德国沼气发电工程的技术特点

1.生产发酵原料 德国沼气发电工程的普遍采用发酵原料主要有三大类：一是畜禽粪便，主要是牛粪、猪粪等；二是能源植物，主要是青贮玉米，还包括青贮饲草、紫花苜蓿、向日葵、苏丹草等；三是有机废弃物，主要是食品与农产品加工废弃物、生活垃圾有机物等。根据2004年第一次修订的《可再生能源法》规定，德国政府要为可再生原料（NaWaRa：Nachwachsende Rohstoffe）生产提供奖励性财政补贴。这项政策的实施使产气效率更高的可再生原料占德国沼气发电工程发酵原料的比例迅速提升到了63%。青贮玉米和青贮草类是最常用的可再生能源作物：青贮玉米所占比例最大约48%、青贮草类约占4%。在畜禽粪便等有机废弃物利用方面，牛粪占的比例最大约为26%，其次是猪粪约占9%。图4-9给出了德国沼气发电工程发酵原料的比例。

图4-9　德国的沼气发电工程发酵原料来源比例

目前，在德国有超过94%的沼气发电工程使用青贮玉米作为发酵原料，使用畜禽粪便等有机废弃物为发酵原料的沼气发电工程约占总量的86%。大部分工程都是上述两类原料混合使用，只有少量的沼气发电工程（约14%）只采用能源作物作为发酵原料。

2.生产技术工艺 目前，在德国采用连续式湿发酵工艺的沼气工程仍占主导地位约占沼气发电工程总量的88%，而采用干发酵工艺的工程仅占12%。2004年第一次修订的《可再生能源法》开始对先进的干发酵技术工艺提供的鼓励性补贴。

图4-10　德国沼气发电工程的发酵温度

在沼气发酵罐体技术方面。德国约有90%沼气工程采用的是立式发酵罐体系统，有2%的工程采用卧式发酵罐体系统，有4%的工程采用立卧混合式发酵罐体系统。目前，德国采用一次发酵技术的沼气发电工程已经下降到30%左右，有62%的沼气工程采用二次发酵技术，有8%的沼气工程采用三次或多次发酵技术。而中等温度条件的发酵工艺（温度控制在37～43℃），在德国沼气发电工程中占据了主导地位。图4-10给出了德国各类沼气工程原料发酵温度情况。

在沼气发酵原料搅拌器方面。德国最普遍采用是快速潜水推进式搅拌，约占总量的47%。目前，随着青贮玉米等可再生能源作物原料的比例上升，低速搅拌器逐渐成为发展趋势，约占总量的25.3%。快慢混合式的搅拌器约占总量的6%。

在沼气发电机组方面。沼气发电通常采用气体发动机，德国有98%的沼气工程采用的是热电联产（BHKW）模式。其中发电装机容量大于500千瓦的沼气发电机组基本采用燃气发动机，约占总量的57%；200千瓦以下机组主要采用液体燃料机组，约占总量的34%；还有约9%的发电工程，采用的是气液双模式机组。

3.沼气产量与标准 沼气产量除了与发酵生产原料相关外，与其生产工艺（温度、水分、时间、装置等）也密切相关。图4-11给出了德国主要沼气发酵原料的吨产气量和甲烷含量。

图4-11　德国沼气发酵原料的吨产气量与甲烷含量

作为独立于政府的德国气体和水科学技术协会（DVGW）为德国原料沼气和甲烷气的工业化生产制定了行业技术质量标准。

4.工程规模与运营 德国沼气发电工程的沼气发酵罐平均容积约为3000立方米。根据发酵装置尺寸的不同，发酵罐容积从350～9200立方米，其中26%的罐体容积在2000～3000立方米，42%的罐体容积大于3000立方米，目前还在向大容积罐体方向发展。发酵罐的容量大小直接决定了发酵原料的生产规模，同样也影响着发酵技术工艺的选择。发酵罐容量也与沼气发电工程的装机容量密切相关。在德国有34%的沼气发电工程装机容量在250千瓦，有约12%的沼气发电工程的装机容量超过了500千瓦，同时还有约25%的沼气发电工程装机容量为500千瓦。图4-12给出了德国沼气发电工程装机容量的比例情况。

表4-2　德国原料沼气和生物甲烷气气质质量行业标准表

图4-12　德国沼气发电工程装机容量比例示意图（单位：千瓦）

目前，德国的沼气发电企业经营以单个社区农场为主，有约28%的沼气发电企业由两个或两个以上的社区农场联合经营。建设沼气发电工程农场规模从30～3400公顷。由于德国东北部地区的农场规模较大，也使得该地区的沼气企业规模较大。2004年《可再生能源法》经过第一次修订之后，规模化合作经营逐渐成为德国沼气发电企业新的发展趋势：在2004年当年，德国联合经营的沼气发电企业只占总量的约15%。