应德国生物能和沼气开发中心(IBBK)及德国沼气和生物能协会(FNBB)的邀请,由中国农村能源行业协会沼气专业委员会组团主办、四川中化建进出口有限责任公司承办的赴德国沼气考察团于2010年12月1～11日在德国进行了为期11天的学习考察,考察期间的收获很大。本文主要介绍在德国的考察学习情况。
一 考察的基本情况
在习近平副主席对农村沼气工程发展的最新指示下，我国大中型沼气工程面临新的发展机遇，我们急需学习和引进国外的先进技术、设备和与之配套发展的政策、理念。在当今世界工业沼气发展中，德国的政策、研发和推广应用等方面均处于世界领先地位。为此，中国农村能源行业协会组织国内沼气界的技术和管理人员前往德国实地学习考察。来自北京、黑龙江、湖北、安徽、福建、山东和四川等地的国内大型沼气工程公司、生产厂家、进出口公司和地方农村能源办的技术和管理干部共17 名代表参加了学习和考察。
在为期11 天的学习和考察中，德国方面组织了课堂讲座和实地现场参观，内容包括德国沼气产业发展的配套政策(如沼电、沼气提纯上网，融资渠道，税收等法律、法规)，沼气工程涉及的工艺、设备、原料、价格、管理和营销方式等。
考察期间，考察团先后考察了巴伐利亚州福尔拉赫镇的斯米德能源公司、法兰克福附近库塞尔县的施耐德生物能源有限公司、特里尔附近贝肯菲尔德镇的康德生物能源有限公司、北莱茵－威斯特法伦州诺伊斯市的科尼斯耐能植物能源有限公司、杜塞尔多夫的古特奥沼气站以及总部位于奥格斯堡的MTU气体内燃机发电设备有限公司和巴符州东北小镇沃尔沛茨豪森的ITT水/废水处理(德国)有限公司。考察团主要考察了近几年德国新建的拥有先进技术和装备的大型沼气工程，包括全混式沼气发电和供热工程、车库式沼气发电和供热工程(图1)、混合发酵原料沼气发电和供热工程(图2)、沼气发电机生产企业、沼气工程配套设备生产企业和沼气提纯供燃气网工程(图3)，并听取了德国沼气中心专家关于德国沼气发展情况、国家政策和措施、技术发展和管理等方面的介绍。
德国沼气中心领导全程陪同考察团开展考察学习，考察团所到之处受到热情友好的接待，并开展了广泛的交流和洽谈，在友好的气氛中学习德国的先进技术和管理经验，加深了双方的了解和增进了友谊，为今后的进一步交流和合作打下了基础。
二 德国沼气产业快速发展
上世纪90年代至2009年，德国的沼气经历了不同的发展阶段。其主要原因在于德国政府对可再生能源的政策导向，特别是对沼气发电上网和能源作物开发利用的重视。由于德国先进的生产技术和设备，其沼气发展在全世界和欧洲均位居首位，不仅沼气工程设备生产商的数量在欧洲居领先地位，而且是技术和设备的最大出口国。由于德国政府的政策支持，德国的沼气发展，从1992年的不足20个沼气工程发展到2009年底全国5000多个大中型沼气工程，仅2005～2007年，德国的沼气发电总量从25亿kWh 增加到89亿kWh，翻了3 倍，占可再生能源发电总量的10%。此外，德国沼气从单一能源利用发展到多种能源利用，除发电外，还供热和作燃料。一座装机容量为500kW 的沼气工程每年可生产沼气200万m3、发电400万kWh、供应热能350万kWh。到2009年，德国投入运行的5000个大中型沼气工程中，平均发酵池容在300～700m3，最大规模沼气电站装机高达55MW，而最小沼气发电工程装机仅为7kW。
德国政府已把大力发展沼气提高到能源安全战略、环境、资源和可持续发展的目标来发展，制定了利好政策。自2001 年以来，德国先后三次制定并修改了《可再生能源法》。到2008年，德国可再生能源在最终能源消费总量中的份额已由1998年的3.1%提高至9.7%，在其一次能源消费总量中的份额也由1998 年的2.1% 提高至7.1%，创造了27.8万个就业机会，并带来约290亿欧元的经济效益。德国通过利用可再生能源减少温室气体排放量1.12亿t CO2-e。
德国《可再生能源法》所设定的2010年发展目标早在2007年就已实现。2008年德国修订了《可再生能源法》，并制定了《可再生能源供热法》。在《可再生能源法》成功施行的基础上，《可再生能源供热法》和修订后的《可再生能源法》自2009年1月1日起开始施行。德国政府称其之所以要制定《可再生能源供热法》，与供热耗能及利用可再生能源供热的温室气体减排潜力有关。如果到2020年可再生能源供热在供热能源消费中的份额能达到14%，将使德国减少CO2 排放量约8600万t。
此外，德国政府还于2009年4月29日通过了《国家生物质能行动计划》，以支持欧盟委员会在2005年为呼吁各成员国起草国家生物质能利用行动计划而发布的《生物质能行动计划》。纵观这些法律政策，德国此次制度的调整重点集中于可再生能源配额、可再生能源义务和经济支持等方面。
截止到2009年，德国约有1000家企业涉及沼气行业，沼气运营站约5000家，有70个项目从事沼气提纯充入天然气管网，2个项目使用沼气制备车用燃料，沼气年产量达240亿m3，发电5000万MWh，供应热能7200万MWh。
德国未来的沼气发展计划是，2011年德国将新建1000处沼气工程，到2020年建成12000个沼气能源工程，发电装机总量达4800MW，沼气发电占全国发电总量的7.5%；全国1700万hm2 农业用地中将有420万hm2(约占农业用地的25%，在不影响国家粮食供应安全的情况下)用于能源作物生产，以确保沼气原料的供应；到2030年，在天然气管网中至少含10%的沼气。
德国沼气产业快速发展的原因主要有：
(1) 国家法规政策扶持力度大，具有很强的激励机制。德国政府修订了一系列扶持沼气产业发展的法规和政策。虽然沼气发电上网电价及沼气提纯后并入天然气管网的价格远高于常规能源(天然气等)，沼气发电上网电价为0.15～0.22欧元/kWh(常规上网电价为0.075欧元/kWh)，沼气提纯后并入天然气管网的价格为0.8欧元/m3(常规天然气入网价为0.4欧元/m3)，但法律规定电力公司必须无条件上网收购。此外，法律还规定由银行为沼气工程投资业主提供长期低息贷款，可在15～20年归还，贷款额可达工程建设总投资的80%，并且20年不变。以上两方面的优惠政策激励了业主建设和运行沼气工程的积极性，是德国沼气发展的主要推动力。
(2) 现代工艺技术和装备为建设高效的沼气工程提供支撑。德国充分利用先进的工业技术和条件，近年来在沼气发酵工艺、新材料、自动控制技术、配套设备技术开发、沼气净化工艺技术、沼气站运营管理和安全运作、热电联供发电设备研发等方面取得很快发展。德国修订了系列化的相关标准，促进了产品畅销国内外，有效地支撑了建设发展的需求，保证了沼气工程建设的高效可靠。
(3) 企业有较好的经济效益，社会得到良好的生态环境和能源效益。沼气产业成为热门的盈利行业，推动了沼气产业化的可持续发展。
(4) 健全的沼气社会化专业技术服务体系，发挥市场机制作用。德国现有沼气专业协会和技术服务性企业近百家，为沼气产业化发展奠定了坚实的基础。
(5) 沼气发酵原料由工农业有机废弃物扩展到农作物秸秆和能源作物规模化种植，确保了沼气原料的正常供应及沼气工程发电和供热的长期稳定运行，提高和稳定了沼气工程的经济效益。
三 德国沼气工程的技术特色
1 从使用发酵原料看
确保发酵原料的供给是沼气稳步健康持续发展的基础。原料供给不稳定，发展沼气产业，使沼气工程正常运行就是一句空话。德国沼气工程工艺技术的重要特点就是：适应各种高浓度秸秆原料的发酵产气，沼气工程的工艺技术首先考虑的是发酵原料的适应性。目前，德国沼气工程的发酵原料结构比例为：能源作物(主要是种植玉米、甜菜、青草直接作为沼气发酵原料使用)46.2%；禽畜粪便23.9%；农业废弃物15.4%；城市有机垃圾5.1%；城市污水处理厂污泥3.8%；家庭有机垃圾2.3%；工业有机废弃物1.7%；城市绿化废弃物1.6%。仅能源作物和农业废弃物就占沼气发酵原料的61.6%，大量采用秸秆作为沼气发酵原料是德国沼气产业迅猛发展的主要因素。
2 从发酵工艺技术本身看
为使沼气发酵原料产气最大化、自身耗能的最小化，2007年以后建成的沼气工程大多为多级分温高浓度发酵工艺。这种发酵工艺一般都设有二级或三级以上反应器，一级比一级原料浓度低，第一级为10%～15%，第二级为6%～10%，第三级为6%以下；分温是指第一级温度为30～35℃，第二级温度为35～42℃，第三级温度为常温。该发酵工艺的第一级消化率为30%，第二级消化率为60%，第三级消化率为10%；秸秆发酵滞留期一般为30～35d；以秸秆为主要原料的有效容积产气率一般为1.5～1.75m3/(m3·d)，甲烷含量一般为51%～52%。这样的工艺技术可使沼气工程原料产气最大化、自身耗能最小化，得到最大的收益。
3 从建池材料及结构布局技术看
为使沼气工程投资最小化、主体寿命最大化，2007年以后建成的沼气工程的主体结构多采用钢筋混凝土制作池体，柔性材料作反应器池顶的集气材料。这样确保了池体使用寿命更长，克服了混凝土慢渗气的缺点，降低了沼气工程的建造和日常维护成本。为减少运行中的热能损耗，并进一步降低建造成本，一般都将反应器的2/3设置于地下，且地上部分的池体保温层要比地下厚得多。
4 从配套设备技术看
为确保沼气工程的稳定可靠运行，德国的沼气行业已初步形成，产业化初具规模，标准已建成体系，产业链也已形成；为配套设备的质量、产量和服务奠定了基础，使配套设备形成了标准化、规模化生产，为沼气工程的正常运行提供了技术保障，使沼气发电机、固液分离机、专用泵、搅拌机等一批核心配套产品形成国际品牌。
5 从运营管理技术看
德国从事沼气行业的能源工厂，大部分是由过去的农场、牧场转型而来，并把过去农场的经营模式带进了能源工厂，形成了一个人员少、功效高、操作规范、专业技术强、机械化作业的运行管理模式，使沼气工程的管理有了保障，降低了运行费用。一般一个日发2万kWh电的沼气能源工厂常年的经营管理仅需3～5人，包括沼气工厂的日常管理和约333hm2 能源作物的种植管理。
四 德国沼气发展模式
1 从行业模式看
到2009年底，德国共有沼气协会及相关技术服务性和设备制造性企业近100家，沼气能源工厂1000家。从工程设计、施工安装、设备研发制造到售后服务的行业已经形成，标准体系已经完善，并在工程建设、运营管理中培养出一大批工程技术人员，为行业的发展积累了成功经验。
2 从沼气用途看
目前德国沼气利用的主要途径是沼气发电，其次是沼气提纯送入天然气管网作为天然气使用，还有一部分是直接用于农产品加工和工业生产。截止到2009年底，沼气发电占德国用电量的2.3%。德国的沼气发电上网均价为0.18欧元/kWh，沼气提纯并入天然气管网的气价为0.8 欧元/m3。沼气能源工厂就是依靠沼气产品获利。将沼渣、沼液循环用于能源作物的种植，形成了一个种植—沼气能源—沼肥—种植的良性生态循环模式。
3 从市场产业化模式看
德国沼气走的是沼气能源工厂市场化、产业化之路。前期工程建设国家没有直接资金支持，而是给予政策保障，前期建设资金依靠的是20 年不变的低息贷款，银行在贷款方面给予大力支持。政府颁布了一系列(如企业税率20年不变、低息贷款利息20年不变、产品定价20 年不变、发展机制、配套法规、标准体系等)鼓励政策，使建设一处日发电量在1～2万kWh的沼气能源工厂10年左右可收回投资，实际运行期限为20年。建设一处日供给纯沼气(含甲烷量92%)为5000m3的沼气能源工厂7年左右可收回投资，实际运行期限为20年。政策确保了沼气能源工程的稳定受益，吸引了投资者建设沼气工程的积极性，促进了沼气能源工厂市场化、产业化发展。
4 从企业效益看
受德国政府政策的激励，沼气能源企业成为受益者，带动了德国沼气的规模效益、运营模式的创新。一般较好的工程可在7年左右收回投资，中等水平的可在7～10年收回投资，较差的(建设较早的工程)可在10～15年收回投资。相比种粮、养奶牛，经营沼气的能源企业收入更高，经营者有收益是产业化发展的基础，是行业壮大的根本。
总体来看，德国沼气的发展有政策作保障，靠规模创效益，靠创新求发展，靠技术作支撑，靠产业谋生存，走出了一条良性循环之路，值得我国借鉴。
五 转变观念 政府扶持企业运作，加快发展我国沼气产业
通过对德国沼气产业的全方位考察和学习，体会很深，启发良多，最深刻的是要有完善的产业政策，在政府强有力的扶持政策下，紧紧依靠企业市场机制下的运作，才能加快我国沼气产业又好又快发展。结合我国目前的沼气工程发展情况，有以下几点可供我们借鉴和学习。
(1) 抓紧出台配套完善的沼气产业扶持政策，使沼气产业链的每个生产经管环节都有利可图。在加大政府投入的同时，激励社会资本涌入沼气这个新兴产业。根据我国沼气工程发展中绝大多数不盈利的情况，这里所指配套完善的扶助政策，包括：工程建设补贴或贴息贷款，运行管理产沼气、沼气发电气价或电价补贴，沼渣、沼液制肥用肥补贴，以及沼气入网和电并网的强制政策。
(2) 产业化创规模，规模化出效益。沼气工程要取得又好又快的发展，必须走产业化之路。产业化能提供成熟的技术和产品，才能促进沼气建设上档次、上水平、上规模。我国沼气行业要加大科技投入，引进国外的先进技术和设备，加快国产化步伐，尽快推出标淮化、系列化的产品，提高沼气产业化水平，同时要尽快研究沼气工程建设的经济规模，以规模化建设取得大效益。
(3) 扩大沼气料源，重点开发农作物秸秆沼气工程。我们考察的德国沼气工程能源公司，都是以玉米秸秆为主要发酵原料的沼气工程。我国秸秆沼气工程技术也有了重大突破，秸秆资源量大面广，具有巨大的开发潜力，今后应以秸秆为主要料源发展沼气工程，辅以人畜粪便和城乡厨余垃圾及其他有机废弃物作为料源，为发展我国气体燃料作出贡献。
(4) 推进沼气行业的规范化管理。我国由于发展速度快，沼气工程建设的市场较乱，设计和施工安装资质管理不到位，缺少沼气工程专业设计、施工和运行管理技术人才，工程项目的论证或评审不够细致，项目融资不到位等现象较为普遍存在。
这与德国现代化、自动化、规模化的沼气工程相比形成极大的反差，我们必须尽快改变这种不规范的状态。
