沼氣發電的原理是什么？工藝流程是怎樣的？產業扶持政策一覽

2021-09-28 14:44:32 作者：C-C 8424

1 沼氣是什么

(1)沼氣的主要成分

沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由 50%～80%甲烷(CH₄)、20%～40%二氧化碳(CO₂)、0%～5%氮氣(N₂)、小于 1%的氫氣(H₂)、小于 0.4%的氧氣(O₂)和 0.1%～3%硫化氫(H₂S)等氣體組成。

(2)沼氣來源

沼氣資源包括工業有機廢棄物、養殖場畜禽糞便、城市生活垃圾和廢水以及農村家庭畜禽養殖等。

(3)沼氣發酵工藝條件

沼氣產生于有機物質的厭氧發酵, 它是甲烷細菌的代謝產物，產生沼氣的先決條件除了缺氧以外, pH值應該在6.5 和7.5之間,溫度應控制在一定范圍。沼氣發酵最經濟的溫度條件是35℃，即中溫發酵。

2 沼氣發電原理

沼氣發酵是指農作物秸稈、人畜的糞便、生活污水和工業廢水等有機物質在厭氧環境下，在微生物的分解代謝下產生沼氣。沼氣成分比較復雜，其中甲烷含量是只要成分，而且其熱值也很高，屬于可燃性氣體，將發酵產生的沼氣用在發動機進行燃料做工，然后扭矩帶動發電機的轉子繞組做工，就能產生熱能和電能，把發電機組余熱用作沼氣的生產。

沼氣發電是一個系統工程，沼氣發電熱電聯產的項目熱效率因發電設備的不同而不同，使用余熱鍋爐并補燃能夠使熱效率維持在百分之九十以上，使用燃氣內燃機的熱效率維持在百分之七十左右，沼氣發電機是利用大量垃圾堆體垂直植入的幾根抽氣井將沼氣不停的抽出來，通過收集管網將其送往發電機機組，然后經由冷卻、脫硫脫水及過濾凈化等產生純沼氣，這些沼氣在發電機組里面燃燒以后發電并入電網。

3 沼氣發電的工藝流程

一個完整的大中型沼氣發電工程，一般來說，包括了原料的收集、預處理、厭氧消化系統、出料的后處理系統、沼氣發電系統等。

沼氣發電工藝流程

(1)原料收集

沼氣發電需要有充足穩定的原料供應，這也是厭氧消化工藝的基礎。用不同的方式收集原料，原料的質量也會存在差異。為了方便就近進行沼氣發酵處理，在養殖場或工廠設計時應當根據當地條件合理安排畜禽糞污的收集方式和集中地點。

(2)原料預處理

要對原料進行預處理是因為原料中?；祀s有生產作業中的各種雜物，這樣做可以減少原料中的懸浮固體含量，便于用泵輸送及防止發酵過程中出現故障，而且預處理還可以根據需要做好原料進入消化器前進行的升溫或降溫工作。

(3)厭氧消化系統

厭氧消化是一個復雜的過程，可概括為三個階段。

第一階段：在水解與細菌發酵的作用下，糞污中的碳水化合物、蛋白質與脂肪轉化為單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、二氧化碳和氫等。

第二階段：第一階段的產物在菌的作用下轉化成氫、二氧化碳和乙酸。

第三階段，通過兩組生理物性上不同的產甲烷菌的作用，將氫和二氧化碳轉化為甲烷或對乙酸脫羧產生甲烷發酵階段，脂肪酸在專性厭氧菌-產甲烷菌的作用下轉化為CH₄和CO₂。

(4)出料的后處理

處理出料的方式多種多樣，最簡便的方法就是直接施入農田土壤或排入魚塘當作肥料使用，考慮到施肥的季節性和單位面積的施肥限制等因素，這類工程需要養殖場周邊有足夠的農田、魚塘、植物塘等，以便能夠完全消納經厭氧發酵后的沼渣、沼液，使沼氣利用工程成為生態農業園區的紐帶。

(5)沼氣發電系統

養殖場糞污厭氧消化過程中會產生大量的沼氣(主要成分是CH₄和CO₂)，將沼氣進行收集、凈化后送入沼氣發電機組，在收集、凈化、輸送系統上布置有溫度、氣體濃度、流量等測量元件，并布置有安全閥、阻火器等安全設施。進入發電機組的沼氣經防爆電磁閥和調壓閥進入機組氣缸、由火花塞點火，混合氣體燃燒做功，帶動發電機發電。經變壓器升壓后并入城市電網，做功后的廢氣經機組排氣口排出。

4 政策支持沼氣發電，價格實行補貼制度

2006年1月發布的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》和《關于促進非水可再生能源發電健康發展的若干意見》等文件實行補貼制度,由國務院價格主管部門分地區制定標桿電價，電價標準由各省(自治區、直轄市) 2005年脫硫燃煤機組標桿上網電價加補貼電價組成。補貼電價標準為每千瓦時0.25元。

2016年國家發改委發布的《可再生能源發展“十三五”規劃》和《國家能源局關于可再生能源發展“十三五”規劃實施的指導意見》等文件，強調推動沼氣發電、生物質氣化發電，合理布局垃圾發電，風電、光伏均需納入年度規模管理，垃圾焚燒發電納入規劃布局，沼氣發電(含填埋氣發電)不受規模限制。

2016年10月國家能源局發布《生物質能發展“十三五”規劃》，提出因地制宜發展沼氣發電。

2019 年10月30日，國家發改委發布《產業結構調整指導目錄(2019年本)》，鼓勵農村可再生資源綜合利用開發工程，包括沼氣工程、沼氣發電等;鼓勵以農作物秸稈、生活垃圾等各類城鄉有機廢棄物為原料的大型沼氣和生物天然氣生產成套設備。

2020年9月國家發改委等《完善生物質發電項目建設運行的實施方案》進一步完善生物質發電建設運行管理,合理安排2020年中央新增生物質發電補貼資金,促進生物質發電行業持續健康發展。

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