中國(guó)沼氣發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望

　　摘要：本文通過(guò)對(duì)中國(guó)沼氣利用現(xiàn)狀和沼氣發(fā)電工程市場(chǎng)前景的調(diào)查與分析，描述了沼氣發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其能源利用市場(chǎng)潛力，對(duì)影響沼氣發(fā)電商品化和市場(chǎng)化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和主要障礙進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，并提出了一些對(duì)策和措施。

　　1、引言

　　生物質(zhì)能是來(lái)源于太陽(yáng)能的一種可再生能源，具有資源豐富、含碳量低的特點(diǎn)，加之在其生長(zhǎng)過(guò)程中吸收大氣中的C02，因而用新技術(shù)開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能不僅有助于減輕溫室效應(yīng)和生態(tài)良性循環(huán)，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成為解決能源與環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。

　　隨著對(duì)環(huán)境的日益重視，人們開(kāi)始利用各種方式來(lái)減少工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的破壞。近十幾年來(lái)，在各級(jí)政府有關(guān)部門(mén)和企業(yè)的幫助協(xié)調(diào)下，用于處理畜禽糞便及各種生產(chǎn)、生活污水的大中型沼氣工程紛紛上馬，至1998年底，我國(guó)已建成大中型沼氣工程742處，年產(chǎn)沼氣量為16393.94萬(wàn)立方米；垃圾填埋法產(chǎn)生沼氣是處理城市垃圾的主要方式之一，具有簡(jiǎn)單易行和費(fèi)用較低的特點(diǎn)，同時(shí)還可回收能源，正受到世界各國(guó)的普遍歡迎。目前，全世界共建成4817座垃圾填埋場(chǎng)，每年可回收沼氣51.42億立方米。

　　沼氣是一種具有較高熱值的可燃?xì)怏w，與其它燃?xì)庀啾?，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料，傳統(tǒng)上大多利用沼氣進(jìn)行取暖、炊事和照明，隨著沼氣產(chǎn)量的不斷增加，如何更高效地利用沼氣，成為擺在我們面前的一項(xiàng)課題。

　　2、沼氣發(fā)電技術(shù)進(jìn)展?fàn)顩r

　　沼氣燃燒發(fā)電是隨著沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項(xiàng)沼氣利用技術(shù)，它將沼氣用于發(fā)動(dòng)機(jī)上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能，是有效利用沼氣的一種重要方式。目前用于沼氣發(fā)電的設(shè)備主要有內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)。

　　國(guó)外用于沼氣發(fā)電的內(nèi)燃機(jī)主要使用Otto發(fā)動(dòng)機(jī)和Diesel發(fā)動(dòng)機(jī)，其單位重量的功率約為27kW／T。汽輪機(jī)中燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)均有使用，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是單位重量的功率大，一般為70～140kW／T；蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)一般為10kW／T。國(guó)外沼氣發(fā)電機(jī)組主要用于垃圾填埋場(chǎng)的沼氣處理工藝中。目前，美國(guó)在沼氣發(fā)電領(lǐng)域有許多成熟的技術(shù)和工程，處于世界領(lǐng)先水平?，F(xiàn)有61個(gè)填埋場(chǎng)使用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，加上使用汽輪機(jī)發(fā)電的裝機(jī)，總?cè)萘恳堰_(dá)340兆瓦；歐洲用于沼氣發(fā)電的內(nèi)燃機(jī)，較大的單機(jī)容量在0.4～2兆瓦，填埋沼氣的發(fā)電效率約為1.68～2kWh／m3。

　　我國(guó)開(kāi)展沼氣發(fā)電領(lǐng)域的研究始于八十年代初，1998年全國(guó)沼氣發(fā)電量為1,055，160kWh。在此期間，先后有一些科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行過(guò)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝和提高熱效率方面的研究工作。我國(guó)的沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要為兩類，即雙燃料式和全燒式。目前，對(duì)“沼氣一柴油”雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究開(kāi)發(fā)工作較多。如：中國(guó)農(nóng)機(jī)研究院與四川綿陽(yáng)新華內(nèi)燃機(jī)廠共同研制開(kāi)發(fā)的S195—1型雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)：上海新中動(dòng)力機(jī)廠研制的20／27G雙燃料機(jī)等。成都科技大學(xué)等單位還對(duì)雙燃料機(jī)的調(diào)速、供氣系統(tǒng)以及提高熱效率等方面進(jìn)行過(guò)研究。濰坊柴油機(jī)廠研制出功率為120kW的6160A一3型全燒式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)，貴州柴油機(jī)廠和四川農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所共同開(kāi)發(fā)出60kW的6135AD(Q)型全燒沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組；此外，還有重慶、上海、南通等一些機(jī)構(gòu)進(jìn)行過(guò)這方面的研究、研制工作?？梢哉f(shuō)，目前我國(guó)在沼氣發(fā)電方面的研究工作主要集中在內(nèi)燃機(jī)系列上。表1是我國(guó)部分12kW以下沼氣發(fā)電機(jī)組的測(cè)試性能比較。

　　3、沼氣發(fā)電前景廣闊

　　沼氣發(fā)電工程本身是提供清潔能源，解決環(huán)境問(wèn)題的工程，它的運(yùn)行不僅解決沼氣工程中的一些主要環(huán)境問(wèn)題，而且由于其產(chǎn)生大量電能和熱能，又為沼氣的綜合利用找到了廣泛的應(yīng)用前景：

　　1)有助于減少溫室氣體的排放

　　通過(guò)沼氣發(fā)電工程可以減少CH4的排放，每減少1屯CH4的排放，相當(dāng)于減少25噸C02的排放，對(duì)緩和溫室效應(yīng)有利。

　　2)有利于變廢為寶，提高沼氣工程的綜合效益我們以沼電在酒廠中的的綜合效益為例：四川榮縣進(jìn)行了120kW沼氣發(fā)電的生產(chǎn)和示范。用酒糟廢水經(jīng)厭氧消化產(chǎn)生沼氣，發(fā)電效率為1.69kWh／m3，當(dāng)年成本為0.0465元／kWh。沼電能夠基本滿足該廠的生產(chǎn)用電：山東昌樂(lè)酒廠安裝2臺(tái)120kW的沼氣發(fā)電機(jī)組，170m3酒糟日產(chǎn)沼氣4800m3，發(fā)電8640kwh，全年能源節(jié)約開(kāi)支29萬(wàn)元，工程運(yùn)行一年即收回全部成本。

　　杭州天子嶺填埋場(chǎng)發(fā)電工程在運(yùn)行過(guò)程中，在平均電價(jià)為0.438元／kWh的條件下，投資回報(bào)率可達(dá)14.8%。

　　3)可減少對(duì)周圍環(huán)境的污染。

　　由于綜合利用手段單一，很多沼氣工程產(chǎn)生的沼氣大量排入大氣中，不僅嚴(yán)重污染周圍的環(huán)境，也對(duì)工作人員的安全和健康產(chǎn)生了極大的威脅，沼氣發(fā)電則為沼氣找到了一條合理利用的途徑。

　　4)小沼電為農(nóng)村地區(qū)能源利用開(kāi)辟新途徑

　　我國(guó)農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)還有許多地方嚴(yán)重缺電，如牧區(qū)、海島、偏僻山區(qū)等高壓輸電較為困難，而這些地區(qū)卻有著豐富的生物質(zhì)原料。因地制宜地發(fā)展小沼電，猶如建造微型“坑口電站”，可取長(zhǎng)補(bǔ)短就地供電。

　　4、沼氣發(fā)電商業(yè)化發(fā)展的主要障礙

　　80年代是我國(guó)沼氣發(fā)電研究的起始階段，也是較為活躍的時(shí)期。但近十年的發(fā)展比較緩慢。主要存在以下障礙：

　　4.1技術(shù)障礙

我國(guó)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)研究主要集中在內(nèi)燃機(jī)系列上，一般只是對(duì)柴油機(jī)和汽油機(jī)進(jìn)行較淺層次的改裝，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱工性能研究不深，由于產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)，在運(yùn)行使用中出現(xiàn)諸多問(wèn)題，給用戶帶來(lái)不便，從而影響其發(fā)展進(jìn)程。導(dǎo)致這種情況的根本原因是沒(méi)有對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行深入的研究，技術(shù)不過(guò)關(guān)，缺乏足夠的生產(chǎn)實(shí)踐。致使發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生熱負(fù)荷高、可靠性差、起動(dòng)困難；另外我國(guó)研制的全燒沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度過(guò)高，氣閥易燒壞，使氣缸蓋等成為易損件等諸多技術(shù)問(wèn)題。

　　4.2市場(chǎng)障礙

　　由于我國(guó)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)存在許多問(wèn)題，先前應(yīng)用國(guó)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組的沼氣發(fā)電工程有許多長(zhǎng)期處于停機(jī)狀態(tài)。這就使后來(lái)發(fā)展的絕大多數(shù)沼氣工程放棄了沼氣發(fā)電方式，轉(zhuǎn)而尋求其他的利用途徑。少數(shù)沼氣發(fā)電工程(如天津、杭州等)依靠貸款引進(jìn)購(gòu)買較為成熟的國(guó)外發(fā)電機(jī)組設(shè)備來(lái)維持運(yùn)行。我國(guó)生產(chǎn)廠家則由于技術(shù)不夠成熟而造成買方市場(chǎng)的嚴(yán)重匱乏，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組無(wú)法形成規(guī)?；可a(chǎn)，使科研生產(chǎn)單位缺乏相關(guān)的研究經(jīng)費(fèi)，沒(méi)有對(duì)其作深入研究開(kāi)發(fā)的積極性，不能提供質(zhì)量過(guò)關(guān)的產(chǎn)品，進(jìn)一步阻礙產(chǎn)品的市場(chǎng)化進(jìn)程，對(duì)生產(chǎn)科研單位自身以及沼氣發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展都不利。

　　此外，沼氣發(fā)電市場(chǎng)不規(guī)范，沒(méi)有相應(yīng)的較為完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也不利于其商業(yè)化開(kāi)發(fā)和利用。

　　4.3政策障礙

　　缺乏相應(yīng)的激勵(lì)政策和限制性政策，不能有效地動(dòng)員和吸收投資，成為影響其技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要原因。

　　由于目前沼氣發(fā)電工程在技術(shù)和市場(chǎng)化方面面臨許多問(wèn)題，這就需要國(guó)家在這個(gè)領(lǐng)域給予政策方面的扶持。如果國(guó)家給予在稅收、貸款方面的優(yōu)惠政策、投資補(bǔ)貼和產(chǎn)業(yè)保護(hù)措施，以及電力部門(mén)在沼氣電力并網(wǎng)方面給予支持和幫助，制定優(yōu)惠的上網(wǎng)電價(jià)，將大大改善沼氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)前景，對(duì)其進(jìn)入市場(chǎng)具有很積極的作用。

　　5、促進(jìn)沼氣發(fā)電商業(yè)化發(fā)展的建議

　　從以上沼氣發(fā)電商業(yè)化所面臨的主要障礙來(lái)看，如果要克服其障礙，達(dá)到促進(jìn)沼氣發(fā)電技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的目的，還需要采取一些措施和行動(dòng)。

　　5.1制定發(fā)展規(guī)劃

　　對(duì)我國(guó)沼氣利用現(xiàn)狀和市場(chǎng)前景進(jìn)行成分調(diào)查，描述沼氣發(fā)電能源利用市場(chǎng)，確定本項(xiàng)目建設(shè)發(fā)展領(lǐng)域，并評(píng)價(jià)發(fā)展沼氣發(fā)電商品化和市場(chǎng)化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，分析沼氣發(fā)電的技術(shù)開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)潛力，制定相關(guān)工藝開(kāi)發(fā)利用的規(guī)劃，明確開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。

　　5.2加強(qiáng)技術(shù)保障體系的建設(shè)

　　引進(jìn)吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)技術(shù)支持和保障體系的建設(shè)、扶持和培養(yǎng)，制定國(guó)家級(jí)的沼氣發(fā)電工程技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，逐步建立和完善可持續(xù)的、市場(chǎng)化的推廣沼氣發(fā)電綜合性服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

　　5.3引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，創(chuàng)新投資體系

　　針對(duì)目前我國(guó)沼氣發(fā)電技術(shù)發(fā)展資金匱乏的現(xiàn)狀，認(rèn)真總結(jié)分析我國(guó)外現(xiàn)行的資金籌措和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)國(guó)外技術(shù)成熟的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)沼氣發(fā)電工程先進(jìn)優(yōu)惠政策以及市場(chǎng)化融資體系建設(shè)模式。轉(zhuǎn)變觀念，鼓勵(lì)和動(dòng)員更多的公司和企業(yè)投入到沼氣發(fā)電技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)行列。

　　5.4研究制定國(guó)家級(jí)的配套政策

　　進(jìn)一步加強(qiáng)同環(huán)保部門(mén)、工業(yè)企業(yè)、科研院所和金融機(jī)構(gòu)的合作與協(xié)調(diào)，研究制定激勵(lì)性政策，地方性和全國(guó)性相結(jié)合的政策。同時(shí)應(yīng)對(duì)沼氣發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化研究制定配套政策。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]蔣同昌等，《我國(guó)沼氣發(fā)電機(jī)的研究和生產(chǎn)概括》，《中國(guó)沼氣》，1992；10(2)：44—46。

　　[2]孫俊華．沼氣發(fā)電機(jī)的使用與維修。中國(guó)沼氣，1990；8(4)：23～24。

　　[3]中國(guó)農(nóng)業(yè)部／美國(guó)能源部項(xiàng)目專家組。中國(guó)生物質(zhì)能技術(shù)商業(yè)化策略設(shè)計(jì)．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1999。

　　[4]中國(guó)農(nóng)業(yè)部／美國(guó)能源部