沼气发电的原理是什么？工艺流程是怎样的？产业扶持政策一览

2021-09-28 14:44:32 作者：C-C 7156

1 沼气是什么

(1)沼气的主要成分

沼气的主要成分是甲烷。沼气由 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)和 0.1%～3%硫化氢(H₂S)等气体组成。

(2)沼气来源

沼气资源包括工业有机废弃物、养殖场畜禽粪便、城市生活垃圾和废水以及农村家庭畜禽养殖等。

(3)沼气发酵工艺条件

沼气产生于有机物质的厌氧发酵, 它是甲烷细菌的代谢产物，产生沼气的先决条件除了缺氧以外, pH值应该在6.5 和7.5之间,温度应控制在一定范围。沼气发酵最经济的温度条件是35℃，即中温发酵。

2 沼气发电原理

沼气发酵是指农作物秸秆、人畜的粪便、生活污水和工业废水等有机物质在厌氧环境下，在微生物的分解代谢下产生沼气。沼气成分比较复杂，其中甲烷含量是只要成分，而且其热值也很高，属于可燃性气体，将发酵产生的沼气用在发动机进行燃料做工，然后扭矩带动发电机的转子绕组做工，就能产生热能和电能，把发电机组余热用作沼气的生产。

沼气发电是一个系统工程，沼气发电热电联产的项目热效率因发电设备的不同而不同，使用余热锅炉并补燃能够使热效率维持在百分之九十以上，使用燃气内燃机的热效率维持在百分之七十左右，沼气发电机是利用大量垃圾堆体垂直植入的几根抽气井将沼气不停的抽出来，通过收集管网将其送往发电机机组，然后经由冷却、脱硫脱水及过滤净化等产生纯沼气，这些沼气在发电机组里面燃烧以后发电并入电网。

3 沼气发电的工艺流程

一个完整的大中型沼气发电工程，一般来说，包括了原料的收集、预处理、厌氧消化系统、出料的后处理系统、沼气发电系统等。

沼气发电工艺流程

(1)原料收集

沼气发电需要有充足稳定的原料供应，这也是厌氧消化工艺的基础。用不同的方式收集原料，原料的质量也会存在差异。为了方便就近进行沼气发酵处理，在养殖场或工厂设计时应当根据当地条件合理安排畜禽粪污的收集方式和集中地点。

(2)原料预处理

要对原料进行预处理是因为原料中常混杂有生产作业中的各种杂物，这样做可以减少原料中的悬浮固体含量，便于用泵输送及防止发酵过程中出现故障，而且预处理还可以根据需要做好原料进入消化器前进行的升温或降温工作。

(3)厌氧消化系统

厌氧消化是一个复杂的过程，可概括为三个阶段。

第一阶段：在水解与细菌发酵的作用下，粪污中的碳水化合物、蛋白质与脂肪转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、二氧化碳和氢等。

第二阶段：第一阶段的产物在菌的作用下转化成氢、二氧化碳和乙酸。

第三阶段，通过两组生理物性上不同的产甲烷菌的作用，将氢和二氧化碳转化为甲烷或对乙酸脱羧产生甲烷发酵阶段，脂肪酸在专性厌氧菌-产甲烷菌的作用下转化为CH₄和CO₂。

(4)出料的后处理

处理出料的方式多种多样，最简便的方法就是直接施入农田土壤或排入鱼塘当作肥料使用，考虑到施肥的季节性和单位面积的施肥限制等因素，这类工程需要养殖场周边有足够的农田、鱼塘、植物塘等，以便能够完全消纳经厌氧发酵后的沼渣、沼液，使沼气利用工程成为生态农业园区的纽带。

(5)沼气发电系统

养殖场粪污厌氧消化过程中会产生大量的沼气(主要成分是CH₄和CO₂)，将沼气进行收集、净化后送入沼气发电机组，在收集、净化、输送系统上布置有温度、气体浓度、流量等测量元件，并布置有安全阀、阻火器等安全设施。进入发电机组的沼气经防爆电磁阀和调压阀进入机组气缸、由火花塞点火，混合气体燃烧做功，带动发电机发电。经变压器升压后并入城市电网，做功后的废气经机组排气口排出。

4 政策支持沼气发电，价格实行补贴制度

2006年1月发布的《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》和《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》等文件实行补贴制度,由国务院价格主管部门分地区制定标杆电价，电价标准由各省(自治区、直辖市) 2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加补贴电价组成。补贴电价标准为每千瓦时0.25元。

2016年国家发改委发布的《可再生能源发展“十三五”规划》和《国家能源局关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》等文件，强调推动沼气发电、生物质气化发电，合理布局垃圾发电，风电、光伏均需纳入年度规模管理，垃圾焚烧发电纳入规划布局，沼气发电(含填埋气发电)不受规模限制。

2016年10月国家能源局发布《生物质能发展“十三五”规划》，提出因地制宜发展沼气发电。

2019 年10月30日，国家发改委发布《产业结构调整指导目录(2019年本)》，鼓励农村可再生资源综合利用开发工程，包括沼气工程、沼气发电等;鼓励以农作物秸秆、生活垃圾等各类城乡有机废弃物为原料的大型沼气和生物天然气生产成套设备。

2020年9月国家发改委等《完善生物质发电项目建设运行的实施方案》进一步完善生物质发电建设运行管理,合理安排2020年中央新增生物质发电补贴资金,促进生物质发电行业持续健康发展。

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