2023年沼气发电行业分析报告

2023年沼气发电行业分析报告目录一、沼气发电市场空间广阔 PAGEREFToc361509272\h31、沼气发电的概念 PAGEREFToc361509273\h32、我国沼气利用规模可观，且发展潜力巨大 PAGEREFToc361509274\h43、沼气发电利用比例极低，提升空间巨大 PAGEREFToc361509275\h4二、垃圾填埋气发电最具市场潜力 PAGEREFToc361509276\h81、固废行业发展提速，卫生填埋仍为主要方式 PAGEREFToc361509277\h82、环境、经济效益显著，垃圾填埋气利用成为必然趋势 PAGEREFToc361509278\h103、我国填埋气发电行业最具潜力 PAGEREFToc361509279\h12三、行业发展政策 PAGEREFToc361509280\h131、我国垃圾市场空间广阔 PAGEREFToc361509281\h133、政策扶持是行业发展的重要因素 PAGEREFToc361509282\h153、环保企业争夺市场 PAGEREFToc361509283\h174、典型项目盈利能力测算 PAGEREFToc361509284\h18四、其他沼气发电领域仍处培育期，期待扶持政策落地 PAGEREFToc361509285\h191、污水处理厂沼气发电领域 PAGEREFToc361509286\h192、畜禽养殖场沼气发电领域 PAGEREFToc361509287\h213、工业有机废水沼气发电领域 PAGEREFToc361509288\h224、静待相关扶持政策落地 PAGEREFToc361509289\h24五、市场空间集中于设备市场，无明显优势企业 PAGEREFToc361509290\h25一、沼气发电市场空间广阔1、沼气发电的概念沼气发电技术是一项利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物（例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等），经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分将发电机组的余热用于沼气生产的综合技术。该技术不仅本身提供电能这一清洁能源，同时解决了沼气工程中的环境问题，消耗了大量废弃物，减少了温室气体排放，属于典型的资源循环利用项目，具有良好的经济效益和环境效益。生物沼气是各种有机物质在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。一般的沼气组成成分包括50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮气（N2）、小于1%的氢气（H2）、小于0.4%的氧气（O2）与0.1%～3%硫化氢（H2S）等气体。2、我国沼气利用规模可观，且发展潜力巨大据相关部门不完全统计，截止2023年底，我国沼气工程7.3万处，其中大、中型沼气工程2.7万处，年产沼气总量142.6亿立方米，折标准煤2500万吨。而据统计2023年欧盟25国沼气产生量为167亿立方米，即我国沼气利用规模已达到较大规模。同时根据相关部门测算，到2023年中国沼气资源总量915亿立方米，比2023年增加1倍，相当于7190万标准煤。3、沼气发电利用比例极低，提升空间巨大欧美国家沼气工程产生的沼气基本用于发电或提纯代替天然气；而在我国，工业企业将沼气用于锅炉燃料，农场沼气则用于养殖食堂炊事燃料，超过90%的沼气没有得到高效利用，垃圾填埋场亦存在沼气大规模放空的处理方式，填埋气回用率低于20%。比较中国、德国两国沼气产生量和发电装机量即可发现其中的巨大差距。假设沼气60%用于发电，则2023年144亿立方米的沼气产生量估算，可产生150亿千瓦时电量，对应装机200万千瓦，达到现有规模的4倍；以2023年915亿立方米沼气资源量估算，扣除自用沼气300亿立方米资源外，可用于沼气发电的气量达到615亿立方米，产生922.5-1230亿千瓦时电力（每立方米沼气产生1.5-2千瓦时电力），装机容量能达到1537.5-2050万千瓦，达到现有沼气装机规模的15倍以上。资料来源：《中国沼气工程产业发展研究》沼气来源一般包括农业废弃物、污水污泥和固体废物遗弃物等。以欧盟为例，2023年欧盟25国沼气产生量达到166.9亿立方米，其中垃圾填埋气、市政和工业污泥产生沼气分别占到36%、12%，剩余部分由农场沼气、集中联合发酵沼气工程和市政固体废物沼气工程。在英国、法国等国家，填埋气产气占到沼气产生量的50%以上。而目前在我国，实现工业化沼气的生产原料主要来自于4个方面：畜禽养殖场粪污、工业有机废水、市政污水的污泥和生活垃圾填埋场的垃圾填埋。根据我们的调研和分析，上述4类沼气发电市场开发在我国均处于起步初期，市场空间仍较大。具体来看，畜禽养殖和工业废水类项目由于规模小或运营主体多为原有业主等原因，专业运营市场空间较小，未来的市场主要集中于设备领域；市政污水沼气多用于污水处理厂自用电补给或动力补给，多以原有业主投资运营，大规模第三方运营市场空间不大，未来市场也多集中于设备领域。垃圾填埋气领域则相对项目规模较大、且国内已有一定规模的第三方运营商出现，运营市场值得期待。二、垃圾填埋气发电最具市场潜力1、固废行业发展提速，卫生填埋仍为主要方式过低的固废投资规划及执行力度的不及预期、收集转运环节、收费制度欠缺等行业现状，共同导致我国固废处理行业发展远远滞后于废水、废气治理进度。伴随“垃圾围城”、渗滤液污染水源等环境事件的不断冲击和公众环保意识的日益增强，我们预计固废行业在“十四五”期间获得快速发展。2023年5月，国务院办公厅印发《关于<“十四五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划>的通知》，“十四五”期间，全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设总投资约2,636亿元，其中无害化处理设施投资1730亿元，占比超过53%。目前我国较常用的处理城市垃圾的方法，有焚烧、填埋和堆肥三种。卫生填埋是应用最为普遍的方式也是垃圾的最终处理方式。其他处理方式如垃圾焚烧、堆肥等，对垃圾减量化后，仍需要对残留垃圾进行最终处理。根据相关统计，截止2023年我国城镇生活垃圾无害化处理设施数量达到1076座，其中卫生填埋场919座，占比达到85.4%；城市无害化处理设施数628座，其中卫生填埋场498座，占比79.3%。可见，现阶段卫生填埋场依然是城镇生活垃圾处理的主要方式。以垃圾处理规模计算，2023年垃圾处理规模达到45.7万吨/日，其中填埋处置35.2万吨/日，占比达到77%，垃圾焚烧8.9万吨，占比20%。根据城镇生活垃圾“十四五”规划，到2023年，总处置规模达到87.1万吨/日，其中填埋方式达到51.4万吨/日，占比逐步降低至59%。据此测算，“十四五”期间填埋场处理规模复合增速达到7.9%。2、环境、经济效益显著，垃圾填埋气利用成为必然趋势伴随卫生填埋场的增加，伴随而来的填埋气、渗滤液问题日益突出。特别是垃圾填埋的副产物填埋气，其成分一般为甲烷55%、二氧化碳40%和少量的氧、氮、一氧化碳等物质，温室效应很强，特别是CH4造成的温室气体效应是CO2的21倍之多。根据欧美等发达国家的相关统计，垃圾填埋场已经成为CH4气体的第一排放源。垃圾填埋气同时也是一种可再生能源，其热值接近天然气的50%，可以用于发电、加热、制备燃气等用途。实现填埋气的回收利用不仅能实现保护环境、减排温室气体；同时通过发电、售气收入等方式能实现良好的经济效益。特别是联合国CDM机制施行后，垃圾填埋气减排的温室气体能够通过国际碳交易市场进行买卖，此模式令填埋气发电具备了良好的盈利模式。根据相关统计数据，世界上建成垃圾填埋场超过5000座，每年可回收填埋场沼气51.42亿立方米，约相当于240万吨石油的热量。美国80％的填埋气、欧洲50％的填埋气用于直接发电。3、我国填埋气发电行业最具潜力国内填埋气发电普及率不及15%，多分布在东部大中城市。我国垃圾填埋气利用行业起步于2023年，环保总局（后来的环保部）启动“促进中国城市垃圾填埋气体收集利用”项目，并编制国家行动方案。2023年，国内第一个填埋气体发电厂在杭州天子岭填埋场建成，于2023年10月建成发电；随后在广东、北京、江苏等地又有多个项目建成。由于垃圾前处理的缺失，目前我国的填埋气发电项目多采取直接收集填埋气体进行过滤发电。据不完全统计，目前我国建成和在建的垃圾填埋气发电厂有80余座，大部分集中在华东、东部沿海，而西北、西南等地区规模尚小。以2023年城市卫生填埋场547座计算，普及率尚不足15%。依照规划，未来3年新建项目或超过200个。2023年我国发布《中国城市垃圾填埋气体收集利用国家行动方案》，根据该《国家行动方案》制定的三个阶段，目前已经处于第三阶段即大规模实施阶段，到2023年建设300家垃圾填埋气发电项目；即未来3年内，尚需新建的填埋气项目将超过200个。我们预计新增项目将在集中于东部的二线城市和中部、西部地区的大中城市。综上所述，伴随固废投资在“十四五”期间提速和《国家行动方案》的规划执行，我们预计未来3-5年内，垃圾填埋气发电行业将迎来快速发展期。资料来源：《“十四五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》三、行业发展政策1、我国垃圾市场空间广阔1吨垃圾产气期每年发电量约为9-10千瓦时。填埋场的沼气主要来自于垃圾中的有机物质分解所产生的生物气，根据互联网相关资料，国外每吨湿垃圾大约产生填埋气的量可达到200～400m3。而国内实测资料显示，每吨垃圾产生填埋气的量为110～140m3；填埋气热值范围一般7450~22350KJ/m3（天然气的热值为37260KJ／m3）。以1吨垃圾每年产生约6-7立方米气体，每立方米的可燃气体发电1.5千瓦时折算，1吨垃圾产生沼气每年发电量达到9-10千瓦时。根据国内现有填埋场的运营经验，一般1年左右后填埋场可钻井采气；填埋气经除尘、除湿并加压，然后送入发动机发电，有的还回收余热，对外供热。一般可产气10年以上。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。资料来源：《“十四五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》存量城镇垃圾超过10亿吨，填埋气年发电市场空间超过63亿元。根据《规划》数据，2023年-2023年全国城镇垃圾卫生填埋处理量超过7亿吨，再考虑未进行卫生处理的垃圾存量（以20-30%未处理计算），则城镇垃圾总存量将超过10亿吨，考虑到2023年以后每年新增城市垃圾仍将超过1亿吨、且填埋场总处理能力增速8%左右，则可假定垃圾存量保持在10亿吨以上。以1吨垃圾年均发电量9千瓦时计算，则存量垃圾填埋气可贡献发电量90亿千瓦时，对应约120万千瓦的装机量；以火电标杆电价+0.25元/kwh计算，可贡献发电收入超过63亿元。3、政策扶持是行业发展的重要因素垃圾填埋场项目收入主要来自发电收入和CDM减排收入。执行标杆电价+0.25元/kwh。填埋气发电属于可再生能源，目前享有标杆上网电价加补贴电价组成。补贴电价标准为每度0.25元，低于垃圾焚烧发电的0.65元/kwh。税收优惠。应享受“三免三减半”政策，但目前执行有待落实，部分项目未获得。CDM减排收入=减排量*碳价格。项目需经过联合国CDM认证，受碳价格波动影响。优惠政策执行有待落实。以河南省填埋气发电为例，目前执行电价为0.586元，远低于0.75元的垃圾发电上网电价标准。此外所得税税收优惠政策执行也尚未完全到位。CDM机制收益亦有待完善。由于政策扶持尚未到位、国际碳交易市场上的碳价格仍处于低位，严重影响填埋气发电企业此部分收益；同时CDM项目申请较为复杂，也令部分从业者望而却步。垃圾填埋气发电站主要投资为燃气发电机组，占到工程投资的2/3以上。.典型的填埋气发电项目的设备主要由三部分系统组成：气体收集系统、气体净化预处理系统（固定单元）和发电系统（发电单元）。目前国内的垃圾填埋气发电技术发展还处于初期，大部分的设备用的均为国外厂家的设备，特别是预处理设备，发电机设备，焚烧火炬等核心设备。国内企业设备在填埋气适应性、排放指标、发电效率等方面距离进口厂商仍有不小差距。根据之前的测算，未来3年新增填埋气发电场将超过200个，带动设备设施投资超过70亿元。3、环保企业争夺市场国内垃圾填填埋气利用项目开发方多为合资企业和民营企业。特别是早期项目，多采取与外商合作的方式，如上海环境集团，北京环卫集团，威立雅环境等。与垃圾直接焚烧市场争夺已经进入中小城市的现状相同，垃圾填埋气发电行业的竞争亦已进入中小城市，从区域上也集中于中部、西部区域。4、典型项目盈利能力测算以一个400米见方、40米深的填埋场为例，垃圾填埋量320万吨，年产生0.96亿立方米气体。对应其装机容量可达2023kW；选用5台500GF燃气发电机组建立沼气发电站。垃圾填埋气发电机组运行功率按400kW，年运行时间按7000小时计算则：年发电量：2023kW×7000小时≈1400万kWh；考虑15-20%的自用电，则供电量：1150万kwh；电价以0.5元/千瓦时测算，则供电收入达到575万元；考虑到CDM机制申请周期和谈价格波动，暂不考虑此部分收益。年运行成本：设备主体投资为燃气发电机，预计总投资为3000万元；每年折旧约300万元；其他如维修、人工、备品备件等支出折合单位发电成本为0.1元/千瓦时，对应140万元。每年盈利：575–300–140=135万元（所得税免除）。假设资本金比例50%，即投入1500万元，项目回报率仅为9%。通过在不同情景下的盈利分析可以看出，电价、CDM机制收入、税收优惠等因素是影响填埋气发电项目盈利的主要因素，因而在项目投资中，能否获得上述支持，成为支撑项目盈利的核心条件。相关政策的优惠程度和执行力度成为影响填埋气发电行业发展的核心因素。四、其他沼气发电领域仍处培育期，期待扶持政策落地我们测算沼气发电设备、运营市场总体规模都将超过100亿元/年，但由于在政策、上网、成本等方面问题的制约，实际值将小于我们的测算值，市场仍处于培育期。1、污水处理厂沼气发电领域污水处理厂厌氧处理后产生的沼气与垃圾填埋气气氛相似，甲烷成分超过60%，热值为21MJ/m3，可作为再生资源利用。污水处理厂利用沼气发电的并不多，早期时多将沼气直接排放或利用锅炉直接燃烧，造成一定的能源浪费和环境污染。根据污水处理厂的特点，沼气的利用方式包括热动连供机组（采用沼气内燃机鼓风机机组，给曝气池供氧）和热电连供机组（燃气内燃机发电机发电）。其中热电联供方式能源利用率更高，因而应用更为广泛。且经过厌氧罐发酵后能消化75-80%的污泥，剩余20%-25%的沼渣经脱水无害化处理后可制成有机肥。污水处理是能源密集型的综合技术，电耗占总耗能的60-90%，在运营费用中占比达到30%以上，而根据相关数据，美国城镇污水处理厂的总电耗占到美国电力总负荷的3%。以《中国城镇污水处理市场系列分析报告(2023版)》的分析结果，各类污水处理方法中电耗普遍在0.30-0.39千瓦时/立方米。2023年，我国污水处理规模达到337亿立方米，以此测算，污水处理厂耗电达到118亿千瓦时；以优惠电价均价0.6元测算，电费支出达到70.7亿元。以每吨污水产生沼气0.04-0.05立方米测算，年均可产生沼气15亿立方米；吨沼气发电1.5-1.7kwh，则贡献电量25亿kwh，达到污水处理厂自用电量20%以上。以一个40万吨/天的污水处理场为例，每天产生沼气约1.8万立方米气体。对应其装机容量可达2023kW；选用5台500GF燃气发电机组建立沼气发电站。沼气发电机组运行功率按4*500=2023kW，年运行时间按7000小时，80%负荷计算则：年发电量：2023kW×7000小时*80%≈1120万kWh；考虑15-20%的自用电，则供电量：952万kwh；电价以0.5元/千瓦时测算，则供电收入达到476万元；考虑到CDM机制申请周期和谈价格波动，暂不考虑此部分收益。年运行成本：设备主体投资为燃气发电机，预计为2023万元；每年折旧约200万元；其他如维修、人工、备品备件等支出折合单位发电成本为0.1元/千瓦时，对应112万元。每年盈利：476–200–112=164万元（所得税免除）。假设资本金比例50%，即投入1000万元，项目回报率为16.4%。值得注意的是，污水处理厂沼气发电设备只适用于规模较大的企业，对于10万吨规模以下企业，效益并不明显。2、畜禽养殖场沼气发电领域参考国家和相关区域地方政府的畜禽养殖场沼气工程建设规划和目前的发展速度，预计到“十四五”末，我国规模化沼气工程覆盖率将达到30%以上。一般大型沼气工程投资规模在150万元左右，小型沼气工程投资规模在25万元左右，而专业户规模沼气工程投资规模在4万元左右，我们测算每年沼气总投资规模在57亿元左右。我们测算一个大型畜禽养殖场日产生沼气约750立方，按1立方米的沼气可以发电1.5-1.7度来测算，日发电1125-1275千瓦时，年发电38万千瓦时左右，单个项目发电量较小，基本维持自用。养殖业沼气项目面临初始投资大业主难以承受、工程产业化程度不高，设备工程方水平参差不齐，工程质量难以保证等问题。3、工业有机废水沼气发电领域我国排放有机废水的工业企业以中小型为大多数，量大面宽。工业有机废水开发沼气工程的进展与全国环保达标要求密切相关，到2023年，要做到全面治理。考虑到中国国民经济持续快速发展，2023年国内生产总值总量将比2023年翻两番。据此预测，排放的工业有机废水总量预计将增加1倍。这样可转化为沼气的资源量将增加1倍，达到215亿立方米。工业有机废水来源很多，主要来自柠檬酸、制糖、酒精、造纸、养殖、PTA等行业，这些行业目前处理污水的主流方式是采用生化法进行处理，处理过程中产生大量沼气，根据估算，每生产一吨柠檬酸可产生大约225方沼气，甲烷含量60％左右，生产一吨酒精可产生300方沼气，甲烷含量可达70%。依据每立方米废水产沼气量的不同，我们可以划分为三类：第一类是每立方米废弃物产沼气10立方米以上，主要包括酒精、白酒、淀粉、味精、柠檬酸、造纸、机械浆；第二类为每立方米废弃物产沼气5~10立方米，包括酶制剂、制药、纤维板、植物油等；第三类为每立方米废弃物产沼气小于5立方米，包括制糖、啤酒、果汁、屠宰、糖醛等。上述第一类废水虽然占总量仅为15%左右，但产沼气的潜力占到了60%。工业有机废水领域沼气发电可进行