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世界生物质燃气产业高质量发展现状与趋势

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  生物质燃气,主要指沼气,不仅是低碳清洁能源,而且在生产的全部过程中可利用各种有机废弃物,既能有效消除其带来的环境污染,又在生物质燃气的利用过程中减少空气污染物和温室气体排放。

  随着全球能源和环境问题的一天比一天突出,开发清洁的可再次生产的能源刻不容缓,生物质是唯一可以转化为气态、液态和固态的含碳清洁可再生资源。

  生物质燃气,主要指沼气,不仅是低碳清洁能源,而且在生产的全部过程中可利用各种有机废弃物,既能有效消除其带来的环境污染,又在生物质燃气的利用过程中减少空气污染物和温室气体排放。

  当前,生物质燃气技术和产业已初步进入商业化阶段,是生物质能源领域发展最好、最成熟的方向。近日,记者就世界上主要国家生物质燃气的发展现状、商业模式、主要经验、发展的新趋势,以及对该产业在中国的发展带来了哪些启示采访了生物质能源产业技术创新战略联盟。

  据生物质能源产业技术创新战略联盟介绍,从生物质燃气总产能分析,欧盟、中国、美国名列前茅。2011年欧盟沼气产量为201.7亿立方米,其中德国的沼气产量为101.4亿立方米,占欧盟沼气生产量的50.27%。美国2011年沼气产量为126亿立方米,比2010年增长12.6%。中国2011年沼气产量约为200亿立方米,比2010年增加25%以上。

  目前,欧洲的生物质燃气产业取得了加快速度进行发展,尤其是在财税政策、技术装备、工程规模、产业模式、能源替代、环境效益等方面都已规范,代表了世界先进发展水平和模式。

  德国98%的生物质燃气工程用于热电联供,2011年,德国生物质燃气发电总装机容量为2559MW。瑞典率先开始生物质燃气净化提纯制车用生物质燃气和管道生物天然气,同时,开出了世界上第一辆沼气火车。目前,在瑞典交通工具的气体燃料中,沼气占58%,有100个加气站,779辆沼气燃料公共汽车,4500辆汽油、沼气与天然气混合燃料小汽车。

  2011年欧盟各国沼气发电总量为3290亿千瓦时,比2010年增加17.39%,其中德国的沼气发电总量为1940亿千瓦时,占欧盟沼气发电总量的58.99%,比2010年增加19.88%。英国沼气发电总量为573亿千瓦时,占欧盟沼气发电总量的17.42%。德国的生物燃气净化提纯解决能力最大,2012年达到11.78万标准立方米每小时(Nm3/h),其次是美国,为7.37万Nm3/h,瑞典为2.65万Nm3/h。

  据生物质能源产业技术创新战略联盟介绍,目前,世界上生物质燃气应用方式主要为热电联产和净化提纯制备管道、车用天然气等。采取的商业模式主要有三种:热电联产模式、车用生物天然气模式及管道生物天然气模式。

  一是热电联产模式(CHP)。能源植物、养殖场粪污等经过预处理后,进行厌氧发酵,沼气用于热电联供、余热升温发酵罐、沼渣沼液施肥,全过程实现自动控制。主要案例有德国Wiesenau混合原料热电联供工程,主要发酵原料为牛粪,青饲料,玉米秸秆,规模为1.5MW。丹麦Ribe生物质燃气发电站,是丹麦的第一批集中型沼气站。该工厂以有限公司的形式组建,由相关的农场主们共同合作,也有另外的股东,例如屠宰场、地方电力公司和一些公共养老金基金会。这个沼气站被丹麦和欧盟选定为一个示范站,并在全球范围内被认可为大规模系统中最成功的案例之一。

  二是车用生物质燃气模式。利用有机废弃物生产沼气,经过净化提纯压缩后,提供交通燃料。主要的案例有瑞典Linkoping车用生物质天然气工程可处理瑞典东南部的有机垃圾,生物质燃气净化提纯后,每年获得470万立方米生物质天然气(97% CH4),为12个加气站的公共汽车、卡车、私家车、出租车以及火车等加气,该工程为全球生物质燃气工程起到了很好的示范和指导作用。此外,瑞典Laholm 生物质天然气厂,年产生物质天然气180万立方米,通过管道分别输送到附近的一个生物质燃气发电站和汽车加气站。

  三是管道生物质天然气模式。多种混合原料生产的沼气,经过净化提纯后,并入天然气管网,减少对天然气的依赖。主要案例有德国Rathenow沼气工程,原料为青储玉米及农作物、液态牛粪及猪粪等,经沼气纯化产生物甲烷规模为520Nm3/h。

  中科院广州能源研究所研究员马隆龙认为,世界生物质燃气发展的主要经验有三个方面:

  一是持续创新的技术体系。欧洲国家很看重技术的持续创新,在生物质燃气制备与高值化利用领域已经处于世界领先水平,研究机构、企业、政府从没有中断对技术的创新。欧洲的沼气工程企业在追求更高经济效益的时候,无论在增加收入还是在节省开支方面,都是依靠先进的技术和装备,通过提高产气效率和设备稳定性、降造成本、人工和维护费来降低沼气工程投资和运行成本。

  二是稳定高效的政策扶持。以德国为例,在生物质能源和可再次生产的能源领域具有持续稳定的政策扶持。自2004年德国颁布《可再生能源法2004》以来,德国沼气工程数量从1996年的370处,增加到2011年的6800处,占整个欧洲沼气工程数量的80%。2009年修订《可再生能源法2009》,出台了更多的能源利用优惠政策,进一步促进沼气的开发和发电上网能力,为德国沼气工程继续稳步发展提供了进一步的保障。

  三是专业规范的团队运作。生物质燃气产业,离不开专业化的团队运作,从投融资、工程设计、设备制造、工程项目施工、运行管理到市场开发等所有的环节,都需要由专业化的企业和团队来完成,保证效率和质量,提升产业竞争力。德国沼气协会拥有3000会员,涵盖了有机废弃物产生单位、农作物和能源作物种植业主、规模化养殖业主、投融资机构、生物质燃气装备制造商、沼气工程设计施工公司、工程运行管理公司、产品最终用户等,各成员单位和专业团队之间衔接紧密,从而使生物质燃气产业在原料、技术、装备、管理、市场等方面均得到强有力的保障。

  生物质能源产业技术创新战略联盟认为,世界生物质燃气产业发展有四个新的趋势:

  一是明显的市场化趋势。目前,大中型生物质燃气工程难以依靠自身能力进入常规的能源市场,沼气工程产业发展很大程度依赖于政府各方面的政策支持和补助。政府包办,管建、管投,但管不了运营;依靠企业运行、探寻盈利模式,将是主要趋势。不论任何国家,其政策都具有阶段性,如果沼气产业不可以在一定程度上完成商业化,其未来发展必然会因政府政策的转移而衰退。所以商业化也是沼气产业高质量发展的唯一正确途径。

  二是适宜的规模化趋势。技术和成本是生物质燃气产业化发展的关键,生物质燃气工程的投资和运行同样符合规模经济的原则。以沼气发电最为成功的德国为例,沼气工程的平均池容大约为2000m3/处,我国池容在1000m3以上的大型沼气工程仅占9%左右,比例在逐年增加。

  三是精细的专业化趋势。生物质燃气系统和其他生物质利用方式一样是个很复杂的系统,从原料收集到生产的全部过程再到副产品的利用消纳都一定要保证中间环节的通畅,甚至在必要的时候对产业链进行分化。目前,沼气工程是作为养殖厂的附属设施建设,养殖业主的知识结构不但达不到运行的要求,在原料不稳定和沼液沼渣销路上也常常会出现问题时,无暇顾及沼气工程的运营。成立沼气专业化运营企业是一条有效途径。首先,有利于规避由于微利的养殖业带来的原料风险;其次,企业可更专注于自身发展,包括技术进步,产品质量保证,队伍建设等;再次,政府的政策支持也更有明确的目的性和操作性,有利于规范市场。

  四是规范的标准化趋势。任何产业的商业化都伴随着设备的标准化与管理的规范化,沼气行业大量使用非标设备和管理机制欠缺,是导致当前沼气工程成本高、质量差、运行不稳定的根本原因。长此以往,沼气工程建设也将形成恶性循环。只有设备的标准化才能摆脱非标设备制作的质量不稳定、周期长、成本高等障碍,从而统一质量、缩短工期、减少相关成本;只有管理规范化才能建立有章可循的技术规范和管理机制,做到设计标准化、队伍专业化、施工规范化、验收统一化、管理物业化,保障工程质量、稳定运行管理。因此,设备的标准化和管理规范化是引导沼气产业步入正轨,引导产业成熟的正确途径。

  生物质能源产业技术创新战略联盟认为,世界生物质燃气产业高质量发展带给中国的启示主要是:

  一要加强政策扶持力度。借鉴国际上生物质燃气产业的发展模式,我们应抓紧出台配套完善的生物质燃气产业扶持政策,特别是出台可操作的政策细节,使生物质燃气产业链的每个生产经管环节都有利可图,实现生物质燃气产业化和规模化,推进沼气行业的规范化管理,在政府强有力的扶持政策和行业体系的规范管理下,紧紧依靠企业市场机制下的运作,加快我国沼气产业又好又快发展。

  二要加强技术协同创新。组织国内从事生物质燃气领域研发的技术专家、企业家、政策规划专家,加强产学研用相结合的协同创新,为关键共性技术突破、商业模式示范工程建设、标准规范制定等提供指导和技术保障。争取多方参与投入,充分的发挥财政资金的引导作用,开拓民间、社会、外资等融资渠道,引导民间资本向生物质燃气技术产业投资和促进生物质燃气项目的融资与产业化;探索创业投资、风险基金和银行贷款的投融资机制,形成以企业投入为主体、金融为支撑和社会融资相结合的投资新体系。

  三要加强国际交流合作。与国际著名的生物质燃气科研机构开展工程、项目合作与人才合作交流,开发适合中国城镇化发展和农村生产特点的新技术,开发适合的工业技术,鼓励产、学、研结合,抢占技术制高点。

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