德國沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀分析與借鑒

1、一、德國沼氣工程建設(shè)現(xiàn)狀德國位于歐洲中部，國土面積為萬km2,人口總數(shù)8211萬人。德國的地形復(fù)雜多樣，從連綿起伏的山巒、高原臺地、丘陵、山地、湖泊直至遼闊寬廣的平原，整個地勢南高北低分為北部平原、中部丘陵以及阿爾卑斯高地3 個部分。德國處于大西洋和東部大陸性氣候之間的涼爽的西風(fēng)帶，溫差不太大，主要是海洋性氣候，夏季無酷暑，冬季無寒冬，平穩(wěn)溫和是德國氣候的總體特征，冬季平均溫度在（低地）和一6 （山區(qū)）之間。 7 月份平原地區(qū)平均溫度為18，在南方山谷地區(qū)為20左右，這種氣候條件非常適宜發(fā)展沼氣。德國沼氣工程從20 世紀 90 年代初開始建設(shè)至2011年，經(jīng)歷了不同發(fā)展階段。其主要原因來源于德

2、國政府對可再生能源的政策導(dǎo)向，特別是對沼氣發(fā)電上網(wǎng)和能源作物的開發(fā)利用使其市場經(jīng)濟效益發(fā)生明顯變化，加上其先進的技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)，在全世界位居首位。近年來，特別是在 2000 年德國可再生能源法開始實施以后，沼氣工程得到了快速發(fā)展。在2000 年之前的 10 年間德國沼氣工程的數(shù)量增加了 1050 座，而從 2000 年到 2010 年的 10 年間就增加了 4750 座，到 2011 年已累計建成沼氣工程7200 座，遍布整個德國，分別應(yīng)用于私人農(nóng)莊、畜禽養(yǎng)殖場、垃圾處理，總裝機容量為2700MW最大規(guī)模沼氣電站裝機容量高達55MW而最小沼氣發(fā)電工程裝機容量僅為7kW沼氣發(fā)200 億度以上，超

3、過我國三峽工程的年發(fā)電量，%。目前，可再生能源已占德國整個能源消耗的%，而且發(fā)展勢頭良好，潛力巨大。用于沼氣生產(chǎn)為目的的能源作物種植面積已達80萬hmZ占德國耕地面積的 %德國計劃到 2020 年建成 12000 個沼氣能源工程，發(fā)電裝機總量達4800MVV使沼氣發(fā)電占全國發(fā)電總量的%要用全國1700萬hm2農(nóng)業(yè)用地中的 420萬hm2（約占農(nóng)業(yè)用地的 25% 在 不影響國家糧食供應(yīng)安全的情況下），用于能源作物生產(chǎn)，確保沼氣原料的供應(yīng)，到 2030 年在天然氣管網(wǎng)中至少含 10%的沼氣。到2050 年，農(nóng)民收入的 1/4 來自于沼氣工程。二、德國沼氣工程建設(shè)技術(shù)特點（一）建池材料質(zhì)地好德國沼氣

4、工程中的主體結(jié)構(gòu)材料采用鋼罐、搪瓷拼裝罐、鋼筋混凝土制作池體，扁平型的發(fā)酵罐多采用混凝土，瘦高型的多采用鋼罐或搪瓷拼裝罐。柔性材料作反應(yīng)器池頂?shù)募瘹獠牧?，這樣可確保池體使用壽命長，克服混凝土慢滲氣的缺點，工程建造成本和日常維護成本也大大降低。依靠罐體保溫和熱交換，地上部分的池體保溫層基礎(chǔ)為35cm厚的聚氨酯或巖棉。發(fā)醉罐罐體內(nèi)部側(cè)面或頂部中央安裝攪拌器，頂部一般為雙層沼氣貯氣膜結(jié)構(gòu)。（二）發(fā)酵原料多元化沼氣發(fā)酵原料多樣化，可利用的發(fā)酵原料有能源作物（主要是種植玉米、甜菜、青草等直接作沼氣發(fā)酵原料使用）、畜禽糞便、城市家庭垃圾、城市污水污泥、工業(yè)及食品加工廢渣和廢液等，沼氣工程普遍采用混合原料進

5、行發(fā)酵。玉米青貯作沼氣發(fā)酵原料是德國沼氣產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的主要因素。目前，德國年產(chǎn)青貯約 4800 萬 t ，其中主要為青貯玉米。從原料產(chǎn)氣率角度來看，一些能源作物如玉米、甜菜等干物質(zhì)的產(chǎn)氣率可高達6001000m3/t ,遠遠高于畜禽糞便的產(chǎn)氣率，而畜禽糞便與這些原料摻在一起進行混合發(fā)酵，可以彌補這些原料氮源不足的問題，從而更有利于沼氣的生產(chǎn)。（三）發(fā)酵工藝先進沼氣工程的厭氧消化工藝是根據(jù)處理規(guī)模、發(fā)酵原料的性質(zhì)和濃度以及發(fā)酵溫度等因素選擇的。所建沼氣工程普遍采用多級高濃度CSTR®式中溫發(fā)醉工藝，就是說一般都設(shè)有二級或三級以上反應(yīng)器，一級比一級原料濃度低，發(fā)酵溫度在38- 42范圍內(nèi)

6、。德國制定了熱電聯(lián)產(chǎn)激勵政策，鼓勵企業(yè)利用發(fā)電余熱給沼氣工程厭氧消化裝置增溫、保溫，即使在冬季環(huán)境氣溫低至 -200C,沼氣工程依然運行良 好。中溫裝置產(chǎn)氣率可達 m3/,高溫裝置產(chǎn)氣率可達一 （m3-d）,最高的可達56 m3/,經(jīng)濟效益顯著。（四）沼氣高值利用目前，德國的沼氣工程所產(chǎn)生的沼氣主要利用方式為發(fā)電 并網(wǎng)，同時多數(shù)將發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱用于供熱，即熱 電聯(lián)產(chǎn)工藝。大型沼氣工程主要利用內(nèi)燃機帶動發(fā)電機進 行發(fā)電，所采用的內(nèi)燃機以雙燃料內(nèi)燃機為主。工程平均發(fā)電效率為40%- 42%平均熱能轉(zhuǎn)換率為 45%其中約10% 的沼氣發(fā)電量和45%勺余熱用于工程自身運行，55%勺發(fā)電余熱用于公

7、共建筑或農(nóng)舍供暖、農(nóng)作物干燥、沼渣烘干、農(nóng)產(chǎn)品冷藏庫制冷等。除了發(fā)電，沼氣提純在德國也日益 受到重視，和瑞典不同的是，德國的沼氣經(jīng)過提純后直接 進入天然氣管網(wǎng)。這樣做的好處是，一方面全德國范圍的 天然氣管網(wǎng)就好像一個大的儲氣裝置，可以將生產(chǎn)生的生 物質(zhì)能儲存起來，待風(fēng)電和太陽能不足時作為補充能源； 另一方面將農(nóng)村地區(qū)生產(chǎn)生的沼氣送到城市或工業(yè)地區(qū)發(fā) 電使用，更有利于將熱能在更需要的地方得到利用。（五）產(chǎn)業(yè)政策優(yōu)惠 德國走的是沼氣能源工廠市場化、產(chǎn)業(yè)化之路。前期工程 建設(shè)國家沒有直接資金支持，銀行為企業(yè)或農(nóng)場主提供長 期低息貸款，而政府不提供任何建設(shè)補貼，前期建設(shè)資金 靠的是20年不變的低息貸款

8、。國家頒布了一系列豉勵和激 勵政策，如企業(yè)稅率 20年不變、低息貸款利息 20年不 變、產(chǎn)品定價20年不變、發(fā)展機制、配套法規(guī)、標(biāo)準體系 等。一系列利好政策確保了沼氣工程的穩(wěn)定受益，提高了 農(nóng)場、養(yǎng)殖場等建設(shè)沼氣工程的主動性、積極性，促進了 沼氣能源工廠市場化、產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展。德國沼氣工 程建設(shè)方很多都是能源企業(yè)，以銷售能源為目的，具形式 有沼氣發(fā)電上網(wǎng)或直接銷售經(jīng)沼氣提純后的天然氣。另 外，沼氣工程還可通過處理生活垃圾等廢棄物收取處理費 用，以獲得更好的企業(yè)利潤。德國從事沼氣行業(yè)的能源工 廠人員少、效率高，普遍采用操作規(guī)范、專業(yè)技術(shù)強、機 械化作業(yè)的運行管理模式，沼氣工程的持續(xù)運行有了保

9、障。參觀的4處沼氣工程常年的經(jīng)營管理均為 12人，包 括沼氣工廠的日常管理和能源作物的種植管理，降低了常 年運行費用。（六）配套設(shè)備標(biāo)準化，工程運行自動化德國沼氣產(chǎn)業(yè)經(jīng)過長期的實踐和發(fā)展，沼氣工程的進料設(shè) 備、攪拌設(shè)備、脫硫設(shè)備、沼氣存儲設(shè)備、熱電聯(lián)產(chǎn)成套 設(shè)備等，形成了標(biāo)準化、規(guī)?；a(chǎn)，性能處于世界沼氣 行業(yè)領(lǐng)先地位，沼氣發(fā)電機、固液分離機、專用泵、攪拌 機等一批核心配套產(chǎn)品形成了國際品牌，為沼氣工程的正常運行提供了技術(shù)保障。沼氣工程自動化程度較高，從原 料收集、分類、進料、高溫消毒、發(fā)醉、產(chǎn)氣、脫硫提 純、發(fā)電上網(wǎng)、由料、沼渣沼液貯存、運輸?shù)热^程均實 現(xiàn)機械化和自動化。（七）“三沼”利用突生德國沼氣工程均安裝燃燒火炬，沼氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)，未利 用的多余沼氣統(tǒng)統(tǒng)燃燒。目的是防止未經(jīng)凈化或未燃燒的 沼氣排空造成二次污染，避免產(chǎn)生爆炸、火災(zāi)隱患、溫室 氣體排放以及異味污染。德國沼氣工程都建有沼液、沼渣 儲存池，沼液、沼渣儲存池均加蓋。儲存池加蓋防止沼 液、沼渣中的氮素通過好氧分解而流失掉，