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沼气的国内外开发利用进展
        生物燃料一般仅指生物柴油和生物乙醇,其他的可再生燃料如生物甲醇、生物甲烷和二甲醚仍处在开发的初期,但一些小规模的项目已开始显现出大的应用潜力。当今,石油仍是可供选择的燃料,占汽车运输燃料98%,国际能源局(IEA)于2008年1月发布的报告显示,虽然一些国家力图提高生物燃料用量,但总的运输用液体燃料供应量来自生物燃料仍小于2%。分析人士认为,仅使用生物燃料是不够的,这些可再生燃料必须来自有可持续的,理想的是第二代来源,但这一技术再过5年也可能未见会有大规模采用,因此也要开发其他的替代方案。美国政府正在考虑利用废弃的填埋地来生产可再生能源。一个解决方案是收集甲烷气并用作为生产生物燃料的可再生能源来源。埋地气体为城市固体废弃物厌氧分解的自然副产物。



        生物气体生产至少来自三种来源:农业废弃物、污水污泥和固体生活废弃物。



        生物质发酵可产生生物气体(沼气)。沼气(生物气体)发酵又称厌氧消化,是在厌氧环境中微生物分解有机物最终生成沼气的过程,其产品是沼气和发酵残留物(高效的有机肥)。沼气发酵是生物质能转化最重要的技术之一,它不仅能有效处理有机废物,降低化学需氧量(OD),还有杀灭致病菌,减少蚊蝇孪生的功能。此外,沼气发酵作为废物处理的手段,不仅能耗省,还能产生优质的燃料沼气和肥料。严格地说,有机物在一定的条件下,经微生物转化都可转化成沼气,只是物质的分子结构不同,被转化利用的时间存在差异。能转化成沼气的生物质可包括畜禽业污物(牛粪、猪粪、鸡粪、屠宰场污水污物);工厂废物废水(豆制品厂废水、酒厂废物、肉品加工厂废水);植物类(青草、水葫芦、作物秸秆);其它(生活垃圾、废水处理厂污泥)。



        生物气体发电厂系将厌氧消化系统与相连的发电机如燃气轮机或气体发动机相组合。生产的电力定义为可再生或绿色能源。



        在前20年内,生物气体的使用在污水处理设施、工业加工应用、埋地和农业部门已取得了



        1.  国外利用进展



        1994年,美国环保局确立埋地甲烷利用计划(LMOP),该计划将埋地地点与气体和生物燃料应用结合在一起。美国拥有400多处埋地气体能源利用项目已在实施之中。



        埋地气体用于生产生物燃料有二种方法。可为常规的乙醇或生物柴油生产用电提供燃料,或者用作生物柴油的原材科。在美国,这些用途包括:为汽车提供压缩天然气、为垃圾卡车提供液化天然气(LNG)、制取合成柴油、生产甲醇和生产生物柴油。



        2007年,通用汽车公司使其第5个埋地气体项目投用,这些项目使其年节约达500万美元。宝马公司也有类似的项目,年节约达100万美元。在美国北卡罗林纳州Jackson郡,Smoky  Mountain生物燃料公司采用埋地甲烷和废油转而生产了100万加仑/年生物柴油,应用于社区汽车和向外零售。



        PPL公司旗下的PPR可再生能源公司2007年11月上旬宣布,在美国维蒙特州Moretown的埋地场开发和设置4.8MW甲烷发电厂。该200英亩Moretown埋地场可提供240立方英尺/天甲烷气体。埋地场的甲烷变能源系统具有双重效益,环境效益是可从可再生燃料产生电力,也可避免甲烷排放,甲烷会导致全球变暖。该设施产生的电力将送入电网。该项目于2008年12月31日投用。



        美国POET公司与南达科塔州Sioux  Falls市于2008年4月中旬签署合同,将利用Sioux  Falls市垃圾堆积场埋地产生的甲烷应用于POET公司Chancellor工厂的用能。使用甲烷将替代POET生物炼制所用的天然气,发挥埋地沼气的效益。按照这一项目初期将替代该工厂天然气用量的10%,到2025年将增加到30%。甲烷将通过10英里的低压管道运送。使用项目于2009年第二季度完成。



        美国环境电力公司2007年11月7日宣布,在美国得州Stephenville建成可再生天然气(RNG)设施,这是北美最大的可再生天然气设施,该设施可生产约6350亿英热单位可再生天然气(RNG),相当于超过460万加仑的采暖用油。该设施为环境电力公司旗下的Microgy公司拥有,从粪肥和其他农业废物产生富甲烷的生物气体,调制该生物气体可达天然气标准,并可通过商业管道进行分销。RNG(R)成为Microgy公司的可再生天然气品牌。环境电力公司已与太平洋天然气和电力公司(PG&E)签署了为期10年的购买合同,后者自2008年10月1日起正式接受RNG(R)。PG&E公司同意购买80亿英热单位/天RNG(R)。



        美国废物管理(Waste  Management)公司2008年4月中旬宣布在弗吉尼亚州利用埋地沼气发电提供电力。位于Bethel  Landfill的埋地沼气产能设施((LFGTE)生产绿色电力4.8MW,足以可供超过4700户家庭用电。该公司还计划建设另外二个更大的埋地沼气产能设施((LFGTE),利用King  George郡和Gloucester郡的埋地沼气,将产生19.2MW绿色电力,足以可供超过2万户家庭用电。



        美国旧金山废物管理公司与林德北美公司于2008年4月底组建合资企业,在加州Livermore附近Altamont填埋地将埋地沼气用作汽车燃料。两家公司合资建设液化天然气(LNG)设施系统,使埋地沼气液化。废物管理公司收集填埋地有机废物自然分解产生的沼气。该设施于2009年投用,生产高达1.3万加仑/天LNG。项目投资为1500万美元,得到加州一体化废物管理局、加州空气资源局和南部海岸空气质量管理区的大力资助。这一埋地沼气用于汽车燃料项目将减少温室气体排放超过3万吨/年。



        美国IESI  Bethlehem埋地公司和Pepco能源公司于2008年11月24日宣布5MW埋地气体发电项目投用。该设施由Pepco能源服务子公司Bethlehem可再生能源公司拥有和运作,由埋地物分解产生的甲烷为燃料。据称,该5MW埋地气体发电项目投用可避免140辆运送车一年的运煤量,与常规煤炭发电厂相比,可减排二氧化碳73吨。



        Ridgewood可再生电力公司于2008年12月8日宣布在美国罗德岛开发41MW埋地气体发电项目,该设施将是美国第二大埋地气体发电厂。该项目到2010年底分三个阶段完成,投资约为8000万美元。Ridgewood可再生电力公司自1996年起在该州埋地场运作埋地气体发电项目,前12年来,现有设施已从12MW扩大到20MW。



        尼泊尔农村通过大规模使用沼气,将在今后5年内减少排放二氧化碳6百万吨。这种低科技生物燃料能使像尼泊尔这样的贫困发展中国家,也为抵制全球变暖出一分力。而且,在农村地区使用沼气还能使各国交易二氧化碳排放权。尼泊尔的经验证明了交易权的价格是很具竞争力的。沼气是由生物质发酵生成的甲烷和二氧化碳的混合物,即使人们使用越来越多的专用能源作物,作为厌氧发酵的单酶或与其他原料一起发酵,有机肥如动物粪便,家庭垃圾和城市固体垃圾仍然是沼气的常用原料。在尼泊尔,沼气设备是低科技的简单设备:即存储牛粪的圆槽。该设备多建于房屋附近,以便产生的气体通过管道输送到厨房。将近85%的尼泊尔人生活在农村地区,农村人口大约为2千7百万。其中95%的农村人口使用诸如木材和农业废料等传统的,收成不稳定的燃料。这些燃料造成室内严重烟尘污染,被称为“厨房中的杀手”,每年大约造成120万妇女和儿童死亡。而且,这些燃料的利用律极低:真正利用的能量仅占燃料含有能量的5%到10%。沼气设备不仅更加清洁,而且效率更高。20世纪50年代末,尼泊尔首次引入沼气,如今成千上万的家庭都在使用沼气。与全球的二氧化碳排放量相比,尼泊尔减少的排放量可能微不足道,但这是一个象尼泊尔这样贫穷的国家,能为抵制全球变暖出力的典型范例泊尔农村通过大规模使用沼气,将在今后5年内减少排放二氧化碳6百万吨。这种低科技生物燃料能使像尼泊尔这样的贫困发展中国家,也为抵制全球变暖出一分力。而且,在农村地区使用沼气还能使各国交易二氧化碳排放权。尼泊尔的经验证明了交易权的价格是很具竞争力的。沼气是由生物质发酵生成的甲烷和二氧化碳的混合物,即使人们使用越来越多的专用能源作物,作为厌氧发酵的单酶或与其他原料一起发酵,有机肥如动物粪便,家庭垃圾和城市固体垃圾仍然是沼气的常用原料。在尼泊尔,沼气设备是低科技的简单设备:即存储牛粪的圆槽。该设备多建于房屋附近,以便产生的气体通过管道输送到厨房。将近85%的尼泊尔人生活在农村地区,农村人口大约为2千7百万。其中95%的农村人口使用诸如木材和农业废料等传统的,收成不稳定的燃料。这些燃料造成室内严重烟尘污染,被称为“厨房中的杀手”,每年大约造成120万妇女和儿童死亡。而且,这些燃料的利用律极低:真正利用的能量仅占燃料含有能量的5%到10%。沼气设备不仅更加清洁,而且效率更高。20世纪50年代末,尼泊尔首次引入沼气,如今成千上万的家庭都在使用沼气。与全球的二氧化碳排放量相比,尼泊尔减少的排放量可能微不足道,但这是一个象尼泊尔这样贫穷的国家,能为抵制全球变暖出力的典型范例。



        古巴宣布于2009年在中部Cienfuegos省设置现代化生物气体发电装置。该装置将采用Palmira城镇养猪场猪排泄物产生生物气体。据估算,古巴拥有700多套生物气体装置,最大装置在哈瓦那,与联合国工业发展组织共同开发。



        随着油价的不断攀升,寻找更环保又实惠的替代能源成为一些国家的主攻课题。美国得克萨斯州的一家新型能源厂就以牛粪为原材料,经过处理转变成可用的天然气,输送到千家万户。动物的粪便通常是一种不错的有机肥料,不过它也含有大量导致温室效应的甲烷气体,牛羊等反刍动物释放的甲烷气体含量占全世界甲烷排放量的五分之一。得克萨斯州的这家能源厂就通过新技术,巧妙地将牛粪变废为宝。每天他们从当地的奶牛场收集牛粪回来,经过搅拌、过滤等程序后,再和用过的食用油和其它食物残渣等混合,装入高温箱积聚和释放沼气,然后经过净化就变成了可燃烧的天然气,通过管道输送到当地居民家中。这一系列过程大约需要20天左右,这家能源厂正努力实现年生产能力满足11000户居民的天然气用量,这等同于每年减少消耗原油1700多万升。



        世界最大生物气体装置在德国东部于2009年初投用,生物气体直接进入天然气管网。位于德国东部Konnern的生物气体装置将使1500万立方米生物甲烷进入天然气管网供德国用户使用。从而减少对俄罗斯天然气进口的依赖。



        2007年,德国设置生物气体能力为1280MW,拥有约3750套生物气体设施。据德国生物气体协会的预测,到2020年,德国将有高达20%的天然气需求将来自生物气体供应。



        德国现有最大、投资为1000万欧元的生物气体装置已将600万立方米生物甲烷送入天然气管网。生物气体发展升温缘于2007年使关键技术取得突破,从而它可使生物气体注入天然气管网中。



        在Konnern四周的30个生物气体发生场每年要接受12万吨原材料,主要是谷物作物。8个发酵罐预计每年产生3000万立方米生物气体,其被加工成1500万立方米生物甲烷。



        德国上述生物气体不用于燃烧发电,而通过常压下特定的化学洗涤过程可使其成为与天然气相同的组成。生物气体含有约60%甲烷和40%二氧化碳,而天然气含有约97%甲烷。在Konnern采用的技术涉及过滤掉二氧化碳,以提高生物气体中的甲烷比例。该处理过程结束,生物气体则含有99%生物甲烷。



        WELtec  BioPower已在世界上建设了约200座生物气体设施,在德国有150座。



        由Schmack生物气体公司和E.ON公司合作建设的生物甲烷装置于2008年7月25日投用。这套欧洲最大和最先进的生物甲烷装置位于Bavaria州上Palatinate地区的Schwandorf。该装置的生物甲烷产量约为10MW,经处理后已送入现有天然气管网。如果应用于联产装置,Schwandorf产生的生物甲烷可使温室气体排放减少65%。该装置将生物气体精制成天然气质量,而送入天然气管网。该装置处理约8万吨/年的包谷剩余物、牧草和其他作物废弃物,可产生约1600万立方米生物气体。这些材料来自Schwandorf地区的100多个农场。该装置可将各种农业产物用高能效的方法转化成生物甲烷。



        德国小规模生物气体设施采用液态粪便为原料。使用液态粪便为原料的150KW生物气体设施成本为0.04欧元/KWh,有很好的吸引力。



        英国于2008年10底在伦敦投用第一座压缩生物甲烷(CBS)加注站,以用于支持以CBM为动力的街区清洁汽车运营。Gasrec公司是英国第一家液体生物甲烷燃料生产商,得到后勤合作伙伴Hardstaff集团的支持,该设施应用于由英国最大的废弃物管理集团Veolia环境服务公司拥有的汽车加注CBS。该CBS从填埋地产生的沼气生产,在所有的商业化适用的生物燃料中具有最低的碳密度,排放比化石燃料低70%。



        据Helmut  Kaiser咨询公司2008年12月12日作出的预测分析,2009年将建设总计8900套的生物气体装置,用于发电将达2700MW。亚洲在能力上领先,将占34%;欧洲将占26%;其次是北美和其他地区。



        德国是生物气体利用技术的领先者,2006年400家公司拥有市场约7亿欧元。2006年世界市场约为20亿欧元,预计将增长到2020年超过250亿欧元。



        1.  国内利用进展



        截至2008年底,全国户用沼气池达到了2800多万口,大中型沼气设施达到了8000多处,沼气年利用量达到了约120亿立方米。



        在我国,据称,2.5公斤秸秆可以产生1立方米天然气,秸秆发酵工艺的成熟将使秸秆成为可替代能源。由河北沧州政府支持的这一项目,在中温37摄氏度、浓度20%至10%的情况下,利用秸秆发酵工艺,能使2.5公斤秸秆出1.375立方米沼气,提纯后产生1立方米天然气。秸秆发酵工艺能使天然气的成本下降到每立方米0.5至0.9元。据介绍,按我国每年可产生能利用的秸秆总量6亿吨计算,利用这项工艺加工后,秸秆1年的产气量相当于西气东输工程200年的供气量。目前,这一成果已申请多项国家专利,并引起有关专家的高度重视。传统沼气是利用粪便作原料,因原料不足、气量不够、经济效益低未能继续发展。而利用秸秆发酵产生沼气拥有降解率高、出气快、周期短、效益高的特点。大量剩余的沼渣可彻底改变我国土地因长期施化肥而产生的土壤板结、有机物含量下降等问题。这一项目现已进入商业化运营,2005年建成的日产沼气近400立方米的秸秆沼气工程,供一家食品厂使用,效果良好。在国家相关部门支持下,第2个便于向全国推广、可供500户居民使用的标准化工程,在2006年10月底投入运营。



        由山西省太原市特石环保材料有限公司研发的利用农业秸秆资源工业化生产高热值沼气的技术通过专家评审,采用该技术建设的装置已在山西省太原市投入运营。该装置可低成本实现农村清洁能源的集约化生产,减少二氧化碳和烟尘排放,为改变农村能源结构提供了技术保证。据介绍,该装置实现了低投入、高效率生产高热值沼气(甲烷含量70%~80%)的目标,秸秆的生物能源转化率高达80%,具有创新性。该装置生产过程安全可靠,既不产生废液、废渣,也不污染环境,自动化程度较高,操作简单。山西省太原市特石环保材料有限公司自主开发的这项专利技术具有三大创新:复合微生物菌群能够彻底分解秸秆;利用生物分解热为生产装置提供热源,使装置在任何季节都不需要额外加热仍然保持高效率运行;变压厌氧发酵技术提高了沼气产率和沼气热值,降低了装置能耗。该公司计划2008年在山西省晋中市建设5~10套示范装置。



        2007年7月底,东北三省第一家垃圾发电项目——沈阳大辛生活垃圾沼气发电厂建成并网发电。这是一个由外资企业投资的垃圾发电项目,它标志着外资企业开始抢摊内地城市生活垃圾处理市场。投资1.2亿元人民币的沈阳大辛垃圾填埋沼气发电项目全部由美国新新集团投资兴建、运营,经营期限为20年。此项目计划分三期进行投资,一期建设2台发电机组,发电容量为2兆瓦时。项目全部建成后,可为当地3.7万户城市居民提供生活用电,投资回报可观。新新集团是一家涉及环保、建筑等行业的跨国集团。1993年开始进入中国市场。垃圾填埋、并用填埋沼气发电项目,是其重要业务之一。



        2.5万户沈城居民用上“垃圾电”。2008年4月29日,东北地区首个垃圾填埋沼气发电站——沈阳市老虎冲垃圾填埋沼气处理及发电项目一期工程并网发电。今后,平常居民家中的烂菜叶、剩菜、剩饭这样的生活垃圾,都可以成为发电的原料。老虎冲垃圾填埋沼气发电项目由老虎冲与意大利阿兹亚公司合作开发,是东北首家利用垃圾填埋产生的沼气发电的项目。项目利用老虎冲垃圾填埋场每天接收的沈河、和平、浑南等城区的1700吨生活垃圾填埋后产生的沼气,进行发电。项目分两期进行,当天并网发电的为一期工程。二期计划2010年完成。其中,一期工程能满足2.5万城市居民1年用电,年节约标煤1.5万吨、减少温室气体排放量相当于12万吨二氧化碳。项目全部完成后,可为5万居民一年用电。该项目可彻底解决老虎冲垃圾场周边臭味扰民问题,消除了沼气外泄可能引发的火灾和爆炸隐患,缓解了城市电力短缺问题,减少了温室气体排放。可以说是一举多得的好事。



        工程总投资近2亿元、目前亚洲地区最大的垃圾填埋气体发电项目——上海老港再生能源有限公司填埋气体发电项目于2008年7月下旬在上海投入运行。该项目其年均垃圾处理量达292万吨,每年发电达1.1亿千瓦时,可在一定程度上缓解上海日趋紧张的电力供需矛盾。据悉,上海老港生活垃圾填埋场由一、二、三、四期工程组成,占地面积达6.5平方公里,日处理生活垃圾8000吨,占全市垃圾产出量的70%以上,预计在2010年前全部竣工,是目前亚洲最大的生活垃圾填埋场之一。该填埋气体发电项目本期建设规模为12台发电机组,总装机容量为15兆瓦。当垃圾填埋后,厌氧发酵过程产生沼气,主要成分为甲烷和二氧化碳,理论上,每吨填埋垃圾可产生沼气145立方米,集中收集后可发电200多千瓦时。该项目建成满负荷生产后,与相同发电量的火电相比,每年节约发电用煤3.78万吨,每年减少了填埋场区约8100余万立方米可燃易爆填埋气体的排放,同时向上海电网输送电力约1.1

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