德國是當今世界上沼氣工程技術發展和實踐應用最為成功的國家之一，在推進國內能源結構轉型升級、保障國家能源安全、增加業主收入和生態安全方面發揮了重要作用。筆者近期實地考察了德國巴特黑斯費爾德的弗勞恩霍夫研究院中試沼氣廠、德累斯頓的智康公司示范沼氣工程、哥廷根市的南下薩克森州能源再生科技公司垃圾沼氣工程、萊比錫的德國生物質研究中心中試沼氣廠等4個大型沼氣工程，，對其“混合中溫發酵、全程自動控制、沼氣熱電聯產”的技術模式，以及顯著的經濟效益、社會效益、生態效益，留下了深刻印象。本文就此分析總結了德國沼氣工程建設運行、技術特點與發展趨勢，從政策、管理和技術角度對如何發展河南省的沼氣工程進行了思考，并提出些許建議。
一、德國沼氣工程建設現狀德國位于歐洲中部，國土面積為35.7萬km2，人口總數8211萬人。德國的地形復雜多樣，從連綿起伏的山巒、高原臺地、丘陵、山地、湖泊直至遼闊寬廣的平原，整個地勢南高北低分為北部平原、中部丘陵以及阿爾卑斯高地3個部分。德國處于大西洋和東部大陸性氣候之間的涼爽的西風帶，溫差不太大，主要是海洋性氣候，夏季無酷暑，冬季無寒冬，平穩溫和是德國氣候的總體特征，冬季平均溫度在1.5℃（低地）和一6℃（山區）之間。7月份平原地區平均溫度為18℃，在南方山谷地區為20℃左右，這種氣候條件非常適宜發展沼氣。
德國沼氣工程從20世紀90年代初開始建設至2011年，經歷了不同發展階段。其主要原因來源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的開發利用使其市場經濟效益發生明顯變化，加上其先進的技術和設備生產，在全世界位居首位。近年來，特別是在2000年德國可再生能源法開始實施以后，沼氣工程得到了快速發展。在2000年之前的10年間德國沼氣工程的數量增加了1050座，而從2000年到2010年的10年間就增加了4750座，到2011年已累計建成沼氣工程7200座，遍布整個德國，分別應用于私人農莊、畜禽養殖場、垃圾處理，總裝機容量為2700MW，最大規模沼氣電站裝機容量高達55MW,而最小沼氣發電工程裝機容量僅為7kW。沼氣發電每年在200億度以上，超過我國三峽工程的年發電量，占德國年平均用電量的4.9%。
目前，可再生能源已占德國整個能源消耗的8.6%，而且發展勢頭良好，潛力巨大。用于沼氣生產為目的的能源作物種植面積已達80萬hm2，占德國耕地面積的6.8%。德國計劃到2020年建成12000個沼氣能源工程，發電裝機總量達4800MW，使沼氣發電占全國發電總量的7.5%；要用全國1700萬hm2農業用地中的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，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。到2050年，農民收入的1/4來自于沼氣工程。
二、德國沼氣工程建設技術特點
（一）建池材料質地好
德國沼氣工程中的主體結構材料采用鋼罐、搪瓷拼裝罐、鋼筋混凝土制作池體，扁平型的發酵罐多采用混凝土，瘦高型的多采用鋼罐或搪瓷拼裝罐。柔性材料作反應器池頂的集氣材料，這樣可確保池體使用壽命長，克服混凝土慢滲氣的缺點，工程建造成本和日常維護成本也大大降低。依靠罐體保溫和熱交換，地上部分的池體保溫層基礎為3—5cm厚的聚氨酯或巖棉。發酵罐罐體內部側面或頂部中央安裝攪拌器，頂部一般為雙層沼氣貯氣膜結構。
（二）發酵原料多元化
沼氣發酵原料多樣化，可利用的發酵原料有能源作物（主要是種植玉米、甜菜、青草等直接作沼氣發酵原料使用）、畜禽糞便、城市家庭垃圾、城市污水污泥、工業及食品加工廢渣和廢液等，沼氣工程普遍采用混合原料進行發酵。玉米青貯作沼氣發酵原料是德國沼氣產業迅猛發展的主要因素。目前，德國年產青貯約4800萬t，其中主要為青貯玉米。從原料產氣率角度來看，一些能源作物如玉米、甜菜等干物質的產氣率可高達600～1000m3/t，遠遠高于畜禽糞便的產氣率，而畜禽糞便與這些原料摻在一起進行混合發酵，可以彌補這些原料氮源不足的問題，從而更有利于沼氣的生產。
（三）發酵工藝先進
沼氣工程的厭氧消化工藝是根據處理規模、發酵原料的性質和濃度以及發酵溫度等因素選擇的。所建沼氣工程普遍采用多級高濃度CSTR濕式中溫發酵工藝，就是說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，發酵溫度在38---42℃范圍內。德國制定了熱電聯產激勵政策，鼓勵企業利用發電余熱給沼氣工程厭氧消化裝置增溫、保溫，即使在冬季環境氣溫低至-200C，沼氣工程依然運行良好。中溫裝置產氣率可達1.2～1.8 m3／(m3.d)，高溫裝置產氣率可達2.0—3.0m3/ (m3-d)，最高的可達5～6 m3/(m3.d)，經濟效益顯著。
（四）沼氣高值利用
目前，德國的沼氣工程所產生的沼氣主要利用方式為發電并網，同時多數將發電過程中產生的廢熱用于供熱，即熱電聯產工藝。大型沼氣工程主要利用內燃機帶動發電機進行發電，所采用的內燃機以雙燃料內燃機為主。工程平均發電效率為40%～42%．平均熱能轉換率為45%，其中約10%的沼氣發電量和45%的余熱用于工程自身運行，55%的發電余熱用于公共建筑或農舍供暖、農作物干燥、沼渣烘干、農產品冷藏庫制冷等。除了發電，沼氣提純在德國也日益受到重視，和瑞典不同的是，德國的沼氣經過提純后直接進入天然氣管網。這樣做的好處是，一方面全德國范圍的天然氣管網就好像一個大的儲氣裝置，可以將生產出的生物質能儲存起來，待風電和太陽能不足時作為補充能源；另一方面將農村地區生產出的沼氣送到城市或工業地區發電使用，更有利于將熱能在更需要的地方得到利用。
（五）產業政策優惠
德國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，銀行為企業或農場主提供長期低息貸款，而政府不提供任何建設補貼，前期建設資金靠的是20年不變的低息貸款。國家頒布了一系列鼓勵和激勵政策，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。一系列利好政策確保了沼氣工程的穩定受益，提高了農場、養殖場等建設沼氣工程的主動性、積極性，促進了沼氣能源工廠市場化、產業化、規模化發展。德國沼氣工程建設方很多都是能源企業，以銷售能源為目的，其形式有沼氣發電上網或直接銷售經沼氣提純后的天然氣。另外，沼氣工程還可通過處理生活垃圾等廢棄物收取處理費用，以獲得更好的企業利潤。德國從事沼氣行業的能源工廠人員少、效率高，普遍采用操作規范、專業技術強、機械化作業的運行管理模式，沼氣工程的持續運行有了保障。參觀的4處沼氣工程常年的經營管理均為1～2人，包括沼氣工廠的日常管理和能源作物的種植管理，降低了常年運行費用。
（六）配套設備標準化，工程運行自動化
德國沼氣產業經過長期的實踐和發展，沼氣工程的進料設備、攪拌設備、脫硫設備、沼氣存儲設備、熱電聯產成套設備等，形成了標準化、規模化生產，性能處于世界沼氣行業領先地位，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了國際品牌，為沼氣工程的正常運行提供了技術保障。沼氣工程自動化程度較高，從原料收集、分類、進料、高溫消毒、發酵、產氣、脫硫提純、發電上網、出料、沼渣沼液貯存、運輸等全過程均實現機械化和自動化。
（七）“三沼”利用突出
德國沼氣工程均安裝燃燒火炬，沼氣用于熱電聯產，未利用的多余沼氣統統燃燒。目的是防止未經凈化或未燃燒的沼氣排空造成二次污染，避免產生爆炸、火災隱患、溫室氣體排放以及異味污染。德國沼氣工程都建有沼液、沼渣儲存池，沼液、沼渣儲存池均加蓋。儲存池加蓋防止沼液、沼渣中的氮素通過好氧分解而流失掉，阻止由于長期堆放產生的異味逸出，還能改善衛生環境。儲存池的沼液、沼渣經過3--6個月的存放后作為農作物肥料利用。根據發酵原料的種類不同，沼液、沼渣還要進行消毒殺菌，沼液、沼渣中含有的各種重金屬含量也不能超出法律規定的界限。在沼肥的使用上，德國也有一系列的標準和政策，為沼肥的使用提供了保障。
三、對河南省沼氣工程的幾點建議
（一）加大對沼氣工程建設項目投資的力度
河南是全國第一養殖大省，規模化養殖在畜牧業的比重越來越大。目前，河南省建有污水、糞便處理設施的規模化養殖場僅占36.45%，多數規模化養殖場糞便隨意堆放，污水無組織排放，成為農村最大的污染源。目前，各地要求建設大型沼氣工程的積極性日趨高漲，建議有關部門加大對大中型沼氣工程建設項目的投資力度，提高標準、強化質量，確保建設一個、成功一個、使用一個，推進全省大中型沼氣工程建設又好又快發展。
（二）加強沼氣工程管理
河南省大中型沼氣工程的發展雖然起步晚但發展勢頭很猛，已有一大批沼氣工程正在發揮著明顯的經濟效益、社會效益和環保效益。但目前由于沒有以法律條文正式出臺工程管理方面的規定和辦法，監管缺乏執法依據，對沼氣工程的建設、安裝、使用等難以實施有效的監督，工程建設質量得不到充分保障。建議盡快出臺沼氣工程管理辦法。
（三）廣泛開展合作，積極引進先進技術和資金
大力開展走出去戰略，拓寬合作領域，選擇引進德國沼氣生物凈化與提純、沼氣發電及其余熱利用、遠程在線監測與自動化控制系統等先進的技術和關鍵設備，消化、吸收先進的沼氣工程技術、建設、運營及管理經驗，創造條件吸引國際機構、社會團體、企業家和個人投資建設沼氣工程。
（四）細化完善各種激勵政策
當前由于沼氣工程或沼氣發電工程尚不能獲得相應的經濟效益，故需要政府扶持，減少項目實施企業的投資風險和不確定性，特別是中、小規模養殖場的沼氣工程建設。政策扶持主要包括工程建設補貼或貼息貸款、沼氣用氣補貼、用肥補貼；以及沼氣發電并網和掛網方面的優惠，提高經濟效益，確保可持續運營。
（五）積極推進秸稈青貯沼氣工程建設力度
所考察的4個沼氣工程能源公司，有3個都是以玉米青貯為主要發酵原料的沼氣工程。河南省作為農業大省、產糧大省，農作物秸稈資源量大、分布面廣，開發潛力巨大，應加大以秸稈為主要料源的沼氣工程建設，混合人畜糞便和城鄉廚余垃圾及其他有機廢棄物作為料源發展沼氣，工作重點是秸稈前處理技術、新型秸稈厭氧發酵工藝、秸稈厭氧發酵示范工程等。
（六）推進沼氣工程產業化
沼氣工程要取得又好又快的發展，必須走產業化之路，產業化提供成熟的技術和產品，才能促進沼氣建設上擋次、上水平、上規模。建議省相關部門加大科技投入，重視科研成果的轉化，在投資、價格和稅收等方面要有計劃、有步驟地支持一批沼氣工程骨干企業的發展，鼓勵企業打破部門、地區界限，實行橫向聯合，加快國產化步伐，盡快推出標淮化、系列化的產品，把沼氣工程技術上基本成熟的產品盡快定型，組織專業化生產，提高沼氣產業化水平。并通過實施CDM機制對沼氣工程予以補貼，為沼氣工程建設爭取更多的優惠和經濟效益。
