德国沼气工程发展现状分析与借鉴研究报告农林牧渔研究报告农林牧渔.pdf

一、德国沼气工程建设现状德国位于欧洲中部，国土面积 为万 km2,人口总数 8211万人。德国的地形复杂多样，从 连绵起伏的山峦、高原台地、丘陵、山地、湖泊直至辽阔 宽广的平原，整个地势南高北低分为北部平原、中部丘陵 以及阿尔卑斯高地 3 个部分。德国处于大西洋和东部大陆 性气候之间的凉爽的西风带，温差不太大，主要是海洋性 气候，夏季无酷暑，冬季无寒冬，平稳温和是德国气候的 总体特征，冬季平均温度在C（低地）和一 6C（山区）之 间。7 月份平原地区平均温度为 18C，在南方山谷地区为 20C左右，这种气候条件非常适宜发展沼气。德国沼气工程从 20 世纪 90年代初开始建设至 2011 年，经历了不同发展阶段。其主要原因来源于德国政府对 可再生能源的政策导向，特别是对沼气发电上网和能源作 物的开发利用使其市场经济效益发生明显变化，加上其先 进的技术和设备生产，在全世界位居首位。近年来，特别 是在 2000 年德国可再生能源法开始实施以后，沼气工程得 到了快速发展。在 2000 年之前的 10 年间德国沼气工程的 数量增加了 1050 座，而从 2000 年到 2010 年的 10 年间就 增加了 4750 座，到 2011 年已累计建成沼气工程 7200 座，遍布整个德国，分别应用于私人农庄、畜禽养殖场、垃圾 处理，总装机容量为 2700MV，最大规模沼气电站装机容量 高达 55MW 而最小沼气发电工程装机容量仅为 7kW 沼气发 电每年在 200 亿度以上，超过我国三峡工程的年发电量，占德国年平均用电量的%。目前，可再生能源已占德国整个能源消耗的%，而且发 展势头良好，潜力巨大。用于沼气生产为目的的能源作物 种植面积已达 80万 hm2 占德国耕地面积的。德国计划到 2020 年建成 12000 个沼气能源工程，发电装机总量达 4800MV，使沼气发电占全国发电总量的%要用全国 1700 万 hm2农业用地中的 420万 hm2（约占农业用地的 25%在 不影响国家粮食供应安全的情况下），用于能源作物生 产，确保沼气原料的供应，到 2030 年在天然气管网中至少 含 10%的沼气。到 2050 年，农民收入的 1/4 来自于沼气工 程。二、德国沼气工程建设技术特点（一）建池材料质地好 德国沼气工程中的主体结构材料采用钢罐、搪瓷拼装罐、钢筋混凝土制作池体，扁平型的发酵罐多采用混凝土，瘦 高型的多采用钢罐或搪瓷拼装罐。柔性材料作反应器池顶 的集气材料，这样可确保池体使用寿命长，克服混凝土慢 渗气的缺点，工程建造成本和日常维护成本也大大降低。依靠罐体保温和热交换，地上部分的池体保温层基础为 5cm厚的聚氨酯或岩棉。发酵罐罐体内部侧面或顶部中央安 装搅拌器，顶部一般为双层沼气贮气膜结构。（二）发酵原料多元化 沼气发酵原料多样化，可利用的发酵原料有能源作物（主 要是种植玉米、甜菜、青草等直接作沼气发酵原料使 用）、畜禽粪便、原台地丘陵山地湖泊直至辽阔宽广的平原整个地势南高北低分为北部平原中部丘陵以及阿尔卑斯高地个部分德国处于大西洋和东部大陆性气候之间的凉爽的西风带温差不太大主要是海洋性气候夏季无酷暑冬季无寒冬平稳温和是德国非常适宜发展沼气德国沼气工程从世年代初开始建设至年经历了不同发展阶段其主要原因来源于德国政府对可再生能源的政策导向特别是对沼气发电上网和能源作物的开发利用使其市场经济效益发生明显变化加上其先进的技术和设年间德国沼气工程的数量增加了座而从年到年的年间就增加了座到年已累计建成沼气工程座遍布整个德国分别应用于私人农庄畜禽养殖场垃圾处理总装机容量为最大展势头良好潜力巨大用于沼气生产为目的的能源作物种植面积已达城市家庭垃圾、城市污水污泥、工业及 食品加工废渣和废液等，沼气工程普遍采用混合原料进行 发酵。玉米青贮作沼气发酵原料是德国沼气产业迅猛发展 的主要因素。目前，德国年产青贮约 4800万 t，其中主要 为青贮玉米。从原料产气率角度来看，一些能源作物如玉 米、甜菜等干物质的产气率可高达 6001000m3/t，远远高 于畜禽粪便的产气率，而畜禽粪便与这些原料掺在一起进 行混合发酵，可以弥补这些原料氮源不足的问题，从而更 有利于沼气的生产。（三）发酵工艺先进 沼气工程的厌氧消化工艺是根据处理规模、发酵原料的性 质和浓度以及发酵温度等因素选择的。所建沼气工程普遍 采用多级高浓度 CSTR 湿式中温发酵工艺，就是说一般都设 有二级或三级以上反应器，一级比一级原料浓度低，发酵 温度在 38-42C范围内。德国制定了热电联产激励政策，鼓励企业利用发电余热给沼气工程厌氧消化装置增温、保原台地丘陵山地湖泊直至辽阔宽广的平原整个地势南高北低分为北部平原中部丘陵以及阿尔卑斯高地个部分德国处于大西洋和东部大陆性气候之间的凉爽的西风带温差不太大主要是海洋性气候夏季无酷暑冬季无寒冬平稳温和是德国非常适宜发展沼气德国沼气工程从世年代初开始建设至年经历了不同发展阶段其主要原因来源于德国政府对可再生能源的政策导向特别是对沼气发电上网和能源作物的开发利用使其市场经济效益发生明显变化加上其先进的技术和设年间德国沼气工程的数量增加了座而从年到年的年间就增加了座到年已累计建成沼气工程座遍布整个德国分别应用于私人农庄畜禽养殖场垃圾处理总装机容量为最大展势头良好潜力巨大用于沼气生产为目的的能源作物种植面积已达温，即使在冬季环境气温低至-200C,沼气工程依然运行良 好。中温装置产气率可达 m3/,高温装置产气率可达一（m3-d），最高的可达 56 m3/，经济效益显著。（四）沼气高值利用 目前，德国的沼气工程所产生的沼气主要利用方式为发电 并网，同时多数将发电过程中产生的废热用于供热，即热 电联产工艺。大型沼气工程主要利用内燃机带动发电机进 行发电，所采用的内燃机以双燃料内燃机为主。工程平均 发电效率为 40%42%平均热能转换率为 45%其中约 10%的沼气发电量和 45%的余热用于工程自身运行，55%勺发电 余热用于公共建筑或农舍供暖、农作物干燥、沼渣烘干、农产品冷藏库制冷等。除了发电，沼气提纯在德国也日益 受到重视，和瑞典不同的是，德国的沼气经过提纯后直接 进入天然气管网。这样做的好处是，一方面全德国范围的 天然气管网就好像一个大的储气装置，可以将生产出的生 物质能储存起来，待风电和太阳能不足时作为补充能源；另一方面将农村地区生产出的沼气送到城市或工业地区发 电使用，更有利于将热能在更需要的地方得到利用。（五）产业政策优惠 德国走的是沼气能源工厂市场化、产业化之路。前期工程 建设国家没有直接资金支持，银行为企业或农场主提供长 期低息贷款，而政府不提供任何建设补贴，前期建设资金 靠的是 20年不变的低息贷款。国家颁布了一系列鼓励和激 励政策，如企业税原台地丘陵山地湖泊直至辽阔宽广的平原整个地势南高北低分为北部平原中部丘陵以及阿尔卑斯高地个部分德国处于大西洋和东部大陆性气候之间的凉爽的西风带温差不太大主要是海洋性气候夏季无酷暑冬季无寒冬平稳温和是德国非常适宜发展沼气德国沼气工程从世年代初开始建设至年经历了不同发展阶段其主要原因来源于德国政府对可再生能源的政策导向特别是对沼气发电上网和能源作物的开发利用使其市场经济效益发生明显变化加上其先进的技术和设年间德国沼气工程的数量增加了座而从年到年的年间就增加了座到年已累计建成沼气工程座遍布整个德国分别应用于私人农庄畜禽养殖场垃圾处理总装机容量为最大展势头良好潜力巨大用于沼气生产为目的的能源作物种植面积已达率 20年不变、低息贷款利息 20年不 变、产品定价 20年不变、发展机制、配套法规、标准体系 等。一系列利好政策确保了沼气工程的稳定受益，提高了 农场、养殖场等建设沼气工程的主动性、积极性，促进了 沼气能源工厂市场化、产业化、规模化发展。德国沼气工 程建设方很多都是能源企业，以销售能源为目的，其形式 有沼气发电上网或直接销售经沼气提纯后的天然气。另 外，沼气工程还可通过处理生活垃圾等废弃物收取处理费 用，以获得更好的企业利润。德国从事沼气行业的能源工 厂人员少、效率高，普遍采用操作规范、专业技术强、机 械化作业的运行管理模式，沼气工程的持续运行有了保 障。参观的 4 处沼气工程常年的经营管理均为 12人，包 括沼气工厂的日常管理和能源作物的种植管理，降低了常 年运行费用。（六）配套设备标准化，工程运行自动化 德国沼气产业经过长期的实践和发展，沼气工程的进料设 备、搅拌设备、脱硫设备、沼气存储设备、热电联产成套 设备等，形成了标准化、规模化生产，性能处于世界沼气 行业领先地位，沼气发电机、固液分离机、专用泵、搅拌 机等一批核心配套产品形成了国际品牌，为沼气工程的正 常运行提供了技术保障。沼气工程自动化程度较高，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。原台地丘陵山地湖泊直至辽阔宽广的平原整个地势南高北低分为北部平原中部丘陵以及阿尔卑斯高地个部分德国处于大西洋和东部大陆性气候之间的凉爽的西风带温差不太大主要是海洋性气候夏季无酷暑冬季无寒冬平稳温和是德国非常适宜发展沼气德国沼气工程从世年代初开始建设至年经历了不同发展阶段其主要原因来源于德国政府对可再生能源的政策导向特别是对沼气发电上网和能源作物的开发利用使其市场经济效益发生明显变化加上其先进的技术和设年间德国沼气工程的数量增加了座而从年到年的年间就增加了座到年已累计建成沼气工程座遍布整个德国分别应用于私人农庄畜禽养殖场垃圾处理总装机容量为最大展势头良好潜力巨大用于沼气生产为目的的能源作物种植面积已达（七）“三沼”利用突出 德国沼气工程均安装燃烧火炬，沼气用于热电联产，未利 用的多余沼气统统燃烧。目的是防止未经净化或未燃烧的 沼气排空造成二次污染，避免产生爆炸、火灾隐患、温室 气体排放以及异味污染。德国沼气工程都建有沼液、沼渣 储存池，沼液、沼渣储存池均加盖。储存池加盖防止沼 液、沼渣中的氮素通过好氧分解而流失掉，阻止由于长期 堆放产生的异味逸出，还能改善卫生环境。储存池的沼 液、沼渣经过 3-6个月的存放后作为农作物肥料利用。根 据发酵原料的种类不同，沼液、沼渣还要进行消毒杀菌，沼液、沼渣中含有的各种重金属含量也不能超出法律规定 的界限。在沼肥的使用上，德国也有一系列的标准和政 策，为沼肥的使用提供了保障。原台地丘陵山地湖泊直至辽阔宽广的平原整个地势南高北低分为北部平原中部丘陵以及阿尔卑斯高地个部分德国处于大西洋和东部大陆性气候之间的凉爽的西风带温差不太大主要是海洋性气候夏季无酷暑冬季无寒冬平稳温和是德国非常适宜发展沼气德国沼气工程从世年代初开始建设至年经历了不同发展阶段其主要原因来源于德国政府对可再生能源的政策导向特别是对沼气发电上网和能源作物的开发利用使其市场经济效益发生明显变化加上其先进的技术和设年间德国沼气工程的数量增加了座而从年到年的年间就增加了座到年已累计建成沼气工程座遍布整个德国分别应用于私人农庄畜禽养殖场垃圾处理总装机容量为最大展势头良好潜力巨大用于沼气生产为目的的能源作物种植面积已达