沼气产业发展现状与趋势

2、欧盟开发产业沼气的启示

 
欧盟国家产业沼气的主要成功经验是:1)发酵工艺和设备随着原料的变化及对产气率提高的需求不断改进;2)重视新原料,主要是专用能源作物的开发,为长远的可持续发展奠定基础;3)准确的市场定位,沼气经过提纯、用于经济效益和社会效益最佳的应用方式——替代部分天然气。
 
欧盟国家沼气专用能源作物的使用方式是全株青贮后再作发酵原料。这一点对我们有两大启发。首先,尽管因地少人多的国情,中国不可能大量种植沼气专用能源作物,然而目前粮食作物特别是玉米秸秆的利用方式和效率却是可以彻底改变和大幅度提高的。
 
对玉米收获前后的秸秆成分的分析发现,对于秸秆厌氧发酵性能至关重要的4项指标,在秸秆变干后都发生了非常不利于沼气发酵和其他生物能转化方式的变化。例如木质素含量几乎提高了1倍,使木质素大量与纤维素和半纤维素结晶,严重阻碍了后两者在生化转化过程中的降解。因此,我们设想专门培育果穗成熟时茎秆仍然青绿的玉米品种,并采取在收果穗时同时收获/青贮茎秆的技术路线。这样做,沼气的原料来路可以大大拓宽,玉米茎秆的沼气产率也可得到很大的提高。当前,国内已有人工掰穗后随即田间机械切碎茎秆并压实装袋(青贮)的设备问世,为上述技术路线的实施提供了条件。
 
其次,对于在中国被寄与很大希望、但又存在着致命性技术障碍的“非粮”能源作物甜高粱而言,其收获后加工期过短(不到2个月)是当前难以克服的制约因素。但如果变甜高粱直接加工酒精的技术路线为甜高粱整株青贮再发酵加工成沼气,则由于青贮料易于保存,可常年随取随用,问题即迎刃而解,而且能量净产出还可能增高。另外,严重萎缩的北方甜菜可能会因改种能源甜菜而迎来重新振兴的好机遇。
 
典、德国、奥地利等国先后制定了有关增加“绿色电能”比例和减少二氧化碳排放的强制性法律条款,再加上希望减少对进口化石能源的过度依赖,刺激了对增加利用本国生物废弃物生产沼气的积极性。
 
据瑞典燃气协会的资料,2007年瑞典有提纯沼气驱动的车 1.5 万辆和 100 多个加气站;车用提纯沼气的量2006 年就已超过天然气。瑞典政府支持产业沼气的政策措施是:1)对建设沼气工程的企业/农场给予工程投资30%的补贴;2)对沼气纯化后替代燃料免征石化燃油使用税;3)减征沼气企业的增值税;4)免征车辆拥堵税(只限斯德哥尔摩市)。
 
在德国,沼气(不经提纯)更多地被用于直接驱动发电机组。据德国沼气协会的资料,到 2009 年底,全德国已有 4 780 家大型沼气发电厂,发电产能达 1 600 MW(为 1999 年的 6 倍),占总发电量的 29%,超过水电而仅次于风电(德国是全球第一风电大国)。近来也开始重视将沼气提纯后直接并入天然气管网。德、奥两国已分别制定了到2020年提纯沼气占到天然气总用量20%的目标。
 
欧盟国家产业沼气之所以能迅速成长,一是成功研发了高效厌氧反应的技术和设备;二是充分利用了业已存在的相关物流和后勤基础设施,如天然气管网、加气站和区域电网;三是在法律和政策上给予强有力的支持,如德国的《可再生能源法》(EEG)和《生物质条例》(Biomass Ordinance),核心都是:1)为可再生能源电力精确定价——“固定电价”;2)提供长期(20 a)电价优惠;3)建立优惠收购生物电成本全国共同分担机制;四是开发了传统沼气原料之外的沼气专用能源作物,确保产业的原料供应无虞。
 
瑞典最大的可再生能源公司(E-ON)在该国拥有数个年产提纯沼气 2 000~3 000 万 m3的工厂。它预测,瑞典的沼气在 2050 年前后将全部取代天然气。资源的理论潜力为年产 100 亿 m3提纯沼气。目前的开发率仅有 10%左右。据欧洲最大的保险业/风险投资业集团 Allianz(已全面介入欧盟国家的沼气产业开发)的研究,只要开发得当,仅利用德国现有耕地面积的 1/10 种植能源作物,即可通过沼气途径生产出足以替代进口天然气总量一半的生物甲烷(Biomethane)。英国学者的一项研究表明,利用该国 30 万 hm2的休耕地合法地种植能源作物,如青贮玉米、甜菜和黑麦草等,并进行轮作。每年可产的沼气相当于 9.6 TW•h(9.6×109kW•h)的能量。沼气发电后,可满足 220 万户家庭的用电需求。
 
据建在奥地利 Gussing 地区的 STREM“全能源作物原料沼气发电农场”的实践,300 hm2土地全部种植专用玉米青贮,黑麦草/小黑麦,采用腊熟期整株青贮,2 个厌氧反应罐容积各 1 500 m3,采用高温(49.5℃)发酵工艺。年耗青贮原料 5 940 t,沼气产量 5 150 m3/d。沼气直接发电,发电产能 500 kW(热电联产)。年发电和供热量分别为 415 万 kW•h 和 4 220 MW•h;电全部售给电网(14.5 欧分/KW•h);热量出售 1/3。
 
瑞典隆德大学 Pal Borjesson 教授的研究发现,在地处寒温带的瑞典,采用整株玉米和整株能源甜菜青贮后制沼气,单位土地年产出的能量几乎可与巴西的甘蔗制乙醇相仿。即每公顷农地年产的乙醇或沼气可驱动汽车行驶 4~4.5 万 km。能源作物的青贮一般采用机收后沟、壕式堆积加覆盖的方法,十分简便,投资很少。
 

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