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李秀金1，周斌2，袁海榮1，龐云芝1，孟穎1
（1.北京化工大學(xué)資源與環(huán)境研究中心，北京100029；2.中國21世紀(jì)議程管理中心，北京100036）
摘要：對中國目前沼氣發(fā)展過程中存在的問題進(jìn)行了分析，提出了中國沼氣發(fā)展正處于戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期的觀點(diǎn)，對中國沼氣產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究。提出中國沼氣要做大做強(qiáng)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須走產(chǎn)業(yè)化和市場化的道路，并就中國沼氣未來發(fā)展模式、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向、技術(shù)裝備、政策支持等方面，提出了建議。
0引言
近年來，中國沼氣事業(yè)得到了快速發(fā)展[1]。到2010年底，全國累計建成戶用沼氣超過4000萬戶[2]（圖1）。各類規(guī)模化沼氣工程從2000年的1042處增至2009年的5.69萬處，總池容達(dá)714.96萬m3，年產(chǎn)沼氣9.17億m3（圖2）。其中，新增大型沼氣工程931處，中型沼氣工程5986處，小型沼氣工程10073處，生活污水凈化沼氣池2.32萬處，使中國生活污水凈化沼氣池的總數(shù)達(dá)到了18.69萬處，總池容達(dá)到851.39萬m3，發(fā)電裝機(jī)3.3萬kW，年發(fā)電10289.35萬kW·h。
近10年中國沼氣的快速發(fā)展主要是由于國家對沼氣推廣給予了高度重視，每年投入大量專項資金支持。從2003年到2010年上半年，僅中央對沼氣建設(shè)的投入已達(dá)242億元（圖3）。加上地方和建設(shè)單位的投入，總投入超過500億元。這些投入是中國農(nóng)村沼氣快速發(fā)展的根本保證。
總體來說，中國農(nóng)村沼氣可以用“成績巨大、問題不少”來概括，在新的形勢下，現(xiàn)有的發(fā)展模式必須要進(jìn)行改變，否則就很難做大做強(qiáng)，也無法實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。可以說，目前中國沼氣行業(yè)正處于一個發(fā)展轉(zhuǎn)型階段，必須解決向哪里發(fā)展和如何發(fā)展的問題。
1中國沼氣行業(yè)存在問題
1.1戶用小沼氣與城鎮(zhèn)化發(fā)展的大趨勢不相適應(yīng)，難以真正發(fā)揮在替代能源中的重要作用
2000年農(nóng)業(yè)部提出了以沼氣為紐帶的“生態(tài)家園富民計劃”，實現(xiàn)了“家居溫暖清潔化、庭院經(jīng)濟(jì)高效化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無害化”的目標(biāo)[3]，在南方地區(qū)和經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)起到了重要作用，但在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)、北方地區(qū)和高寒地區(qū)分散式小沼氣不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。更為重要的是，隨著社會主義新農(nóng)村建設(shè)步伐的加快，越來越多的自然村鎮(zhèn)要進(jìn)行改造和重新建設(shè)，城鎮(zhèn)化程度越來越高，對清潔、方便能源的需求會越來越大，對環(huán)境的要求也會越來越高。不可能在每家每戶再建設(shè)一個小沼氣池，每家每戶自己再去為沼氣池上料出料。如果還單一發(fā)展戶用沼氣，就與新農(nóng)村建設(shè)和城鎮(zhèn)化發(fā)展的大趨勢不相適應(yīng)了，也不符合實際需要了。
目前，中國沼氣仍是以戶用小沼氣為主，所產(chǎn)沼氣主要用于農(nóng)戶燒鍋?zhàn)鲲垼脙r值很低。大中型沼氣站主要建在規(guī)模化的畜禽養(yǎng)殖廠，受養(yǎng)殖廠數(shù)量、規(guī)模和地域的限制，其數(shù)量和規(guī)模也很難做大。因此，盡管中國小沼氣發(fā)展勢頭良好，數(shù)量很大，但規(guī)模小、沼氣的利用更多的是“自產(chǎn)自消”型的低值利用[4]。這種沼氣發(fā)展模式，無論是現(xiàn)在還是將來，都無法形成規(guī)模化和形成產(chǎn)業(yè)，難以真正發(fā)揮在國家替代能源中的重要作用，也很難受到國家和社會的真正重視。
1.2主要依靠政府、缺乏系統(tǒng)化政策支持，尚未形成真正的產(chǎn)業(yè)化
中國無論是戶用小沼氣還是大中型沼氣工程，主要都是依靠政府買單，投資比例占相當(dāng)份額，可以說，沒有政府在資金上的大力支持，中國的沼氣事業(yè)很難達(dá)到目前的發(fā)展勢頭。因此，中國的沼氣尚未形成真正意義上的產(chǎn)業(yè)化。另一方面，農(nóng)村戶用沼氣主要還是福利性質(zhì)為主，大中型沼氣也大多自用，大多賠錢運(yùn)行，沒有經(jīng)濟(jì)效益，也就無法走市場化。因此，一旦沒有了政府支持，沼氣行業(yè)自身就失去了發(fā)展能力，就會迅速萎縮，自身還遠(yuǎn)不具備生存能力。
中國的沼氣工程初始投資大，運(yùn)行成本高，生產(chǎn)的沼氣及其電力無法依靠自身能力進(jìn)入常規(guī)的能源市場，發(fā)電入網(wǎng)困難，非養(yǎng)殖場原料收集困難，沒有可行的原料補(bǔ)貼、沼氣價格補(bǔ)貼以及稅收減免等優(yōu)惠政策，無法讓企業(yè)盈利，也就無法吸引社會資本的進(jìn)入，促進(jìn)沼氣產(chǎn)業(yè)化和市場化的發(fā)展。目前，國外對沼氣使用實施免稅或減稅，提供發(fā)展沼氣的津貼等激勵政策[5]，而中國只對沼氣發(fā)電并網(wǎng)有補(bǔ)貼，對原料生產(chǎn)、收運(yùn)，沼氣終端用戶等沒有經(jīng)濟(jì)政策支持，缺乏系統(tǒng)化的支持，難以保障沼氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
1.3缺乏技術(shù)創(chuàng)新，裝備水平低，難以支撐產(chǎn)業(yè)化沼氣的發(fā)展
目前，國外在沼氣生產(chǎn)和利用方面的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，配套設(shè)備也已經(jīng)向大型化、成套化和系列化方向發(fā)展。中國沼氣推廣投入巨大，但研發(fā)投入非常少，缺乏自主創(chuàng)新的先進(jìn)技術(shù)，工程整體技術(shù)水平偏低[6]，工藝技術(shù)缺乏基礎(chǔ)性研究、工藝環(huán)節(jié)不夠合理、工藝系統(tǒng)不夠完整；此外，設(shè)備存在的問題也尤為突出，已經(jīng)成為制約中國沼氣行業(yè)尤其是大型沼氣工程發(fā)展的“瓶頸”。主要問題是：①設(shè)備與工藝不配套。設(shè)備大多為自行設(shè)計或借用其他行業(yè)的單體設(shè)備，沒有針對工藝要求開展設(shè)計，設(shè)備與工藝配套性差；②缺乏系統(tǒng)化成套設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備。各單元設(shè)備基本都是單獨(dú)設(shè)計或單獨(dú)購買，單元設(shè)備之間相互不匹配，也沒有統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計和制造出來的設(shè)備千差萬別；③制造質(zhì)量差，故障率高，不能長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行；④缺乏關(guān)鍵核心設(shè)備。總體上，設(shè)備還難以支撐規(guī)模化沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2中國沼氣行業(yè)未來發(fā)展趨勢
2.1戶用沼氣逐步向村鎮(zhèn)集中（聯(lián)村）供氣方向發(fā)展
新農(nóng)村建設(shè)要求小村并成大村、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌和統(tǒng)一規(guī)劃，這些新建的村鎮(zhèn)人口集中，聚集程度高，已經(jīng)不再適宜發(fā)展戶用小沼氣，而應(yīng)該以村鎮(zhèn)（聯(lián)村）集中供氣為主，逐步替代戶用小沼氣。
每個村鎮(zhèn)（或聯(lián)村）建設(shè)一個規(guī)模化的沼氣站，利用本村鎮(zhèn)產(chǎn)生的生活垃圾、人畜糞便和秸稈等廢棄物集中生產(chǎn)沼氣。沼氣通過管網(wǎng)送往各家各戶，或者把沼氣提純后，通過移動式罐裝車運(yùn)往各村。這樣，村鎮(zhèn)居民就和城市居民一樣用上了清潔、方便的生物燃?xì)狻Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)在于:降低單位建設(shè)和運(yùn)行成本；便于實現(xiàn)物業(yè)化管理，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和常年穩(wěn)定供氣；有利于實行規(guī)模化生產(chǎn)和商業(yè)化運(yùn)作，促進(jìn)沼氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；避免“百戶百池”情況，有利于改善新農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境等。在山東德州已經(jīng)建成秸稈沼氣示范工程，該工程實現(xiàn)了全年穩(wěn)定運(yùn)行，有效解決農(nóng)村秸稈亂堆放現(xiàn)象，改善農(nóng)民生活質(zhì)量，提高生活水平[7]。但是，在南方和偏遠(yuǎn)地區(qū)，戶用沼氣還是要適當(dāng)發(fā)展的。
2.2發(fā)展模式向產(chǎn)業(yè)化、市場化方向發(fā)展
沼氣不能只局限于農(nóng)戶和農(nóng)村的發(fā)展模式，要向規(guī)模化生產(chǎn)和城市、工業(yè)、交通領(lǐng)域高值化應(yīng)用方向轉(zhuǎn)變。只有規(guī)模化的生產(chǎn)，才能保障大規(guī)模的應(yīng)用，才能產(chǎn)生規(guī)模效益和發(fā)揮在中國替代能源中的重要作用，才能形成產(chǎn)業(yè)。同時，要擺脫沼氣主要由政府支持的發(fā)展模式，要充分利用市場機(jī)制發(fā)展和壯大自身，積極吸引社會資金和社會支持，走市場化的道路，才能實現(xiàn)沼氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。在滿足農(nóng)村和農(nóng)民需求的同時，走出農(nóng)村和農(nóng)業(yè)，開辟新的產(chǎn)業(yè)化途徑；同時，也可為農(nóng)業(yè)和農(nóng)村開辟新的致富之路。
2.3技術(shù)向工程化、裝備向標(biāo)準(zhǔn)化、成套化、系列化方向發(fā)展
中國在小型沼氣技術(shù)方面，走在了世界的前列，但在大型沼氣工程技術(shù)方面，與國外發(fā)達(dá)國家還有很大的差距。需要在了解和掌握發(fā)達(dá)國家先進(jìn)沼氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對中國國情和各地不同的情況，進(jìn)行深入細(xì)致的研究，通過“引進(jìn)-吸收-再創(chuàng)新”的途徑，開發(fā)適合中國國情的工程化沼氣技術(shù)。需要重點(diǎn)開發(fā)多種原料的預(yù)處理、特殊物料和混合物料高效厭氧消化、干法厭氧消化、反應(yīng)器內(nèi)外生物脫硫、沼氣分離提純、微量元素添加等技術(shù)。
先進(jìn)可靠的裝備是沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要硬件保障。
針對現(xiàn)有沼氣生產(chǎn)設(shè)備存在的問題，在對現(xiàn)有工藝進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，研發(fā)與工藝配套的標(biāo)準(zhǔn)化、成套化、系列化（“三化”）設(shè)備是非常必要和緊迫的。通過標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化制造，保證設(shè)備的設(shè)計和制造質(zhì)量，以及設(shè)備的通用性、普適性和穩(wěn)定可靠性；通過設(shè)備成套化，實現(xiàn)整個工藝流程中各設(shè)備的系統(tǒng)匹配和優(yōu)化組合；通過設(shè)備系列化，滿足不同規(guī)模大小的需要。開發(fā)沼氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計軟件和建立標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺，為“三化”提供技術(shù)支撐。
2.4原料向多樣化方向發(fā)展
目前，中國沼氣生產(chǎn)的主要原料是畜禽糞便，而畜禽糞便只有在有養(yǎng)殖場的地方才可以獲得，單一性的原料已經(jīng)成為制約中國沼氣大規(guī)模推廣的重要“瓶頸”。
原料的單一限制了沼氣工程的建設(shè)地點(diǎn)、規(guī)模大小。沼氣發(fā)酵原料應(yīng)該由畜禽糞便等向秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物、輕工業(yè)廢物（糟、渣）、高濃度有機(jī)廢水、城市生活垃圾（如餐果蔬垃圾、居民糞便、市政污泥等）、以及利用鹽堿地、邊坡地種植的能源作物（如菊芋、能源草等）等多原料方向發(fā)展。德國的沼氣工程大多為混合原料發(fā)酵[8]，如生活垃圾、廚余垃圾、工業(yè)廢渣和廢液、能源玉米等，以畜禽糞便作為沼氣生產(chǎn)原料的工程不足20%，以畜禽糞便為主的沼氣廠，也大多是混合原料發(fā)酵。
目前，國內(nèi)學(xué)者也開始對不同原料的發(fā)酵性能進(jìn)行初步的探討，劉曉英等[9]對某食堂餐廚垃圾進(jìn)行分析，在20g/L的容積污染負(fù)荷下，35d中溫消化后產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率分別達(dá)到369mL/g和201mL/g，具有良好的產(chǎn)氣性能。秸稈由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需厭氧消化時間長、效率低，王小韋[10]和王蘋[11]等采用預(yù)處理的方式，破壞秸稈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高秸稈厭氧消化效率。李榮平等[12]將餐廚垃圾與牛糞在3∶1比例下進(jìn)行厭氧發(fā)酵，揮發(fā)性固體產(chǎn)氣率達(dá)到233mL/g。李來慶等[13]將牛糞與NaOH預(yù)處理后的秸稈進(jìn)行混合厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)氣率要比單獨(dú)一種原料高出4.9%～7.4%。
2.5產(chǎn)品利用向高值化方向發(fā)展
中國的沼氣生產(chǎn)要向產(chǎn)業(yè)化、市場化方向發(fā)展，其前提是要實現(xiàn)沼氣的規(guī)模化生產(chǎn)，同時要實現(xiàn)沼氣的高值化應(yīng)用。沼氣的利用要走出農(nóng)村、走出農(nóng)業(yè)，向城市、向工業(yè)發(fā)展，就必須走向車用燃料、城市燃?xì)夂凸I(yè)生產(chǎn)用氣等高附加值方向發(fā)展。只有在生產(chǎn)沼氣有利可圖時，才會真正走向產(chǎn)業(yè)化和市場化，沼氣產(chǎn)業(yè)才能真正形成。
近幾年，歐美發(fā)達(dá)國家特別注重對沼氣的多方位高值利用，大力推廣提純沼氣，以替代天然氣。瑞士、瑞典、德國、法國、加拿大和澳大利亞等在這方面做了大量的研究，取得了杰出的成就[14]。提純后的沼氣變成了高品位、高附加值的“生物天然氣”，可以完全替代化石天然氣，有著更為廣泛的市場空間和更高的利用價值。在如今國內(nèi)油氣緊張的狀況下，經(jīng)常出現(xiàn)油荒氣荒，只要有氣就能賣出去，市場不存在任何問題。并且，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場對清潔燃料的需求量也與日俱增，其燃料價格是一路飆升。2010年，中國各大主要城市的天然氣價格幾乎全部上調(diào)。目前，天津、上海、武漢和廣州車用天然氣價格分別達(dá)到了3.95、4.2、4.5和5.5元/m3，大大高于農(nóng)村戶用沼氣的價格（1.0～1.2元/m3）。可見，提純后的沼氣用于交通、城市和工業(yè)后，價值大幅度提高，應(yīng)用空間也大大擴(kuò)展，是沼氣產(chǎn)業(yè)化和市場化的發(fā)展方向。
2.6支持政策向全方位配套方向發(fā)展
沼氣產(chǎn)業(yè)由原料、生產(chǎn)、產(chǎn)品用戶等多個環(huán)節(jié)構(gòu)成，要保障產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須就整個產(chǎn)業(yè)鏈中各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有力的政策支持，缺少那個環(huán)節(jié)都不行。例如，德國就對能源作物種植企業(yè)、沼氣生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)出的沼氣進(jìn)行補(bǔ)貼，瑞典對沼氣生產(chǎn)企業(yè)、購買沼氣汽車的用戶進(jìn)行直接補(bǔ)貼和稅收減免，如免收能源稅、二氧化碳稅，減收氣體燃料的車輛使用稅等[14]。歐盟在2003年發(fā)布了“促進(jìn)生物燃料或其他可再生燃料在運(yùn)輸行業(yè)應(yīng)用指令”[15]，規(guī)定在非保留地上種植能源植物會得到每公頃45歐元的補(bǔ)貼。中國需要對原料的生產(chǎn)、收集和運(yùn)輸、沼氣生產(chǎn)、沼氣車用、工業(yè)用戶等進(jìn)行全方位的財政稅收支持，使相關(guān)企業(yè)能夠獲得穩(wěn)定的利潤，才能保證沼氣產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。
3結(jié)語
中國沼氣行業(yè)在政府的大力支持下得到了快速發(fā)展，但也存在諸多問題。未來要在繼續(xù)推廣戶用沼氣和養(yǎng)殖場沼氣的同時，逐步走出農(nóng)村和農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)向沼氣規(guī)模化生產(chǎn)和工業(yè)化應(yīng)用方向轉(zhuǎn)變，最終建立中國沼氣產(chǎn)業(yè)，并實現(xiàn)市場化運(yùn)作，實現(xiàn)沼氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展并做大做強(qiáng)。目前，首先要結(jié)合社會主義新農(nóng)村建設(shè)，大力發(fā)展沼氣的規(guī)模化生產(chǎn)和集中供氣，并實行專業(yè)化管理和市場化運(yùn)作；其次，結(jié)合中國城市、汽車和工業(yè)的快速發(fā)展，大力發(fā)展車用和工業(yè)用沼氣，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域和提升沼氣的利用價值；此外，還需要在原料多樣化、關(guān)鍵技術(shù)和核心設(shè)備研發(fā)、系統(tǒng)政策支持以及發(fā)展模式等方面實現(xiàn)轉(zhuǎn)變。
[參 考 文 獻(xiàn)]
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