国外沼气生物燃气的利用现状及技术发展

1、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（

2、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

3、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 GEJ enbach 公司生产的 JMS 312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

4、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 1400GW(h 1.4 109kWh)，主要产 自于 200 多家市政污水处理厂的污

5、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

6、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

7、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， 20052006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。20042005 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 15

8、00MW。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

9、，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

10、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

11、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 ( Schwandorf