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  • 中国沼气产业面临的挑战和发展趋势
    发布日期: 2018-3-29  浏览次数: 1311 次

    摘要:对中国目前沼气发展过程中存在的问题进行了分析,提出了中国沼气发展正处于战略转型期的观点,对中国沼气产业未来发展趋势进行了研究。提出中国沼气要做大做强和实现可持续发展,必须走产业化和市场化的道路,并就中国沼气未来发展模式、产业化发展方向、技术装备、政策支持等方面,提出了建议。

    0引言

    近年来,中国沼气事业得到了快速发展[1]。到2010年底,全国累计建成户用沼气超过4000万户[2](图1)。各类规模化沼气工程从2000年的1042处增至2009年的5.69万处,总池容达714.96万m3,年产沼气9.17亿m3(图2)。其中,新增大型沼气工程931处,中型沼气工程5986处,小型沼气工程10073处,生活污水净化沼气池2.32万处,使中国生活污水净化沼气池的总数达到了18.69万处,总池容达到851.39万m3,发电装机3.3万kW,年发电10289.35万kW·h。

    近10年中国沼气的快速发展主要是由于国家对沼气推广给予了高度重视,每年投入大量专项资金支持。从2003年到2010年上半年,仅中央对沼气建设的投入已达242亿元(图3)。加上地方和建设单位的投入,总投入超过500亿元。这些投入是中国农村沼气快速发展的根本保证。

    总体来说,中国农村沼气可以用“成绩巨大、问题不少”来概括,在新的形势下,现有的发展模式必须要进行改变,否则就很难做大做强,也无法实现可持续的发展。可以说,目前中国沼气行业正处于一个发展转型阶段,必须解决向哪里发展和如何发展的问题。

    1中国沼气行业存在问题

    1.1户用小沼气与城镇化发展的大趋势不相适应,难以真正发挥在替代能源中的重要作用

    2000年农业部提出了以沼气为纽带的“生态家园富民计划”,实现了“家居温暖清洁化、庭院经济高效化、农业生产无害化”的目标[3],在南方地区和经济欠发达地区起到了重要作用,但在中国经济发达地区、北方地区和高寒地区分散式小沼气不能发挥其应有的作用。更为重要的是,随着社会主义新农村建设步伐的加快,越来越多的自然村镇要进行改造和重新建设,城镇化程度越来越高,对清洁、方便能源的需求会越来越大,对环境的要求也会越来越高。不可能在每家每户再建设一个小沼气池,每家每户自己再去为沼气池上料出料。如果还单一发展户用沼气,就与新农村建设和城镇化发展的大趋势不相适应了,也不符合实际需要了。

    目前,中国沼气仍是以户用小沼气为主,所产沼气主要用于农户烧锅做饭,利用价值很低。大中型沼气站主要建在规模化的畜禽养殖厂,受养殖厂数量、规模和地域的限制,其数量和规模也很难做大。因此,尽管中国小沼气发展势头良好,数量很大,但规模小、沼气的利用更多的是“自产自消”型的低值利用[4]。这种沼气发展模式,无论是现在还是将来,都无法形成规模化和形成产业,难以真正发挥在国家替代能源中的重要作用,也很难受到国家和社会的真正重视。

    1.2主要依靠政府、缺乏系统化政策支持,尚未形成真正的产业化

    中国无论是户用小沼气还是大中型沼气工程,主要都是依靠政府买单,投资比例占相当份额,可以说,没有政府在资金上的大力支持,中国的沼气事业很难达到目前的发展势头。因此,中国的沼气尚未形成真正意义上的产业化。另一方面,农村户用沼气主要还是福利性质为主,大中型沼气也大多自用,大多赔钱运行,没有经济效益,也就无法走市场化。因此,一旦没有了政府支持,沼气行业自身就失去了发展能力,就会迅速萎缩,自身还远不具备生存能力。

    中国的沼气工程初始投资大,运行成本高,生产的沼气及其电力无法依靠自身能力进入常规的能源市场,发电入网困难,非养殖场原料收集困难,没有可行的原料补贴、沼气价格补贴以及税收减免等优惠政策,无法让企业盈利,也就无法吸引社会资本的进入,促进沼气产业化和市场化的发展。目前,国外对沼气使用实施免税或减税,提供发展沼气的津贴等激励政策[5],而中国只对沼气发电并网有补贴,对原料生产、收运,沼气终端用户等没有经济政策支持,缺乏系统化的支持,难以保障沼气产业的可持续发展。

    1.3缺乏技术创新,装备水平低,难以支撑产业化沼气的发展

    目前,国外在沼气生产和利用方面的技术已经比较成熟,配套设备也已经向大型化、成套化和系列化方向发展。中国沼气推广投入巨大,但研发投入非常少,缺乏自主创新的先进技术,工程整体技术水平偏低[6],工艺技术缺乏基础性研究、工艺环节不够合理、工艺系统不够完整;此外,设备存在的问题也尤为突出,已经成为制约中国沼气行业尤其是大型沼气工程发展的“瓶颈”。主要问题是:①设备与工艺不配套。设备大多为自行设计或借用其他行业的单体设备,没有针对工艺要求开展设计,设备与工艺配套性差;②缺乏系统化成套设备和标准化设备。各单元设备基本都是单独设计或单独购买,单元设备之间相互不匹配,也没有统一的设计标准,设计和制造出来的设备千差万别;③制造质量差,故障率高,不能长期稳定可靠运行;④缺乏关键核心设备。总体上,设备还难以支撑规模化沼气产业的发展。

    2中国沼气行业未来发展趋势

    2.1户用沼气逐步向村镇集中(联村)供气方向发展

    新农村建设要求小村并成大村、城乡统筹和统一规划,这些新建的村镇人口集中,聚集程度高,已经不再适宜发展户用小沼气,而应该以村镇(联村)集中供气为主,逐步替代户用小沼气。

    每个村镇(或联村)建设一个规模化的沼气站,利用本村镇产生的生活垃圾、人畜粪便和秸秆等废弃物集中生产沼气。沼气通过管网送往各家各户,或者把沼气提纯后,通过移动式罐装车运往各村。这样,村镇居民就和城市居民一样用上了清洁、方便的生物燃气。其优点在于:降低单位建设和运行成本;便于实现物业化管理,保障系统稳定运行和常年稳定供气;有利于实行规模化生产和商业化运作,促进沼气产业化发展;避免“百户百池”情况,有利于改善新农村的生态环境等。在山东德州已经建成秸秆沼气示范工程,该工程实现了全年稳定运行,有效解决农村秸秆乱堆放现象,改善农民生活质量,提高生活水平[7]。但是,在南方和偏远地区,户用沼气还是要适当发展的。

    2.2发展模式向产业化、市场化方向发展

    沼气不能只局限于农户和农村的发展模式,要向规模化生产和城市、工业、交通领域高值化应用方向转变。只有规模化的生产,才能保障大规模的应用,才能产生规模效益和发挥在中国替代能源中的重要作用,才能形成产业。同时,要摆脱沼气主要由政府支持的发展模式,要充分利用市场机制发展和壮大自身,积极吸引社会资金和社会支持,走市场化的道路,才能实现沼气产业的可持续性发展。在满足农村和农民需求的同时,走出农村和农业,开辟新的产业化途径;同时,也可为农业和农村开辟新的致富之路。

    2.3技术向工程化、装备向标准化、成套化、系列化方向发展

    中国在小型沼气技术方面,走在了世界的前列,但在大型沼气工程技术方面,与国外发达国家还有很大的差距。需要在了解和掌握发达国家先进沼气技术的基础上,针对中国国情和各地不同的情况,进行深入细致的研究,通过“引进-吸收-再创新”的途径,开发适合中国国情的工程化沼气技术。需要重点开发多种原料的预处理、特殊物料和混合物料高效厌氧消化、干法厌氧消化、反应器内外生物脱硫、沼气分离提纯、微量元素添加等技术。

    先进可靠的装备是沼气产业发展的重要硬件保障。

    针对现有沼气生产设备存在的问题,在对现有工艺进行优化的基础上,研发与工艺配套的标准化、成套化、系列化(“三化”)设备是非常必要和紧迫的。通过标准化,实现关键设备的标准化设计和标准化制造,保证设备的设计和制造质量,以及设备的通用性、普适性和稳定可靠性;通过设备成套化,实现整个工艺流程中各设备的系统匹配和优化组合;通过设备系列化,满足不同规模大小的需要。开发沼气设备标准化设计软件和建立标准化设计平台,为“三化”提供技术支撑。

    2.4原料向多样化方向发展

    目前,中国沼气生产的主要原料是畜禽粪便,而畜禽粪便只有在有养殖场的地方才可以获得,单一性的原料已经成为制约中国沼气大规模推广的重要“瓶颈”。

    原料的单一限制了沼气工程的建设地点、规模大小。沼气发酵原料应该由畜禽粪便等向秸秆、农产品加工副产物、轻工业废物(糟、渣)、高浓度有机废水、城市生活垃圾(如餐果蔬垃圾、居民粪便、市政污泥等)、以及利用盐碱地、边坡地种植的能源作物(如菊芋、能源草等)等多原料方向发展。德国的沼气工程大多为混合原料发酵[8],如生活垃圾、厨余垃圾、工业废渣和废液、能源玉米等,以畜禽粪便作为沼气生产原料的工程不足20%,以畜禽粪便为主的沼气厂,也大多是混合原料发酵。

    目前,国内学者也开始对不同原料的发酵性能进行初步的探讨,刘晓英等[9]对某食堂餐厨垃圾进行分析,在20g/L的容积污染负荷下,35d中温消化后产气率和产甲烷率分别达到369mL/g和201mL/g,具有良好的产气性能。秸秆由于结构复杂,所需厌氧消化时间长、效率低,王小韦[10]和王苹[11]等采用预处理的方式,破坏秸秆的内部结构,提高秸秆厌氧消化效率。李荣平等[12]将餐厨垃圾与牛粪在3∶1比例下进行厌氧发酵,挥发性固体产气率达到233mL/g。李来庆等[13]将牛粪与NaOH预处理后的秸秆进行混合厌氧发酵,甲烷产气率要比单独一种原料高出4.9%~7.4%。

    2.5产品利用向高值化方向发展

    中国的沼气生产要向产业化、市场化方向发展,其前提是要实现沼气的规模化生产,同时要实现沼气的高值化应用。沼气的利用要走出农村、走出农业,向城市、向工业发展,就必须走向车用燃料、城市燃气和工业生产用气等高附加值方向发展。只有在生产沼气有利可图时,才会真正走向产业化和市场化,沼气产业才能真正形成。

    近几年,欧美发达国家特别注重对沼气的多方位高值利用,大力推广提纯沼气,以替代天然气。瑞士、瑞典、德国、法国、加拿大和澳大利亚等在这方面做了大量的研究,取得了杰出的成就[14]。提纯后的沼气变成了高品位、高附加值的“生物天然气”,可以完全替代化石天然气,有着更为广泛的市场空间和更高的利用价值。在如今国内油气紧张的状况下,经常出现油荒气荒,只要有气就能卖出去,市场不存在任何问题。并且,随着中国经济的快速发展,市场对清洁燃料的需求量也与日俱增,其燃料价格是一路飙升。2010年,中国各大主要城市的天然气价格几乎全部上调。目前,天津、上海、武汉和广州车用天然气价格分别达到了3.95、4.2、4.5和5.5元/m3,大大高于农村户用沼气的价格(1.0~1.2元/m3)。可见,提纯后的沼气用于交通、城市和工业后,价值大幅度提高,应用空间也大大扩展,是沼气产业化和市场化的发展方向。

    2.6支持政策向全方位配套方向发展

    沼气产业由原料、生产、产品用户等多个环节构成,要保障产业的可持续发展,必须就整个产业链中各个环节进行有力的政策支持,缺少那个环节都不行。例如,德国就对能源作物种植企业、沼气生产企业生产出的沼气进行补贴,瑞典对沼气生产企业、购买沼气汽车的用户进行直接补贴和税收减免,如免收能源税、二氧化碳税,减收气体燃料的车辆使用税等[14]。欧盟在2003年发布了“促进生物燃料或其他可再生燃料在运输行业应用指令”[15],规定在非保留地上种植能源植物会得到每公顷45欧元的补贴。中国需要对原料的生产、收集和运输、沼气生产、沼气车用、工业用户等进行全方位的财政税收支持,使相关企业能够获得稳定的利润,才能保证沼气产业的稳定发展。

    3结语

    中国沼气行业在政府的大力支持下得到了快速发展,但也存在诸多问题。未来要在继续推广户用沼气和养殖场沼气的同时,逐步走出农村和农业,实现向沼气规模化生产和工业化应用方向转变,最终建立中国沼气产业,并实现市场化运作,实现沼气产业的可持续发展并做大做强。目前,首先要结合社会主义新农村建设,大力发展沼气的规模化生产和集中供气,并实行专业化管理和市场化运作;其次,结合中国城市、汽车和工业的快速发展,大力发展车用和工业用沼气,开辟新的应用领域和提升沼气的利用价值;此外,还需要在原料多样化、关键技术和核心设备研发、系统政策支持以及发展模式等方面实现转变。

    [参 考 文 献]

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