聚焦中德沼气产业发展现状

1、聚焦中德沼气产业开展现状【摘要】笔者通过对中、德二十余座典型沼气工程含沼气发电工程的实地考察和技术研究，对彼此的工程特点、技术程度和存在的差距有了比拟系统的认识。本文将搜集的两国农业沼气工程的相关资料技术、装备、运行管理以及产业开展等和科学认识加以总结，以期找出差距和努力的方向，为中国沼气工程今后的开展提供参考和借鉴。Abstrat：Develpent,tehnlgyandequipentfbigasengineeringtehnlgyandbigaspergeneratinfragriulturalrganiastetreatentinhinaandGeranyeredesribed.Asa

2、result,thetehnlgydifferenebeteentuntriesaspared.ByrefereningtheadvanedengineeringtehnlgyandindustrializatinideafrGerany,theartileputsfrardsesuggestinsniprvingintegratedbigasengineeringapaityinhina.Keyrds:agriulturalrganiaste；bigasengineering；bigaspergeneratin1工程特色与开展现状中国和德国是世界上处理农业废弃物沼气工程含沼气发电工程开展最快

3、的两个国家。就沼气工程建立质量和工业化程度而言，德国比拟突出。德国的可再生能源开展的鼓励政策和机制强有力地刺激了德国沼气及其发电工程产业的快速开展1，沼气工程数量从1996年的370座增加到了2022年的3800多座其中处理农业废弃物沼气工程约2700座，发电装机容量约970其中处理农业废弃物的沼气发电工程约650。特别是2022年新建的沼气工程数量几乎是2000年以前的3倍见图1。由于德国政府严格控制畜牧业与种植业的协调开展，区域性的土地资源根本能消纳所在地的沼气工程产生的沼渣、沼液。因此，处理农业废弃物的沼气及其发电工程的建立目的是以能源效益为主，工程形式比拟单一，即：沼气用于发电，沼气发

4、酵后的残留物沼液经储肥池贮存几十天后，直接由拖拉机罐车运输到田间进展喷灌。少数大型沼气工程的沼液也以还田为主，剩余的沼液实行固液别离，脱水后的沼渣制成有机固体肥料，清液按工艺要求局部循环回流入沼气池，局部经灭菌处理后用作畜舍的冲洗水或再经过深度处理后排放。受法律的标准和经济利益的驱动，德国处理农业有机废弃物的沼气工程所产生的沼气98%用于发电，并实行热电联供。因此，系统工程中的资源与能源转化效率都比拟高。中国处理农业有机废弃物的沼气工程很有特色。根据不同的养殖规模、环境容量、土地资源条件和污水排放标准等条件，处理农业有机废弃物的沼气工程按沼液的出路形成了各种适宜形式，其中最有代表性的形式有三种

5、：1综合利用型沼气工程，即沼气工程周边配套有较大面积的作物农田、鱼塘、植物塘等，可以就地消纳沼气发酵的残留物沼液，沼气工程成为生态农业园区的纽带，上承养殖业，下联种植业，促进了农业种、养一体化，降低了种植和养殖业的消费本钱，废弃物真正实现了零排放。由于不需要对沼液进展深度处理，系统工程比拟简单，投资和运行本钱均较低，是一种最为经济的工程形式。2自然处理型沼气工程，即养殖场周围环境不太敏感，沼气工程周边有一定量的农田和配套有较大面积的稳定塘。因此，该形式对沼液采用局部还田或分季节还田，多余的沼液进展低能耗或无动力的自然处理氧化沟、氧化塘、人工湿地等，到达控制污染物总量减排的目的。3环保达标型沼气

6、工程，即沼气工程周边环境无法直接消纳沼液，必须将沼液进展固液别离，别离出来的沼渣和人工干清粪制成商品固体有机肥料，别离后的清液经过好氧或物化等深度处理到达行业排放标准后直接排放。该形式是以处理畜舍冲洗污水达标为主要建立目的，工程投资和运行费用都较高。但由于采用了沼气技术，可回收一定量能源，同时又去除了污水中的大局部有机物D去除率90%左右，这比单纯使用好氧处理方法处理这类污水要经济得多产能、节能。中国处理农业有机废弃物的沼气工程由于相对规模小，又远离城镇，产生的沼气仅有少量用于发电和集中供气沼气发电用气量约占总产气量的2.53%，集中供气约占总产气量的1%左右，大量的沼气用于养殖场自身的消费、

7、生活燃料。截至2022年末中国农业部统计数据，中国处理农业废弃物的沼气工程数量已到达3556座2见图2，比德国同期建造的农业废弃物沼气工程高出800多座，但其工程规模及产生的效益却远不如德国。中国的农业沼气工程平均池容只有2833/处，池容在1003以下的小型沼气工程大约占66%；池容在10010003之间的中型沼气工程大约占25%；池容在10003以上的大型沼气工程仅占9%左右。而德国沼气工程的平均池容约10003/处。另外，就沼气产量和沼气发电量而言，中国农业沼气工程的沼气年总产量只有德国的17.6%，沼气发电工程的装机容量仅为6.7，是德国的1%左右，年沼气发电量只有德国的0.16%。2

8、工程技术与装备程度2.1发酵原料与典型工艺德国的农业沼气工程所处理的有机废弃物比拟广泛，如：畜禽粪便、青贮饲料、过期的残粮、厨余残渣、生活有机垃圾、动物屠宰的废弃物、农副产品加工的废弃物等，或由上述几种有机废物混合构成。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。发酵料液TS浓度为8%10%，采用完全混合式中温厌氧消化工艺STR居多；TS浓度10%20%，牛粪或有机垃圾采用塞流式中高温厌氧消化工艺HPF；TS浓度30%，采用中温半干式厌氧消化工艺；全秸秆采用中温干式厌氧消化工艺。由于施行热电联用依靠发电余热给厌氧消化装置增温、保温，即使在冬季环境气温低至

9、-20，处理农业有机废弃物的沼气工程仍然运行良好，中温装置产气率1.21.83/3.d，高温装置产气率2.03.03/3.d，经济效益显著。中国的农业沼气工程主要是处理畜禽粪便及其冲洗污水，也有极少局部是处理农作物秸秆与畜禽粪便的混合原料。由于中国近十年畜牧养殖开展很快，土地资源紧缺，种、养不匹配的问题日趋突出，畜禽粪便排放总量远远超过环境承载才能。中国政府希望通过沼气工程建立工程的施行，根本解决重点区域畜禽养殖场对周围环境的污染问题，改善工程施行区农业消费和人民生活的环境质量。因此，中国沼气工程要发挥多功能的作用消费能源、综合利用及环境保护等，这使得沼气工程的工艺技术比拟全面开展，几乎所有常

10、规的和高效的厌氧消化工艺在中国都有示范工程应用，如：完全混合式厌氧反响器(STR)、厌氧接触反响器(A)、厌氧序批式反响器(ASBR)、厌氧挡板反响器(ABR)、厌氧复合反响器(UBF)、上流式厌氧污泥床(UASB)、升流式固体床(USR)、内循环厌氧反响器(I)等。为了节约水资源，并减轻后续达标处理的负荷及难度，对规模畜禽养殖场提倡先采用人工干清粪，冲洗污水进入厌氧消化系统进展沼气发酵。这样，发酵原料浓度很低TS1%3%，厌氧消化过程根本没有升温常温发酵，装置产气率也低，仅为0.10.53/3.d，工程运行效果受环境温度影响很大，因此上述诸多工艺的效率在工程应用上没有显著差异。尽管有少数的畜

11、禽场沼气工程采用TS4%6%的中温或近中温厌氧消化，但由于未有施行热电联用，所产生的沼气在冬季大局部用于发酵原料的增温和装置的保温，甚至有的工程出现能量入不敷出。因此，沼气工程常年运行稳定性差，经济效益低。近些年，中国开场认真研究德国、丹麦等兴旺国家的沼气工程高效技术与装备。通过关键技术与设备的引进创新，开场在中国尝试高浓度、高效率的热电肥联产的沼气发电工程，如正在建立中的蒙牛澳亚示范牧场大型沼气发电综合利用工程设计日处理10000头奶牛粪便，日沼气发电量到达18000kh以上，以及北京德清源农业科技股份处理鸡粪的沼气发电工程设计日处理260万羽蛋鸡粪便，日沼气发电量为38000kh。转贴于论

12、文联盟.ll.2.2工程装备德国、丹麦、荷兰等兴旺国家的沼气工程装备已到达了设计标准化、产品系列化、消费工业化，质量得到有效控制。工程装备的组装技术也到达模块化、标准化。德国的大型厌氧消化装置容积为200050003为圆柱型立式罐，多为钢构造Lipp罐居多，见图3；中小型厌氧消化装置容积在20015003多为圆柱型立式罐、钢构造或钢筋混凝土构造。二级厌氧消化装置立式罐顶部常常装有双膜储气罩，构成了发酵、储气一体化装置，既节省了单独设立储气装置的费用(比分体式降低15%左右)和占地面积，又解决了在寒冷地区冬季储气装置水封防冻的问题图4、图5。配套设备，如带切割装置的高固形物的进料泵、低速混合搅拌

13、器、增温保温设施、生物脱硫装置等已形成专用、系列化产品，制造工业程度较高，产品性能稳定，很有实用价值和市场竞争力。德国的低速机械搅拌器3图6、图7、图8的选型是根据发酵原料的性质、厌氧消化工艺类型、消化装置的形态和容积以及混合料液的粘度等诸多参数确定。德国的节能型增温、保温设施图9、图103。另外，德国的沼气工程的机电设备操作根本实行自动控制，工程运行管理也施行远程在线监测，工程运行管理人员很少是中国同等规模工程的1/4，工程运行效果可控性强，能保证全年稳定运行。在中国，处理农业有机废弃物的大中型沼气工程的厌氧消化装置也是立式罐居多钢构造或钢筋混泥土构造均有，少局部采用地埋折流式装置钢筋混凝土

14、构造或砖混构造。由于中国沼气工程工艺种类较多，目前还没有到达标准化设计与制造。近些年已有局部企业如杭州能源环保公司、山东十方圆通环保等引进德国的加工技术和设备，率先在中国工业化制造厌氧消化装置和污水处理装置Lipp罐、搪瓷拼装罐，所占的比例只占已建工程的百分之几。“十五以前，中国比拟重视厌氧消化工艺本身的研究开发，对其配套设备研发投入很少，如：高浓度的进料泵、混合搅拌器等没有根据发酵原料性质和厌氧消化工艺类型进展针对性设计与制造，多数是沿用其它行业的设备如城市污水处理、化工、制药等行业，因此应用中有一定的缺陷，性能不稳定，效率偏低。有些关键部件质量未过关，造成维修率高、使用寿命短；设备操作和工

15、程运行管理以手动为主。因此，中国沼气工程的专用设备与工装程度和兴旺国家有比拟大的差距，特别是已建的三千多个处理农业有机废弃物的沼气工程，能维持全年稳定运行的不多特别是冬季，设备故障率和维修率也比拟高。2.3热电联用在德国，处理农业有机废弃物的沼气工程有98%施行热电联用。热电联用的好处在于：1沼气发电工程系统能量转换率最高。沼气发电热效率33%37%，发电余热回收率40%45%，总热效率到达80%左右。2系统能量循环利用与互补。厌氧消化工序既是产能也是用能的单元。为了实现高效率产沼气，必须给厌氧微生物营造一个合适它快速生长繁殖的环境温度是重要因素之一。实验室研究和工程应用结果说明，厌氧消化温度

16、每升高10，厌氧消化反响速率约增加1倍。但实际应用中，在进展厌氧消化温度段选择时，不仅要考虑产气量的多少，还应考虑为保持适宜温度所消耗热能的多少。因此在欧洲，处理农业有机废弃物的沼气工程多以中温消化工艺为主3845，当发酵料液浓度TS在8%左右时，冬季发电系统余热回收量的100%用于厌氧消化系统的增温、保温；TS在10%左右时，发电系统余热回收量的60%80%用于厌氧消化系统的增温、保温；TS在12%左右时，发电系统余热回收量的50%60%用于厌氧消化系统的增温、保温；剩下的余热输入当地的采暖系统3。3节能。降低了运行本钱，进步了工程运行稳定性和总体效益。在中国已建的三千多座农业沼气工程中，具

17、有一定规模的沼气发电工程屈指可数，发电总装机容量约6.7，且都是企业内部用电，无一例上网2022年以前建造的工程。在相当一局部沼气发电工程中特别是农业沼气工程，与其产气量相适应的发电规模远大于企业内部用电总负载，也有内部用电负载短时间大于或等于装机容量，发电机组也只是间隙性地满负荷运转。对于具有一定规模的沼气发电工程而言，假设所发的电不能与地方电网连接、调节，不但其经济性大打折扣，同时也会带来运行负荷匹配和发电余热供给不稳定等诸多问题间接影响厌氧消化工序的运行效果。2022年以前，中国建造的农业废弃物沼气发电工程中未见有沼气发电余热利用好的工程范例报道。2022年，相继开工的日沼气发电量180

18、00kh的蒙牛澳亚示范牧场牛粪处理沼气发电工程和日沼气发电量38000kh的北京德清源农业科技股份鸡粪处理沼气发电工程有望打破这一瓶颈。3启示与建议综上所述，开展沼气及其电力不单纯是建立多少个沼气工程工程的问题，而是一个综合性根底产业建立的问题4，这就需要从法律、政策、融资、市尝技术和装备等全方位进展研究与运作。笔者建议从三个方面着手：一是需要进一步完善各项鼓励政策，使得这类工程能从多方面获利，进步它的经济生存才能。目前，沼气工程或沼气发电工程的终极产物沼气或电力、热能、有机肥料还没有形成实际产品进入市场，不能完全表达出它的经济价值，投资者无法靠这些终极产品获得应有的收益。2022年出台的可再

19、生能源发电上网的电价补贴政策，对大型沼气发电上网工程有一定的调节作用，但对中、小规模的沼气工程或沼气发电不能上网的工程是没有实际作用的主要是中、小规模工程的沼气或其电力产品目前无法进入市政燃气供气系统和地方公共电网。另外，沼气工程或沼气发电工程对环保的奉献特别是对水体的保护和温室气体的减排只有公益社会效益，没有获得相应的经济效益。因此需要政府扶持特别是对中、小规模养殖场的沼气工程，主要包括允许具有一定规模的中型沼气发电工程与局网连接、利用贷款贴息、财政直接补助和产品沼气及其电力、沼渣、沼液的市场流通机制的建立等。为了减轻国家财政的负担，可以借鉴欧洲一些国家的做法，从消耗的矿物能源中适当加价和提取的排污费用中予以解决。二是结合攻关，解决消费实际需求的一些关键技术问题。通过对中、德处理农业有机废弃物沼气工程的综合比拟，笔者发现，中国沼气工程的工艺技术研究比拟全面深化，但一些关键装备技术如高固体料液高效传质技术及设备、沼气生物净化与提纯技术、沼气发电及其余热利用的高效转化设备、远程在线监测与自动调控技术等还有缺陷，不能从各个环节保证