摘 要：可再生能源问题倍受世界各国关注。欧洲国家在生物质能开发利用政策措施、关键技术研究开发和市场运行模式等方面已走在世界前列，取得了显著成果，积累了成功经验。在全面考察瑞典、德国、意大利三国生物质能开发利用现状的基础上，重点介绍了瑞典、德国在生物质直燃发电、固体成型燃料、沼气技术等方面的利用现状与成功经验，借鉴其成功经验并提出了政策建议。
关键词：生物质能；生物质直燃发电；固体成型燃料；沼气技术；考察
0 引 言
能源问题已经成为中国乃至世界经济生活中关注率最高的问题，尤其石油属于不可再生的战略资源，是现代经济社会赖以正常运转的血液。随着全球矿物能源的快速消耗，能源危机成为各国必须面对的战略挑战。瑞典、德国、意大利等欧洲国家在生物质能开发利用政策措施、关键技术研究开发和市场运行模式等方面已经走在世界前列，并取得了较大成果和成功经验。在全面考察上述三国生物质能开发利用现状的基础上，本文重点介绍了瑞典、德国在生物质直燃发电、固体成型燃料、沼气技术等方面的利用现状与成功经验。
1 生物质直燃发电技术
生物质直燃发电技术是在传统的内燃机发电技术上进行设备改型而实现的、通过直接燃烧生物质原料作为替代燃料进行发电的一种新技术。在瑞典，生物质直燃发电技术已经基本成熟并得到规模化商业应用。其技术路线为“锅炉+汽轮机／斯特林发动机(通常为热电联产，即CHP)”，其中，汽轮机发电技术为常规技术，一般应用于中型以上发电系统，斯特林发动机发电技术处于技术开发和产业化示范阶段，是目前生物质利用方面的重点研发技术。利用斯特林发动机的热电联产技术已经满足瑞典全国近一半的热力需求。近年来，生物质与矿物燃料（主要是煤）的混合燃烧发电得到许多研究和示范应用，研究结果指出，混燃可提高生物质发电的效率，且当生物质的比重不高于20%时一般不需对现有设备作改动，是生物质燃烧发电的发展方向。
本文以瑞典Enkoping的一家热电联产厂ENA ENERGI为例进行说明，该厂发电装机容量24MW和50MW供热能力（见图1），能够为城市居民区域供热，燃料来源于伐木副产品、木材厂锯末和造纸厂废弃物等生物质原料。
ENA ENERGI每年需要约350 GWh的生物质燃料。其突出特点是所用燃料的10%为能源作物，全部由工厂自己种植，利用污水处理厂的废水进行灌溉。专门的能源作物如柳之稷可以吸收氮，该工厂种植的能源作物每年能减少20吨的氮排放（见图2）。
2 生物质固体成型燃料技术
所谓生物质固体成型燃料技术就是在一定温度与压力作用下， 将各类原来分散的、没有一定形状的秸秆、树枝等生物质，经干燥和粉碎后， 压制成具有一定形状的、密度较大的各种成型燃料的新技术。其产品为棒状、块状和颗粒状等各种成型燃料（见图3），密度可达0.8～1.4克/立方厘米，热值为16720千焦/千克左右。性能优于木材，相当于中质烟煤，可直接燃烧，燃烧特性明显改善。同时具有黑烟少、火力旺、燃烧充分、不飞灰、干净卫生等优点，NOX、SOX极微量排放，而且便于运输和贮存，成为商品。
瑞典的森林面积广阔，是世界闻名的“森林之国”，森林覆盖率高达60%，高速公路的很多路段都从森林中间穿过。目前，瑞典利用林业废弃物如树皮、树枝、木屑以及能源作物等生产固体成型燃料已经发展得相当成熟，形成了从原料种植、收集、到颗粒（或切片）生产再到配套应用和服务体系一个完整的产业链条。瑞典全国总能源消耗的30%为可再生能源，木质燃料占其中的46.7%。
今后，瑞典固体成型燃料产业发展的重点领域包括：
（1）开发生物质颗粒燃料原材料基地；
（2）开发经济性好、资源效率高的颗粒燃料生产（包括储存）工艺；
（3）开发分级的颗粒燃料以适应不同燃烧技术需求的用户。
其总体目标是：每年至少减少生产成本4%或2000万克朗。
3 沼气技术
3.1 车用沼气技术
在瑞典，利用畜禽粪便等废弃物生产沼气也非常成功。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%）。有机废物转化成沼气时产生的消化残余物，还可作为生物肥料。
近年来，瑞典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。本文重点介绍Linkoping沼气厂及其车用沼气供气站。
瑞典Linkoping沼气厂建于1992年，项目总投资900万欧元，政府一次性投资补贴100万欧元。该厂不仅处置了牲畜粪便和大量有机废物，而且还通过混合消化产生了沼气和生物肥料。自2001年开始，提纯后的沼气可以注入当地的天然气配气管，以及专门的汽车供气站。
目前，Linkoping沼气厂每年处理各种有机废物约5.5万t，产生的沼气量约为20～30GWh（75%CH4），相当于当地天然气消耗量的25%，每年可减少CO2排放3700t。该厂每年收集并处理牲畜粪肥2.8万t，其他有机废物如厨余垃圾、农产品加工废弃物等2万t（主要来自15家食品类工厂，其中包括屠宰场、海产品生产加工厂等）。原料通过进料池（800m3）、热交换系统、消毒系统（巴氏杀菌，1h，70℃），进入传统搅拌消化池（2250m3，停留时间20～25d，70℃，含固率6%）。沼气厂见和沼气生产工艺流程如图4、图5所示。
Linkoping沼气厂生产的沼气通过地下管线直接提供给2km外的供热站，并能供作汽车燃料。该厂同时还在经营车用沼气供气站，满足当地近400辆公共汽车的燃料需求（见图6）。
供热和车用沼气出厂前需要进行提纯处理。该厂的沼气提纯能力为250m3/h，提纯过程分为三个阶段：
（1）提纯净化：通过Sulfatrate工艺去除S利用Selexol去除CO2；（2）干燥；（3）压缩（添加5%～10% 的丙烷，调整沃伯指数，使之等同于天然气）。
3.2? 沼气发电技术
欧洲沼气发电技术以德国为典型代表。目前，德国国内沼气发电工程的数量已由 1992年的139家发展到2003年底超过2000家，发电装机总量由1999年的50MW猛增到2002年的250MW。德国沼气工程技术的要点主要包括：
（1）发酵原料
发酵原料以畜禽粪便、玉米青贮秸秆，青贮饲草为主，另外还有餐饮旅馆的厨余垃圾、农副产品加工的废弃物，以及多余的粮食（如小麦、玉米）等。对有机垃圾有着严格的控制，必须在70℃的高温下经过1小时的处理才可以进入沼气池发酵，由此产生的沼渣才能作为有机肥料施用到田地去。
（2）发酵工艺
较大型的沼气发酵装置以地上USR工艺为主，中型牧场以地下池的完全混合式为主，发酵形状多数为圆柱体式，生活有机垃圾和秸秆青贮料的干发酵为地上和半地下箱式发酵装置，均采用批量式发酵工艺（见图7）。发酵滞留期一般为28～45天，少数发酵达到56天。由于发酵池都采用发电余热进行加温，发酵池内部温度一般都控制在40℃～45℃之间。
（3）进料及搅拌
沼气发酵原料根据形态的不同采取两种进料方式：一种是利用泥浆泵将液态原料输送到发酵池，一种是将固体原料，多数为切碎后青贮的玉米秸秆或牧草通过螺旋式送料器输送到发酵池内。为了出料方便，进出料管道直径都大于200毫米。为提高沼气的气量，除干发酵装置以外，多数沼气发酵池内部一般都设有搅拌装置。
（4）沼气贮存与净化
由于产生的沼气很快就转化为电力，沼气工程一般都采用橡塑气袋，有的为单独设置，有的直接设计在发酵罐的上部。这一点与我国的沼气装置不同，主要是因为对于发电机组来说不需要单独设立有一定压力的储气装置。沼气净化系统广泛应用氧化定位法，少数工程采用活性碳和生物菌去除沼气中硫化氢工艺（本文考察的Altenow大型沼气工程发电厂采用FeCl2脱硫，见图8），有一部分未经净化直接发电。大多数工程都未采取除水工艺。
（5）沼气发电系统
大型的沼气发电机组均采用纯沼气的内燃发动机，中小型的工程多数采用双燃料（柴 油+沼气）的柴油发动机，少数采用纯气体内燃机发电机机型。一般沼气发电工程的发电装置都能满足当地上网要求，少数工程使用监控设备，检测发电气体含量、温度、产量以及pH值，有的示范工程已采用了远程自动监控系统。发电产生的余热一部分用来加温发酵池，剩余部分用于区域供热，实现热电联产。
（6）厌氧发酵的后处理
由于利用生物质生产的电力可优先上网并享受优惠价格，德国的沼气工程生产的沼气全部用作发电上网。发酵后的沼液经储液池贮存后，直接由拖拉机罐车运到田间进行喷洒。少数畜牧场沼气工程和大型沼气工程采用固液分离（见图9），将沼渣与沼液分离，脱水后的沼渣经简单堆放后可直接用作有机肥料，清液可再循环进入发酵池。
（7）沼气工程的运行管理模式
德国农场主很多，农场养殖奶牛和猪占大多数，家禽和其它特种养殖的较少，一般沼气工程都是为发电而建，大多数沼气发电工程都由农场主自己进行管理。较大的沼气工程独立运营管理。
（8）沼气工程的建设
德国农场主建设沼气池，其工程设计报告需要得到有关行政主管部门，如环保、农业、消防等部门的审查批准，一般这些工作都是由专门的技术服务公司或服务组织来完成。有的技术及设备公司采用的是“交钥匙工程”的方式为农场主建设沼气发电工程。大电网的广泛区域分布由电力公司负责完成，农场主建设沼气工程只负责连接到电网部分的投资。
4 结论与建议
4.1 结 论
瑞典、德国等欧洲国家为了减少能源的对外依赖、提高能源供应安全，生物质能开发利用非常重视。瑞典、德国以及意大利等国均有明确的生物质能发展目标、政策和保障措施。对生物质能是重要的可再生能源，既可以转化为液体燃料或沼气等气体燃料代替汽油和柴油，也可以通过锅炉直接燃烧发电和供热，特别是生物质能资源分布广泛，品种多样，因此，瑞典、德国和意大利等国家都把生物质能作为优先发展的可再生能源予以高度重视。各国扶持政策到位，生物质能利用技术先进，经验成熟，生物质能开发利用已成为重要的新型产业，对保障能源安全、增加就业机会、促进农业发展，以及确保能源与环境的协调发展等发挥着重要的作用。
4.2 建 议
中国生物质能开发利用工作尚处于产业化发展初期，需要借鉴欧洲各国的成功经验和先进技术，缩短关键技术研发周期，加快产业化进程，着重要做好以下几点：
（1）制定优惠政策措施，引导生物质能产业形成
瑞典、德国生物质能迅速发展的一个重要原因，是国家制定了使生物质发电或燃料化应用有利可图的价格，并以法律法规形式颁布，长期保持不变。中国要开发利用生物质能，首先有关部门应协调配合，制定明确的促进生物质能开发与利用的政策和措施，并保障已有法律和政策措施能够有效实施。目前应重点在设备制造和生物质能利用市场开拓方面予以大力扶持。
（2）加大技术研发和试点示范力度，培育生物质能新型产业
国外生物质固体颗粒燃料技术、生物质直接燃烧发电技术、沼气供热和发电技术都是成熟的。目前，国内生物质固体颗粒成型技术尚处于起步阶段，固体成型技术和燃烧生物质颗粒的炉具技术良莠不齐，还面临市场需求问题。因此，建议加大研发力度，尽快实施试点示范，解决技术瓶颈问题，探索产业化经验。
（3）培养专业人才和产业服务体系，保障生物质能产业可持续发展
从国内外能源发展的经验来看，任何能源产业的发展必须有人才作为基础。 目前，发达国家都建立了比较完善的可再生能源技术研究开发机构，形成了比较完善的产业服务体系。如美国的可再生能源实验室，欧盟的联合研究中心，都是政府专门负责可再生能源研究和开发的机构。目前，我国在生物质能方面专门的研究机构较少，也缺乏生物质能专业人才，设计、咨询等产业服务体系极不健全。因此，建议重视我国生物质能领域的人才培养和产业体系建设，为我国生物质能产业可持续发展提供保障。
( 孟海波，男，山东青州人，博士，主要从事生物质资源利用工作。农业部规划设计研究院)
