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關于德國典型沼氣發電技術及其借鑒
論文關鍵詞：沼氣發電工程 沼氣發電技術 德國 借鑒
論文摘要：以5處沼氣發電工程為例，介紹了德國典型的沼氣發電技術，其普遍采用“混合厭氧發酵、沼氣發電上網、余熱回收利用、沼渣沼液施肥、全程自動化控制”的技術模式，通過該模式的實施，最終實現發酵原料的全方位綜合利用；并通過電、熱以及沼渣沼液的外售給工程運行帶來收益，最終實現化運行。通過對此次考察相關情況的介紹與，以期為我國大中型沼氣工程的發展提供一些借鑒。
0引言
德國是目前世界上沼氣工程發展最為成功的國家之一，在該國《可再生能源法》等相關、法規的引導和刺激下，沼氣主要用于發電上網。截止至2008年，德國已建成沼氣工程3900處，總裝機容量達1400MW，其中裝機容量在2MW的沼氣廠有40家，最小裝機容量為50kWt”。為了學習借鑒德國先進的沼氣技術以及運行方式，在由可再生能源及能源效率伙伴關系計劃(REEEP)資助的“大中型沼氣工程市場化運營管理模式研究”項目支持下，北京能環公司等一行5人于2009年10月11～20日期間對德國相關沼氣發電工程進行了參觀考察。本文以5處沼氣發電工程為例，介紹了德國典型的沼氣發電技術，以期為我國大中型沼氣工程的發展和應用提供一些借鑒。
1德國典型沼氣發電工程
1．1 KleinSehweehlen沼氣發電工程
KleinSchwechten沼氣發電工程位于德國柏林郊區一農場，由農場主建設，于2006年建成并運行。該工程采用兩步濕發酵工藝，發酵原料為玉米青儲、谷物、干草、牛糞，實現熱電聯產．發電裝機容量為350kW。主要工藝流程如圖1所示。
固體原料經進料機器攪拌均勻后進入水解酸化池，液體原料由泵泵入水解酸化池，池中設有潛水攪拌器將原料攪拌均勻，并有加熱系統，使得池中料液溫度保持25℃，水力停留時間(HRT)為2～3d．同時添加化學脫硫劑進行原位脫硫；水解酸化后料液經切割泵進入體化CSTR反應器進行厭氧發酵。發酵周期為30d，池內料液TS為6％，池內設有加熱系統，使得料液溫度保持40，產生的沼氣經反應器頂部儲氣膜暫存后進入發電機組發電。其中發電量的6％～7％由農場自用．其余并入電網，多余的沼氣通過火炬燃燒；產生的沼渣、沼液流入儲存池，一定時期后外運作為肥料施用于附近農田。
1．2 Farm W iesenau沼氣發電工程
Farm Wiesenau沼氣發電工程位于德國柏林郊區一農場，由農場主投資建設，分為兩期工程，其中一期工程2006年建成，發電裝機容量為500kW．二期工程2007年建成，發電裝機容量為1MW。兩期工程均采用一步法濕發酵工藝，發酵原料包括玉米青儲、谷物、草、牛糞。主要工藝流程如圖2所示
固體原料經進料機器攪拌均勻后直接進入CSTR反應器，液體部分經儲液池被泵人CSTR反應器．同時向儲液池中添加化學脫硫劑進行原位脫硫；反應器中料液不斷被泵入外部熱交換器中進行熱交換，使得反應器中的料液溫度維持在40cI=；料液在CSTR反應器中厭氧發酵21d、發酵后料液進入一體化二次發酵反應器進行30～40d二次發酵，產生的沼氣與CSTR反應器中產生的沼氣在反應器頂部經生物脫硫后于儲氣膜中暫存，用于發電上網，產生的沼渣沼液進入沼渣沼液池儲存，一定時間后外運作為肥料施用于附近田地。
1．3 Friedersdorf沼氣發電工程
Friedersdorf沼氣發電工程位于德國柏林郊區一農場，于2005年實現正常運轉。該工程采用干發酵工藝，發酵原料為玉米青儲、苜蓿、牛糞等，實現了熱電聯產，發電總裝機容量500kW。主要工藝流程如圖3所示
玉米青儲與苜蓿堆放9d后與牛糞按比例混合．并調節TS至33％，之后用鏟車將混合后的原料運送至干發酵倉進行厭氧發酵，發酵周期為24d，共有8個干發酵倉，交替式發酵，每隔3d對其中1個干發酵倉進行進出料；發酵時產生的滲濾液由發酵倉底流入地下水罐，水罐中的加熱系統，使罐中液體保持43℃；水罐中的液體由干發酵倉頂部的噴頭噴人倉內。保持發酵原料適宜的濕度，同時也可以維持干發酵倉內40℃左右的溫度；發酵產生的沼氣進入膜儲氣柜中儲存，加壓后用于發電上網：發酵殘渣可堆肥，腐熟后的肥料施用于附近農田：發電產生的余熱除用于水罐中液體的加熱外．還用于農場附近學校等設施的取暖。
1．4 Schtillnitz沼氣發電工程
Sch5llnitz沼氣發電工程建成于2007年，是德國一家能源公司專利工藝的示范工程，該工藝將沼氣發酵中的水解酸化階段和產甲烷階段分離開。從而實現高原料產氣率及沼氣中高甲烷含量。采用的發酵原料為玉米青儲、草、牛糞，實現了熱電聯產，發電總裝機量250kW。工藝流程如圖4。
混合后的發酵原料(TS為12％～14％)由鏟車運送至發酵倉水解酸化，水解酸化過程中產生的氣體經氣體過濾器過濾，去除有害氣體后外排．發酵殘渣堆肥后用作農肥，水解液由發酵倉底部小洞流人水解緩沖罐，經外部熱交換器加熱后少部分水解液回流至發酵倉以保持原料濕度及倉內發酵溫度，其余泵人產甲烷反應器厭氧發酵產沼氣，生成的沼氣進入膜儲氣柜儲存．加壓后用于發電：最終產甲烷反應器出水作為肥料施用于農田。
1．5 Radeburg垃圾及廢水處理工程
Radeburg垃圾及廢水處理工程于1999年建成，已經成功運行10年．該工程用于處理Rade．burg市10萬居民的生活垃圾及生活污水，發電總裝機容量1MW，實現了廢物的減量化、資源化和能源化利用．其中生活垃圾采用厭氧濕發酵處理，生活污水采用好氧處理。該工程的生活垃圾處理單元主要工藝流程如圖5所示。
對Radeburg市經分類的生活垃圾依次粉碎、滅菌后進人預處理倉處理．預處理時產生的廢氣經過填料濾池過濾后排放：預處理后垃圾在CSTR反應器中進行混合發酵．產生的沼氣進入膜式儲氣柜儲存．一部分回流用于CSTR反應器中料液攪拌，其余沼氣用于發電上網；發酵后料液進入緩沖罐暫存，之后進行固液分離，得到的沼渣進一步堆肥處理后作為農用肥，沼液與生活污水一同經好氧處理后達標排放。
2德國沼氣發電技術特點
經過此次對德國沼氣發電工程的參觀考察，我們以下德國典型沼氣發電技術的特點。
(1)德國沼氣工程普遍采用“混合厭氧發酵、沼氣發電上網、余熱回收利用、沼渣沼液施肥、全程自動化控制”的技術模式，通過該模式的實施．實現發酵原料全方位綜合利用，并通過電、熱以及沼渣沼液外售給工程運行帶來收益。
(2)沼氣發酵原料多樣化，多以玉米青儲為主，同時生活垃圾的厭氧發酵處理也較普遍；沼氣發酵通常采用CSTR濕發酵工藝。選用各種攪拌方式(如攪拌、沼氣攪拌、料液回流攪拌等)對發酵料液進行攪拌，提高原料的產氣率。干發酵工藝的應用亦趨于成熟，節約工程占地．降低運行能耗；所參觀的每處沼氣工程均根據發酵原料的不同對發酵工藝加以靈活改進。沼渣沼液最終作為有機肥被完全消納利用；一方面能促進農作物優質生長；另一方面是避免沼渣沼液的二次污染。沼氣脫硫普遍采用生物脫硫方法，降低脫硫；有些工程將化學原位脫硫與生物脫硫相結合，更有效地去除沼氣中硫化氫成分．在實際運行中有些工程產生的沼氣中硫化氫含量低于50。
(3)沼氣工程配套設備與技術裝備先進，如進料設備、攪拌設備、脫硫設備、沼氣存儲設備、熱電聯產成套設備等優良性均處于世界沼氣行業的領先地位．并且沼氣工程自動化程度高．此次考察的所有沼氣工程無論規模大小全部只需一人即可穩定運行，節省資源，降低運行成本。
3借鑒之處
結合我國沼氣工程發展現狀．筆者提出幾點借鑒之處供同行參考。
(1)適當引進德國先進的沼氣技術，同時推崇國內技術創新，縮短新技術的工程應用時間．因地制宜，靈活運用各種發酵工藝，最終形成適合我國國情的高效沼氣技術。
(2)加強沼氣工程配套設備的研發，引進國外先進設備或將國內其他行業的先進設備引入到沼氣行業中。使得沼氣工程最優化運行，最終實現我國沼氣行業的規范化、先進化發展。
(3)建議國家加快對沼氣發電上網補貼價格的實施，制定具有可操作性的沼氣發電配額細則；加快沼氣其他形式的高品位利用，提高沼氣工程收益，如發展沼氣車用燃料、沼氣電池、沼氣制取二甲醚等：努力將沼氣工程項目發展成CDM項目，盡快完善沼氣工程化運行機制，降低工程運行成本。
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