垃圾填埋场沼气发电技术的现状及其前景

1、.中国甲烷发电技术的发展现状和未来展望摘要：通过对我国甲烷利用现状和甲烷发电工程市场前景的调查和分析，阐述了甲烷发电技术的发展现状及其能源利用市场潜力，分析评价了影响甲烷发电商品化和市场化的社会经济因素和主要障碍，提出了对策和措施。关键词：沼气工程发电一、引言生物质能是来源于太阳能的可再生能源，具有资源丰富、碳含量低的特征，在其生长过程中吸收大气中的C02，用新技术开发利用生物质能不仅能减轻温室效应和生态的健康循环，还能减轻石油、煤等化石燃料的一部分随着环境的日益重视，人们开始利用各种方式减少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合作下，陆续启动了处理家畜粪、各种生产、

2、生活污水的大中型甲烷项目，到1998年底，中国已经建设了742个大型甲烷项目， 用年沼气量为16393.94立方米的垃圾填埋法产生沼气是处理城市垃圾的主要方法之一，既具有简单、费用低的特点，又能回收能源，深受世界各国的欢迎。 现在，全世界建立了4817个填埋地，每年可以回收51亿42千万立方米的沼气。沼气是具有高热值的可燃性气体，是比其他气体耐压好、清洁的燃料，传统上多利用沼气进行暖气、炊事和照明，随着沼气产量的增加，如何有效利用沼气成为课题。2 .甲烷发电技术的进展情况沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的发展而出现的沼气利用技术，将沼气用于发动机，搭载综合发电装置，产生电能和热能，是有效利用沼气

3、的重要方法。 现在甲烷发电使用的设备主要是内燃机和汽轮机。国外用于沼气发电的内燃机主要使用oto发动机和Diesel发动机，其单位重量的电力约为27 kW/T。 汽轮机使用燃气发动机和蒸汽发动机，燃气发动机的优点是每单位重量的输出功率大，一般为70140kW/T的蒸汽发动机一般为10kW/T。 国外沼气发电机组主要用于填埋地的沼气处理技术。 目前美国在甲烷发电领域有很多成熟的技术和工程，处于世界领先水平。 现在，加上在61个填埋地使用内燃机发电、使用汽轮机发电的设备，总容量达到340兆瓦的欧洲沼气发电用内燃机，大的单体容量为0.42兆瓦，填埋沼气的发电效率约为1.682kWh/m3我国开始甲烷

4、发电领域的研究是在1998年代初，1998年全国的甲烷发电量为1，055，160 kwh。 在此期间，几个科研机构对沼气发动机的改造和提高热效率进行过研究。 我国沼气发动机主要有两种燃料式和全烧式。 现在，“沼气一柴油”双燃料发动机的研究开发很多。 例如，中国农机研究院和四川绵阳新华内燃机工厂共同开发的S1951型双燃料发动机：上海新中动力机工厂开发的20/27G双燃料机等。 成都科学技术大学等机构也对双燃料机的调速、供气系统及热效率的提高等进行了研究。 潍坊柴油机厂开发出120 kW的6160A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

5、烧式沼气发动机发电机组，此外，重庆、上海、南通等几个机构也在这方面目前，我国关于沼气发电的研究可以说主要集中在内燃机系列上。 表1比较了中国部分12kW以下的甲烷发电机组的测试性能。3 .甲烷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，其运行不仅解决了沼气工程中的主要环境问题，而且产生大量的电力和热能，因此在沼气的综合利用中找到了广泛的应用前景1 )有助于减少温室气体的排放沼气发电工程可以减少CH4的排放量，每减少一屯CH4的排放量，相当于减少25吨C02的排放量，有利于缓和温室效应。2 )以废为宝，有利于提高沼气工程的综合效益我们以沼电在酒馆的综合利益为例，四川荣县进行了

6、120 kW甲烷发电的生产和示范。 用酒糟废水厌氧消化产生沼气，发电效率为1.69 kWh/m3，当年成本为0.0465元/kWh。 沼电几乎能满足该厂的生产电力：山东昌乐酒厂设置了两台120 kW的甲烷发电机组，170m3酒糟日产甲烷4800m3，发电8640kwh，年节能费用29万元，工程运营全年回收总成本。杭州天子岭填埋场发电工程在运行中，平均电费在0.438元/kWh的条件下，投资回报率达到14.8%。3 )可以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放到大气中，不仅严重污染了周围环境，还给工作人员的安全和健康带来了很大的威胁，沼气发电为沼气找到了合理的

7、利用途径。4 )小沼电为农村地区的能源利用开辟了新的道路我国农村偏僻地区有牧区、海岛、偏僻地区等高压输电困难的地区很多，这些地区有丰富的生物量原料。 根据土地情况发展小沼电，就像建设小型“坑口电站”一样，可以延长补给当地电力。表1 12kW以下甲烷发电机组的测试表开发单位产品型号功率(KW )甲烷含量(% )比气体消耗量(m3/kWh )油耗(% )热效率(% )四川省农机所0.8gfz1.357730.86823.45四川省农机所195 12.97 89.4 0.37 100 30.7泰安电机工厂12GFS3212.85 78.45 0.492 81 31.99泰安电机厂10GFsl3 11

8、.18 86.5 0.248 62 37.89南充农机所195 13.53 70.9 0.322 81. 38.8武进柴油机厂195-z13.52.20.4035.39上海内燃机所5gfz5.62.72.350.687100.78重庆电机厂1.2kW 1.52 77.05 0.76 100294 .甲烷发电商业化发展的主要障碍80年代是我国甲烷发电研究的初期阶段，也是比较活跃的时期。 但是，近十年的发展比较缓慢。 主要有以下障碍4.1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，一般只是对柴油发动机和汽油发动机进行了较浅水平的改造，对发动机的热工性能的研究不深，与产品质量无关，在运行

9、使用中产生了很多问题，用户引起这种情况的根本原因是对沼气发动机没有深入研究，与技术无关，缺乏充分的生产实践。 发动机在运转中热负荷高，可靠性差，启动困难，另外，我国开发的全烧沼气发动机排气温度过高，阀门容易燃烧，气缸盖等成为消耗部件等很多技术问题。4.2市场障碍由于我国沼气发动机存在许多问题，应用国产发电机组的沼气发电项目处于许多长期停止状态。 这使后来发展的沼气工程大多数放弃了沼气发电方式，寻求了另一种利用途径。 少数沼气发电项目(天津、杭州等)贷款购买比较成熟的海外发电机组设备保持运行。 我国生产厂家由于技术不成熟导致买方市场严重不足，沼气发动机和发电机组无法形成规模化量产，与科研生产部门

10、相关的研究经费不足，没有深入研究开发的欲望，无法提供质量水平的产品，进一步阻碍产品的市场化进程，导致科研部门自身和生物生产部门另外，甲烷发电市场不规范，没有适当的行业标准，也不利于商业开发和利用。4.3政策障碍缺乏相应的激励政策和限制政策，无法有效地动员和吸收投资，成为影响其技术发展的重要原因。目前，沼气发电项目在技术和市场化方面面临很多问题，因此国家需要在这一领域支持政策。 如果国家在税收、贷款方面给予优惠政策、投资补贴和产业保护措施，电力部门在沼气电力和互联网方面提供支援和援助，制定优惠的网络电力价格，沼气发电的经济性和市场前景将大幅度改善，对进入市场有积极作用。5 .促进甲烷发电商业化发

11、展的建议从以上沼气发电商业化面临的主要障碍中，要克服其障碍，达到促进沼气发电技术商业化发展的目的，需要采取一些措施和行动。5.1制定发展计划对我国甲烷利用的现状和市场前景进行了成分调查，描述甲烷发电能源利用市场，确定本项目的建设发展领域，评估发展甲烷发电商品化和市场化的社会经济因素，分析甲烷发电的技术开发和市场潜力，制定相关技术开发利用的计划，明确开发目标5.2加强技术保障体系建设吸取国外先进技术和经验，加强技术支持和保障体系的建设、支持和培养，制定国家级沼气发电工程技术规范和标准，逐步建立和完善可持续推进市场化的沼气发电综合服务网络。5.3引进竞争机制，创新投资体系对目前我国沼气发电技术发展

12、资金不足的现状，认真总结分析我国目前的资金筹措和运营管理经验，学习国外技术成熟的商业化运营沼气发电项目的先进优惠政策和市场化融资体系的建设模式。 鼓励和动员更多的公司和企业投入沼气发电技术竞争。5.4研究制定国家级补助政策进一步加强环境保护部门、工业企业、科研院所与金融机构的合作与协调，研究制定激励性政策、地方性与全国性结合的政策。 同时针对甲烷发电技术产业化、商业化研究制定补助政策。参考文献：1蒋同昌等人，我国沼气发电机的研究和生产概括，中国沼气，1992； 十(二):44-46。2孙俊华.甲烷发电机的使用和维护。 中国甲烷，1990 8(4):2324。3中国农业部/美国能源部项目专家。

13、中国生物质技术商业化战略设计.北京：中国环境科学出版社，1999。推进中国城市垃圾填埋气体收集利用项目进展情况报告“推进中国城市固体垃圾填埋气体的回收利用”项目是中国政府和联合国开发计划署共同申请全球环境基金资助的技术援助项目。 这个项目的基本内容是尝试三个城市垃圾填埋气的回收利用分析了我国城市垃圾管理的基本框架、城市垃圾资源化的技术前景，制定促进我国城市垃圾填埋气回收利用的国家行动方案通过加强填埋气的回收利用能力建设国家环境保护总局是这个项目的执行机关。 该项目包括鞍山、鞍山、南京五个城市的示范项目，中国垃圾填埋气回收利用为国家行动方案和鞍山联合国垃圾填埋技术培训中心。 三个示范城市根据土地

14、条件选择了有示范意义的填埋气体利用技术。 其中鞍山采用利用填埋气体制取汽车燃料的技术路线，南京连接互联网利用填埋气发电，鞍山利用填埋气焚烧医疗垃圾。 项目总投资额为1956.5万美元，其中GEP为528.5万美元，三个示范城市获得的资助为鞍山： 83.6万美元南京： 80万美元鞍山： 37万美元。 项目于1997年启动，预计2002年底全部结束。 项目5个部分中国家行动方案和南京模范项目成功。 鞍山培训中心已经满足项目要求，目前正在进一步进行能力建设。 鞍山和鞍山的示范项目预计年底完成。鞍山示范项目的主体工程分为高压部分和低压部分。 现在自己完成了高压部分的招标，由中国通用机械工程总公司中标，

15、负责高压部分的设计和建设。 总设计自己完成，海外购买的设备也自己签订了合同，进入了现场施工阶段。 低压部分的非标准设备的购买和制造自己完成。 现在正在准备进行最后低压部分的标准设备的招标。鞍山市项目由于西气东输等客观原因，改变了项目最初设计时将垃圾填埋气纳入城市民间管网的方案。 现在确定的利用方式是医疗垃圾的焚烧和工厂锅炉燃料的供给。 工程总投资578万元。 鞍山市市容管理局、市环境保护局和市卫生局共同组织实行医疗固体废弃物集中焚烧处置的通知 o市容局和环卫所计划回收填埋气体的运营机构鞍山市环佳能源有限责任公司o正在准备招标第一期需要国际采购的设备。 现场的辅助设施正在施工中。南京示范项目采取

16、了与外资合作的形式。 2001年2月，南京市规划委员会批准项目可研究，同年南京环发实业公司、南京水阁垃圾填埋地和澳大利亚白兰堡集团宁卫公司分别签订了合作协议。 2001年7月，通过招标，项目甲烷采集系统、输电系统和电场建设由江苏地质勘探设计院、江苏深水供给电气工程公司和宁卫公司负责。 所有工程于2002年5月完成，5月5日开机成功，5月15日投入商业试验运营。 目前发电容量为1.25MV，计划总设备容量为5.2MW。 2002年7月25日，南京市水阁垃圾填埋地举行了“垃圾填埋气体收集发电网投入”的告示仪式。 国家环境保护总局副局长祝光耀、项目主任罗高来南京市副市长周学柏、南京市市容局局长张东毛联合国开发计划局副代表、联合国经济社会事务部李少义先生等出席揭牌仪式，并分别代表有关方面发言，祝贺南京市顺利完成示范项目。 南京示范项目的成功实践，通过对加快城市建设和环境保护协调发展进行了有益探索的城市垃圾管理模式，面向市场，对利用市场经济规则进行了有益的尝试，为垃圾无害化、资源化处理积累了经验，提供了很好