[科普中国]-民和牧业沼气发电厂

简介

随着对环境的日益重视, 人们开始利用各种方式来减少工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帮助协调下, 用于处理畜禽粪的大中型沼气工程纷纷上马。但是, 相对于国外发达国家, 我国利用沼气的发电工程还很少,据统计, 我国沼气工程中沼气发电的比例不到3% 。而德国近3000 处沼气工程几乎都发电上网, 其中98%的沼气工程是热电联产工程, 发电余热用于沼气池加热。

虽然目前国内的此类项目较少, 起步较晚, 但是目前国家和企业已经对沼气发电加以重视并进行了研究。国内的一些大型养殖场如山东民和、北京德清源、内蒙的蒙牛等, 都建设了沼气发电工程, 有的项目已经投产运营。

民和牧业公司是一家畜牧养殖一条龙企业, 主要以饲养肉种鸡为主, 目前肉种鸡的规模在全国最大, 肉雏鸡苗的销售价格在全国最高, 具有明显的品牌效应。

民和养殖场沼气发电项目是目前国内规模最大的畜禽养殖场沼气发电工程, 同时还是国内第一个畜禽养殖场粪污处理大型沼气工程及资源化利用CDM项目, 该CDM 项目于2009 年4 月27日在联合国注册成功, 并于6月投产。运行状况良好。目前, 该项目利用鸡粪便和污水发酵产生沼气,一期工程日产沼气量3万m3, 沼气含量55% 左右(范围50% ~ 60% ) , 日发电6万kWh, 配套3台1063 kW的国外发电机; 二期工程上满后日产沼气量3. 75万m3 (一, 二期工程合计3. 75万m3 ) , 日发电7. 5万kWh, 配套4台1063 kW 的国外发电机,产生的电上网销售1。

沼气净化由于厌氧发酵产生的沼气硫化氢含量大, 未经处理的沼气不符合发动机气体品质的要求, 沼气直接进入发动机会对后端的设备产生腐蚀作用; 同时,其水分、含尘量、压力、温度等均不符合机组要求, 会引起机组功率波动、机组敲缸、停机甚至爆炸。以山西某瓦斯发电厂的情况为例, 该厂的气体只是做了简单的处理, 水分、含尘量、压力、温度等均不符合机组要求。结果由于积水导致了凝结水在管道内大量聚集, 机组的可用率和发电功率大幅度下降; 含尘量过高导致压力损耗过大, 且机组内部缸体损耗严重; 压力、温度等不符合机组要求, 机组频繁跳机, 可用率大幅下降且增加了检修维护、成本。而气体经过预处理改造后, 系统机组的发电量增加了70% 。所以, 气体品质处理的效果如何, 直接影响到最终的机组工作效率, 从而影响收益。

民和沼气发电工程选用了国内最好的预处理设备对沼气进行了脱硫除湿、除杂、稳压、恒温等等一系列处理。除要求沼气处理系统满足机组的技术要求之外, 还要考虑前端气体的收集情况。对发动机影响最大的就是气体的热值和压力波动, 由于沼气属于易燃易爆的气体, 安全应作为设计的第一原则,同时兼顾系统的可靠性、经济性。为了保证系统的长期、稳定运行, 沼气处理系统需达到如下功能2:

( 1)自动增压和超压保护功能, 稳定系统气体的出口压力、温度和流量;

( 2)降低气体的露点温度, 减少水蒸气含量;

( 3)降低粉尘等固体杂质的含量;

( 4)保持系统出口温度, 符合后端发电机组要求;

( 5)在线监测、报警功能, 保证系统安全可靠的长期运行;

( 6)全自动运行, 具备自身数据采集、显示和远程通讯的功能。

( 7) CDM 仪表。

经过前端的气体处理, 该项目的发电机组效率为40%, 运行状态良好。产生的缸套水和高温烟气都进行了回收再利用, 节省了能源和成本。

由于该项目为CDM 项目, 为了保障场区安全、减少碳减排、保护生态环境, 项目采用了专业的封闭式火炬对多余的气体进行处理, 在机组检修期间或者产气量过大时, 多余的气体通过火炬进行燃烧, 一是保障场区的安全, 二是减少了对大气和周围环境的污染, 三是获得了CERS。封闭式火炬为内燃式不见明火装置, 通过对烟气温度、甲烷、氧量、流量等数据的监控进行燃烧控制, 虽然这种简单焚烧浪费了热能, 但是因为甲烷的温室效应远高过二氧化碳的, 所以, 对于无法进行其他利用的气体进行焚烧处理也是一种有效的降低排放的手段。

投资分析山东民和养殖场沼气发电工程项目的投资收益投资回收期4. 36年, 为优质项目。项目总收益为2. 262 亿元, 可获得的经济效益还是非常可观的。由表1可知, 在电价不发生变化的基础上, 如果想要获得最大的经济效益, 一是要增加发电和CDM收入; 二是要减少其他支出。要增加发电的收入, 最主要的还是要选择发电效率高、运行时间长的机组。要增加CDM的收入,也需要系统运行时间长、处理的气量尽可能的多。其实二者的要求是统一的, 就是要选用发电系统效率最大、运行时间最长, 高效率机组和获得优良的气体品质来确保系统的长期、稳定运行。机组的效率分别为30%和40% 时, 发电的年收入差别约为400万, 20年的收入差别为8000万, 从投资收益来说, 这部分的差别是非常大的。另外, 根据技术和实际经验, 气体品质对机组的效率和运行时间起着非常大的作用。优良的气体品质可以最大化的保证机组效率和运行时间。所以, 尽可能的选用效率高、稳定的机组和为机组服务的可保证气体品质的优秀预处理系统, 是整个项目收益最大化的关键。当机组检修或气量过大时, 直接排放的沼气不仅不计入CDM 收入, 反而会因此扣除部分。所以,封闭式火炬在CDM项目中也是必不可少的重要设备。

此外, 火炬的性能关乎到CDM 的收益。火炬的燃尽率、燃烧温度、处理量等技术指标对于能否获得CDM 收益和获得的收益值大小起着至关重要的作用。当然, 根据目前国内的项目情况来, 看有的地方很难获取每度0. 25元的绿色电力电价补贴。投资回收期接近7年, 总收益为1. 3亿元。

农业沼气前景和发展趋势探讨目前中国农村户用沼气池已经超过2000万, 总产气量超过80亿立方米。大中型沼气工程运行数量超过4000处, 年产沼气超过4亿立方米。大中型沼气发电工程已达100余座, 年发电量可达2亿度。根据畜牧业发展规划, 到2010年、2020 年, 中国畜禽粪便量将分别达到25亿吨和40亿吨。中国沼气资源潜力将进一步增加, 预计装机容量可达2000万千瓦以上。根据国家可再生能源发展中长期规划, 到2010年中国可再生能源将占到能源消费总量的10%, 2020年将提高到16%, 国家正在研究和制定可再生能源发电配额比例、份额标准、绿色证书以及发电上网的优惠政策。国家相关政策的出台将促进沼气发电的飞速发展。农业部发展大中型沼气工程的具体目标是以年均新建800处的速度发展,到2020年累计总量要超过10000处3。

可以说, 沼气发电的前景是非常广阔和光明的。从我国沼气生产潜力、市场需求和可持续发展的政策导向来看, 可以预见今后沼气发电产业的形成势在必行。但是由于国内此方面起步较晚、且成功案例较少, 所以选择有成功经验的供应商至关重要。