国外沼气生物燃气的利用现状及技术发展

大型工业化沼气工程的发展拓展了沼气的应用领域,沼气的用途

将包括大规模集中供气(城镇管道生物燃气)、燃气发电(热电联产）、车用燃气和沼气燃料电池等高附加值产品等，未来的沼气将成为以各种生物质为原料、通过大型自动化的现代工业发酵过程生产的、可以用于部分取代石油和天然气的一种能源产品——生物燃气。

据世界银行统计数据显示:截止2０07年年底,欧洲沼气产量达到590万吨油当量(相当于70亿Nm3天燃气)。其中德国为191万吨油当量／年,英国为１７０万吨油当量/年。在欧美，市政污水处理厂、农场、固体废弃物处理沼气工程主要以热电联产（CHP）形式利用，余热用于厌氧消化加温。也有一部分用作汽车燃料或注入城市燃气管道替代天然气。近几年车用燃气发展迅速，多个发达国家已经投入实际应用,瑞典、瑞士、法国、冰岛都有将沼气作为车用燃气的实例。以下就部分国家沼气利用现状作简要介绍。

一、德国

据统计：1992年德国沼气发电工程的数量为１39家,2003年底迅速发展到3000家。2004年德国国会对《可再生能源优先法》进行了修订，使小型农场沼气发电上网更有吸引力。到2００6年，沼气工程的数量已达到3500座。截止到20０8年已建成4０00余座沼气工程（占整个欧洲沼气工程数量的８0%),总装机容量为1400MＷ,年发

电量为8９亿度，占整个德国发电量的１.5%。沼气发电的装机总量由1９9９年的50兆瓦猛增到2008年的1３０0兆瓦,其中热电联产的占绝大部分。德国沼气协会估计，到２020年,沼气发电总装机将达到95０0MW,年发电量达到７60亿度，约占整个德国发电量的１７%。

200６年，德国在与波兰接壤的东部小镇Penkun建设了世界上最大的沼气发电项目，该项目安装了4０台奥地利GE Jeｎbａch公司生产的JＭＳ３12型沼气发电机,每台５00kW,装机容量达到20MW。200６年6月，德国Ｗｕsthof沼气有限公司在德国北部Ｊａmeln建立的第一个公共沼气加气站开张营业。2009年初,世界最大的生物气体装置在德国东部投用，生物气体直接进入天然气管网。位于德国东部Konnern的生物气体装置将使１5０0万立方米生物燃气进入天然气管网,供德国用户使用，从而减少对俄罗斯天然气进口的依赖。

图１德国Ｐenkｕn沼气发电项目

根据德国能源署(dena)的资料,德国沼气提纯入网工程最近发展迅猛。据不完全统计,已经建成投产,正在建造和计划兴建的沼气提纯入网工程超过28处。

二、瑞典

在瑞典,沼气的年总产量约为１４00GＷh(1.4×109ｋWh）,主要产自于2０0多家市政污水处理厂的污泥消化池，其产量约占沼气总产

量的6０%；其余为垃圾填埋场(产量约占总产量的３0％)以及工业污水处理厂和混合消化厂产生的沼气(产量约占总产量的1０%)。

1996年,瑞典开始提纯沼气作为汽车燃料使用,并制定了相关标准,现已成功地将沼气用作汽车、火车燃料,技术已经成熟,也形成了良好的运行模式，从而使得瑞典成为使用沼气作汽车燃料最先进的国家。目前已有779辆沼气燃料公共汽车，4500辆混合燃料的小汽车。在瑞典，交通工具所使用的气体燃料中，沼气占54%，其余是天然气。目前,全瑞典的沼气加气站已有100多家。

图2 沼气出租车

２004年，沼气驱动公交车在瑞典首都斯德哥尔摩街道上开始运行,该城还计划到２0２5年将所有公交车都用可再生能源驱动。2０05年,世界上首列沼气火车在瑞典投入运营。2０06年，瑞典政府宣布将在

１5年内摆脱对石油的依赖，成为世界上第一个不依赖石油的国家。而瑞典的可再生能源中发展最快的就是沼气。900余万人口的瑞典目前已有4０多家沼气提纯工厂投入运营，全国沼气消费量已超过天然气。２０07年,可再生能源已占瑞典能源消耗量的28%，这在欧盟区是最高的。

?瑞典的沼气火车

瑞典在城市管道沼气燃气方面也走在世界的前列。20０４年开始，哥德堡(Gothenborg）等城市把沼气与天然气管网连接,输送到用户。沼气厂的选址一般都建设在天然气管网旁,以便将沼气净化后输入天然气管网系统,用沼气替代天然气。斯德哥尔摩市居民使用的燃气,

就是厌氧消化处理有机废弃物后得到并净化后的沼气。

三、英国

2002年英国开始实行绿色证书系统——《可再生能源义务证书系统》,该系统要求电力供应商每年增加可再生能源发电的份额,2005~2０06年度为５.7％，2015年达到15．4%。该系统中,沼气是最具代表性的可再生能源，沼气份额的增加主要是填埋气发电市场的增加。2004～20０5年度，沼气占可再生能源发电的35.9%。通过非化石燃料义务项目(ＮFFＯ)的实施，英国政府的能源政策鼓励可再生能源发电量达到１500MW。人均沼气产量在欧洲居首位。

最近,英国开发了一种叫做“Biｏ-Bｕg”的甲壳虫轿车，它所使用的能源是沼气。它是英国第一辆依靠沼气提供动力，而且在外观上没有任何改变的汽车。这种绿色动力汽车最高时速达到１83公里/小时。每立方米沼气提供给Biｏ－Buｇ的动力可以让该车行驶８.５公里，也就意味着只需要一个污水处理厂就可以每年提供给Bｉo-Ｂug 行使1．53亿公里的动力，并且减少１.9万吨的二氧化碳排放量。

图3 “Biｏ-Bug”

四、丹麦

作为生态村理念的首创国，丹麦是能源问题解决得最好的国家之一。1９73年第一次石油危机后，丹麦大力调整能源结构，依靠科技进步，提高能源效率,积极开发和大力推广新能源，探索出了一条“高效、清洁、可持续”发展的道路。从１９８0年至今，丹麦的GDＰ增长了近60%,但能源消耗基本维持不变,令世人瞩目。

丹麦大部分沼气来自20个集中式联合发酵沼气工程和6０个农场沼气工厂(5７．５千吨石油当量）。其余是填埋气(14.3千吨石油当

量)，生物固体处理沼气工程(20.５千吨石油当量)，在2０06年新建９个集中式联合发酵沼气工程。热电联产（ＣＨP)也发展很快，占整个国家沼气发电的99．3%，约占沼气工业的85％。

五、美国

生物能源在美国可再生能源中所占的比例最大,从1998年的43％增加到20０8年的5３%,但研究主要在集中在生物燃油方面。美国在沼气方面主要集中在基础研究上，如产甲烷菌的基因排序、厌氧消化的生化过程、厌氧消化微生物菌群结构及沼渣沼液中的特殊生物酶,而应用技术研究相对较少。美国把沼气作为能源开发利用主要是垃圾填埋气，目前，垃圾场是美国沼气生产的主要来源，占总数的34%。２007年,美国垃圾管理公司已在北美运行28１个垃圾场,其中1０0个已经具有某些沼气转换能源的能力。美国更注重新技术研发,已开始试验沼气燃料电池替代传统的内燃机发电。在美国,沼气的主要用途包括:为汽车提供压缩天然气、为垃圾卡车提供液化天然气(ＬNG)、制取合成柴油、生产甲醇和生产生物柴油。

六、日本

据日本经济产业省出台的最新数据,可再生能源的市场规模将从2０0３年的4500亿日元增长到３万亿日元;其中,沼气燃料电池市场

规模到2010年将达到1万亿日元，到202０年达到8万亿日元,成为日本的支柱产业。日本主要利用垃圾、粪便、食品垃圾等作为生物质发电，以解决环境污染和能源紧缺的问题。如日本岩手县葛卷町牛粪

便发电厂,该厂建在畜产基地内,建设费用约为2.2亿,利用200头牛的粪便发电;东京都江户区通过回收商场和饭店的食物垃圾，用发酵后生成的沼气发电。日本在2０05年建成国内最大食物垃圾发电厂，设计垃圾处理能力每天为１10吨，生产电量可供２420户使用。用食物垃圾发电,大大促进了资源循环。

近年来日本在二氧化碳分离技术、沼气发电技术、生活垃圾分离和发酵技术等沼气应用新技术都有很大突破。沼气应用技术的不断突破不仅有力推动了沼气产业的发展,同时也给相关行业带来了更多发展机遇和巨大利润空间。如日本的沼气燃料电池产业，目前已进入实用阶段，位于世界前列。

表1 发达国家沼气应用的初步调查情况

国家沼气发电热电联产锅炉燃用城市管道

燃气

车用燃气燃料电池

德国绝大部分占9８%部分多余

沼气部分多余

沼气

已有实例(Sc

hwａndoｒ

ｆ、Jameｌn）

试验阶段

瑞典部分大部分车用沼气占

交通用燃气

的５0%以上,

并有沼气火

车（Lｉｎｋ

ｏｐinｇ）

法国部分部分部分沼气车用的

先驱（里尔已

有124辆沼气

燃料汽车）

试验阶段

丹麦几乎全部

发电

1０0%(未见报道）

英国大部分发

电上网已有实例(伦

敦)

奥地利100％绝大部分（未见报道)试验阶段荷兰大部分大部分(未见报道)

冰岛部分部分已有实例

意大利少量

西班牙大部分（未见报道）