沼氣發電

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http://www.biogas-cn.com/system/ ... &tj=0&hot=0

可以參考看看...
畜產試驗所也有一些推廣資訊
http://www.tlri.gov.tw/Info/News_Detail.asp?RID=365

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李仔

沼氣發電產業化可行性分析
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沼氣發電　　　作者：顏麗　

　 　沼氣工程技術治理環境污染、獲取綠色能源更為經濟、實用的手段，從我國沼氣產量潛力、發電技術水準、市場需求和政策導向的發展趨勢來看，沼氣發電的產業將有突破性進展。
——編者
　 我國正面臨著巨大的能源與環境壓力。礦物能源的資源卻在日益耗盡， 2003 年資料：石油可采儲量僅為 25 億噸，煤炭可采儲量約 2040 億噸。按目前開採技術水準的消耗量，我國每年石油進口量至少達到 9100 萬噸；同時，礦物能源的無節制使用，引起了日益嚴重的環境污染問題，導致全球氣溫變暖、損害臭氧層、破壞生態圈碳平衡、釋放有害物質、引起酸雨等自然災害。
　 開發並生產各種可再生能源，替代煤炭、石油和天然氣等化石燃料是世界今後解決能源緊缺的一種有效途徑，尤其是發達國家都在致力開發高效、無污染的生物質能利用技術，保護本國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續發展提供保障。
　 沼氣歸類於綠色能源。國家出於環境保護及開發可再生能源的目的，對於污染治理和綠色電力能源技術的研究和整合十分重視。處於這兩者之中的沼氣發電技術在經過了 20 餘年的完善後，在我國社會、經濟蓬勃發展的大環境下，其發展走向已引起人們的關注。
1 發展沼氣發電是促進沼氣工程推廣應用的重要手段
　 沼氣工程技術是治理有機廢棄物污染、轉化有機廢棄物為燃氣等可利用物質的十分有效的技術，在強調可持續發展的大背景下，大力推廣沼氣工程顯得尤為重要。一項工程技術要得到推廣應用，其技術的先進性和適用性，以及工程的投入產出關係必須得到市場的認可，因此提高沼氣工程技術水準，提高沼氣工程經濟效益就成為沼氣工程能否得到大量推廣應用的關鍵。
　 沼氣是一種具有較高熱值的可燃氣體，把它作為動力機的燃料，帶動發電機運轉，將得到高品位的電能。沼氣發電技術在沼氣工程中的引入，不但提升了沼氣工程整體技術水準，而且可以通過出售電能帶來較高的資金回報。根據國內幾個具有一定規模的沼氣發電站的運行情況來看，無論沼電外售或內部消化，均能獲得較好的經濟效益。
　 下面列舉“十五”科技攻關課題《大型高效厭氧沼氣發電技術及示範電站》的研究成果。該課題是以汙水處理達標和大功率沼氣發電機組為課題攻關的突破口，利用汙水處理產生的沼氣建造沼氣發電示範工程。
　 江蘇太倉新太酒精有限公司是由新加坡光裕有限公司投資的外商獨資企業，以木薯為原料生產食用酒精，年產酒精 5 ∼ 6 萬噸，日排放酒糟廢醪量 1500 ∼ 2000 噸，廢液中 CODcr5.0 ∼ 6.0 萬 mg/l ，平均 5.75 萬 mg/l ； BOD2.5 ∼ 3.0 萬 /l ， SS3.0 ∼ 2.0 萬 mg/l 左右， pH3 ∼ 4 ，屬於高濃度、高懸浮的酸性有機廢水。
　 該公司 1998 年投入了 2000 萬元左右建造了汙水處理工程（主設單位：原北京輕工環科院），占地面積 1600 平方米。 2002 年∼ 2003 年公司根據《大型高級厭氧沼氣發電技術及示範電站》課題為實現兆瓦級沼氣發電而實施了技術改造又投資 880 萬元，使其更趨完善。技改後的汙水處理系統不但保證終端出水達標排放，而且廢棄物得到資源化利用（汙水處理生產沼氣、沼氣用於發電和鍋爐燃料，廢渣用做肥料或與煤混合後在鍋爐裏燃燒），真正做到把廢棄物處理與資源化利用相結合。
　 示範工程包括汙水處理和發電兩部分，總投資 2880 萬元，年生產沼氣 1200 萬立方米，其中發電用氣 500 萬立方米，其餘沼氣用於汽鍋爐燃料。收益包括銷售沼氣、發電以及沼渣代替煤。示範工程的經濟評估是按設備 1150 萬元（使用年限按 10 年計），土建 1730 萬元（使用年限按 20 年計），利率為 5% ，貼現率 5% ；運營成本由汙水處理部分的運營成本和沼氣發電部分的運營成本構成。汙水處理部分，年運行成本約 252 萬元，年純收入為 166 萬元（沼氣收入、沼渣代替煤的年收入）。汙水處理部分的現金流量的淨現值從第 12 年起才變為正值，也就是說從第 12 年開始贏利，初始投資回收期為 12 年。單純考慮汙水處理，它的贏利能力不是很強，但對保護環境的貢獻是：年減排 BOD5 1.50 萬噸左右，節約原煤 4950 噸，所產沼氣代替原煤第年減少 CO 2 排放量約 3352.6 噸（碳）發電。沼氣發電部分，按照沼電售價 0.56 元 /kWh （國家計畫內，峰電為 0.68 元 /kWh ，穀電為 0.29 元 /kWh ）、發電氣耗率 0.7/m 3 /kWh 、發電機組全年累計工作日數 330 天，沼氣收購價 0.25 元 / m 3 （按原煤價計），沼電運行成本 0.18 元 /kWh （含人員年工資、設備的折舊費和維護費、貸款利息等），年運行成本約 203 萬元，年純收入可達 201 萬元。沼氣發電部分的現金流量的淨現值從第 2 年起變為正值，也就是說從第 2 年開始贏利，內部投資益收率 IBR=62.72% ，初始投資回收期為 2 年。可見單獨的沼氣發電工程的贏利能力非常強。若將汙水處理和發電兩部分合起來進行經濟評估，整體工程的現金流量的淨現值從第 6 年起變為正值，說明該示範工程總投資回收期約 6 年。
　 由此可見，通過沼氣發電，使沼氣工程的運行過程，不但是污染物無害化的過程，廢物資源顯露化的過程，而且是資源的高水準利用並產生資金回報的過程。因此沼氣發電技術的應用必將促進沼氣工程的進一步推廣，使沼氣工程在我國社會經濟發展過程中發揮更大的環保、能源效益。
2 國內外沼氣和沼氣發電技術的發展現狀
　 沼氣技術即厭氧消化技術，主要用於處理畜禽糞便和高濃度工業有機廢水。我國經過幾十年的研發應用，在全國興建了大中型沼氣工程 2000 多座；戶用農村沼氣池 1060 萬戶，其數量位居世界第一。不論是厭氧消化工藝技術，還是建造、運行管理等都積累了豐富的實踐經驗，整體技術水準已進入國際先進行列。
　 沼氣發電 在發達國家已受到廣泛重視和積極推廣，如美國的能源農場、德國的可再生能源促進法的頒佈、日本的陽光工程、荷蘭的綠色能源等。生物質能發電並網在西歐（德國、丹麥、奧地利、芬蘭、法國、瑞典等）一些國家的能源總量的比例為 10% 左右，預計本世紀末將增加到 25% 。
　 我國沼氣發電研發有 20 多年的歷史，特別是“九五”、“十五”期間有一批科研單位、院校和企業先後從事了沼氣發電技術的研究及沼氣發電設備的開發。在這一領域中，形成了科研、技術骨幹隊伍，建立了相應的科研、生產基地，積累了較多的成功和失敗的經驗，為沼氣發電技術的應用研究及沼氣發電設備品質再上一個臺階奠定了基礎，如杭州天子嶺引進美國 2 台 970kW 的純燃沼氣發電機組；杭州四堡汙水處理廠引進德國 4 台 400kW 的純燃沼氣發電機組；江蘇太倉酒精廠使用 1 台國產 600kW 的純燃沼氣發電機組， 2 台 750kW 蒸汽發電機組；天津掛月酒精廠使用 8 台國產 180kW 的純燃沼氣發電機組等。
　 沼氣發電設備方面，德國、丹麥、奧地利、美國的純燃沼氣發電機組比較先進，氣耗率≤ 0.5 m 3 /kWh （沼氣熱值≥ 25MJ /m 3 ），價格在 300 ∼ 500$/ kWh 。我國在“九五”、“十五”期間研製出 20 ∼ 600kW 純燃沼氣發電機組系列產品，氣耗率 0.6 ∼ 0.8 m 3 /kWh （沼氣熱值≥ 21MJ /m 3 ），價格在 200 ∼ 300$/ kWh ，其性價比有較大的優勢，適合我國經濟發展狀況。
3 動力源的潛力與可持續戰略的需求
（ 1 ）沼氣生產原料的多樣性和可靠性
　 工廠化沼氣的生產原料主要來自四個方面：規模畜食養殖場糞汙厭氧處理、釀酒制糖業等工業有機廢水厭氧處理、城市污水廠的污泥厭氧處理和城市垃圾填埋。
●我國的畜禽產量幾乎翻了一番，養殖業的發展呈現兩大趨勢，一是在農業總產值中占的比重增大，二是向規模化養殖發展。現已有 7000 多家大中型畜禽養殖場，其糞汙的處理率不足 10% 。隨著入世與國際畜禽養殖業的接軌，畜禽業規模業養殖的覆蓋面會越來越大，將會建成大量的規模化畜禽糞汙處理沼氣工程；
●我國每年排放酒精高農度有機廢水約 1200 萬噸，味精工業有機廢水約 400 萬噸，澱粉廢水約 1600 萬噸，制漿造紙業廢水約 40 萬噸，這些工業廢水的處理達成率還不及 10% ，利用工業有機廢水產沼氣的潛力巨大；
●據 2001 年資料，全國已建 400 餘座城市汙水處理廠，但處理率不足于應處理的生活污水量的 20% 。按國家“十五”規劃， 2005 年時城市生活汙水處理率應達 60% ，可見城市生活汙水處理廠的數量將有較大加速度的增大，隨之而來的是，汙水處理廠的污泥厭氧消化工程數量也將增大；
● 2002 年我國的城市垃圾量達到 1.5 億噸，垃圾填埋場中蘊藏的沼氣資源已被人們認識，目前已有少量垃圾場的沼氣被收集起來用於發電，如果所有的垃圾場沼氣能被收集起來，將有大量的沼氣可用於發電。
　 隨著國民經濟的發展，未來 10 年的沼氣生產潛力遠大于目前水準，在國家環保政策的引導下這些潛力將會被逐漸釋放出來，作為發電動力燃料的沼氣會越來越多，從動力源的角度給沼氣發電提供了發展空間。
（ 2 ）沼氣發電更適用於大中型沼氣工程
　 一般來說，萬噸酒精廠、規模化畜禽養殖場、城市生活汙水處理廠和城市生活垃圾填埋場既是當地的支柱產業和必要的公益型企業，也是造成污染的大戶。對於高濃度有機廢水（物）的治理，目前國際上公認首選的技術是厭氧消化（沼氣技術）。一個年產 5 萬噸酒精的生產廠其處理酒精廢液的沼氣工程，日產沼氣 4~5 萬 m 3 ；一座中、小城市的汙水處理廠或垃圾填埋場，日產沼氣（或垃圾填埋氣）近萬 m 3 ；一個飼養規模 1 萬頭豬場和 1000 頭的奶牛場糞汙處理沼氣工程，日產沼氣 1000 m 3 以上。由於這些企業多數遠離城鎮，沼氣無法作為城鎮居民的生活燃料集中供氣（主要是距離遠和輸氣管網的建設費用太高）。若沼氣作為鍋爐燃料替代原煤直接燃燒，其經濟價值很低（ 1 m 3 沼氣的熱值與 1kg 煤的熱值相當）。另外，工廠、汙水處理廠或規模化畜禽養殖場又是用電大戶，近幾年由於國內電力日趨緊張，特別是經濟發達地區的企業，經常受到國家電網用電量的限制（每星期停電 1~2 天）或計畫外用電需高價購買。因此，許多企業已開始意識到沼氣發電既提高了沼氣自身的經濟價值，又為企業緩解了電力緊缺的矛盾。
（ 3 ）治理污染，開闢可再生能源，是實施可持續發展戰略的要求
　 上述幾種典型的高濃度有機廢水（物）是國內主要污染源，是以犧牲環境為代價的，必須從源頭截治。同時也需意識到，它又是可開發利用的寶貴能源。通過科學的處理和加工，便可轉化為不可缺少的生產和生活資料。採用以厭氧消化（沼氣技術）為核心的綜合治理與利用工程技術，既經濟（節能、產能），又有效（僅厭氧消化工序有機物的去除率可達到 75% 以上），其厭氧消化的副產物
——沼液、沼渣又是優質有機肥料，為生態農業的種植業所需要。
　 我國已由石油出口國轉變為石油進口國， 2000 年，淨進口量已達到 7000 萬噸。生物質可以通過各種工藝轉化為液、氣體燃料，直接替代汽油、柴油、天然氣等化石燃料。另外， 1999 年我國電力總產量約為 12600 億 kWh ，人均可用電不到 100kWh/ 人•年，其中人均生活用電不到 110kWh/ 人•年，只是韓國的 1/5 左右。尤其是農村電力供應缺口更大。要實現 2020 年國民經濟翻兩番的目標，保障可靠的電力供應是必備條件。因地制宜地利用當地生物質能資源生產沼氣併發電，建立分散、獨立的離網或並網電站擁有廣闊的市場前景，也是保護我國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續發展提供保障。
4 沼氣發電產業將成為朝陽產業
　 沼氣發電是一個系統工程，它包括沼氣生產、沼氣淨化與儲存、沼氣發電及上網等多項單元技術的優化組合，也涉及到國家對沼氣發電的扶持政策和技術法規等。剖析國內已有的沼氣發電工程，並借鑒發達國家的沼氣發電經驗，以及國家對可再生能源的政策導向，筆者認為我國沼氣發電產業將在未來的若干年後會有突破性進展，其依據是：

李仔

（ 1 ）國家相關政策的出臺將為打通包括沼氣發電在內的綠色電力上網的瓶頸
　 當一個國家經濟實力達到一定程度後，就會把目光更多地投向環保，就會更關注可持續發展問題，就會把資金投向這一領域，就會出臺相關的政策來確保可持續發展戰略目標的實現。
　 以德國為例。戰後的德國經過幾十年的經濟復蘇，已經具備經濟能力來處理可持續發展問題。為了保護環境，控制全球變暖和促進能源的可持續供應，德國於 1990 年制定了“輸電法”， 2000 年又出臺了“可再生能源法”。“輸電法”規定公用電網對沼氣發電輸送來的電力實行優惠收購價，這一政策促進德國沼氣發電技術的提高，促成了隨後 700 多個沼氣工程的建立。而“可再生能源法”提高了可再生能源發電上網的收購價，對於裝機達到 500kW 的發電站，輸送到電網的電力獲得的補貼比 1999 年增加了 37% 。可以預見，這將再一次促進德國的沼氣工程的推廣。
　 我國關於綠色電力上網和優惠政策的問題已經醞釀了一段時間，其重要性已被充分認識。對於具有一定規模的沼氣發電站而言的，能否使發電機組長期在額定負載下工作、以及電價的高低決定著沼氣發電能否取得較好的經濟效益。如果一個沼氣發電站的發電能力不能被較充分地利用，效益從何談起？在相當一部分沼氣工程中，與其產氣量相適應的發電站規模遠大於內部（沼氣工程自身或建設企業）用電總負載，也有內部用電負載裝機容量雖大但只是間隙性地達到發電機組額定值的情況，這樣一來，這種規模的沼氣發電站如果不能向公用電網輸送電力，是沒有出路的；在地方電力部門方面，一個沼氣發電站生產的電量對他們來說實在是微不足道，可要可不要，就是要收購，也得考慮利潤，收購價往往讓沼氣發電站無法接受。所幸的是，國家已下決心要打通包括沼氣電力在內的綠色電力上網的瓶頸。
　 國家站在可持續發展的高度，出臺促進綠色電力上網政策已為時不遠。正在研究和制定的可再生能源發電配額比例、份額標準、綠色證書以及發電上網的優惠政策，會築造起有利於綠色電力發展的交易平臺。
（ 2 ）國內將生產出性價比更好的沼氣發電機組系列產品，為沼氣發電提供有力的設備支援
　 目前較成熟的國產沼氣發電機組的功率規格，主要集中在 100~500kW 這個區段。根據沼氣建設發展趨勢分析和對沼氣發電設備的市場需求調查，對大於和小於這個區段規格的發電機組的需求正在增長。
　 從沼氣工程的產氣量來看，有不少沼氣工程適宜配建 500kW 以上的沼氣發電機組。從沼氣發電機組的性價來看，在有可以利用的動力原機的情況下，單機功率越大，越利於提高燃料發電效率，越利於降低發電機組單位功率成本，從而獲得較理想的性價比。
　 同樣從沼氣工程的產氣量來看以及從用電負荷性質來看， 20kW 以下的發電機組也大有市場。例如一個萬頭豬場沼氣工程，日產沼氣 80 立方米，顯然不適合發電上網，適宜內部用電。其沼電用途一般為驅動沼氣工程污水泵和豬場通風機，照明等，因此宜配備 10kW 左右的發電機組。類似的沼氣工程很多，可見，小功率沼氣發電機組需求量也不少。
　 鑒於沼氣發電廣闊的發展前景，國內數家有實力的研究院所和大型企業進行了強強合作，針對市場需求開發出不同規格的沼氣發電機組系列產品。在大機組方面，濟南柴油機股份有限公司已開發出了全燒沼氣內燃機的 600kW 沼氣發電機組，並在“十五”科技攻關項目《大型高效厭氧沼氣發電技術及示範電站》的工程應用成功。 500~600kW 的沼氣發電機組會很快面市。值得一提的是，國內新一輪開發出來的沼氣發電機組，已不是過去簡單改裝內燃機的發電機組。新的發電機組在性能方面已縮小了與國外先進機組的技術指標。在小機組方面，重慶紅岩、山東濰坊柴油機的沼氣發電機組，已投放市場。因此可以說，在發電設備方面國內已可為沼氣發電的實施提供有力支援。
（ 3 ）資金支援和專業化生產會吸引更多的投資主體
　 大中型沼氣工程屬於環保性質的專案，受益的是全社會。要在投資分灘上，以“誰污染、誰治理”原則為主，輔之以“誰受益、誰分灘”的原則，由政府、地方和企業共同投資。對於初始投資，國家將給與一定支持，如：國家或行業將制定出一系列的優惠的政策，減免工程的稅費，減輕企業負擔；要廣辟資金管道，幫助建設方獲得各類貸款；鼓勵社會各界以各種形式投資開發沼氣資源化利用專案，以優惠政策調動各投資主體的積極性。
　 以國家、地方和企業共同投資的方式，重點扶持一些專用設備生產企業（沼氣生產裝置、沼氣淨化設備、沼氣發電機組等），對其進行必要的技術改造；擴大生產規模，提高產品種類和產品品質；建立品質保障體系（售後服務、人員培訓、品質監督與檢測等）和物業化管理模式。
　 由以上分析可以看出，無論是沼氣產量潛力、發電技術水準，還是市場需求、政策導向，都將會催生沼氣發電的大發展。一些先行一步的企業已嘗到了甜頭。若干年後，在我國很可能出現德國的情景，幾乎每個沼氣工程都要進行發電。可以預見，沼氣發電產業的形成熱在必行，並有很大的發展空間。

作者：顏麗 （單位：農業部沼氣科學研究所）
轉載《太陽能》 2004 年第 5 期