平衡的良性循环。然而，值得关注的是，近我国发布了有关肥料抗生素残留检测的国家标准，有机肥料替代化肥可能存在环境污染风险也开始引起关注，预计今后以畜禽粪便为原料的有机肥利用将面临着重大挑战。

总结与展望

通过构建以厌氧消化为核心技术的三级网络系统，有望破解我国农沼气工程大型化转型难题，进而促进生物燃气产发展。后，提出两点展望：

（1）互联网+三级网络可以加速生物燃气产的发展。通过构建生物燃气产互联网平台，实现农废弃物收储运、资源化生产、产品销售利用产链全生命周期跟踪管控，做到环境效益与经济效益、社会效益共赢。

（2）生物燃气发展促进农产升级。以生物燃气产发展带动区域养殖、种植、肥料、燃气等行的化与升级，终构建以“农废弃物收储运-资源化处理-产品销售与利用”三级网络为核心的良性产生态圈。

延伸阅读一

2017年沼气发电市场前景分析：2020年总将达440亿立方米

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沼气作为一种新兴能源正被各个国家重视，但由于我国起步较晚，致使沼气发电技术相对落后，使沼气发电市场不规范，没有相应的较为完善的行标准，也不利于其商化开发和利用。当随着国家出席一系列生物能发电政策，沼气发电作为其中的一份子，自然也受到了提振作用。以下是宇博智小编整理的2017年沼气发电市场前景分析。

沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体，由于这种气体经常产生于沼泽地和池沼中，因此称为沼气。沼气是多种气体的混合物，其中甲烷(CH4 )含通常在55%～70%之间，其余为二氧化碳和少的氮、氢和硫化物，是一种良好的气体燃料，其特性与气相似，可以完全代替汽油或柴油进行发电。随着大型沼气工程的大建设和沼气综合利用的不断发展，沼气发电技术逐渐被广泛利用，这种技术是将厌氧发酵处理产生的沼气用于装有综合发电装置的发动机上，以产生电能和热能。沼气发电技术是实现畜禽粪便、农作物秸秆、有机生活垃圾以及生活污水等各类生物资源能源化利用的有效途径，具有高效、节能、安全和环保等综合效益。

沼气发电现状：

我国沼气发电行起步于20世纪80年代初期，有30年的历史，在这期间，我国有大的技术人员对沼气发电技术进行研究及沼气发电设备的开发。1998年全国沼气发电为1百万kW˙h，在此期间，先后有一些科研机构进行过沼气发动机的改装和提高热效率方面的研究工作。

但是，相比我国其他可再生资源，沼气的能源化利用，特别是沼气发电并网目前仍步履蹒跚。从政策来看，分布式沼气发电与分布式光伏发电，政策待遇悬殊，主要表现在：光伏发电的新能源补贴价格是0.42元/度，而沼气发电的补贴只有0.25元/度;光伏发电按实际发电给予补贴，而沼气发电只有上网才享受补贴，前者能充分享受国家上网电价差额政策，后者只有自发自用后，盈余部分上网才享受补贴;光伏发电自发自用电免收可再生资源电价附加、国家重大水利工程建设基金、大中型水库移民后期扶持基金、农网还贷基金等政务性基金，包括分布式沼气发电在内的其他分布式电源则不享受这个政策，照征不误。目前我省沼气发电并网收购价0.646元/度，而农用电价格0.496元/度，两者相差0.15元/度。以圣杰牧为例，该猪场1年用电120万度，仅此一年就相差18万元，增效明显。

沼气发电市场前景分析：

近年来，我国对环保日益重视，鼓励利用新技术、新能源减轻温室效应和促进生态良性循环，并不断减少化石能源的使用。在此背景下，生物能得到的发展契机。

事实上，在范围，有多个国家青睐生物能发电。据统计，2013年，生物及来及发电累计装机规模达到76.4GW。我国作为农大国，生物能行发展十分迅速，沼气发电便是其中典型代表。

与其他燃气相比，沼气抗暴性能较好，是一种具有较高燃值的清洁燃料。沼气发电有助于减少温室气体的排放，利于缓和温室效应;同时解决了大有机废弃物，是典型的资源循环利用项目。因此，沼气发电具有良好的经济效益和环境效益。

而且发展沼气发电除了减少对环境的污染，还为农村偏远地区能源利用开辟新途径，还能为广大农民创收。可见，沼气发电发展潜力巨大，市场前景广阔。

2016-2021年中国沼气发电行市场需求与投资咨询报告分析，2015年，农村户用沼气用户超过5000万户，预计到2020年，我国沼气年利用总将达到440亿立方米。

尽管沼气发电前景大好，但仍然面临着技术、市场、政策方面的阻碍。

我国从80年代开始研究沼气发电，但主要集中在内燃机系列，且对沼气发电机研究不深。这导致发电机常常出现热负荷高、可靠性差、起动困难等问题，给用户带来不便。

技术上的阻碍，直接影响到市场化进程。目前，绝大多数沼气工程选择放弃沼气发电，转而寻求其他方式，或者是购买国外成熟的发电机组。

影响技术、市场发展的重要因素，在于缺乏相应的激励政策和限制性政策。未来，我国需要完善相关政策，甚至给予一些税收、贷款方面的惠，改善沼气发电的经济性和市场前景。

长远来看，绿色低碳是新兴产发展的必然趋势，沼气发电仍有相当大的潜力可待挖掘，市场空间巨大。

文章来源：宇博智

延伸阅读二

辽阳规模化大型沼气工程获1110万中央资金支持

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根据省发展改革委、省农委《关于下达辽宁省规模化大型沼气工程2016年中央预算内投资计划的通知》，辽阳2016年规模化大型沼气工程共获中央投资1110万元。

此次中央投资用于辽阳安康种猪繁育有限公司规模化大型沼气二期工程，项目总投资3178万元，其中中央预算内投资1110万元，企自筹2068万元。辽阳安康种猪繁育有限公司大型沼气工程建设地点位于灯塔市张台子镇前营村，建设大型沼气设施总容积7400立方米。主要建设内容为建设厌氧发酵罐、双层膜式储气柜、沼液池、调节池等。

此次项目投资计划的下达，将进一步加强全市大型沼气工程项目建设，对改善农村群众生活条件、节约农村资源、保护农村环境、推进新农村建设起到积极作用。