垃圾填埋气发电简介

前言垃圾填埋气发电简介

在我国，目前70％以上的城市生活垃圾，都是集中收集后，运送到一个或多个当地城市政府所有的垃圾填埋处理厂填埋处理。目前垃圾填埋大多属于露天填埋，在垃圾填埋的过程中，因为填埋场垃圾堆放体内部缺少氧气，垃圾中的有机物会发酵产生出大量的沼气（填埋气），平均每吨垃圾在填埋场寿命期内可产生约100—200立方米的填埋气体，其主要成分是甲烷、二氧化碳、硫化氢、氮等气体。

垃圾沼气成分和天然气类似，相比天然气，垃圾沼气具有高热值，抗爆性能较好等特点，是一种很好的清洁燃料。目前全球的温室效应中，填埋气中的甲烷、二氧化碳等气体是造成全球气候变暖的气体之一，如果这些沼气直接排放到大气中，不仅会对环境造成污染，当夏天温度升高时极易爆炸，同时更是一种能源浪费。垃圾填埋气发电采用了完整地垃圾沼气收集和利用理念，通过先进的垃圾沼气收集系统，输送系统，沼气净化系统和沼气发电系统，将垃圾沼气完全利用，产生电力，并入城市大电网之中，向电力用户提供清洁能源。因此，现阶段垃圾填埋气发电是一种既能有效利用废气资源发电，又能减少空气污染的无害化处理方式，是符合国家“节能减排”提倡的大方向目标的项目，是典型的“低碳经济”。

现今沼气发电理论和设备在全球发展是成熟的，已经有数十年的发展和应用的历史。在我国，垃圾填埋气发电项目已经在杭州、北京、上海、天津、深圳等城市试点商业化运行。这些项目不仅能通过利用废气发电获得发电收益，同时垃圾填理场填埋气发电是减排填埋场温室气体排放的有效措施，已纳入了联合国清洁发展机制(CDM）项目资助范围，项目可以根据《京都议定书》、《清洁发展机制项目运行管理办法》向联合国申报CDM（清洁发展机制）项目，通过世界上的“碳交易市场”从欧盟、美国、日本等发达国家获得二氧化碳减排额外收益。由此看出，投资填埋气发电项目具有较好的环境效益和经济效益。

我国目前拥有大量垃圾填埋场，但垃圾填埋气发电应用范围还不广，利用率仍比较低。作为能源消费大国，我国利用垃圾制造沼气发电的市场前景是十分广阔的。

第一部分填埋气发电市场情况

1.1 填埋气发电市场现状

垃圾填埋气发电市场目前属于朝阳行业，投资填埋气发电市场不像垃圾焚烧发电厂一样存在二次污染需要处理，在沼气被集中收走后，还可增加垃圾场20%的填埋库容量。目前全国共建成并投入商业运营的填埋气发电厂有24家左右，但由于国家这两年大力提倡的“节能减排”目标，2010年在建的项目增多到20多个。全国各地的垃圾填埋场沼气发电项目分布不均，大部分集中在华东、东部沿海等发达城市，在偏远地区，特别是西北、西南地区，市场占有比例非常小，潜在市场巨大。目前填埋气发电市场上项目公司多采用合资企业的性质经营，项目设备大部分依靠进口，技术和市场均处于成长阶段，市场进入壁垒不高，易于进入。

1.1.1填埋气产生量

填埋场内垃圾经过厌氧分解将产生大量的填埋气（LFG），填埋气产生可以简单归结为二个基本阶段，见图1。

填埋气产生示意图1

填埋场气体的量及其成分，主要取决于填埋垃圾的种类与数量，所采用的地面处理方法、填埋深度、填埋场温度和填埋场实际使用年限等因素。填埋初期，第一和第二阶段(历时1年左右)，主要成分是二氧化碳、氮、少量氢、一氧化碳

和氧；第三阶段(历时2年)是甲烷发酵的不稳定期,主要成分是二氧化碳和甲烷，产生量也较少;第四阶段为稳定的废气产生期，主要成分是甲烷和二氧化碳，(历时20～30年)，一般第15～16年为产气高峰，本阶段属气体回收利用期。

填埋气是伴随垃圾填埋产生的必然附属物，其主要成分为CH4和CO2，资料显示，每吨垃圾在填埋场寿命期内大约可产生100～200m3的填埋气，热值范围一般在7450~22350KJ/m3，脱水后热值可提高10％，除去CO2、H2S及其它杂质组分后，又可将热值提高到22360～26000KJ／m3（天然气的热值为37260KJ ／m3），是非常有利用价值的一种能源。影响填埋气产量的因素主要包括有机质的种类及含量、填埋场内部的温度和湿度、填埋场每吨的覆土情况及最终覆土情况等。一般在填埋场封闭后的5～8a填埋气产量会达到最高峰；之后随着填埋时间的延长，填埋气产量将随之减少。

根据网上国外资料显示，每吨湿垃圾大约产生填埋气的量可达到200～400m3；国内实测资料显示，每吨垃圾产生填埋气的量为110～140m3。下表是国内目前几个填埋气发电厂产气实测数据供参考：

表1 国内填埋场填埋气产量实测数据

1.1.2 填埋气利用情况

在填埋气的利用中，首先要确定的是填埋气的产生速率和产生量，这样才能判断集中填埋后产生的填埋气是否有利用价值，以及采取怎样的利用方式。目前，利用垃圾进行填埋气发电主要有三种方式：

1）利用垃圾填埋过程中产生的气体进行直接发电，也就是干发酵。在这过程中不同物质会发生化学反应，这种气体成分相对复杂，其中含有有毒有害气体，

因此所产生的气体主要用于工业发电。

2）垃圾渗滤液发电。是将垃圾填埋的渗滤液厌氧发酵后所产生的沼气进行发电。但垃圾渗滤液有机浓度高，降解难度大，处理时的难度很大。

3）是将垃圾粉碎之后直接进行厌氧发酵，进而产生沼气进行发电。目前国外已经开展了将垃圾粉碎之后直接进行厌氧发酵技术的应用，但是这种处理方式要对垃圾进行很好的前处理，如垃圾分类和粉碎，而且对前处理设备和厌氧消化器的材料的耐腐蚀性和耐磨损性要求很高。

目前我国的填埋气发电项目多采取第一种方式，即直接收集填埋气体进行过滤发电。在我国利用垃圾填埋气发电还有很多不完善的地方，各种处理利用技术还在研究和提升中，填埋气利用效率普遍较低。

1.1.3 填埋气处理面临的问题

1）填埋气回收发电市场尚属于新产业，虽然在中国也有了10多年的发展历史，但由于市场规模小，沼气发电工程数量较少，装机规模较小，发展速度比较缓慢。在技术研究与开发上比较落后，设备多依靠国外的厂家进口，费用高昂。

2）虽然垃圾填埋气在地面上广、量大，但产气量小、气体收集过程繁琐，且沼气的产生常常受气候的影响，沼气的成分、热值和产气量都不稳定。

3）在政策上，现有机制严重制约沼气发电的发展。首先，我国尚未建立严格的环境污染处罚体系，和明确的投资沼气发电项目收益的规章制度，致使企业缺乏投资沼气工程治理污染的积极性；其次，目前沼气发电工程建设规模一般较小，潜在的电站数量较大，电网运行管理成本较高，属于典型的分布式发电。我国目前尚缺乏大规模分布式电站运行管理的经验，致使沼气发电的并网和售电遇到许多困难。

4）从总体上看，我国填埋气发电产业尚处于起步阶段，产业化和商业化程度较低，垃圾填埋气发电项目原则上依靠上网售电的收入来维持运营，回收投资、获取收益。因此，上网电价是否合理，是该项目投资运营成败的关键。根据南京、杭州、西安等城市垃圾填埋气发电的成功经验来看，利用填埋气发电上网电价应不低于0.52元／kW•h。但目前各地区上网发电电价普遍在0.5元/kwh左右，如果单纯依靠发电来获得效益，项目收益较差。