【论文精选】城市燃气企业开展生物天然气业务的研究
时间：2024-08-28 15:01:24
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城市燃气企业开展生物天然气业务的研究
摘 要：阐述我国生物天然气产业发展现状，分析“双碳”目标与乡村振兴背景下城市燃气企业开展规模化生物天然气业务的优势，提出开展规模化生物天然气业务的商业模式和保障措施。
关键词：“双碳”目标；乡村振兴；城市燃气企业；规模化；生物天然气
参考文献示例：
赵亮. 城市燃气企业开展生物天然气业务的研究［J］. 煤气与热力，2024，44（8）：B35-B39.
生物天然气是以农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、农副产品加工废水等各类城乡有机废弃物为原料，在预处理后经厌氧发酵和净化提纯产生的绿色低碳清洁可再生的天然气，同时厌氧发酵过程中产生的沼渣沼液可生产有机肥料。生物天然气生产流程见图1。
由图1可以发现，生物天然气产业汇集了有机废弃物资源化利用、绿色低碳能源生产、有机肥料生产等功能，具有降碳减排、节能环保、农田保护利用、乡村农业增收等战略意义，生物天然气的规模化和产业化发展可以对我国实现碳达峰碳中和目标、推进乡村振兴战略发挥重要作用。根据市场调研分析数据，截至2021年末，我国生物天然气市场年产能在3×108m3左右，到2022年，生物天然气市场年产能上升至10×108m3左右。但实际我国生物天然气潜力开发规模为每年1 500×108~2 000×108m3，对于确保我国天然气供应安全具有潜在的巨大支撑［1］。2015—2017年，国家在全国范围大力推进实施生物天然气试点项目政策。3 a时间国家总计使用26×108元财政资金，支持了64个规模化生物天然气项目，平均单个项目扶持资金占项目总投资的40%左右，但实际示范效果并不理想。截至目前尚在正常运行项目不超过20个，大部分规模化生物天然气项目建成后长期处于停运状态，极少数在运项目可以达到设计产能，生产负荷普遍在30%左右，运行较好的项目生产负荷也很难超过50%，这样造成生物天然气生产成本较高，与化石天然气相比缺乏竞争力，对天然气气源结构调整和优化作用有限。我国生物质能发展从2015年开始进入转型升级期，国家相关部门先后从能源和农业农村管理工作方面印发了多项支持性政策文件。2019年12月，国家发展改革委等十部委联合印发《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》，明确：到2025年，生物天然气具备一定规模，年产量超过100×108m3；到2030年，规模位居世界前列，生物天然气年产量超过200×108m3，占国内天然气产量一定比重。2021年10月，国家发展改革委等九部委联合印发《“十四五”可再生能源发展规划》，明确：加快发展生物天然气。在粮食主产区、林业三剩物（采伐剩余物、造材剩余物和加工剩余物的统称）富集区、畜禽养殖集中区等种植养殖大县，以县域为单元建立产业体系，积极开展生物天然气示范。统筹规划建设年产千万立方米级的生物天然气工程，形成并入城市燃气管网以及车辆用气、锅炉燃料、发电等多元应用模式。2021年11月，国务院印发《“十四五”推进农业农村现代化规划》，明确：加强乡村清洁能源建设。因地制宜推动农村地区光伏、风电发展，推进农村生物质能源多元化利用，加快构建以可再生能源为基础的农村清洁能源利用体系。虽然我国在沼气和生物天然气领域发展了多年，但是相比于国外生物天然气生产利用发达国家，我国在规模化生物天然气产业发展方面仍存在一定的问题和不足［2-3］。“十三五”期间，我国通过建设投资补贴政策引导沼气及生物天然气产业发展，建设了一批示范工程，但后期缺少运营保障措施和跟踪监督机制，导致大部分项目实际进展和运营效果远低于预期目标，同时大部分已建成项目难以正常运营，示范工程整体运营效果不佳，产业引导作用发挥有限。欧美等部分国家实行土地农场制种植模式，农场主可以选择直接投资建设规模化生物天然气项目。在中国，农民数量较多，农村土地全面分散在农民手中，农民具有农作物种植和畜牧养殖的选择权，这样决定了中国农村规模化种植业和养殖业受限，造成农村有机废弃物的多样性和复杂性。规模化生物天然气项目要求原料来源稳定，有利于前期工程设计和设备选型，也有利于后期原料预处理和设备设施运营管理。生物天然气与农业农村关系密切，生产所需的农作物秸秆、畜禽粪污、农副产品加工废水等主要原料来自农业生产生活，生物天然气以及沼渣、沼液制成的有机肥料要在农村生活和农业生产中消纳。目前，我国生物天然气与农业农村的产业生态尚未完全打通，产业经济循环中存在堵点，最终影响企业在规模化生物天然气产业的投资动力和积极性。生物天然气在农村地区可以作为治理农作物秸秆、畜禽粪污等有机废弃物的重要手段，但受传统农业生产方式和生产观念的影响，在农村地区建立和执行“谁排污、谁付费”“谁处理、谁受益”的有机废弃物有偿处理机制很难，会在一定程度上减少规模化生物天然气项目的收入来源。有别于欧美国家和地区，我国碳减排政策相对温和。生物天然气和化石天然气作为同样的能源使用，经济价值也相同，部分项目的生物天然气销售价格甚至低于已考虑有机肥料收益后的生产成本。生物天然气作为绿色低碳能源产品的环保价值和社会价值未能有效转化为经济价值，直接制约了产业投资的积极性和可持续性。国外一些国家在乡村振兴和生物能源发展中已经建立了成熟的业务模式，其中：荷兰和以色列建立了高科技农业导向模式，日本和韩国建立了乡村产业园模式，美国和德国建立了能源基金池生物能源产品链拉动模式。我国规模化生物天然气产业发展中涉及能源、农业农村、环保、规划建设、土地资源等多个部门的共同联动，目前还处在逐步形成符合自身发展实际的业务模式的探索阶段。目前我国规模化生物天然气项目生产工艺和装备的技术水平可以基本满足国产化生产需求。但与先进国家相比，我国规模化生物天然气项目的产气效率和稳定性仍存在一定差距，产业核心竞争力不足。这说明我国在生物天然气产业技术研发投入和科技创新能力方面存在不足，尚不能对产业发展形成强有力的技术支撑作用。城市燃气企业作为天然气供应保障的重要主体，在开展规模化生物天然气业务方面具有明显的优势。进入“十四五”时期，全国城市燃气市场逐步进入存量竞争时代，传统的城市燃气企业均面临较大的业务转型压力。部分企业在天然气产业链延伸方面进行业务布局，上游参与化石天然气勘探开采、LNG贸易及接收站建设运营等，中游参与天然气管道运输、储气设施建设运营，下游参与供热、供冷、供电、新能源等业务，但总体竞争环境激烈，很难起到主导作用。未来城市燃气企业可以借助国家和各地区的有利政策，将规模化生物天然气业务作为业务转型的方向之一，实现天然气产业链向上游方向延伸。2017年以来，我国天然气对外依存度维持在40%以上，天然气能源供应安全问题已经提升到国家战略高度。欧盟国家的实践证明，就地实施的规模化生物天然气项目可以通过高效、合理地利用有机废弃物资源，为城市燃气企业提供有力的气源供应保障，并丰富优化天然气气源结构。具有燃气特许经营权的城市燃气企业，在特许经营区域已经建设了燃气管网、供气站、加气站等基础设施，甚至北方“2+26”城市的燃气企业已将燃气基础设施覆盖到农村，并搭建了成熟规范的运营体系。城市燃气企业通过现有的燃气基础设施为就近消纳生物天然气提供了有利条件，同时提升了已有设施的运营使用效率。城市燃气企业拥有的存量终端市场和用户资源为生物天然气最大化消纳提供了必要条件，并且部分工商业和交通用户具有较强的能源价格承受能力，为生物天然气产品销售提供了议价空间。终端市场和用户的消纳能力和议价空间为城市燃气企业建设运营规模化生物天然气项目，并取得稳定的经济收益提供了有力保障。从长远来看，在我国无论是能源终端使用者还是能源供应者，都将承担碳减排的社会责任和义务。对于城市燃气企业，碳减排工作未来既是社会气候保护的压力，也是企业转型发展的动力，应该提前谋划、精准发力、科学部署。通过参与规模化生物天然气项目，为城市燃气企业落实碳减排任务探索了可靠途径和有效举措。一般情况下，城市燃气企业被当地政府授权了燃气特许经营权，在特许经营区域内投资、建设、运营燃气基础设施，为各类用户提供天然气能源，并获取稳定的投资回报。而规模化生物天然气项目主要涉及农业和能源两个产业，产业跨度大、专业需求高，城市燃气企业需要与农业生产组织紧密衔接，共同推动规模化生物天然气项目投资落地［4-5］。建议以县域范围为单位，在政府部门的主导下开展执行规模化生物天然气项目特许经营权制度，由城市燃气企业与以农场、合作社、农业种植企业、农业养殖企业等为主的农业生产组织合作组成项目公司，投资开发规模化生物天然气项目，实现联合开发、优势互补、利益共享、风险共担的良好局面，最终实现资源节约、环境友好、农田增值、农民增收的多方共赢局面。城市燃气企业拥有市场用户和燃气基础设施，以及对燃气基础设施的运营管理经验，在规模化生物天然气项目公司中可以主要负责生物天然气产品的消纳和基础设施的运营管理。农业生产组织方面拥有农作物秸秆、畜禽粪污、农副产品加工废水等各类有机废弃物处理的需求，以及使用固态和液态有机肥料发展有机农业的场景，在规模化生物天然气项目公司中可以主要负责生物天然气所需原料的收集供应以及有机肥料产品的消纳。此外，农村有机废弃物经过厌氧发酵产生的粗沼气中一般含有体积分数为20%~40%的二氧化碳气体，规模化生物天然气项目公司可以进一步研究通过碳捕获、利用与封存技术，提纯利用并生产销售二氧化碳气体产品，增加项目经营收入来源。 国内外的实践证明，支持引导城市燃气企业发展规模化生物天然气产业需要一定的保障措施，具体包括以下方面［6-10］。规模化生物天然气产业发展面临产业规划制定布局、项目规划建设审批、土地征收使用、优惠政策制定执行、行业监督管理等一系列问题，涉及政府多个部门的行政手续办理。为更好地促进规模化生物天然气产业发展，应由当地政府明确牵头部门以及配合联动部门，形成一个高效合规的组织管理体系，支持项目建设和运营手续的快速办理。随着我国城镇化的发展，农村土地逐渐出现闲置弃耕的现象，政府相关部门应着力解决土地承包经营权流转问题，这样便于土地规模化运营管理，更加高效地发展种植业和养殖业，在一定程度上也解决了区域内农业有机废弃物稳定性问题，为进一步发展规模化生物天然气产业提供了基础条件。规模化生物天然气产业培育初期，财政补贴机制对于激励产业发展具有积极作用。但同时要汲取过往财政补贴重建设轻运营的深刻教训，要充分平衡规模化生物天然气项目全生命周期的资金需求情况，科学合理地制定涵盖前期建设、后期运营的补贴机制，确保城市燃气企业开展规模化生物天然气业务能够获取预期的资金支持和投资回报，能够可持续地投资和运营。在农村地区应培育树立绿色有机农业发展理念，建立生物天然气与有机农业产业衔接融合模式，将有助于城市燃气企业开展规模化生物天然气业务，可以有效解决产业前端有机废弃物收集和后端有机肥料消纳问题，对于培育形成健康稳定的生物天然气产业链，实现绿色能源和有机农业的共同发展具有积极促进的影响和作用。规模化生物天然气产业初期处于摸索发展阶段，面临各类不确定的风险和问题，政府部门应该在项目审批、土地使用、市政设施、税收等方面配套相关优惠政策，支持引导城市燃气企业业务转型进行产业投资，为规模化生物天然气产业打造相对宽松和包容的成长空间。技术研发和科技创新投入是深入推动规模化生物天然气产业发展的核心动力，设备国产化水平和设计工艺先进性直接决定了项目的前期设计建设难度和后期的产气效率稳定性，进一步决定了项目的前期投入成本以及后期运营的经济效率。因此，加大规模化生物天然气产业技术研发和科技创新投入是产业发展所需的必要措施。城市燃气企业投资、建设、运营规模化生物天然气项目的过程中，建设与运营资金投入保障不可或缺。我国地域广阔，资源禀赋、经济水平差异较大，要由专门金融机构结合各类地区场景，统筹设计配置生物天然气产业发展所需的不同绿色金融产品，高效赋能助推产业发展。 在未来一定时期内，与化石天然气相比，生物天然气还不具备价格竞争优势，但是环保和社会效益显著。为扶持规模化生物天然气产业发展，各地能源部门应逐步建立绿色能源认证监测和配额消纳制度，逐步提升生物天然气在能源供应中的比例要求，优先为生物天然气提供并网条件，并优先供应价格承受力高的燃气用户。生物天然气作为一种源自植物光合作用的低碳可再生能源，由于降碳减排作用明显，应尽快支持生物天然气产品纳入碳交易体系，可以通过开展经济行为交易为项目投资企业带来额外的收益，激励引导有碳减排任务的城市燃气企业开展规模化生物天然气业务。“双碳”目标与乡村振兴的双重背景下，规模化生物天然气业务可以提供一套有机废弃物处理及资源化利用的整体解决方案。城市燃气企业拥有开展规模化生物天然气业务的良好优势条件，也契合企业业务转型和气源保障的实际需求。在商业模式有保障的情况下，城市燃气企业开展规模化生物天然气业务是可行的。 建议从政府层面明确主责部门及责任分工，通过出台并搭建强有力的政策和机制支撑体系，确保城市燃气企业开展规模化生物天然气业务具备良好的保障措施，切实通过开展规模化生物天然气业务助力实现国家“双碳”目标和乡村振兴事业高质量发展。［ 1 ］ 白红春，孙清，葛慧，等. 我国生物天然气产业发展现状［J］. 中国沼气，2017（6）：40-45.［ 2 ］ 周颖，李叶青，周红军，等. 生物能源对中国乡村振兴促进的思考与实践［J］. 化工进展，2022（11）：6195-6199.［ 3 ］ 王波，王超，于光林，等. 欧洲生物天然气产业发展的思考［J］. 中国能源，2019（12）：40-44.［ 4 ］ 童韩杨，沙小斌，孟芳，等. 生物天然气生产技术与商业化模式可行性探讨［J］. 能源与节能，2021（10）：55-57.［ 5 ］ 石元春，程序，朱万斌. 当前中国生物质能源发展的若干战略思考［J］. 科技导报，2019（20）：6-11. ［ 6 ］ 闫卫疆，谭建生. “双碳”背景下对工业化生物质沼气产业发展的再认识［J］. 能源，2022（5）：23-31.［ 7 ］ 刘代城，万毅，张晓萌. “环保+能源”的生物天然气循环经济发展研究［J］. 长江技术经济，2019（4）：97-102.［ 8 ］ 黄波，徐文勇，王全辉，等. 德国可再生能源发展的借鉴与启示［J］. 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