利用厌氧消化技术转化废弃生物质生产沼气是减少环境污染,生产能源的良好途径,受到了我国政府的高度重视。国家发改委制定了发展沼气事业的规划,到2020年,年生产200亿方沼气,一半用于发电。由于沼气池投资大,沼气利用效益低,过去发展沼气的主要目的是治理工农业有机污染物,并不能为投资者带来直接经济效益。近年来,随着石油、天然气价格持续上涨,清洁能源机制的实施,特别是各国政府制定了可再生能源政策,发展沼气事业的效益有了很大提高。在很多国家,沼气发电已经成为一项具有较高投资收益的事业,例如德国近5年来新增了2000座大中型厌氧消化发电工程,超过过去几十年的发展。发展沼气事业的关键是采用规模化沼气发电方案,提高系统效益,使其成为一项可持续发展的事业。规模化沼气发电方案的优势主要体现在如下7个方面:
1、 首先沼气池需要一个稳定的温度。通常中温沼气池温度在35℃左右,高温沼气池在55℃左右,偏离该温度太多,厌氧微生物活性就急剧下降,产气量随之大幅度下降。小型沼气池通常没有保温加热措施,在寒冷冬天,产气率大幅度下降,有的几乎不产气。采用大中型沼气发电路线,可以利用沼气发电余热加热沼气池,维持沼气池温度,提高产气率。
2、 大中型沼气发电效率较高,国外1MW沼气发电机可达到38-40%热电转化率,每立方沼气可发电2kWh,国内生产的500kW沼气发动机热电转化效率也达到30%左右,使系统效益大幅度提高。
3、 大中型规模沼气发电,可向电网输出过剩的电,享受国家电价补贴,改善了系统效益(我国现阶段电价补贴0.25元/kWh)。
4、 大中型沼气池投资和运行成本较低,通常工业设施规模每增加十倍,单位投资和生产成本下降约一半。
5、 大中型沼气池通常通过良好设计或增加搅拌设施,使系统混合良好,还有加热保温设施,沼气产率较高,国外1000m3大小沼气池产气率通常达到每天1-2m3沼气/m3沼气池,而国内10m3以下沼气池产气率仅为每天0.2-0.4 m3沼气/m3沼气池。
6、 沼渣和沼液是良好的有机肥料,大中型沼气发电厂可以增加脱水烘干设施,利用发电余热烘干沼渣生产有机肥料,增加罐车运输沼液,使沼渣和沼液得到利用,提高系统效益。有机肥料替代化肥,可以改良土壤,减少化肥流失带来的天然水体富营养化问题。
7、 大中型规模沼气发电厂可以增加沼气计量和燃烧设施,进入清洁能源市场,由于1t甲烷减排效果相当于20t二氧化碳,根据目前欧洲温室气体市场二氧化碳减排价格,考虑市场等因素,按60%计算交易量,在清洁能源市场出售温室气体甲烷减排量所获得的收益可达到2.6元/m3,大于高效发电所获得的收益,使系统效益成倍提高。生物质转化为沼气是获得该经济效益的唯一方式,是近年来欧洲大力发展生物质厌氧消化发电的主要市场动力。
综上所述,发展沼气事业应以规模化沼气发电为主,考虑到废弃生物质运输成本随运输距离增加而增加,沼气规模因而受到很大限制,一般大型系统也仅在MW量级。