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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（Schwandorf、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（Linkoping）

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）

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