【实践】沼气发电经济性分析与展望
全国每年可用于沼气生产的农业废弃物资源总量约为14.04亿吨,沼气生产潜力可达1227亿立方米,沼气发电市场空间巨大。
一、前言
我国生物质资源丰富,能源化利用潜力大。目前,全国每年产生农作物秸秆10.4亿吨,规模化畜禽养殖场每年产生畜禽粪污20.5亿吨,这些废弃物蕴含着丰富的生物质能源。目前生物质能利用方式多是暂时性和不可持续的。
习近平总书记在中央财经领导小组第十四次会议上指出,以沼气和生物天然气为主要处理方向,以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向,力争在“十三五”时期,基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。
图一:生物质制沼及沼气发电流程示意图
生物质经过发酵可以将有机质在厌氧微生物的作用下产生沼气,沼气再通过热电联产或分布式能源开发可实现生物质能源高效、清洁利用。截至2015年,我国沼气发电装机容量约为30万千瓦,根据“十三五”规划,至2020年,沼气发电装机容量将达到50万千瓦。
二、沼气资源丰富
沼气原料主要为农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工剩余物、蔬菜剩余物、农村有机生活垃圾等。据统计,全国每年可用于沼气生产的农业废弃物资源总量约为14.04亿吨,其中,秸秆可利用资源量超过1亿吨、畜禽粪便可利用资源量超过10亿吨、其他有机废弃物可利用量超过1亿吨,沼气生产潜力约为1227亿立方米。
图二:不同原料产沼气率(立方米/吨新鲜原料)
到2015年,全国沼气实际年生产能力达到158亿立方米,约为全国天然气消费量的5%,每年可替代化石能源约1100 万吨标准煤,对优化国家能源结构、增强国家能源安全保障能力发挥了积极作用。随着经济社会发展、生态文明建设和农业现代化推进,沼气生产及应用市场发展潜力巨大。
三、沼气资源分布
图三:全国农村沼气发展布局图(《全国农村沼气发展“十三五”规划》)
综合考虑各地区畜禽粪便、农作物秸秆等资源量,肥料化、饲料化、原料化、基料化等竞争性利用途径,以及地域分异规律、沼气发展基础、经济水平、清洁能源需求等因素,《全国农村沼气发展“十三五”规划》将全国31 个省(直辖市、自治区)划分为三类地区:I 类地区(资源量丰富地区);II 类地区(资源量中等地区);III 类地区(资源量一般地区)。
四、沼气发电
沼气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。从国内外的沼气发电技术来看,燃气内燃机热电联供(CHP)系统因其热电效率高、运行费用低、占地少、建设周期短、经济效益明显等特点,成为国内外广泛采用的沼气发电设备。
图四:燃气内燃机热电联供(CHP)系统示意图
沼气内燃机热电联供(CHP)系统可全自动化持续运行,采用技术先进、稳定可靠和环境零伤害的燃气发动机技术,可获得最大效率和可靠性。
- 高效、环保、安全;
- 机动性较高的单元组装装置,采用标准化模块和同步化零部件;
- 整体设计,无需其它建筑物;
- 运行和地点的灵活性;
- 优质组件运行,低维护成本;
- 降低的交通成本;
- 工厂已测试系统,降低安装和试车时间。
五、燃气内燃机主要产品型号一览表
截至2014年3月份,全球超过13600台颜巴赫燃气内燃机应用,装机容量17000 MW,其中沼气应用全球超过3950台,装机容量3100MW。
颜巴赫燃气内燃机功率范围涵盖0.25MW至10MW,共5个系列、12种产品。
六、案例分析
北京某鸡粪沼气发电厂为国内首家利用鸡粪发酵发电项目,被列为“全球大型沼气发电技术示范工程”。
作为我国单场存栏蛋鸡最多的养殖企业,该企业每天产生220吨鸡粪和170吨废水,利用厌氧后产生的沼气,年发电1460万度,烟气余热产生的热水用于发酵系统保温。
- 内燃机型号: JMS 320 GS-B.L
- 电力输出: 2 x 1063 kW
- 发电效率: 40%
- 热能输出: 2 x 617kW(不包含尾气余热利用)
该项目能源综合利用效率高达80%以上,项目内部收益率达21%以上,同时该项目的建设在改善电网结构及节约能源方面起着重要的作用,特别是能够利用当地的自然洁净能源为用户企业的建设、生产运行提供有力的帮助和支持,促进当地经济稳定发展。因此,该项目有较好的社会经济效益。