北京市生物天然气发展潜力研究及政策建议

文_魏本平 北京节能环保中心

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，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。其中，甲烷含量可达到90%以上。生物天然气是具有重要战略意义的新能源，集清洁能源、负碳排放、防治农业面源污染、有机废弃物资源化利用以及生产有机肥等功能于一身。

当前，北京市处于深入落实首都城市战略定位、加快建设国际一流和谐宜居之都的关键阶段，以及加速构建首都现代能源体系、率先实现“碳中和”目标的关键阶段。生物天然气作为北京市新能源结构中的重要组成部分，对落实《北京城市总体规划（2016年-2035年）》，高标准兑现北京2022年冬奥会和冬残奥会可持续性承诺具有重要意义。本文通过对北京市有机废弃物资源情况的研究，挖掘北京市生物天然气发展潜力，并提出适宜北京市生物天然气产业发展的政策建议。

1 生物天然气产业发展现状

1.1 国内外生物天然气产业发展现状

国际能源署（IEA）发布的《2018可再生能源年度报告》首次将生物能源称为“被忽视的巨人”（overlooked giant of the renewable energy field），并且预测2023年之前，生物能源将引领全球范围内可再生能源的发展。目前，在世界范围内，欧洲国家的生物天然气产业发展较为成熟，其中以瑞典、德国、瑞士等国家尤为突出。欧洲已实现设计标准化、产品系列化、组装模块化、生产工业化和规范化，并出台了生物天然气相关政策。

截至2018年底，我国生物天然气总产能约达到5760万m3。“十三五”时期，我国生物天然气产业取得了巨大进步，但与德国、瑞典等欧洲国家相比仍存在一定差距，发展瓶颈在于原料收集、装备技术和产品消纳。沼渣、沼液作为肥料还田利用或回流循环利用，有部分企业提取沼液中的营养成分，用来生产叶面肥、生物农药等产品，但也有相当数量的沼气工程没有储存设施和输送管网或输送设备，造成沼渣、沼液还田利用极为困难，成为我国村镇环境污染的重要来源。

1.2 北京市生物天然气产业发展现状

截止2019年底，北京市农村户用沼气池约1000户，在运行的规模化大中型沼气站8个，产气规模为668.84万m3/a。北京市沼气工程主要包括能源环保型和能源生态型两种模式，并形成了一批亮点工程，如大兴区留民营七村联供沼气工程等。发酵原料以猪粪、牛粪和鸡粪为主；70%～80%的大中型沼气工程使用USR反应器，少数使用CSTR、PFR和干发酵工艺；厌氧发酵罐以钢筋混凝土结构、钢结构，利浦结构、搪瓷钢板拼装结构及一体化厌氧罐为主，冬季运行过程中实际产气量较低。沼渣沼液作为有机肥料直接用于周边农业生产，但仍存在沼渣沼液外排现象，造成环境二次污染。

2 北京市有机废弃物资源量情况

北京市适用于生产生物天然气的原料主要为农作物秸秆和畜禽粪便、餐厨垃圾等。农作物秸秆主要为玉米秸秆和小麦秸秆，畜禽粪便主要为猪粪、牛粪、鸡粪和羊粪。餐厨垃圾主要来源于取得行政许可从事餐厨垃圾收运企业所收运的餐厨垃圾。

2.1 北京市农村地区有机废弃物资源量逐年递减（农林）

截止2019年末，北京市农村地区农作物秸秆产量为27.2万t，主要以玉米秸秆为主，玉米秸秆产量为22.7万t产量，占比83.5%，相比2018年降低16.4%。此外，小麦秸秆产量为4.5万t，相比2018年降低16.5%。2016～2019年农作物秸秆产量呈现逐年递减趋势，年均降低20.1%。详情见图1所示。

图1 2016～2019年北京市农作物秸秆资源量情况（单位：万t）

北京市畜禽粪污产生量均按干清粪的固体粪污量计，2018年末畜禽粪污产生量为143.25万t，比2017年降低47.1%。北京市农村地区规模以上养殖畜禽粪污以猪粪、牛粪和鸡粪为主，还有少部分羊粪，详情见图2所示。其中，猪粪产生量为22.04万t，占比15.4%，比2017年下降63.35%；牛粪产生量为42.57万t，占比29.7%，与2017年基本持平；鸡粪产生量为36.82万t，占比25.7%，比2017年下降14.9%；羊粪产生量为0.15万t，占比0.1%，比2017年下降42.9%。规模以下养殖畜禽粪污产生量为41.68万t，占比29.1%，比2017年下降65.9%。

受北京市疏解非首都核心功能、环境质量改善的要求提升对种养殖行业冲击等因素影响，未来北京市农作物种植及畜禽养殖场面积将逐年递减，农作物秸秆及畜禽粪污的产生量也将逐年减少。当前，北京市农村秸秆以还田利用为主，畜禽粪污多为集中处理发酵和自行分散处理。集中处理发酵主要是生产商品有机肥，自行分散处理则是种养结合，还田利用。

图2 2018年北京市畜禽粪污资源组成图（万t）

2.2 北京市城市有机废弃物以餐厨垃圾为主（餐厨垃圾）

北京市城市有机废弃物以餐厨垃圾为主，农副产品加工废水、尾菜等由于产地分散，产量小，难以收集利用。截止2019年末，全市取得行政许可从事餐厨垃圾收运企业72家，当年餐厨垃圾清运量为67.89万t。餐厨垃圾生化集中处理设施14座（含协同处置粪便消纳站3座），设计处理能力为2380t/d（包括协同处置150t/d）。2018年北京市餐厨垃圾处理总量46.27万t，比2017年增加54.99%，详情见图3。当前，北京市餐厨垃圾的生化处理方式有发酵堆肥、焚烧和填埋等。

图3 2016～2018年餐厨垃圾协同处置设施处理情况（单位：万t）

3 生物天然气站规模与有机废弃物原料的关系

一般而言，一座规模化生物天然气站的产气量至少为2万m3/d。如果原料为农作物秸秆，则需青贮秸秆500t/d，全年约需青贮秸秆18万t，按照2019年北京市的农作物秸秆产量计算，可满足1.5座生物天然气站原料的供应；如果原料为畜禽粪便，则需畜禽粪便1000t/d，全年约需畜禽粪便36.5万t，按照北京市2018年的畜禽粪污产生量计算，可满足约3.9座生物天然气站原料的供应；如果原料为餐厨垃圾，则需餐厨垃圾583t/d，全年约需餐厨垃圾21万t，按照2019年餐厨垃圾清运量计，可满足3.2座生物天然气站的原料供应。

综上所述，理论上将北京市全年有机废弃物均用来生产生物天然气，预计可生产天然气17.2万m3/d，全年生产天然气6278万m3，相当于8.35万tce。2019年，北京市可再生能源消费量约为610万t，占全市能源消耗总量的8.2%，其中光伏发电系统为12.83万tce。上述天然气的产量相当于北京市可再生能源消费量的1.37%，与光伏发电系统的标准煤量相当。

4 北京市生物天然气产业发展政策建议

近年来，全市农作物秸秆和畜禽粪污的产量不大，农作物秸秆产量逐年降低，畜禽粪污产量呈现下跌趋势，现有餐厨垃圾的处理方式主要以发酵堆肥、焚烧和填埋为主，已建成的垃圾处理设施能够满足餐厨垃圾处理需求，未来以餐厨垃圾为原料建设生物天然气站的积极性不高。北京市发展生物天然气产业规模优势不大，但在废弃物资源化利用能力及污染物减排方面的科研投入、技术装备上，与其他地区生物天然气产业相比具有强劲的技术优势。北京是国家节能环保技术、可再生能源技术管理单位和技术支撑单位总部所在地。北京科技资源密集，科研机构数量和人员数量上位于全国第一。应进一步加强政策支持力度使北京市生物天然气产业总体竞争力得到提升。

4.1 建议加强顶层设计，明确生物天然气行业发展定位

2019年10月，国家发展和改革委、国家能源局、农业农村部等10部委联合出台了《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》，为生物天然气行业发展注入了“强心针”，但从实施以来的效果来看，并未达到预期，这主要由于指导意见中的相应政策未能出台或落地。北京要发展生物天然气，首先应出台适宜北京市情的生物天然气发展规划，从政策高度引领生物天然气行业发展，落实农村地区生物天然气基础设施建设、输配、运维和服务配套政策；制定和出台配套的有利于生物天然气工程可持续高质量发展的普惠性和可操作政策，拓宽生物天然气的应用范围和思路，适当鼓励农村生物天然气的应用；明确生物天然气的定位不仅是能源属性，同时也具备环保、生态和社会作用。发展生物天然气不仅可以增加天然气供应、增强能源安全保障水平，还具有加快替代农村散烧煤、规模化处理有机废弃物、保护生态环境，使北京市早日实现“双碳”目标等重要意义。

4.2 建议实行废弃物处理补贴、沼气工程终端产品价格补贴政策

建议借鉴城市生活垃圾处理补贴标准，对通过生物天然气生产方式处理废弃物的，产生单位缴纳一定比例的排污费后，政府会按照比例对生物天然气生产单位给予一定补贴；依据北京地区沼气工程规模化程度，建立不同规模的沼气工程集中供气价格补贴或者发电价格补贴标准；建议城市天然气加气站和生物天然气加气站统一规划和布局；对于沼渣沼液实现综合利用的单位或农户，给予一定补贴，以提高沼渣沼液还田的积极性。

4.3 建议将沼气工程纳入碳汇交易平台

实行碳排放权交易是促进节能减排、协同治理大气污染的重要市场机制。早在2011年，北京被国家发展和改革委确定为全国首批碳排放权交易试点城市，北京环境交易所在碳金融政策咨询、基础研究、产品研发和标准研究等方面居于国内前列。然而，沼气工程仍未纳入碳汇交易平台，沼气替代秸秆、薪柴等燃烧可大幅降低CO2排放量，沼气工程建设对碳汇交易贡献十分可观，碳减排意义显著。因此，建议在“十四五”期间积极推动沼气工程纳入碳汇交易项目，促进生物天然气产业发展。