中廣核節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司 駱伍

規(guī)模化沼氣工程主要包括原料預(yù)處理系統(tǒng)、進料系統(tǒng)、厭氧發(fā)酵系統(tǒng)、出料系統(tǒng)及固液分離系統(tǒng)等模塊，根據(jù)沼氣、沼渣及沼液的不同應(yīng)用場景，還需要新增沼氣提純系統(tǒng)、沼氣發(fā)電系統(tǒng)或好氧發(fā)酵系統(tǒng)等模塊。不同的模塊組合方式，將產(chǎn)生不同的最終產(chǎn)品，進而影響規(guī)?；託夤こ痰纳虡I(yè)模式。同時，規(guī)?；託夤こ炭捎玫脑习ú蛷N垃圾、農(nóng)作物秸稈、蓄禽糞便等一系列有機廢棄物，鑒于城鎮(zhèn)垃圾已形成成熟的收費處置商業(yè)模式，故本文主要論述以農(nóng)作物秸稈、蓄禽糞便及尾瓜尾菜等農(nóng)業(yè)有機廢棄物為原料的規(guī)模化沼氣工程商業(yè)模式的優(yōu)化方向。

一、規(guī)?；託夤こ贪l(fā)展的意義

發(fā)展規(guī)?；託夤こ虒τ谖覈鷳B(tài)文明建設(shè)、鄉(xiāng)村振興計劃有重要意義。規(guī)?；託夤こ躺a(chǎn)過程中大量使用農(nóng)業(yè)秸稈，不僅可以減少秸稈直接焚燒對大氣環(huán)境的污染，也可以減少秸稈直接破碎還田對土壤土質(zhì)影響和漚田后氮磷鉀析出對水體產(chǎn)生的面源污染；沼氣提純后生產(chǎn)的天然氣是優(yōu)質(zhì)的綠色低碳清潔能源，對于緩解我國天然氣進口依存度過高可作出重大貢獻。

二、規(guī)?；託夤こ贪l(fā)展現(xiàn)狀

（一）國外情況介紹

瑞典是世界上首個提出要用可再生能源全部替代化石能源的國家。其以生產(chǎn)生物天然氣為主，主要用作車用替代燃料和注入燃氣管網(wǎng)，生物天然氣已滿足全國30%車用燃氣需求。根據(jù)瑞典政府計劃，到2050年，天然氣將完全由生物天然氣代替。

德國是歐洲最大的沼氣生產(chǎn)國，截至2018年底，德國有近10000個規(guī)?；託夤こ?，其中208個是規(guī)模化生物天然氣工程，年產(chǎn)沼氣200多億m3。德國政府規(guī)劃，到2030年，生物天然氣產(chǎn)量將達到100億m3。

（二）國內(nèi)現(xiàn)狀分析

國內(nèi)規(guī)?；託夤こ炭焖侔l(fā)展源于2015年國家發(fā)改委和農(nóng)業(yè)部聯(lián)合印發(fā)的《2015年農(nóng)村沼氣工程轉(zhuǎn)型升級工作方案》。2015-2017年，中央財政分別投資10億元、7.7億元和6.9億元，在全國23個省份分別支持建設(shè)24處、22處和18處規(guī)?；託夤こ?。三年試點期間，一批實力雄厚的央企、國企和社會民營資本積極參與，引進消化了一批先進的成套技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，建成了一些示范項目，基本掌握了厭氧發(fā)酵，尤其是中溫濕式厭氧發(fā)酵的工藝流程、配套系統(tǒng)及項目建設(shè)和運營等方面的經(jīng)驗。但通過2019年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對上述64個試點項目兩次全覆蓋摸底調(diào)研發(fā)現(xiàn)，22個項目進入了試運營或運營的狀態(tài)，7個項目建設(shè)完工但未投入使用，30個項目處于建設(shè)階段，5個項目尚未開工建設(shè)。總體來看，國內(nèi)規(guī)?；託夤こ贪l(fā)展有一定成就，但更多的是困難與挑戰(zhàn)。國內(nèi)規(guī)模化沼氣產(chǎn)業(yè)尚不成熟，項目的經(jīng)濟性、技術(shù)可靠性需進一步提升，商業(yè)模式需進一步探索。

三、現(xiàn)有商業(yè)模式存在的問題

（一）產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱

目前規(guī)模化沼氣項目投產(chǎn)較少，投資主體不多，尚未形成專業(yè)化、一體化投資建設(shè)運行管理服務(wù)體系，以及成熟的商業(yè)化市場環(huán)境。

（二）商業(yè)模式不成熟

規(guī)?；託夤こ躺婕稗r(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保等領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)鏈較長，尚未形成成熟的商業(yè)模式。在原料收集保障方面，尚未建立“誰污染、誰付費”的由第三方專業(yè)化有償處理的機制。在產(chǎn)品市場方面，項目產(chǎn)品需要打破市場壁壘，建立多元消費體系，增強盈利水平。

（三）生物天然氣銷售市場競爭力不夠

沼氣提純后，可以達到常規(guī)天然氣的標準水平，而沼氣提純的生產(chǎn)成本遠高于常規(guī)天然氣，在市場上沒有價格優(yōu)勢。另外，天然氣市場計劃性較強，生物天然氣工廠無法滿足天然氣市場的調(diào)峰需求。

（四）沼氣發(fā)電政策不到位

中央財政對于沼氣發(fā)電的補貼雖然覆蓋了建設(shè)階段及產(chǎn)品端整個生命周期，但整體補貼額度不高，且近些年存在滑坡退檔的情況。同時，電力部門在沼氣電力并網(wǎng)方面給予支持的優(yōu)先級不夠，導(dǎo)致沼氣發(fā)電的經(jīng)濟效益較差。

（五）生物天然氣補貼方向不明且缺乏持續(xù)性

中央財政在2015年至2017年之間通過專項資金補貼了一批規(guī)模化沼氣工程的建設(shè)投資，但此類補貼缺乏持續(xù)性。同時，中央財政之前的各類補貼均為建設(shè)補貼，缺少能夠?qū)嵸|(zhì)性促進規(guī)?；託庑袠I(yè)發(fā)展的后補貼政策。正是這種不協(xié)調(diào)的補貼方向造成了規(guī)?；託夤こ态F(xiàn)在的“重建設(shè)、輕運營”的現(xiàn)狀。

（六）有機肥銷售困難

有機肥富含有機質(zhì)和有益生物菌，可以改良土壤、抑制病蟲害。但目前農(nóng)民依然過度依賴化肥。加之市場上有機肥產(chǎn)品種類繁多，沒有市場標準，農(nóng)民難辨產(chǎn)品優(yōu)劣。還有一些不良商販以次充好，擾亂市場，導(dǎo)致真正的有機肥銷售困難。

四、沼氣利用方向分析

沼氣主要有三種利用方式：提純制生物天然氣、直接用內(nèi)燃機發(fā)電、沼氣鍋爐供熱。技術(shù)上而言，三種模式都非常成熟，但目前很少單純用沼氣鍋爐供熱，更多的是沼氣提純和沼氣熱電聯(lián)供。國家政策雖然在向沼氣提純方向傾斜，但具體采用哪種方式需要根據(jù)項目的具體邊界條件而定，即“宜電則電，宜氣則氣”，不能簡單說哪種模式一定好。

（一）銷售端難度

產(chǎn)氣與發(fā)電的投資總額基本一致，但產(chǎn)氣的銷售端相對更加市場化。而發(fā)電基本只能面對電網(wǎng)一個客戶。銷售端哪個更容易，需要結(jié)合項目地點具體考慮。

（二）氣價和電價的區(qū)域差異

在川渝地區(qū)，天然氣非常便宜，在寧夏、云南等地，上網(wǎng)電價非常便宜，廣東地區(qū)的電價氣價都非常高。這些地域差異會導(dǎo)致項目收益不同，需要具體分析。

（三）項目技術(shù)路線的差異

一般將厭氧發(fā)酵分為低溫、中溫及高溫三種路線。目前主流的技術(shù)路線為中溫或高溫，即厭氧發(fā)酵系統(tǒng)需持續(xù)穩(wěn)定在35℃及53℃左右。因沼氣發(fā)電有余熱可供利用，故可以利用余熱來滿足系統(tǒng)的增溫及維溫要求，無需額外消耗燃料。產(chǎn)氣模式需耗費一部分沼氣來滿足系統(tǒng)的增溫及維溫要求，如此將降低產(chǎn)品數(shù)量，影響項目經(jīng)濟性。故其他條件相同的情況下，高溫厭氧發(fā)酵系統(tǒng)更適合沼氣發(fā)電。

（四）項目地區(qū)差異

在北方地區(qū)，冬季氣溫低，結(jié)冰原料融化及厭氧發(fā)酵系統(tǒng)增溫維溫均需消耗較多的熱量，沼氣發(fā)電更為合適；在南方地區(qū)，尤其是廣東、廣西及海南等地區(qū)，四季溫度較高，厭氧發(fā)酵系統(tǒng)無需額外增溫，沼氣提純制生物天然氣更為合適。

（五）政策的變動性

沼氣發(fā)電補貼已經(jīng)出現(xiàn)各省的政策差異，產(chǎn)氣補貼遲遲沒有落地，都具有不確定性。

（六）發(fā)展趨勢

考慮到我國目前的能源結(jié)構(gòu)是缺氣富電，國家應(yīng)該會對產(chǎn)氣更加提倡。長期來看，國家對天然氣的消費需求會迅速上升，而由于有火電托底，太陽能、風(fēng)力發(fā)電及核電成本不斷降低，我國的電力將長期處于供大于求的狀態(tài)，允許沼氣發(fā)電上網(wǎng)只是因為這部分電力是污染治理的副產(chǎn)品，不能限制其發(fā)展，但可以從政策上鼓勵盡可能地產(chǎn)氣。

五、商業(yè)模式經(jīng)濟性分析

（一）現(xiàn)有商業(yè)模式經(jīng)濟性分析

以某示范項目為例，該項目以牛糞、玉米秸稈及酒糟為原料。該項目于2018年試投產(chǎn)后出現(xiàn)了連年虧損的情況。通過簡單的模型分析其原料成本及產(chǎn)品售價，發(fā)現(xiàn)高昂的原料成本是其虧損的主要原因。僅考慮原料采購成本的情況下，1m3生物天然氣的原料成本為4.02元，而該地區(qū)生物天然氣日常銷售價格約1.7-2.3元/m3。該項目以沼渣為原料，復(fù)配部分輔料制造顆粒有機肥，以其中一種技術(shù)參數(shù)為“有機質(zhì)≧60%、養(yǎng)分≧5%、生物菌劑≧5億/克、含水率<20%”的微生物菌劑有機肥為例，其成本為1803.48元/噸，但其市場批發(fā)售價約900-1200元/噸。

（二）通過“內(nèi)部收益率法”分析商業(yè)模式的優(yōu)化方向

隨著國家環(huán)保要求的提升、鄉(xiāng)村振興的提速，環(huán)保監(jiān)控將日趨嚴格，農(nóng)業(yè)有機廢棄物的處置勢將會與城鎮(zhèn)垃圾的處置同步，達到收取處置費的條件。產(chǎn)品端進行財政補貼，是促進新產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的必然路徑，如已逐漸發(fā)展成熟的陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電及正在進行后補貼的海上風(fēng)電。參考以上行業(yè)的商業(yè)模式、發(fā)展歷程及規(guī)律，規(guī)?；託夤こ毯罄m(xù)將按照收取農(nóng)業(yè)有機廢棄物處置費、產(chǎn)品端進行財政補貼，或者兩者并進的方式進行發(fā)展。在此我們通過“內(nèi)部收益率法”按照收取處置費及產(chǎn)品端進行財政補貼兩個方向分別測算不同原料在某一特定條件下達到經(jīng)濟可行的條件。

經(jīng)濟測算的假設(shè)條件為：牛糞的物料特性是干物質(zhì)（TS）含量為20%，TS產(chǎn)氣率為160m3/t.TS；雞糞的物料特性是干物質(zhì)（TS）含量為30%，TS產(chǎn)氣率為350m3/t.TS；秸稈的物料特性是干物質(zhì)（TS）含量為 35%，TS產(chǎn)氣率為 350m3/t.TS；混合原料是牛糞、雞糞及秸稈按照碳氮比為25:1的要求進行配比。生物天然氣的銷售價格按照2.2元/m3計算；有機肥均按照粉狀有機肥考慮，價格按照550元/噸計算；沼液按照前兩年免費贈送，從第三年開始按照20元/噸的價格對外進行銷售。項目按照建設(shè)期1年，運營期20年考慮；第一年達產(chǎn)率按照80%考慮，從第二年開始達產(chǎn)；10年進行一次大修。項目自身增溫維溫消耗沼氣的數(shù)量按照項目規(guī)模的15%考慮；項目投資按照自有資本金30%，其余70%通過銀行貸款的方式考慮，貸款年化利率按照6%計算。

以日產(chǎn)2萬m3沼氣規(guī)模為例，原料收費處置的模式下，牛糞免費處置，項目資本金IRR將達到9.13%；雞糞每噸需收取101元的處置費，秸稈每噸需收取122元的處置費，混合原料每噸需收取22元的處置費，項目資本金IRR才可以達到8%的要求。以純雞糞為原料的項目，天然氣需補貼1元/m3，有機肥需補貼180元/噸；以純秸稈為原料的項目，天然氣需補貼1元/m3，有機肥需補貼202元/噸；以混合原料為原料的項目，天然氣需補貼0.74元/m3；項目資本金IRR才可以達到8%的要求。

（三）商業(yè)模式盈利結(jié)構(gòu)分析

通過分析以上數(shù)據(jù)可以看出，各類原料的經(jīng)濟性從好至差分別是，牛糞、混合原料、雞糞及秸稈。造成此種情況的主要原因有兩個，第一個原因是不同原料的TS產(chǎn)氣率不同。產(chǎn)氣率越低，同等規(guī)模的項目，所需原料就更多，產(chǎn)出的沼渣及沼液就更多。副產(chǎn)品沼渣及沼液的銷售可以提升項目經(jīng)濟性。第二個原因是不同物料的碳氮比不同，導(dǎo)致不同原料的沼液回流比例不同。比如以雞糞為原料的項目，因其碳氮比較低，不允許沼液回流，導(dǎo)致較多的干物質(zhì)通過沼液外流，造成相同產(chǎn)氣率情況下，沼渣產(chǎn)量較少而沼液產(chǎn)量較多的現(xiàn)象。此外，以牛糞、混合原料、秸稈及雞糞為原料的項目的天然氣收入比例分別為17.43%、26.53%、37.17%及39.23%。由此可以看出，規(guī)?；託夤こ痰捻椖渴杖虢^大部分來自有機肥及沼液的收入。但有機肥產(chǎn)品銷售困難，導(dǎo)致依靠市場行為無法確保規(guī)?；託夤こ棠軌蚩沙掷m(xù)發(fā)展。故應(yīng)在現(xiàn)階段充分發(fā)揮政府的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)作用，通過原料收費處置或者產(chǎn)品端補貼的方式促進規(guī)模化沼氣工程的有序發(fā)展。

六、成功案例分析

山東某示范項目緊鄰大型養(yǎng)雞場，免費采用其雞糞作為原料。該項目原料充足，運行穩(wěn)定，沼氣產(chǎn)量達到設(shè)計值。此外，該項目設(shè)計的沼液暫存池可存儲4-6個月的沼液。一般情況下，沼液以較低的價格售賣給周邊農(nóng)戶，當沼液過多時，公司會免費將部分沼液送給周邊農(nóng)戶。沼渣經(jīng)翻拋晾干成粉狀有機肥進行銷售。通過售電、有機肥、沼液及CDM收入等，每年可實現(xiàn)盈利。海南某示范項目分期建設(shè)完成，一期工程2012年開工建設(shè)，規(guī)模為日產(chǎn)1.67萬m3生物天然氣；二期工程2016年開工建設(shè)，規(guī)模為日產(chǎn)1.42m3生物天然氣，并獲得中央財政補貼3375萬元。2016年，項目先后中標“?？谑胁蛷N垃圾和糞渣無害化處理PPP項目”和“澄邁神州生物燃氣PPP項目”，在原項目基礎(chǔ)上擴建了餐廚和糞渣無害化處理工程，增加投資7325萬元。該項目初期設(shè)計以處理農(nóng)業(yè)廢棄物為主，但投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)，?？诘貐^(qū)農(nóng)業(yè)集中度低，廢棄物收儲成本太高，運行狀況不佳。取得兩個PPP項目及補貼后，經(jīng)營狀況得到改善。

通過這兩個成功案例，發(fā)現(xiàn)其商業(yè)模式的構(gòu)成與我們上一章節(jié)分析的商業(yè)模式優(yōu)化方向是一致的。

七、發(fā)展建議

2019年12月6日國家十部委聯(lián)合簽發(fā)《關(guān)于促進生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確了生物天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標。計劃到2025年，生物天然氣年產(chǎn)量超過100億m3；到2030年，生物天然氣年產(chǎn)量超過200億m3。由此可見國家發(fā)展規(guī)?；託夤こ痰臎Q心很大。旨在高質(zhì)量發(fā)展規(guī)?；託夤こ蹋ㄗh從以下方面進行努力：

（1）規(guī)?；託夤こ虖臉I(yè)者應(yīng)堅決按照習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”理論的指示，堅定信念，充分發(fā)揮沼氣工程“負碳”排放的優(yōu)勢，為實現(xiàn)“3060目標”貢獻力量。

（2）政府應(yīng)對規(guī)模化沼氣行業(yè)進行深入探索，加大支持力度，協(xié)調(diào)國家各部委、各地區(qū)盡快實現(xiàn)各項支持政策的落地，如制定規(guī)?；託夤こ贪l(fā)展專項規(guī)劃、生物天然氣及沼氣發(fā)電優(yōu)先利用政策、貸款減息貼息等信貸支持政策、生物天然氣后補貼政策等。

（3）建議政府對規(guī)?；託夤こ趟柙系氖占?、儲存、運輸及利用等環(huán)節(jié)進行統(tǒng)籌管理，逐步建立高效的原料保障體系，建立起誰排污、誰付費，專業(yè)化農(nóng)村廢棄物有償處理模式。

（4）考慮到規(guī)?；託夤こ獭皟深^靠農(nóng)”的特點，建議規(guī)模化沼氣工程布局應(yīng)結(jié)合不同地區(qū)畜禽糞污以及秸稈利用特點，結(jié)合區(qū)域能源環(huán)保特色、天然氣市場需求等情況進行布局。

（5）建議通過行業(yè)協(xié)會等引導(dǎo)規(guī)?；託夤こ虖臉I(yè)者加強工藝能力和人才培養(yǎng)，形成專家隊伍，探索建立適用于不同原料的工藝處理方案。

（6）積極引進國際上較為先進的生物質(zhì)技術(shù)及生產(chǎn)設(shè)備，大力推動國內(nèi)規(guī)模化沼氣工程的研發(fā)和創(chuàng)新，創(chuàng)造有利生產(chǎn)條件，快速提高國內(nèi)規(guī)?；託夤こ痰难b備成熟度，促進生物質(zhì)行業(yè)高效、健康、穩(wěn)定發(fā)展。

（7）通過媒體宣傳、政策引導(dǎo)等相關(guān)方式，對生物質(zhì)有機肥料進行積極推廣和宣傳，引導(dǎo)、促進農(nóng)民觀念的更迭；并對目前國內(nèi)有機肥市場進行大力整頓，優(yōu)化市場環(huán)境；統(tǒng)一并更新有機肥相關(guān)標準，將傳統(tǒng)農(nóng)家肥、未經(jīng)充分腐熟的有機肥與同時經(jīng)厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵的生物有機肥的品質(zhì)區(qū)分出來；降低生物質(zhì)有機肥料的市場銷售難度。

相關(guān)鏈接

大中型沼氣工程技術(shù)，是一項以開發(fā)利用養(yǎng)殖場糞污為對象，以獲取能源和治理環(huán)境污染為目的，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)的農(nóng)村能源工程技術(shù)。目前國內(nèi)研發(fā)引用的沼氣工藝有分為三種。分別為CSTR，USR，UASB工藝工程。

它包括主要是通過厭氧發(fā)酵及相關(guān)處理降低糞水有機質(zhì)含量，達到或接近排放標準并按括厭氧發(fā)酵主體及配套工程技術(shù)設(shè)計工藝要求獲取能源—沼氣：沼氣利用產(chǎn)品與設(shè)備技術(shù)，主要是利用沼氣或直接用于生活用能，或發(fā)電、或燒鍋爐、或直接用于生產(chǎn)供暖、或作為化工原料等：沼肥制成液肥和復(fù)合肥技術(shù)，則主要是通過固液分離，添加必要元素和成份，使沼肥制成液肥或復(fù)合肥，供自身使用或銷售。