四方仪器|沼气成分分析系统在生物天然气制取工程中的应用

　　随着全球能源和环境问题的日益突出，开发清洁的可再生能源刻不容缓，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。生物天然气主要由沼气提纯所得，不仅是低碳清洁能源，而且在生产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，又在利用过程中减少空气污染物和温室气体排放。当前，生物天然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。

　　一、生物天然气利用模式

　　目前，世界上生物天然气应用方式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。

　　1、 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。

　　2、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。

　　3、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。

　　二、德国生物天然气发展现状

　　德国为了达到碳减排要求，从2000年起大力发展生物质能源产业，增加生物质能源在能源结构中的比例。据了解，2011年欧盟沼气产量为201.7亿立方米，各国沼气发电总量为3290亿千瓦时，比2010年增加17.39%。其中德国的沼气产量为101.4亿立方米，占欧盟沼气生产量的50.27%，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%。德国的生物燃气净化提纯处理能力最大，2012年达到11.78万标准立方米每小时（Nm3/h）。

欧洲沼气提纯生物天然气工厂分布图

　　目前，德国是全球生物天然气发展最为成熟的国家，拥有先进的技术、丰富的资源、配套的政策等，是全球生物天然气发展行业的典范。

　　三、德国生物天然气产业发展模式

　　1、灵活调整政策

　　德国生物天然气发展成功的原因，主要归功于德国政府的政策灵活及时的调整，使生物天然气产业健康可持续性发展。1991年，德国颁布《电力输送法》（StrEG），强制要求公用电力公司购买可再生能源电力，为可再生能源发展奠定了最为重要的强制入网原则。从2000年第一次修订《可再生能源法》开始，德国政府就促进各类新能源快速发展，并分别于2004/2009/2012/2014年重新修订《可再生能源法》，根据发展情况，及时调整政策方向，以使生物天然气在技术、底物、工程规模等新工程建设中，不断随政策变化而调整。在不断重新修订《可再生能源法》的同时，其他相关法律也及时出台辅助《可再生能源法》实施。如《可再生能源供热法》、《国家生物质能行动计划》等，协调可再生能源供热的温室气体减排、调整可再生能源配额、可再生能源义务与经济支持等多方关系。

　　2、 坚持热电联产

　　在2015年电力生产中，化石能源发电依旧占到51%，核能发电占到14.4%，而在核电要降到0，却不增加化石能源发电比例的情形下，大力发展新能源发电替代核能发电十分必要，故德国沼气利用方式以发电为主。其次，德国有良好的电力市场机制作基础保障，沼气发电上网有保障，这进一步确定德国沼气发电的优先性。最后，热能循环利用在满足自身运行的热能需求同时，还有54%的发电余热可被外部有效利用。德国沼气热电联产对能源的利用率能达到80%，技术过关，有效减少能源浪费。

　　3、 以农场为主发展沼气工程

　　德国国土面积为3571.7百万公顷，将近一半的土地用于农业生产，2012年可使用的面积总和为1700百万公顷，其中70.5%的土地用于农田及耕地，结合德国农业集约化、大规模和纯机械的特点，德国到目前为止能源作物依旧是德国沼气工程的主要底物。同时德国90%以上的沼气工程由农场主负责，既能集中原料供应减少了运输耗能，又能保证稳定的原料供给，进而保证沼气生产的持续性。其次在解决农场废物的同时，有效增加了农场主经济效益。

　　四、对我国生物天然气发展的启示

　　我国生物天然气发展面临丰富的生物质资源无法充分利用、发酵技术不过关等问题，通过对德国发展生物天然气产业进行分析，下面将结合德国成功经验总结出三点对我国生物天然气发展的启示。

　　1、 明确激励政策

　　德国生物天然气发展成功的主要原因是灵活的政策引导，这在我国生物天然气发展中有较为明显的劣势。我国国土广袤，人口众多，各地区自然气候及其它资源环境差异较大，在中央政策制定中，无法顾及所有省份情况，故还需各省份积极响应中央号召，灵活制定调整地方政策，明确生物天然气产业各项激励政策，中央下分补贴给地方，由地方自主分配，有效利用政策推进生物天然气发展，同时调整补贴方式，学习德国以低息贷款的形式建设沼气工程，利用后补贴方式，即对产品补贴的方式促进沼气工程真是可持续性发展。

　　2、 加快沼气提纯

　　德国生物天然气发展中，以热电联产为主要利用形式，不断提高能源利用技术，促进能源高效利用。而在我国，目前仍主要以农村用沼气为主，这种利用方式效率极低，相比热电联产，我国更适合发展沼气提纯，在我国不断刮花建设发展大中型沼气工程的过程中，加快发展沼气提纯压缩、管道输送和罐状使用的研发力度，提高沼气利用效率，迫在眉睫。

　　3、土地集中利用

　　德国农业呈现出的集约化、大规模和纯机械的特点，和我国分散化种植有很大区别。在发展生物天然气中，原料充足时第一大要素，德国这样的农业特点恰好能够满足沼气原料供给要求，我国要实现大规模发展沼气工程，我国可将分散化土地协议集中利用，以满足生物天然气稳定的底物需求。

　　五、结语

　　生物天然气是一种利用废弃物资源生成能源并保护环境、促进生态发展的技术。德国在沼气技术发展和应用方面一直处于全球领先地位，其生物天然气发展在推进国内能源结构转型升级、保障国家能源安全和生态安全方面发挥了重要作用。分析德国沼气产业发展，特别是其相关产业促进政策，但我国在发展生物天然气产业时务必要结合我国的基本国情，既要学习德国等西方国家的经验，又不能照搬其模式。在积极发展生物天然气的同时，要找准新能源与常规能源的平衡点，保证我国能源安全。

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（来源：沼气圈）