李瑞容等赴德国、瑞典执行沼气工程智能化监控技术交流访问总结报告

来源：作者：时间：2017-12-11

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一、出访人员情况

李瑞容农业部南京农业机械化研究所助理研究员

王鹏军农业部南京农业机械化研究所助理研究员

二、日程安排(出访详细路线)

2017年11月11日至2017年11月17日，共计7天。

11月11日上海出发至法兰克福，转机至哥本哈根，乘火车抵达瑞典隆德。

11月12日前往瑞典隆德大学，交流智能化沼气工程。

11月13日前往瑞典碧普公司，交流沼气工程智能监测与实验装置，乘火车返回哥本哈根，飞机至德国汉诺威。

11月14日随德国农协前往参观智能化沼气工程。

11月15日与德国农协就智能化沼气工程展开讨论，探讨未来合作方向。

11月16日从汉诺威飞往法兰克福，转机至上海。

11月17日抵达上海，上海返回南京。

三、出访任务执行情况

1、总体任务完成情况

根据“生物质转化利用装备创新团队创新工程”项目 “沼气工程智能化监控技术”的计划任务，赴瑞典、德国两地与隆德大学（Lund University），德国绿色能源公司（Green Energy company）、德国农业协会（DLG）及瑞典碧普公司（Bioprocess control company）执行技术交流与合作事宜。针对其先进的沼气工程智能化监控、预警和增保温技术进行了交流学习，重点了解其沼气能源利用情况、复杂环境下沼气生产智能监测模式、实时报警技术、过程调控技术、高效节能增保温关键技术和装备，完成了创新工程中智能化沼气工程国际合作交流任务，为项目中建立智能稳定的沼气工程监控预警技术提供了支撑，基本完成总体出访任务。

2、出访机构情况

（1）瑞典隆德大学生物工程系

瑞典隆德大学是一所现代化、国际化且历史悠久的大学，也是世界百强大学之一。建于1666年，它是北欧最大的高等教育和科研机构。作为欧洲顶级名校，2017年QS最新排名全球第96位。隆德大学生物工程系于1987开始其目前的研究工作，它的主要特点是自动化、电力驱动系统和电力系统与生物工程技术相结合。大多数研究都是面向应用的，每个项目都受到了一些实际工业问题的启发，并一直致力于寻找不同的方法来解决具体的研究任务。该系的电气传动系统解决了控制结构、快速数字控制、电力电子以及机械设计和操作等方面的问题。在电力系统中，重点放在配电自动化，控制，计算机工程和电力系统技术。在自动化中，重点是工业过程控制，控制理论、实时计算、电子学和传感器技术相结合。该系的沼气研究主要集中在以下几个方面 :沼气过程优化 (包括消化过程的智能控制、生物质物料预处理、共消化 )、能源作物筛选和预处理、厌氧微生物特征及分类筛选、厌氧消解在生物处理方面的应用、以及对包括沼气在内的生物能源政策的研究等。

（2）瑞典碧普公司

瑞典碧普公司是一家以沼气工程优化与过程控制、环境工程分析系统及仪器为主营方向，以科研、产品应用开发为核心竞争力，集生产、销售、服务于一体的高新技术企业，其运营范围遍布世界60多个国家。该公司在智能化沼气生产方面有一系列的产品，用于进行生化甲烷潜在试验、底物分析、过程模拟、气体流量测量，并生产一系列生物反应器，供科学实验使用。围绕沼气工艺运行模拟系统、全自动生物可降解性分析系统、微量气体流量测量系统、可编程自动化控制器PAC平台和厌氧膜生物反应器AnMBR技术等方面开展重点研发，其沼气发酵过程控制技术在科研和商业应用中，已迅速成为沼气行业的先进仪器和技术领域的领导者。

（3）德国农业协会（DLG）

德国农业协会（DLG），总部位于德国法兰克福，致力于促进农业和食品领域的科技进步和发展的非政府组织，是欧洲领先的食品和农业发展组织之一。自1885年创建以来，DLG已成功架起了农业和食品领域中理论和实践交流的桥梁与纽带。200多名专业人员服务于德国和德国以外的办事处(中国、波兰、瑞士、意大利、罗马尼亚、土耳其、荷兰和俄罗斯等)。DLG在沼气方面每年举办中德沼气论坛，并为中国学者以及沼气工程应用实践者提供教育培训，并承接“中德青年农业实用人才能力建设”项目，为中国年轻人提供赴德实习机会。

（4）德国绿色能源公司

德国绿色能源公司是一家大型的沼气工程公司，其主要目标是将生物质废弃资源（如畜禽粪便，秸秆，餐厨垃圾等）厌氧发酵产生沼气，或者从垃圾填埋场抽取收集沼气进行能源最大化利用。该公司拥有统一的沼气生产建设规范及生产标准，从咨询到实施与建设，都有可供参考的沼气专业工厂案例。自1998年以来，该公司在德国境内建造了几十处大中型沼气工程，发酵系统中采用高效能加热器、一体化保温技术、智能化温度控制系统和高效能量回收系统，保证适宜的发酵温度和高效能量循环利用；通过多层搅拌系统和电动瓦解技术，显著的提高了沼气工程的产气效率，保证可靠和最有效的发酵过程；运用智能化控制系统和过程监控预警装置，从原料收集、分类、进料、高温消毒、发酵、产气、脱硫提纯、发电上网、出料、沼渣沼液贮存、运输等全过程均实现机械化和自动化。

3、主要交流活动

（1）与隆德大学进行交流

11月12日在位于瑞典南部的隆德大学进行学术交流，参观了隆德大学主校区，重点参观了生物工程系教学实验楼。首先刘京教授向我代表团介绍了隆德大学的基本情况，包括院系组成、历史文化、研究生培养、教学理念和主要研究方向等。随后，双方就沼气工程中智能化控制技术进行了深入交流，我方重点咨询了欧洲沼气工程中生物传感技术、节能控制系统和工程稳定运行中的控制算法问题，并介绍了现在国内大中型沼气工程中预警技术和运行参数调控技术的现状，双方对沼气工程监控系统精度和调控实时性中存在的问题和解决策略进行了探讨。接着，在刘京教授的带领下，我方参观了生物工程系实验室并观摩了隆德大学的小型研讨会。最后，我代表团表达了进行智能化干发酵沼气工程技术合作研究的意愿，双方就具体合作内容与合作方式进行了协商。

（2）与瑞典碧普公司进行交流

我代表团于11月13日赴瑞典碧普公司进行了技术交流，首先在碧普公司CEO的带领下，了解碧普公司的发展历史、运行状况、沼气智能化监测产品及相关技术。双方就智能化沼气监控设备进行了深入探讨，对干发酵沼气工程稳定运行及预警技术的市场应用推广存在的问题进行了讨论。最后我代表团表达了就智能化沼气监控系统中的生物传感器技术和实时气体分析技术进行合作研究的意愿。

（3）与德国绿色能源公司进行交流

11月14日在德国农协人员陪同下，在汉诺威附近的绿色能源公司基地进行了参观考察。双方围绕精准、高效、智能、稳定的厌氧发酵沼气工程技术进行了广泛交流；针对厌氧发酵模型，发酵系统温度自调节，发酵装置预警监控技术进行了深入交流，参观了该企业的养牛厂、养猪厂、沼气生产工厂及智能控制中心。

（4）与德国农协进行交流

11月15日在德国汉诺威与德国农协人员进行交流。首先对方介绍了德国农协在中德沼气合作项目中发挥的作用。并介绍了“中德青年农业实用人才能力建设”项目，就德国沼气企业在中国沼气工程中发挥的作用进行了一一介绍。并就德国沼气展，中德沼气合作论坛我方在其中发挥的作用进行了探讨。我代表团表达了在智能化沼气工程技术应用推广及技术引进方面深入合作的意愿，双方就一些合作内容进行协商。

4、重点业务收获和体会

（1）收获

通过此次出访，了解到欧洲大中型沼气工程的智能化监控技术、实时报警技术、过程调控技术、高效节能增保温技术等基本情况；学习了瑞典隆德大学的智能化沼气工程控制算法和精度调节技术；观摩了瑞典碧普公司的沼气连续运行模拟器测试平台和AMPTS2实验室，学习了测试物料发酵潜力的方法、提升生物传感器监测精度和稳定性的技术；实地调研了德国大中型沼气工程的自动化技术与装备，包括自动化进出料技术、故障报警技术、智能温控技术和能量回收技术等，并收集了相关资料，可为我国在该领域的研发和创新提供良好借鉴；学习了德国沼气工程的运行管理、服务模式、标准制定和绿色环保技术，为我国高工效、循环沼气技术的推广服务提供新的理念；与瑞典碧普公司和德国绿色能源公司建立了友好关系并达成初步合作意向，为今后开展合作研究打下基础。

（2）体会

① 欧洲沼气工程工艺和技术装备发展成熟

欧洲大中型沼气工程工艺和技术装备已趋于成熟，相关的发电设备、机械搅拌装置、自动控制系统、能量回收利用技术非常齐全。在欧洲，沼气工程主要以能量作物玉米、谷类作为发酵原料，采用中温（38-43 ℃）、高浓度（10%-18%）的液态发酵、热电联供技术，沼气工程发电全部上网，发电机连续运转，余热利用系统完善，综合效率高。生物质厌氧消化产生的生物质沼气，经过提纯可用来加热、发电，作为车用燃料或者输入天然气管网，瑞典有55%以上的沼气已用于汽车加气站;发酵后的残余物含有大量游离态氮，很容易被植物所吸收，可以作为肥料还田。目前，在欧洲工业沼气应用中，厌氧干发酵大约占整个发酵规模的54%，湿式发酵占46%；而其中单相发酵系统为主要形式，两相发酵模式仅占2%；约90%的沼气工程采用自动化连续进料方式；超过90%的发酵装置采用立式连续机械搅拌促进其传热传质；中温反应器大概占到所有反应器数量的70%；超过90%的沼气工程采用发电余热和能量回收系统，基本能维持沼气工程的中温发酵温度。

欧洲规模化沼气工程在很多地方值得我们去借鉴，譬如原料供应、过程控制、能量循环利用、发酵残渣处理、环境政策、政府授权等。而我国在沼气工程的工艺技术、工程设计、设备制造、工程运行管理、政策推动等方面仍存在差距。因此，我国大中型沼气工程的推广和应用，在借鉴欧洲技术的同时还需因地制宜，不断完善多元物料的工艺参数，提高沼气工程的产业化、标准化、规模化、科技化水平，使我国沼气工程尽快走上一条良性循环之路。

② 欧洲沼气工程智能化程度高

大中型沼气工程因为其较低的投资，发酵原料来源广泛，产生的沼气可以用来加热、发电和作为车用燃料，得到了迅速发展。全程机械化、自动化、智能化在沼气工程中的应用，欧洲已在此领域引领着世界的前进方向。

本次出访的瑞典碧普公司通过全自动的方式对秸秆等发酵潜力进行评估测试，其前端测试装置采用生物传感器，通过感知将信号转换为电信号，该信号类似人的神经电流传递，将被测数据倒入其中，通过无线传输的方式实现快速信号传输，且易更换。而作为欧洲沼气强国，德国在过程控制智能化方面更加精细，通过对多方位温度、压力的实时监测，实现了对发酵罐内的发酵情况的实时分析和过程控制。同时，还对储气装置的压力进行实时监测，当压力过高时，自动打开出气阀，采用火柜燃烧多余沼气，保证储气装置内压力稳定。

在沼气工程这种要求精度高、操作复杂的装置中，德国大量采用智能控制设备，将数据直接导入控制器，并精简监测点，以少量且具有代表性的数据为主要监测数据。通过提高设备的制造工艺，并且在复杂的监测过程中采用少量的电子设备，来尽量降低运行过程中设备损坏的概率；通过按时检修，设定更换时间，使得监测设备一直处于较好的工作状态，实现稳定运行。

③ 欧洲可再生能源政策的调整

欧洲各国政府为促进沼气工程的发展出台了一系列的鼓励政策，特别是德国政府把大力发展沼气提高到能源安全战略、环境、资源和可持续发展的目标来发展，自 2001 年后，先后三次制定并修改了《可再生能源法》（EEG），2008 年德国还制定了《可再生能源供热法》，规定电网必须优先购买可再生能源电力，可再生能源业主可按照当时的固定补贴电价持续 20年向电网供电、收益稳定，这带动德国沼气工程在过去十几年间迅速发展。在沼气工程的发展过程中，EEG 进行了多次修订以适应行业的快速变化，并推动产业可持续健康向前发展。最新修订和发布实施的EEG-2014则更多鼓励沼气工程从终端产品享受国家补贴逐步向市场化的转变。

由此可见，沼气产品补贴政策是推动沼气工程持续运行必不可少的措施，特别是在沼气工程发展初期，通过终端产品的价格调整和补贴政策，培育终端市场和用户，使工程运营业主获利，是行之有效的做法。但是我国现阶段政府的政策只关注了工程建设投资补助，导致不少工程无法盈利运行而停运或废弃，造成投资效益不高和资源浪费。虽然现阶段由于沼气生产成本还较高，还需要政府的资金扶持和项目支持，但是从长远看，只有实现了市场化运行机制，中国沼气行业的发展才有活力和后劲。

5、到访国家农业装备技术发展情况

瑞典的沼气目前大多用于汽车行业。1996年，瑞典开始把沼气提纯至甲烷含量95%以上作为汽车燃料使用，并制定了相关标准。在瑞典，交通工具所使用的气体燃料中，沼气占54%。瑞典政府希望在2020年成为世界上第一个不依赖石油进口的国家。瑞典在开发推广工业化厌氧消化技术和沼气纯化技术的同时 , 正在建造年产气 1400万 m³/年的世界最大沼气生产厂 ,预计每年可减少二氧化碳排放约 1.5万吨。

德国的农场沼气工程具有典型代表性，由于优惠鼓励政策多，各农场发展沼气工程积极性很高。目前，德国沼气工艺多采用全混合产储气一体式CSTR反应器、中温发酵，料液浓度根据工程原料不同有以粪污为原料的低浓度（TS≥6—12%）发酵，或以农作物秸秆为原料的高浓度（TS≥30%）发酵，料液发酵滞留期一般为30至60天，沼气发酵残留物的利用以直接喷洒至农田为主。并且德国政府规定，沼气发酵残留物必须经过180天（包括发酵时间）保存后才能至农田使用。发酵所产沼气主要通过低压吸附提纯沼气技术进行推广应用，许多工程开始采用并入天然气管网供气的模式或发电上网。

采用畜禽粪便和农作物两种原料进行发酵的全混合工艺产沼气在德国占主导地位。由于全混合发酵悬浮物含量及含固率浓度都比较高，适合采用全混合厌氧反应器。德国目前约85%左右为立式全混合反应器，约5%采用卧式反应器，还有10%左右的沼气工程采用两种反应器联用的方式。近年来，随着新材料、新技术的发展，现在新建沼气工程有80%采用了将发酵罐和储气柜一体化的设计建造模式，即在反应器的上部安装双层膜用以储存沼气，既节省工程建设用地，又节省建材和投资，传统型钢制湿式储气柜逐渐被淘汰。

6、与对方下一步合作计划

本次出访主要是针对智能化沼气工程监控系统技术方面的合作交流，邀请刘京教授或其团队成员来所进行交流指导，通过现场考察交流我所干发酵沼气工程智能化装备，提出科学问题，对申请国际合作项目提供理论基础。邀请德国绿色能源公司高管来所做德国能源智能化利用报告，就派出人员去德国农场实习达成初步意向。

7、存在的问题和建议

此次访问多方面、多层级的了解到欧洲沼气工程智能化监控技术和增保温技术，但由于时间限制，在具体细节处未能展开分析解读，对于沼气工程中预警机制、监控系统精确性和稳定性等方面还有待进一步深入探讨。

德国的很多企业总部和基地距离较远，访期内很多时间耗费在交通旅程中，建议根据任务情况和实际交通情况，适当延迟国外出访时间和灵活的住宿机制，便于出访人员的行程安排。

附：收集的重要文本资料、照片、视频资料、图件、样品清单等（要有详细注释）。