應德國生物能和沼氣開發中心(IBBK)及德國沼氣和生物能協會(FNBB)的邀請,由中國農村能源行業協會沼氣專業委員會組團主辦、四川中化建進出口有限責任公司承辦的赴德國沼氣考察團于2010年12月1～11日在德國進行了為期11天的學習考察,考察期間的收獲很大。本文主要介紹在德國的考察學習情況。
一 考察的基本情況
在習近平副主席對農村沼氣工程發展的最新指示下，我國大中型沼氣工程面臨新的發展機遇，我們急需學習和引進國外的先進技術、設備和與之配套發展的政策、理念。在當今世界工業沼氣發展中，德國的政策、研發和推廣應用等方面均處于世界領先地位。為此，中國農村能源行業協會組織國內沼氣界的技術和管理人員前往德國實地學習考察。來自北京、黑龍江、湖北、安徽、福建、山東和四川等地的國內大型沼氣工程公司、生產廠家、進出口公司和地方農村能源辦的技術和管理干部共17 名代表參加了學習和考察。
在為期11 天的學習和考察中，德國方面組織了課堂講座和實地現場參觀，內容包括德國沼氣產業發展的配套政策(如沼電、沼氣提純上網，融資渠道，稅收等法律、法規)，沼氣工程涉及的工藝、設備、原料、價格、管理和營銷方式等。
考察期間，考察團先后考察了巴伐利亞州福爾拉赫鎮的斯米德能源公司、法蘭克福附近庫塞爾縣的施耐德生物能源有限公司、特里爾附近貝肯菲爾德鎮的康德生物能源有限公司、北萊茵－威斯特法倫州諾伊斯市的科尼斯耐能植物能源有限公司、杜塞爾多夫的古特奧沼氣站以及總部位于奧格斯堡的MTU氣體內燃機發電設備有限公司和巴符州東北小鎮沃爾沛茨豪森的ITT水/廢水處理(德國)有限公司。考察團主要考察了近幾年德國新建的擁有先進技術和裝備的大型沼氣工程，包括全混式沼氣發電和供熱工程、車庫式沼氣發電和供熱工程(圖1)、混合發酵原料沼氣發電和供熱工程(圖2)、沼氣發電機生產企業、沼氣工程配套設備生產企業和沼氣提純供燃氣網工程(圖3)，并聽取了德國沼氣中心專家關于德國沼氣發展情況、國家政策和措施、技術發展和管理等方面的介紹。
德國沼氣中心領導全程陪同考察團開展考察學習，考察團所到之處受到熱情友好的接待，并開展了廣泛的交流和洽談，在友好的氣氛中學習德國的先進技術和管理經驗，加深了雙方的了解和增進了友誼，為今后的進一步交流和合作打下了基礎。
二 德國沼氣產業快速發展
上世紀90年代至2009年，德國的沼氣經歷了不同的發展階段。其主要原因在于德國政府對可再生能源的政策導向，特別是對沼氣發電上網和能源作物開發利用的重視。由于德國先進的生產技術和設備，其沼氣發展在全世界和歐洲均位居首位，不僅沼氣工程設備生產商的數量在歐洲居領先地位，而且是技術和設備的最大出口國。由于德國政府的政策支持，德國的沼氣發展，從1992年的不足20個沼氣工程發展到2009年底全國5000多個大中型沼氣工程，僅2005～2007年，德國的沼氣發電總量從25億kWh 增加到89億kWh，翻了3 倍，占可再生能源發電總量的10%。此外，德國沼氣從單一能源利用發展到多種能源利用，除發電外，還供熱和作燃料。一座裝機容量為500kW 的沼氣工程每年可生產沼氣200萬m3、發電400萬kWh、供應熱能350萬kWh。到2009年，德國投入運行的5000個大中型沼氣工程中，平均發酵池容在300～700m3，最大規模沼氣電站裝機高達55MW，而最小沼氣發電工程裝機僅為7kW。
德國政府已把大力發展沼氣提高到能源安全戰略、環境、資源和可持續發展的目標來發展，制定了利好政策。自2001 年以來，德國先后三次制定并修改了《可再生能源法》。到2008年，德國可再生能源在最終能源消費總量中的份額已由1998年的3.1%提高至9.7%，在其一次能源消費總量中的份額也由1998 年的2.1% 提高至7.1%，創造了27.8萬個就業機會，并帶來約290億歐元的經濟效益。德國通過利用可再生能源減少溫室氣體排放量1.12億t CO2-e。
德國《可再生能源法》所設定的2010年發展目標早在2007年就已實現。2008年德國修訂了《可再生能源法》，并制定了《可再生能源供熱法》。在《可再生能源法》成功施行的基礎上，《可再生能源供熱法》和修訂后的《可再生能源法》自2009年1月1日起開始施行。德國政府稱其之所以要制定《可再生能源供熱法》，與供熱耗能及利用可再生能源供熱的溫室氣體減排潛力有關。如果到2020年可再生能源供熱在供熱能源消費中的份額能達到14%，將使德國減少CO2 排放量約8600萬t。
此外，德國政府還于2009年4月29日通過了《國家生物質能行動計劃》，以支持歐盟委員會在2005年為呼吁各成員國起草國家生物質能利用行動計劃而發布的《生物質能行動計劃》。縱觀這些法律政策，德國此次制度的調整重點集中于可再生能源配額、可再生能源義務和經濟支持等方面。
截止到2009年，德國約有1000家企業涉及沼氣行業，沼氣運營站約5000家，有70個項目從事沼氣提純充入天然氣管網，2個項目使用沼氣制備車用燃料，沼氣年產量達240億m3，發電5000萬MWh，供應熱能7200萬MWh。
德國未來的沼氣發展計劃是，2011年德國將新建1000處沼氣工程，到2020年建成12000個沼氣能源工程，發電裝機總量達4800MW，沼氣發電占全國發電總量的7.5%；全國1700萬hm2 農業用地中將有420萬hm2(約占農業用地的25%，在不影響國家糧食供應安全的情況下)用于能源作物生產，以確保沼氣原料的供應；到2030年，在天然氣管網中至少含10%的沼氣。
德國沼氣產業快速發展的原因主要有：
(1) 國家法規政策扶持力度大，具有很強的激勵機制。德國政府修訂了一系列扶持沼氣產業發展的法規和政策。雖然沼氣發電上網電價及沼氣提純后并入天然氣管網的價格遠高于常規能源(天然氣等)，沼氣發電上網電價為0.15～0.22歐元/kWh(常規上網電價為0.075歐元/kWh)，沼氣提純后并入天然氣管網的價格為0.8歐元/m3(常規天然氣入網價為0.4歐元/m3)，但法律規定電力公司必須無條件上網收購。此外，法律還規定由銀行為沼氣工程投資業主提供長期低息貸款，可在15～20年歸還，貸款額可達工程建設總投資的80%，并且20年不變。以上兩方面的優惠政策激勵了業主建設和運行沼氣工程的積極性，是德國沼氣發展的主要推動力。
(2) 現代工藝技術和裝備為建設高效的沼氣工程提供支撐。德國充分利用先進的工業技術和條件，近年來在沼氣發酵工藝、新材料、自動控制技術、配套設備技術開發、沼氣凈化工藝技術、沼氣站運營管理和安全運作、熱電聯供發電設備研發等方面取得很快發展。德國修訂了系列化的相關標準，促進了產品暢銷國內外，有效地支撐了建設發展的需求，保證了沼氣工程建設的高效可靠。
(3) 企業有較好的經濟效益，社會得到良好的生態環境和能源效益。沼氣產業成為熱門的盈利行業，推動了沼氣產業化的可持續發展。
(4) 健全的沼氣社會化專業技術服務體系，發揮市場機制作用。德國現有沼氣專業協會和技術服務性企業近百家，為沼氣產業化發展奠定了堅實的基礎。
(5) 沼氣發酵原料由工農業有機廢棄物擴展到農作物秸稈和能源作物規模化種植，確保了沼氣原料的正常供應及沼氣工程發電和供熱的長期穩定運行，提高和穩定了沼氣工程的經濟效益。
三 德國沼氣工程的技術特色
1 從使用發酵原料看
確保發酵原料的供給是沼氣穩步健康持續發展的基礎。原料供給不穩定，發展沼氣產業，使沼氣工程正常運行就是一句空話。德國沼氣工程工藝技術的重要特點就是：適應各種高濃度秸稈原料的發酵產氣，沼氣工程的工藝技術首先考慮的是發酵原料的適應性。目前，德國沼氣工程的發酵原料結構比例為：能源作物(主要是種植玉米、甜菜、青草直接作為沼氣發酵原料使用)46.2%；禽畜糞便23.9%；農業廢棄物15.4%；城市有機垃圾5.1%；城市污水處理廠污泥3.8%；家庭有機垃圾2.3%；工業有機廢棄物1.7%；城市綠化廢棄物1.6%。僅能源作物和農業廢棄物就占沼氣發酵原料的61.6%，大量采用秸稈作為沼氣發酵原料是德國沼氣產業迅猛發展的主要因素。
2 從發酵工藝技術本身看
為使沼氣發酵原料產氣最大化、自身耗能的最小化，2007年以后建成的沼氣工程大多為多級分溫高濃度發酵工藝。這種發酵工藝一般都設有二級或三級以上反應器，一級比一級原料濃度低，第一級為10%～15%，第二級為6%～10%，第三級為6%以下；分溫是指第一級溫度為30～35℃，第二級溫度為35～42℃，第三級溫度為常溫。該發酵工藝的第一級消化率為30%，第二級消化率為60%，第三級消化率為10%；秸稈發酵滯留期一般為30～35d；以秸稈為主要原料的有效容積產氣率一般為1.5～1.75m3/(m3·d)，甲烷含量一般為51%～52%。這樣的工藝技術可使沼氣工程原料產氣最大化、自身耗能最小化，得到最大的收益。
3 從建池材料及結構布局技術看
為使沼氣工程投資最小化、主體壽命最大化，2007年以后建成的沼氣工程的主體結構多采用鋼筋混凝土制作池體，柔性材料作反應器池頂的集氣材料。這樣確保了池體使用壽命更長，克服了混凝土慢滲氣的缺點，降低了沼氣工程的建造和日常維護成本。為減少運行中的熱能損耗，并進一步降低建造成本，一般都將反應器的2/3設置于地下，且地上部分的池體保溫層要比地下厚得多。
4 從配套設備技術看
為確保沼氣工程的穩定可靠運行，德國的沼氣行業已初步形成，產業化初具規模，標準已建成體系，產業鏈也已形成；為配套設備的質量、產量和服務奠定了基礎，使配套設備形成了標準化、規模化生產，為沼氣工程的正常運行提供了技術保障，使沼氣發電機、固液分離機、專用泵、攪拌機等一批核心配套產品形成國際品牌。
5 從運營管理技術看
德國從事沼氣行業的能源工廠，大部分是由過去的農場、牧場轉型而來，并把過去農場的經營模式帶進了能源工廠，形成了一個人員少、功效高、操作規范、專業技術強、機械化作業的運行管理模式，使沼氣工程的管理有了保障，降低了運行費用。一般一個日發2萬kWh電的沼氣能源工廠常年的經營管理僅需3～5人，包括沼氣工廠的日常管理和約333hm2 能源作物的種植管理。
四 德國沼氣發展模式
1 從行業模式看
到2009年底，德國共有沼氣協會及相關技術服務性和設備制造性企業近100家，沼氣能源工廠1000家。從工程設計、施工安裝、設備研發制造到售后服務的行業已經形成，標準體系已經完善，并在工程建設、運營管理中培養出一大批工程技術人員，為行業的發展積累了成功經驗。
2 從沼氣用途看
目前德國沼氣利用的主要途徑是沼氣發電，其次是沼氣提純送入天然氣管網作為天然氣使用，還有一部分是直接用于農產品加工和工業生產。截止到2009年底，沼氣發電占德國用電量的2.3%。德國的沼氣發電上網均價為0.18歐元/kWh，沼氣提純并入天然氣管網的氣價為0.8 歐元/m3。沼氣能源工廠就是依靠沼氣產品獲利。將沼渣、沼液循環用于能源作物的種植，形成了一個種植—沼氣能源—沼肥—種植的良性生態循環模式。
3 從市場產業化模式看
德國沼氣走的是沼氣能源工廠市場化、產業化之路。前期工程建設國家沒有直接資金支持，而是給予政策保障，前期建設資金依靠的是20 年不變的低息貸款，銀行在貸款方面給予大力支持。政府頒布了一系列(如企業稅率20年不變、低息貸款利息20年不變、產品定價20 年不變、發展機制、配套法規、標準體系等)鼓勵政策，使建設一處日發電量在1～2萬kWh的沼氣能源工廠10年左右可收回投資，實際運行期限為20年。建設一處日供給純沼氣(含甲烷量92%)為5000m3的沼氣能源工廠7年左右可收回投資，實際運行期限為20年。政策確保了沼氣能源工程的穩定受益，吸引了投資者建設沼氣工程的積極性，促進了沼氣能源工廠市場化、產業化發展。
4 從企業效益看
受德國政府政策的激勵，沼氣能源企業成為受益者，帶動了德國沼氣的規模效益、運營模式的創新。一般較好的工程可在7年左右收回投資，中等水平的可在7～10年收回投資，較差的(建設較早的工程)可在10～15年收回投資。相比種糧、養奶牛，經營沼氣的能源企業收入更高，經營者有收益是產業化發展的基礎，是行業壯大的根本。
總體來看，德國沼氣的發展有政策作保障，靠規模創效益，靠創新求發展，靠技術作支撐，靠產業謀生存，走出了一條良性循環之路，值得我國借鑒。
五 轉變觀念 政府扶持企業運作，加快發展我國沼氣產業
通過對德國沼氣產業的全方位考察和學習，體會很深，啟發良多，最深刻的是要有完善的產業政策，在政府強有力的扶持政策下，緊緊依靠企業市場機制下的運作，才能加快我國沼氣產業又好又快發展。結合我國目前的沼氣工程發展情況，有以下幾點可供我們借鑒和學習。
(1) 抓緊出臺配套完善的沼氣產業扶持政策，使沼氣產業鏈的每個生產經管環節都有利可圖。在加大政府投入的同時，激勵社會資本涌入沼氣這個新興產業。根據我國沼氣工程發展中絕大多數不盈利的情況，這里所指配套完善的扶助政策，包括：工程建設補貼或貼息貸款，運行管理產沼氣、沼氣發電氣價或電價補貼，沼渣、沼液制肥用肥補貼，以及沼氣入網和電并網的強制政策。
(2) 產業化創規模，規模化出效益。沼氣工程要取得又好又快的發展，必須走產業化之路。產業化能提供成熟的技術和產品，才能促進沼氣建設上檔次、上水平、上規模。我國沼氣行業要加大科技投入，引進國外的先進技術和設備，加快國產化步伐，盡快推出標淮化、系列化的產品，提高沼氣產業化水平，同時要盡快研究沼氣工程建設的經濟規模，以規模化建設取得大效益。
(3) 擴大沼氣料源，重點開發農作物秸稈沼氣工程。我們考察的德國沼氣工程能源公司，都是以玉米秸稈為主要發酵原料的沼氣工程。我國秸稈沼氣工程技術也有了重大突破，秸稈資源量大面廣，具有巨大的開發潛力，今后應以秸稈為主要料源發展沼氣工程，輔以人畜糞便和城鄉廚余垃圾及其他有機廢棄物作為料源，為發展我國氣體燃料作出貢獻。
(4) 推進沼氣行業的規范化管理。我國由于發展速度快，沼氣工程建設的市場較亂，設計和施工安裝資質管理不到位，缺少沼氣工程專業設計、施工和運行管理技術人才，工程項目的論證或評審不夠細致，項目融資不到位等現象較為普遍存在。
這與德國現代化、自動化、規模化的沼氣工程相比形成極大的反差，我們必須盡快改變這種不規范的狀態。
