垃圾填埋场沼气发电技术的现状及其前景

垃圾填埋场沼气发电技术的现状及其前景

The manuscript was revised on the evening of 2021

中国沼气发电技术发展现状与前景展望

摘要：本文通过对中国沼气利用现状和沼气发电工程市场前景的调查与分析，描述了沼气发电技术发展现状及其能源利用市场潜力，对影响沼气发电商品化和市场化的社会经济因素和主要障碍进行了分析评价，并提出了一些对策和措施。

关键词：沼气工程发电

1、引言

生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富、含碳量低的特点，加之在其生长过程中吸收大气中的C02，因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应和生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源与环境问题的重要途径。

随着对环境的日益重视，人们开始利用各种方式来减少工农业生产对环境的破坏。近十几年来，在各级政府有关部门和企业的帮助协调下，用于处理畜禽粪便及各种生产、生活污水的大中型沼气工程纷纷上马，至1998年底，我国已建成大中型沼气工程742处，年产沼气量为万立方米；垃圾填埋法产生沼气是处理城市垃圾的主要方式之一，具有简单易行和费用较低的特点，同时还可回收能源，正受到世界各国的普遍欢迎。目前，全世界共建成4817座垃圾填埋场，每年可回收沼气亿立方米。

沼气是一种具有较高热值的可燃气体，与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料，传统上大多利用沼气进行取暖、炊事和照明，随着沼气产量的不断增加，如何更高效地利用沼气，成为摆在我们面前的一项课题。

2、沼气发电技术进展状况

沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能，是有效利用沼气的一种重要方式。目前用于沼气发电的设备主要有内燃机和汽轮机。

国外用于沼气发电的内燃机主要使用Otto发动机和Diesel发动机，其单位重量的功率约为27 kW／T。汽轮机中燃气发动机和蒸汽发动机均有使用，燃气发动机的优点是单位重量的功率大，一般为70～140kW／T；蒸汽发动机一般为10kW／T。国外沼气发电机组主要用于垃圾填埋场的沼气处理工艺中。目前，美国在沼气发电领域有许多成熟的技术和工程，处于世界领先水平。现有61个填埋场使用内燃机发电，加上使用汽轮机发电的装机，总容量已达340兆瓦；欧洲用于沼气发电的内燃机，较大的单机容量在～2兆瓦，填埋沼气的发电效率约为～2kWh／m3。

我国开展沼气发电领域的研究始于八十年代初，1998年全国沼气发电量为1,055，160kWh。在此期间，先后有一些科研机构进行过沼气发动机的改装和提高热效率方面的研究工作。我国的沼气发动机主要为两类，即双燃料式和全烧式。目前，对“沼气一柴油”双燃料发动机的研究开发工作较多。如：中国农机研究院与四川绵阳新华内燃机厂共同研制开发的S195—1型双燃料发动机：上海新中动力机厂研制的20／27G双燃料机等。成都科技大学等单位还对双燃料机的调速、供气系统以及提高热效率等方面进行过研究。潍坊柴油机厂研制出功率为120 kW的6160A一3型全烧式沼气发动机，贵州柴油机厂和四川农业机械研究所共同开发出60 kW的6135AD(Q)型全烧沼气发动机发电机组；此外，还有重庆、上海、南通等一些机构进行过这方面的研究、研制工作。可以说，目前我国在沼气发电方面的研究工作主要集中在内燃机系列上。表1是我国部分12kW以下沼气发电机组的测试性能比较。

3、沼气发电前景广阔

沼气发电工程本身是提供清洁能源，解决环境问题的工程，它的运行不仅解决沼气工程中的一些主要环境问题，而且由于其产生大量电能和热能，又为沼气的综合利用找到了广泛的应用前景：

1)有助于减少温室气体的排放

通过沼气发电工程可以减少CH4的排放，每减少1屯CH4的排放，相当于减少25吨C02的排放，对缓和温室效应有利。

2)有利于变废为宝，提高沼气工程的综合效益

我们以沼电在酒厂中的的综合效益为例：四川荣县进行了120 kW沼气发电的生产和示范。用酒糟废水经厌氧消化产生沼气，发电效率为 kWh／m3，当年成本为元／kWh。沼电能够基本满足该厂的生产用电：山东昌乐酒厂安装2台

120 kW的沼气发电机组，170m3酒糟日产沼气4800m3，发电8640kwh，全年能源节约开支29万元，工程运行一年即收回全部成本。

杭州天子岭填埋场发电工程在运行过程中，在平均电价为元／kWh的条件下，投资回报率可达%。

3)可减少对周围环境的污染。

由于综合利用手段单一，很多沼气工程产生的沼气大量排入大气中，不仅严重污染周围的环境，也对工作人员的安全和健康产生了极大的威胁，沼气发电则为沼气找到了一条合理利用的途径。

4)小沼电为农村地区能源利用开辟新途径

我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。因地制宜地发展小沼电，犹如建造微型“坑口电站”，可取长补短就地供电。

表1 12kW以下沼气发电机组测试表

研制单位产品型号功率（KW）甲烷含量（%）比气耗(m3／kWh)节油率（%）热效率（%）四川省农机所73100

四川省农机所195 100

泰安电机厂12GFS32 81

泰安电机厂10GFsl3 62

南充农机所195 81.

武进柴油机厂195-Z100

上海内燃机所5GFZ 100

重庆电机厂10029

4、沼气发电商业化发展的主要障碍

80年代是我国沼气发电研究的起始阶段，也是较为活跃的时期。但近十年的发展比较缓慢。主要存在以下障碍：

技术障碍

我国沼气发动机的开发研究主要集中在内燃机系列上，一般只是对柴油机和汽油机进行较浅层次的改装，对发动机的热工性能研究不深，由于产品质量不过关，在运行使用中出现诸多问题，给用户带来不便，从而影响其发展进程。导致这种情况的根本原因是没有对沼气发动机进行深入的研究，技术不过关，缺乏足够的生产实践。致使发动机在运行中产生热负荷高、可靠性差、起动困难；另外我国研制的全烧沼气发动机的排气温度过高，气阀易烧坏，使气缸盖等成为易损件等诸多技术问题。

市场障碍

由于我国沼气发动机存在许多问题，先前应用国产发电机组的沼气发电工程有许多长期处于停机状态。这就使后来发展的绝大多数沼气工程放弃了沼气发电方式，转而寻求其他的利用途径。少数沼气发电工程(如天津、杭州等)依靠贷款引进购买较为成熟的国外发电机组设备来维持运行。我国生产厂家则由于技术不够成熟而造成买方市场的严重匮乏，沼气发动机和发电机组无法形成规模化批量生产，使科研生产单位缺乏相关的研究经费，没有对其作深入研究开发的积极性，不能提供质量过关的产品，进一步阻碍产品的市场化进程，对生产科研单位自身以及沼气发电领域的发展都不利。

此外，沼气发电市场不规范，没有相应的较为完善的行业标准，也不利于其商业化开发和利用。

政策障碍

缺乏相应的激励政策和限制性政策，不能有效地动员和吸收投资，成为影响其技术发展的一个重要原因。

由于目前沼气发电工程在技术和市场化方面面临许多问题，这就需要国家在这个领域给予政策方面的扶持。如果国家给予在税收、贷款方面的优惠政策、投资补贴和产业保护措施，以及电力部门在沼气电力并网方面给予支持和帮助，制定优惠的上网电价，将大大改善沼气发电的经济性和市场前景，对其进入市场具有很积极的作用。

5、促进沼气发电商业化发展的建议