中国沼气学会学术年会暨中德沼气合作论坛

聚焦乡村振兴战略、高质量发展和碳达峰、碳中和目标
2021年10月20-21日 | 江苏 · 南京
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年会专家观点 | 王凯军:中国沼气发展历史回顾

作者: 发布时间:11/09/2021 来源:

文章来源:中国沼气学会


【编者按】2021年10月20-21日,2021年中国沼气学会学术年会暨中德沼气合作论坛在南京举行。近500位沼气领域的专家学者及企业界同仁齐聚一堂,共话新时代沼气行业新发展。与会代表在研讨中一致认为,沼气技术及其应用将会成为有机废弃物资源化利用、生态环境保护和可再生能源发展的主战场,沼气科研教学和产业队伍将会成为实现乡村振兴战略和“双碳”战略目标的主力军。


中国沼气学会理事长、清华大学环境学院教授王凯军进行了题为“中国沼气行业的过去、现在与将来”的主题分享。报告重点围绕中国沼气发展进行历史回顾,并系统总结中国沼气发展过程中的经验及不足,同时针对《中国沼气行业“双碳“发展报告》重点内容进行了发布。王凯军教授提出:沼气行业是一个万亿的大产业,需要强有力的工业体系来支撑沼气行业的发展!数据显示,2030年和2060年可获得沼气生产潜力分别为1690亿和3710亿立方米,相当于2020年全国天然气消费量68%,是天然气进口量的1.5倍以上,发电可形成7420亿千瓦时的发电量,相当于全国2020年用电量的10%。甲烷对全球温室气体的贡献率为25%,仅次于二氧化碳。城乡有机废弃物和废水产生的甲烷量则占甲烷总产生量的60%。因此,我们坚信,以沼气为主的甲烷减排将是全球温室气体减排的主战场!沼气行业将是中国实现“双碳”目标的主力军!


本文根据其发言整理。


受中国沼气学会秘书处和李景明秘书长委托,我来跟大家一起回顾一下中国沼气发展的历史。去年是中国沼气学会成立40周年,从2020年到2060年,沼气学会又将面临下一个40年。我想在这个时间来对中国沼气行业和学会工作做个总结,是非常有必要的。
中国沼气发展历史
图 中国厌氧技术发展历程
从中国厌氧技术发展历程可以看到,中国沼气发展最早源于100年前的罗国瑞沼气商号,中国沼气的发展史也与党的100年历史重合。在这个过程里,有一些重要的历史节点和事件。首先是我国沼气在农业和农村上得到迅速发展,在前期的农村沼气发展到基础上推出了一池三改、四位一体等模式,又加速了农村沼气等发展。当时,由于沼气事业盛极一时,1985年第五届国际厌氧会议与中国农业部合作,选择在中国举行。而从1990年一直到现在,是工农业领域全面推进的阶段。鼎盛时期,我国户用沼气池达到4200万户。与此同时,工业沼气也得到了迅速发展。2015年,我们又有幸于举办了第十五届国际厌氧会议,这是继1985年之后,国际厌氧会议时隔近30年又回到了中国。
2019年,国家发展改革委及能源局等十部门出台《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》,指出生物天然气发展潜力较大,并明确提出了生物天然气的发展目标,到2025年年产量超过100亿立方米,到2030年超过200亿立方米。这一期间农村沼气也提出了转型升级等要求,同时,发改委支持了150个餐厨垃圾等项目,推动了城市沼气工程等发展。
我想,这是我们老一代沼气人共同经历的时代。
2020年9月,习近平总书记在联合国一般性辩论大会上郑重向全世界宣布:中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。2021年初,中央一号文件明确提出将全面推进乡村振兴战略,加快农业农村现代化。这些都为中国沼气行业的持续发展、沼气产业的不断壮大、沼气事业的再次辉煌指明了方向、确定了目标。“碳达峰碳中和”时期,我们到底该怎么做?
首先,让我们一起回顾农村沼气的发展。
沼气学会前一段时间提出了农村沼气发展的五个阶段,在这里我简单将之归纳为三个阶段。

图 农村沼气发展三阶段
第一阶段是初始阶段:从建国以后到1980年之前。
第二阶段是成熟阶段:1980年到2000年。
第三阶段是推广应用阶段:从2001年国债发行之后。
国家持续支持沼气行业,从每年支持10亿,到支持40亿,最高可能到60亿,2001年之后我们统计大概支持了480亿。在国家这样强力的支持下,农村沼气得以迅速发展。
新中国成立后,党和国家历届领导都对沼气建设与发展给予了高度关注与支持,并作出了一系列重要讲话和批示。
这是习总书记回忆当初的一段视频,我特意给大家剪辑出来。这两年,习总书记仍然在关心沼气事业的发展。可以说,当前中国沼气面临了一个最好的时期。
农村沼气成功的主要原因是什么?
一是因为我们在当时推出了一些很好的模式。比如最早的“一池三改”、“四位一体”等一系列的模式,带动了农民的致富,解决了农民能源的问题。

二是成立了由农业农村部主管的全国性学术团体中国沼气学会,主要从事沼气研究、设计、教育、服务、推广和管理等方面活动。

以上是沼气学会的历届领导人。第1-4届理事长由农业部何康副部长直接担任,第5届理事长由洪绂曾副部长担任,后来理事长一直由农业部各个主管的司长担任,直接领导我们的沼气事业。
三是成立了国家级沼气科研机构和我国唯一在国内外公开发行的专业性沼气刊物。农村部沼气科学研究所成立于1979年,是唯一沼气领域集研究、技术开发和培训为一体的国家级科研机构。这在全世界还是比较独特的,我们在沼气行业有独立的专门的研究体系,在我刚入行的时候,沼科所也是非常著名的。
四是我们已经形成了初步完备的标准体系。初步统计,沼气工程领域已发布和实施的标准共69项,按照级别分为国际标准(2)、国家标准(6)和行业标准(61)。户用相关标准(36项,占52%)和大中型工程标准(33项,占48%),各占一半。大中型工程标准包括设备(7)、工程技术规范(23)、检测(2)和排放(1)四类型。
工业废水厌氧处理技术的规模应用
首先来看工业废水厌氧技术发展历程。沼气对工业废水来讲是一个细分领域,全面的标准体系是支撑沼气工程发展的重要方面。从第三次中东战争和石油危机之后,欧洲率先发展了沼气,1978年Lettinga教授团队发明了UASB,在80、90年代非常火爆。我曾在一篇文章中提出,中国三代沼气人开发了三代沼气反应器。第一代是郑元景、钱易;第二代是胡纪萃、申立贤;第三代是我和左剑恶老师。第三代沼气反应器在工业上,以EGSP、IC反应器等一些改型的反应器为代表。这是我们做的一个简单回顾。 

图 工业废水厌氧技术发展历程
我们也收集了一些案例,比如中节能做的茅台生态循环经济产业示范园白酒废水生物天然气项目、龙游伊利乳业有限责任公司乳制品废水处理沼气工程、武汉中粮食品科技有限公司沼气工程等等。我们在技术、装备上已经跟国际上同步发展了。我们也曾做过统计,在2005年左右做过一个统计,最近又有一个新的统计,我们在轻工行业是最多的。在造纸、酿酒、淀粉、乳制品等行业,在减污降碳、协同增效方面起了非常重要的作用。根据最新统计,我们已经在工业行业里有3000种以上的装置。
以下为统计数据:轻工行业废水总量约46亿吨,造纸行业占总废水产量的37%,其次是酿酒、淀粉和食品添加剂。我国工业废水沼气年回收量约85亿m3,约占废水沼气资源总量的31%,通过沼气回收可减排温室气体759万tCO2 e。
中国沼气技术的现在
城市—餐厨垃圾
下面是中国沼气技术的现在,也就是本世纪以来我们的几个标志性的事件。
第一在城市领域有了长足的发展。随着餐厨垃圾、地沟油等问题的突显,加上国家领导人的重视,从2010年开始,国家发改委相继支持了五批共100个餐厨垃圾城市处理试点项目。这其中,有90%以上采用厌氧工艺。我们统计发现餐厨垃圾试点项目实际超过100个,大约建设了150个-180个。所以在沼气上,持续支持如此大体量的投资,上百亿的投入。城市沼气得到迅速发展。
在无害化处理、地沟油等问题上,在资源化沼气生产和提纯等方面,我们都已经取得了很好的效果和成绩。我曾经讲过餐厨垃圾提质增效的问题,工艺场景还在进一步的完善。在餐厨垃圾沼渣沼液进一步利用方面,我们也做了一些很好的探索。
农村—大中型沼气转型升级

在2015年-2018年,农村沼气实行了大中型沼气转型升级。国家财政连续4年通过规模化大型沼气工程中央预算内投资计划对生物天然气项目给与资金支持,单个项目支持资金3-5千万元,2015-2017年,建设了近1400处大型沼气工程和64个规模化生物天然气试点工程,同时保持了对大型沼气也进行了支持。所以我们在沼气的大型化与生物天然气试点上,应该说也取得了很大的进展。
在近年来推行的垃圾分类工作中,厨余垃圾处理形成了餐厨垃圾与厨余垃圾协同处理,餐厨垃圾与污泥协同厌氧发酵,这样一个层面带动了城市有机废弃物技术发展。
以下是一些大型沼气的一些案例。

对于这些案例,我想大家应该都比较了解。比如民和牧业从一期到二期,尤其是一期的发电已经累计了大概五年到六年,取得了CDM的授权,而且在国内重新开展了CDM,应该也建立了CCER之后新的方法学。
在经济转型过程中,给出了一个更综合的模式,叫“气、电、热、肥”及“种、养、肉、能、肥”循环发展模式,我们构建沼气提纯项目,这都是可以理解的,一个项目同时用生物质发电,与绿色电能相结合形成余热供暖,所以这是一个创意。

在沼渣沼液的利用和模式等难点问题上,也有一些创新,非常详细的经验我就不细说了,私下可以进一步交流。在政府的支持下制定了一系列可操作的方式,比如沼液的定价问题,怎么做到跟农民的双赢问题,这都进行了非常好的实践。
到现在为止,我们国家在大型城市有机废弃物、工业有机废弃物和农业有机废弃物处理的技术装备方面已经基本成熟,能够支持沼气规模化生产,初步解决沼气大型化问题。
存在的问题:农村大中型沼气转型升级
我们也面临着转型过程中的一些问题。比如说64个项目里面,肯定有1/3以上到现在还没有投产。规模化处理涉及收储运、集中处理、产品销售与利用等环节。畜禽粪便和秸秆分散范围广,收集和运输困难,不支持规模化生产。我们大型沼气进展太快,但是我们现在配套的支撑体系还不健全。
存在的问题:沼气产业化
要建一个大型沼气工程,需要方圆10平方公里的农田,即2万亩的农田支持一个相对大型的沼气工程,需要上百个养猪场。所以,对于沼气产业化,我们在技术与建设环节,是初步具备条件的,而在收储运环节,则有一定的欠缺。在产品销售方面,无论是沼气发电还是制生物天然气,都面临着一些政策和机制上的障碍。在沼渣沼液农业还田利用方面,也面临着一些标准方面的问题,这些问题暂时还不支持沼气规模化,这也是需要我们去解决的。

让我们来看一下德国大型沼气工程的数据。
德国大概有9000多个项目,装机容量大概是4500MW,营业额90亿欧元,一年往多了说是1000亿的营收,提供了4万个工作岗位。我国沼气潜力统计为3710亿m3,是德国的20倍到30倍。按生物天然气计算,年营业额大概是6000亿人民币,如果按可再生能源平均的投资来算,仅仅投资建发电装置需要1万亿。所以,沼气行业是一个万亿以上的大产业,是一个年收入达到近万亿的行业。然而,在这么一个大行业里面,却并没有形成完整的工业体系。我们需要强有力的工业体系来支撑沼气行业的发展。
中国沼气行业的未来

最后,借这个机会代表中国沼气学会发布我们的研究报告:中国沼气行业“双碳”发展报告。该报告由中国沼气学会秘书处牵头,由“清华大学(环境学院)-中持水务股份有限公司”中小城市环境绿色基础设施联合研究中心资助,邀请沼气同仁与企业届代表编制,秘书组合稿,历时半年。
本报告科学真实地反映中国沼气的发展成就及未来机遇,以期在“碳中和、碳减排”目标下助力沼气产业的强势发力、蓬勃发展!根据2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和的要求,我们国家到2060年绿色能源要达到70%以上,而沼气大概要支撑到20%-30%,这个量是非常大的。
为了支撑这一产业发展,我们组织编撰了《中国沼气行业“双碳”发展报告》,分为农业、城市和工业三个领域。大概50多个人历时了半年的时间,收集基础资料,进行认真的分析,然后提出了报告的内容。

从发展潜力来看,我们都是按照可利用量、可获得量,以及我们的技术发展水平,还包括资源的各种竞争技术。

保守估计,我们预测2030年-2060年农业有机废弃物的量是54亿吨和48亿吨,2060年我国农业有机废弃物产生沼气潜力达到了2500亿立方米,可实现减排4.5亿二氧化碳当量。

在城市当中,预测2030年和2060年,我国城市有机废弃物分别达到5.1亿和5.7亿吨,这个变化主要基于城市化水平、源头以及预测等等方面。2060年我国城市有机废弃物沼气产生潜力可以达到570亿立方米,可以实现减排的潜力是1.0亿吨二氧化碳当量。

在工业领域,预测2030年和2060年我国工业废水量分别约为84亿吨和98亿吨。2060年我国工业废水沼气生产潜力达600亿立方米,可实现减排1.1亿吨二氧化碳当量。 
2030年和2060年可获得沼气生产潜力分别为1690亿和3710亿立方米。如果只看数据,可能大家对沼气潜力值并没有概念。如果我们跟2020年天然气的消耗相比,2060年沼气潜力相当于2020年全国天然气消费量68%,是天然气进口量的1.5倍以上,发电可形成7420亿千瓦时的发电量,相当于全国2020年用电量的10%。所以这个量还是非常可观的,虽然我们是一个保守的估计,但是量是非常可观的。
我们在研究中,也认真分析了沼气行业发展的过去和未来,一致认为沼气工程具有污染治理、有机资源、可再生能源等多重属性,具有生态保护、资源利用、能源替代多种功能,并在乡村振兴、循环经济和高质量发展这三大领域当中都有非常重要的作用。所以,沼气不只是简单的可再生能源工程。
在此背景下,如何来定义沼气工程+?
沼气工程在利用厌氧消化处理有机物产生沼气及有机肥的同时,在工业行业可发挥减污降碳协同效应,可以助力城市垃圾分类完成资源循环利用,能够转化农业废弃物为可再生能源和有机肥,实现乡村振兴等综合作用。因此沼气工程+是具有环境保护、循环利用和能源替代“三重功能”协同综合作用,是实现“双碳”目标的核心技术。
综上所述,我们需要大力发展沼气行业,谢谢。


整理:刘秋琳
编辑:刘秋琳
审核:李景明