适合我国中小型养殖场的沼气发电模式

适合我国中小型养殖场的沼气发电模式
作者：葛昕李布青杨华昌丁叶强陈志龙
来源：《农业工程技术·新能源产业》2012年第07期
摘要：介绍了一种针对我国中小型养殖场沼气工程的特点及用电需求的新型小型沼气专用发电机组和与市电兼容的并联控制器供电方式，提出了适合中小型养殖场发展的“养殖一沼气一供能和发电”的沼电模式，解决中小规模养殖污染治理沼气工程存在的沼气利用剩余化问题，避免了环境的二次污染，提高了能源利用率，有效缓解了农村能源紧缺，增加了养殖场的经济效益，对促进我国农村社会经济发展起到了积极的作用。

关键词：沼气沼电中小型养殖场沼气发电机
1引言
随着我国农业和农村经济结构的调整，畜牧业得到持续健康快速的发展，已逐渐成为农村经济支柱产业和农民增收的主要途径。

但是，随着养殖规模扩大和集约化程度的不断提高，畜禽粪便逐渐变为我国环境污染的一个重要来源，其造成的面源污染已成为我国环境污染治理的重中之重。

因地制宜地推广沼气工程是治理养殖污染的有效途径，不仅能有效地解决养殖污染问题，实现养殖业废弃物资源化利用，还带来了良好的经济、生态和社会效益。

大多数养殖场配套的污染治理沼气工程所产的沼气仅用来取暖、炊事和照明，往往会有大量剩余沼气没有利用而被白白放空。

这样一方面造成资源浪费，另一方面沼气大量排入大气中，会造成二次污染。

因此，如何更高效地利用沼气，成为摆在我们面前的一项课题。

沼气发电以其低排放、低污染、节约能源、废物资源再利用等优点而倍受各国政府的关注，开发沼气发电成为建设绿色环保工程的一项重要措施。

2国内外沼气发电发展现状
沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广，如美国的能源农场、德国的可再生能源促进法的颁布、日本的阳光工程、荷兰的绿色能源等。

生物质能发电并网在西欧如德国、丹麦、奥地利、芬兰、法国、瑞典等一些国家的能源总量中所占的比例为10％左右，并一直在持续增加。

德国是目前世界上沼气工程发展最为成功的国家之一，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。

我国沼气发电起步较晚，与发达国家相比还存在一定的差距。

四川省率先开展了沼气发电的研究。

1972年，中江县开始用沼气作燃料带动小型汽油发电机发电；而后，德阳县农机所、绵阳地区农机所相继研制成功了沼气发动机发电：此后，先后有一些科研机构在沼气发动机的改装和提高热效率方面进行了研究工作。

沼气发电机按所用燃料成分，分为单燃机(即电
火花点火式)和双燃机(即液体燃料引燃式)两种。

单燃机是用沼气单一燃料，要有个点火系统，不需要高压喷油系统，采用煤气机或汽油机最简单，在空气进口处加上沼气与空气混合器即可，完全用沼气代替煤气或汽油作燃料，使能正常运行。

如果用柴油机改装，则不用高压喷油系统，加上一个点火系统和一个沼气与空气混合器便成，其效率比前两者高。

双燃机是用沼气和柴油两种燃机，以沼气为主，少量柴油用来引燃，这种机器主要由柴油机改装，只在空气进口处，加上沼气与空气混合器即成，不用作其他改动。

目前，在我国推广沼气发电机组，实施沼气发电上网还存在诸多问题。

首先，我国的养殖企业发展不平衡，规模化沼气发电工程具有规模小和分散性的特点，绝大部分沼气工程的年产沼气平均在十几万到几十万m3之间，所建的沼气发电站装机也就是几十到几百kw。

对于每天仅能提供有限电力的沼电要想通过电网等公用事业企业直接供应到消费者，会给这些电力公司带来一系列的运行、安全和负荷匹配等管理问题。

其次，与火电相比，沼气发电成本较高，电网企业要用高于常规能源电价收购沼电，如果没有强制性的政策支持或更优惠的补贴，电网企业难以接受。

沼气发电在经济市场中仍然很难立足，竞争能力也很弱，因而投资者对投资规模化沼气发电工程的热情不大。

最后，我国的沼气发电机一般只是对柴油机和汽油机进行较浅层次的改装，对发电机的热工性能研究不深，由于产品质量不过关，在运行使用中出现启动困难。

热负荷高等问题。

给用户带来不便。

这使后来发展的绝大多数沼气工程放弃了沼气发电方式，转而寻求其他的利用途径，仅有少数沼气发电工程(如天津、杭州等)依靠贷款引进购买较为成熟的国外发电机组设备来维持运行。

3适合中小型养殖场的沼气发电模式
从我国沼气产量潜力、发电技术水平、市场需求和政策导向的发展趋势来看，沼气发电产业将有突破性进展。

沼气发电技术在沼气工程中的引入，不仅延长了产业链，提升了沼气工程整体技术水平，而且可以通过沼电内部消化带来一定的资金回报。

“养殖一沼气一供能和沼电”模式解决了养殖场污染物的出路问题，实现了废弃物的资源化利用，提升了资源循环利用水平，保护了生态环境，对沼气工程技术的推广以及面源污染的控制都有重要意义，推广应用前景广阔。

由于目前中国沼气发电工程在技术和市场化方面面临许多问题。

养殖场沼气工程产生的沼气仅有不到3％用于发电，其余主要用于集中供气、养殖场自用，甚至没有得到有效利用，这不仅对大气产生二次污染，而且也降低了养殖企业和工业企业建设沼气工程的积极性。

同时，养殖场由于其生产特点，通常建立在远离居民区的偏远地带，距离国家电网较远，电力输送及使用成本较高，因此，他们迫切希望利用剩余沼气发电来解决他们的生活与生产的用电问题。

因地制宜地发展沼气发电在解决二次污染和提供绿色能源的同时将更有利于沼气工程的推广和健康发展。

近些年，一些大型禽畜养殖场开始建设配套沼气发电厂，成为发展生态农业、循环经济的示范点。

然而，占我国集约化养殖场总数80％以上的中小型养殖场由于自身用电负荷不大，所产沼气量少、不稳定、纯度低等因素，不适合配备大型沼气发电机组。

若按气源条件选用沼气发电机，由于沼气池产气量及前处理能力的制约，往往发电机功率较小，无法满足用户用电设备的要求。

再加上目前市面上的沼气发电机的质量不过关，在使用中常常出现起动困难、不稳定等问题。

经过多年的潜心研究，上海展昌动力科技有限公司攻克了主要的技术难题，已成功开发出新型小型沼气专用发电机，和与市电兼容的并联控制器供电方式，并取得国家专利。

新型小型沼气专用发电机的高能点火系统解决了发动机起动难的问题；自带气源前处理装置，装置内有氧化铁，能脱硫、除水。

当硫化氢气体通过脱硫器时，与活性氧化铁作用，生成硫化铁和硫化亚铁，当有水汽存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单体硫。

因此，对气源要求不高，无须深度净化；采用燃气压力调节和稳压装置，使装置工作稳定性和耐久性得到综合提高。

并联变频控制器实现了与市电兼容并联供电，其优点有：
(1)当用电量小于或等于发电机发电量时，只有发电机供电。

发电机供电的优先使用，可帮助用户有效地利用沼气。

节省电费。

(2)当用电量大于发电机发电量时，并联控制器不仅仅让发电机满负荷输入电量，市电将自动补充供电，达到无缝连接，保证用户正常用电。

(3)如果发电机在运行过程中出现停机故障或因沼气池产气问题导致发电机无法正常工作，市电会自动供电，保证电器正常工作。

随着企业的发展，沼气工程规模的扩大，沼气产量的增加，当现有的小型沼气发电机已不能满足需要时，不必重新购置大功率沼气发电机，可以通过串联小型沼气发电机组的方式，满足发电需求，有效地减少市电的补充，从而达到了节能减排的作用，既节约了成本，又使企业获得了较大的利益。

新型小型沼气专用发电机组和与市电兼容的并联控制器供电方式，以其经济实用，方便灵活，安全稳定等优势，深受广大用户的青睐。

该中小型养殖场的沼气发电模式已在小型养殖场沼气工程中实际应用，取得了良好的社会、经济和生态效益。

以凤台县丰恒农业发展有限公司为例：2011年该养殖场平均每天能产近200m3的沼气，如果沼气只用来烧菜做饭、照明和牛舍供热，远远用不完。

在过去都白白排空了，浪费不说还造成了二次污染，而如今通过沼气发电有效地解决了沼气剩余的问题，发的电可以供厂区生产生活使用，避免了资源浪费，又降低
了用电成本，经济效益显著。

该负责人介绍，以前养殖场每年需10万元左右的电费，采用发电模式后，每天能发电200多度，年可节约电费近5万元。

4结语
沼气发电扩大了沼气的用途，它直接将沼气转化为电能，既解决了养殖场的用电问题，又可以消耗大量剩余的沼气，有利于解决沼气排空所造成的二次污染问题。

尽管中小型沼气工程的经济效益并不十分显著，但是畜牧场沼气工程产业的发展具有潜在的社会经济效益和不可替代的环保效益，其作为绿色能源的发展优势是不可估量的。

沼气发电使沼气的作用不再仅仅是提供热能和光能，其利用前景得到了最大化。