德国沼气工程全流程监测管理政策法规探析

时间：2015-12-21 00:06:37 所属分类：农业工程 浏览量:

引言 大力发展沼气工程，对于解决能源危机、改善人民生活质量、保护生态环境有着重要的现实意义。中国人口基数大，并且正处在工业化、城市化的关键时期，产业结构的变化、国民经济的增长，再加上与国际众多的能源需求主体之间的竞争，能源供给紧张，需求巨大

　　引言

　　大力发展沼气工程，对于解决能源危机、改善人民生活质量、保护生态环境有着重要的现实意义。中国人口基数大，并且正处在工业化、城市化的关键时期，产业结构的变化、国民经济的增长，再加上与国际众多的能源需求主体之间的竞争，能源供给紧张，需求巨大[1-3].但目前来看，国内大多数沼气工程技术条件还比较落后，不具有完备的工业自动化控制系统，池容产气率较低[4],多数沼气工程尚未建立发电和余热回收系统[5].加上国内没有针对沼气的终端能源产品补贴政策，致使沼气工程总体运行效率低，造成投资、能源、原料和劳动力浪费。

　　从欧洲发达国家沼气工程发展与政策制定情况来看，沼气工程建设运行与监管等方面的技术方案、标准体系、体制机制已经比较完善，信息化管理与激励机制趋于科学。已经建立了完善的工程全流程监管体系、产能测算体系、策略分析与智能响应机制、应急联动机制、补助产品数据测算方法和工程后评估机制等。

　　近年来，德国政府将发展新能源作为“基本国策”大力推进[6],主要通过政府政策引导资金扶持，企业自主运作，走市场化经验之路[7-8],在沼气领域取得了长足的发展[9],德国政府把大力发展沼气工程提高到能源安全、资源环境和可持续发展的战略目标，对于沼气产业发展起到了很好的引导作用。在国内市场快速发展的基础上，德国沼气工业的出口份额也实现持续增长[10].

　　引进先进的沼气工程全流程监管体系和体制机制将有效的缩短差距，对完善中国沼气工程项目投资和行业监管模式，促进中国可再生能源产业健康发展具有重要意义。

　　笔者全面了解了德国沼气工程全流程监测管理相关的政策法规、体制机制和技术模式，并从法律政策、工程数量、分布情况、装机容量、行业监管、沼渣沼液利用全流程监督管理的角度对德国沼气工程产业发展进行了综合介绍。笔者拟解决中国沼气工程缺乏有效的信息化监控手段和科学的项目监管评价模式的问题，旨在通过引进德国等发达国家的产业管理制度与激励机制，提升政府为沼气行业和产业提供全过程在线服务和系统解决方案的能力。同时通过进一步规范项目监管评价，提升中国沼气工程运行效率和产出。

　　1 德国生物质能源的法律框架

　　认识到化石能源资源的不可再生性以及使用化石能源产生的温室效应，德国政府及欧盟在制定能源政策的时候，不但考虑到能源安全、环境保护、节能和能效，还特别强调利用可再生能源。除执行欧盟《可再生能源指令》和德国《能源法》外，支持德国生物质能源的法律框架还包括《：可再生能源法》、《可再生能源热利用法》、《可再生能源行动计划》、《国家生物质能行动计划》、《能源概念：可靠、经济和环境友好的能源供应》等。

　　其中，德国《可再生能源法》，简称（EEG），是促进德国可再生能源最重要的一部法律，对支持可再生能源发展有着全面、深入、细致的考虑和设计。经过十多年的发展和完善，已经成为世界可再生能源立法领域的典范，对推动德国沼气工程发展也起着举足轻重的作用[11-12].此后的十多年，德国的沼气工程快速增长，从原来的不足1050处，装机容量不足65 MW,发展到2014 年近 7800 处，装机容量近 4500 MW（图 1）。

　　《可再生能源法》颁布15年来，历经4次修订，每一次修订都将沼气工程的发展推向一个新的高度[13-14].EEG-2004 增加了对小型沼气工程和能源作物的补贴，促进农业沼气工程发展的同时启动了能源作物沼气产业；EEG-2009增加了对养殖粪污的原料补贴，修正了沼气工程过度依赖能源作物的问题，使之后能源作物的种植面积保持了一个相对平稳增长，沼气工程由单一能源生产转向与环境治理并重；EEG-2012、EEG-2014 引入了将竞争性元素，增加了直接营销、竞争性招标等新补贴机制，旨在控制过快增长的电价对经济的拖累，以实现可再生能源的经济和可持续增长。

　　2 德国的沼气工程现状

　　2.1 规模与分布

　　积极的可再生能源发展法律框架，催生了德国沼气工程的繁荣。截至2014年底，德国共有7800处沼气工程，装机容量4500 MW,年发电量2910亿MW·h[15-16].从区域分布来看（图2），大型工程在南北相对集中。从工程规模上来看，总装机容量中的绝大部分是500 KW 以上项目[17].

　　2.2 发酵原料

　　德国的沼气工程原料以能源作物和畜禽粪便为主，分别占52%和43%.工业有机废弃物等其他原料占比只有大约5个百分点。从能源产出来比例图看（图3），能源作物的贡献率占79%,是德国沼气工程能源产出的主体原料，畜禽粪便能源产出占14%.用于沼气的能源作物以玉米青贮为主，占沼气能源作物的73%.德国《可再生能源法》（EEG-2004）刺激了能源作物的种植，2012年高峰时，青贮玉米种植面积已经超过了玉米种植总面积的1/3以上[18].

　　2.3 沼气利用

　　德国的沼气发电有2种模式：一是在沼气工程内使用热电联产机组（CHP）发电和供热；二是提纯后并入燃气管网，在远端用于发电、供热或作为车用燃料。

　　在7800个沼气工程当中，绝大多数沼气工程采用第一种模式，直接采用热电联产机组发电和供热。

　　截至2014年底，生物天然气（Biomethane）入燃气管网的项目有180处，年供气规模约6亿m3,大部分项目的规模在350~700 m3/h 生物天然气，相对集中在德国东北部[19].德国使用较广的沼气净化技术是胺洗、水洗和变压吸附。膜提纯技术由于其维护成本低、环保和高效的特点，市场份额正在逐步扩大。

　　3 德国沼气工程全流程自动化监控系统

　　德国沼气工程全流程监测和控制技术非常成熟，除物料进出需要人工干预外，其他环节全部自动化运行。工程普遍采用分布式控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）等工业化的控制系统，实现了高度可靠的工程感知、通讯、处理、显示和控制。下文以GICON公司沼气工程DCS控制系统为例进行说明（图4）。

　　自动控制：由现场仪表、I/O单元、现场处理单元、执行单元、工控机构成，接入现场控制柜内的工业局域网交换机，构成核心网络。

　　人机交互：包括现场触屏控制机、操作员站和客户展示单元，分别接入现场工控交换机和控制室交换机，通过数据可视化技术实现人机交互。骨干网络及交换机之间通过光纤网络进行连接。

　　远程监控：通过接入工控局域网交换机的VPN路由器，为操作人员、客户或服务商提供安全、便捷和功能完整的远程授权访问。

　　其远程监控的接入方式主要有：手机短信、手机APP、远程桌面、专用远程监控平台等，包括以下用途。

　　一是供沼气工程操作人员和业主随时掌握工程运行状态。德国沼气工程自动化程度非常高，大多数情况下没有现场值守人员，操作人员只有在进出料和设备巡检的时候才会进入厂区。平时操作人员都是通过移动终端或远程控制台进行管理。当工程出现故障的时候，自动控制系统会启动安全机制，自动将通知信息发送到操作人员的远程监控设备。

　　二是工程运营服务商进行系统化管理。德国有一批专门的沼气工程运营服务商，他们提供从基本的故障诊断、远程协助、效率优化，到全过程的状态监控和托管运行等。这些运营服务商一般都有自己的专用远程监控平台，利用自身专业运行经验和跨项目的数据平台优势，最大化工程的运行效率，提高业主的投资回报。以EnviTec公司的专业平台为例，不但提供项目的监控，而且提供远程数据备份、跨项目效率对比分析等功能复杂功能。

　　4 德国政府对沼气工程的监管

　　4.1 工程审批与建设监管

　　沼气工程的建设、运营以及沼气发酵剩余物的肥料利用，涉及到规划、建设、水、肥料、废弃物、排放、自然资源保护、卫生等领域的许多法律。

　　根据工程规模，全部符合以下条件由项目所在州政府批准，程序简单，费用和时间花费较少。判断依据如下：（1）CHP输入功率1 MW以下；（2）年产气量在120万m3以下；（3）粪污原料来自于养殖场规模在 600 头牛或2000 头猪以下；（4）日处理危险废物小于1 t或非危险废物小于10 t 或养殖粪污小于 100 t;（5）临时存储处理危险废物小于每日30 t,或非危险废物小于100 t,或养殖粪污小于6500 t;发酵剩余物存储容量小于6500 t.超过上述标准任何一条，项目均需要根据《联邦排放控制法》（BImSchG）规定的程序开展环境影响评价，并在国家层面进行审批。区别还在于项目需要符合规划法和建设法相关的内容。

　　德国沼气工程建设流程如图5.

　　在整个建设过程中，前期除了政府审批，业主还需要与原料供应商签订长期原料供应协议，与电/气网接入商签订能源产品供货协议。在后期，除了需要聘请独立评估机构TUV进行技术验收外，政府有关部门还需要根据环保和建设法规进行验收后，工程才能投入使用。

　　4.2 运行监管

　　政府对可再生能源生产部门的运行监管，主要通过《可再生能源法》的报告制度。各方的权利义务包括：

　　可再生能源生产企业运营商，有义务在每年2月28 日前向电网运营商提供用结算年度于支持结算收据的数据。沼气工程除了提供CHP发电数据外，还需要提供：记录原料的类型、数量、计量单位、来源和存储方式等详细信息的日志；认证过的《热电联产证明和热电联产电力调查报告》；2 MW以下CHP还需要提原厂热回收效率证明。

　　电网系统运营商，有义务定期以电子形式向联邦电网局提交他们从能源生产运行商收到的详细信息，包括所需的核证信息。

　　联邦电网局，有义务应将数据提供给联邦经济和能源部，用于统计、评估和联邦政府向联邦报告。

　　联邦政府，有义务分别每4年和每1年向德国联邦议院提交《可再生能源法进展报告》和《可再生能源法监测报告》。联邦电网局、联邦经济事务和出口办公室、联邦环保部应协助联邦政府起草进展报告。5 建议一是深化可再生能源法制建设。十八大提出的全面推进依法治国、依法执政。从德国EEG的成功经验可以看到，从最初十余条款历经四次修订，根据行业发展需要逐步丰富和完善，到EEG-2014已经有104项条款，堪称世界可再生能源立法领域的典范。应该意识到复杂的事情简单化不得，法制化也不是一劳永逸，不妨学习德国 EEG 的成功经验，适时修订引领行业发展。

　　二是转变现行的农村沼气激励机制。中国现行的沼气工程激励机制是利用财政资金有选择性地对部分沼气工程进行基本建设投资补贴。这种补贴方式的直接作用是扩大投资规模，拉动经济增长，但其弊端在于对可再生能源生产没有直接激励，也相对缺乏公平性。相反，德国通过《可再生能源法》对生产企业采取普惠制的终端产品补贴，成本完全由消费者承担，计量和结算直接交由厂网两个商业部门对接，政府的职责是制定规则和宏观监管。可以借鉴德国经验，践行十八大精神“使市场在资源配置中起决定性作用”,引入沼气工程终端能源产品补贴机制[20].

　　三是用信息化提振工业化。中国在工业化进程中虽然落后，却有望信息化进程中迎头赶上。一是要大力支持沼气工程信息化装备的引进与开发，建立本土沼气工程信息化装备的生产能力；另一方面，通过制度建设催生市场需求，利用沼气工程信息化建设为实现终端能源产品补贴提供技术支撑。

　　四是进一步加强国际交流与合作。此次技术引进和消化吸收工作为中国可再生能源产业发展推开了一扇向外看的窗户，建议进一步扩大国外创新资源和智力资源引进力度，开辟渠道、搭建平台，与发达国家和国际组织加强业务交流合作，引进利用国际资源，构建能源系统国际交流合作平台，积极开展技术交流与管理培训，更高效地助力可再生能源产业转型升级工作。

　　五是工程监管防范信息作弊。数据和日志文件有可能作假，但有经验的审核员总能从现场发现作弊的蛛丝马迹，未来的市场需要大量的第三方审核机构。

　　对于CHP燃料作弊，最有效的方式就不允许使用双燃料CHP.对沼气/生物天然气流量作假，检测仪表必须铅封，还应核查气体成分，交叉检查关联气表，还需要与原料消耗和发酵剩余物处置数据进行比对。

　　参考文献　　　　[1] 孟浩，曹燕，陈颖健。德国的能源管理及启示[J].中国科技论坛，2008（10）：126-131.　　[2] 何荣玉，宋玲玲，孟凡茂。德国典型沼气发电技术及其借鉴[J].可再生能源，2010.28（1）：150-152.　　[3] 林聪，段娜，王阳。德国沼气工程的发展现状及思考[J].猪业科学，2009（7）：52.　　[4] Weiland P, Rieger C H, Ehrmann T H. Evaluation of the newestbiogas plants in Germany withrespect to renewable energyproduction,green ousegasreduction and nutrient management [EB/OL].pdf.2005-10-29.　　[5] 李景明，颜丽。关于沼气发电设备生产行业发展情况的调研报告[J].可再生能源，2006（3）：1-5.　　[6] 黄玲，张映红。德国新能源发展对中国的战略启示[J].资源与产业，2010,12（3）：49-53.　　[7] 李子富，余敏娜，范晓琳。德国沼气工程现状分析[J].可再生能源，2010,28（4）：141-144.

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