分布式沼氣燃燒發(fā)電項目實施與經(jīng)濟分析

摘 要： 以資源節(jié)約和環(huán)境保護為大背景，針對某分布式沼氣燃燒發(fā)電試點項目進行案例分析。結(jié)合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有實際情況，對面臨的問題提出相關(guān)的建議，為沼氣發(fā)電等良性能源轉(zhuǎn)化項目提供思考和借鑒。

關(guān)鍵詞： 分布式; 沼氣; 發(fā)電; 綜合利用

中圖分類號： TU855

文獻標志碼： A

文章編號： 1674-8417（2024）05-0067-04

DOI：

10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.05.012

0 引 言

2020年11月，中共中央發(fā)布的《關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的第十四個五年規(guī)劃和二三五年遠景目標的建議》指出要加快推動綠色低碳發(fā)展，推動能源清潔低碳安全高效利用，全面提高資源利用率，推進資源循環(huán)利用。生物質(zhì)沼氣池建設(shè)是推進資源循環(huán)利用的有效手段，沼氣燃燒發(fā)電技術(shù)是沼氣綜合高效利用的關(guān)鍵技術(shù)^［1-6］，其將厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣用于燃氣發(fā)動機燃料，將生物質(zhì)燃料變成“綠色”電能和熱能。因此，對沼氣綜合利用項目開展分析研究，有助于能源綠色低碳發(fā)展。

本文針對嘉興市某生物質(zhì)沼氣發(fā)電項目進行方案設(shè)計，對該項目經(jīng)濟效益以及存在的問題進行研究分析。

1 項目概況

1.1 項目綜述

該項目為生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣發(fā)電試點項目，屬于燃氣綜合利用及節(jié)能項目。該項目利用企業(yè)廢棄沼氣作為燃料進行發(fā)電，集資源綜合利用、節(jié)約能源和廠區(qū)安全生產(chǎn)為一體，對廢棄沼氣提純利用，減少環(huán)境污染，提高能源梯級利用率，具備良好經(jīng)濟效益和社會效益。項目沼氣凈化系統(tǒng)如圖1所示。燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組如圖2所示。

1.2 項目配置

項目在某大型紙業(yè)廠區(qū)內(nèi)的空地上建設(shè)分布式沼氣發(fā)電站，共安裝3臺700 kW（兩用一備）燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組，總運行容量為1.4 MW。電站內(nèi)其他配套沼氣輸送、凈化系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)及其他輔助生產(chǎn)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)原理

2.1 發(fā)電系統(tǒng)流程

本項目主要包括加壓輸送、脫硫處理、過濾裝置、內(nèi)燃機燃燒等流程。發(fā)電系統(tǒng)流程如圖3所示。

（1） 加壓輸送：該項目沼氣的主要成分是甲烷，將處理后的沼氣收集到沼氣柜中，經(jīng)過加壓風(fēng)機加壓后，達到后續(xù)設(shè)備處理過程中供氣壓力。

（2） 脫硫處理：該項目因處理污水過程中產(chǎn)生的沼氣含硫量較高，難以直接回收利用，且對空排放容易產(chǎn)生大氣污染。設(shè)計方案先經(jīng)過脫硫設(shè)備處理，脫硫采用絡(luò)合鐵為催化劑的脫硫工藝，具有脫硫精度高、反應(yīng)速度快且環(huán)境友好的特點。

（3） 過濾裝置：脫硫后的沼氣通過脫水、除塵過濾裝置，優(yōu)化純化沼氣，提高熱值效率。

（4） 內(nèi)燃機燃燒：送入沼氣發(fā)電機，在收集、凈化、輸送系統(tǒng)上布有溫度、氣體濃度、流量等測量元件，并配有阻火器保證安全。進入發(fā)電機組的沼氣經(jīng)調(diào)壓閥進入機組氣缸，由火花塞點火，混合氣體燃燒做功，驅(qū)動發(fā)電機而產(chǎn)生電力。燃燒后的煙氣須脫硝處理，減少大氣污染。

2.2 接入電網(wǎng)方式

該項目所發(fā)電量采用全額上網(wǎng)方式。發(fā)電機組出口電壓為400 V，通過升壓變將電壓升級為10 kV。高壓接線方式采用單母線不分段接線方式，接入附近10 kV公用線路進行并網(wǎng)。

3 經(jīng)濟技術(shù)分析

3.1 經(jīng)濟效益

3.1.1 技術(shù)指標

該項目每年沼氣消耗量為405萬m3（按300 d計算），含甲烷的量約為291萬m3（占70%），1 m3純甲烷的熱值為35.8 MJ，總發(fā)電量約為1 024萬kWh，若這部分熱值由燃煤機組提供，需消耗標煤3 156 t。

機組的煙氣質(zhì)量為3 172 kg/h，可回收的煙氣余熱為1 025 MJ /h，可加熱產(chǎn)生飽和蒸汽為379 kg/h，總機組熱回收利用可節(jié)約標煤量為1 259 t。項目主要技術(shù)指標如表1所示。

3.1.2 經(jīng)濟指標

該項目總投資為1 093萬元，單位指標7 807元/kW。其中，建設(shè)投資1 045萬元，工程期貸款利息20萬元，流動資金28萬元。

項目每年成本：沼氣燃料成本202.5萬元（1 m3沼氣0.5元）、原材料費用74.8萬元，以及人工的費用，每年成本為472萬元。

項目收益：上網(wǎng)電價按0.666元/kWh計算，年供電收入為682萬元。每年利潤總額可達210萬元，稅后收入158萬元（含稅52萬元），內(nèi)部收益率15.7%，預(yù)計投資回收期為6.9 a，后續(xù)還能帶來巨大經(jīng)濟效益。項目主要經(jīng)濟指標如表2所示。

3.2 社會效益

該項目充分利用廢水處理厭氧過程中所產(chǎn)生的沼氣資源，年利用的沼氣量約為405 m3，年節(jié)約標準煤4 415 t。

該項目在利用沼氣發(fā)電的過程中，減少了甲烷的排放（甲烷是沼氣中的主要組成成分，并且是一種主要溫室氣體），每年減排甲烷的理論重量為2 082 t，減少二氧化碳當(dāng)量約50 000 t。

4 存在問題

本文通過對項目實施及經(jīng)濟性分析，發(fā)現(xiàn)項目產(chǎn)業(yè)化中面臨如下問題。

（1） 沼氣發(fā)電項目日常維護費用較高。

沼氣工程設(shè)備長期處于高腐蝕的環(huán)境中，維護費用較大，每年修理費約35萬元。該項目加裝脫硫處理裝置和凈化裝置，可以減少有害含硫物的排放和發(fā)動機的腐蝕，延長壽命。

（2） 沼氣發(fā)電項目需要穩(wěn)定的氣源供應(yīng)保障。

厭氧沼氣的產(chǎn)氣率受氣溫波動影響較大，沼氣最經(jīng)濟的發(fā)酵溫度在35 ℃，若從20 ℃升高到35 ℃，則產(chǎn)氣率將提高1倍，初步測算若產(chǎn)氣率降低40%，則項目每年將出現(xiàn)虧損。因此有必要對沼氣池做好保溫措施，尤其在寒冷的月份，并且通過回收余熱對沼氣池進行加熱。

（3） 分布式沼氣發(fā)電項目涉及專業(yè)較多，需要專業(yè)人才儲備。

項目專業(yè)性較強，主要涉及能源、電力、化工、財會等多個相關(guān)專業(yè)。同時，分布式沼氣發(fā)電項目面臨投資小、建設(shè)場地分散等特點，在“雙碳”目標背景下，亟需加大復(fù)合型專業(yè)人才的培養(yǎng)和儲備，以適應(yīng)我國綜合能源項目建設(shè)，能源低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展要求。

5 結(jié) 語

沼氣利用是探索循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的重要途徑，是一項涉及經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)調(diào)整、環(huán)境保護的系統(tǒng)工程。本文通過對分布式沼氣發(fā)電項目實施及經(jīng)濟性分析，為項目建設(shè)提供借鑒與參考。

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收稿日期： 20240315

Implementation and Economic Analysis of Distributed Biogas

Combustion Power Generation Project

YE Weiqiang， HE Ping， ZHU Yuhao， WEI Xinwu， ZHONG Yifeng

（State Grid Jiaxing Power Supply Company， Jiaxing 314000， China）

Abstract：

Taking resource conservation and environmental protection as the background，this paper conducts a case analysis of a distributed biogas combustion power generation pilot project，and combined with the local actual situation，puts forward relevant suggestions on the problems faced，so as to provide thinking and reference for benign energy transformation projects such as biogas power generation.

Key words：

distributed; biogas; power generation; comprehensive utilization