沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思

2018-07-24 - 沼气发电

     考沼气发电是大型沼气池建设和沼气综合利用发展到了一定阶段后,应运而生的一项集环保和节能于一体的能源综合利用新技术,是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物(例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等),经厌氧发酵处理产生的沼气,燃烧驱动沼气发电机组发电。

沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思
沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思

沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点,是一种分布广泛且价廉的清洁能源,不仅解决了沼气工程中的环境问题、减少了温室气体的排放、消化了大量废弃物、保护了环境,而且变废为宝,变有机废弃物为能源,符合物质循环利用的环保理念,同时也可以带来一定的经济效益。

沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思
沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思

     在发达国家,沼气发电已受到广泛应用和积极推广,在国内的发展至今也有 30 多年的历史了,但对它的研究和应用还有待进一步深入完善,特别是沼气发电与当前我国猪场粪污治理相结合的得失值得我们思考。近期,笔者对衡阳市 5 家获得国家大型沼气建设项目的规模猪场的粪污治理情况进行了专门的现场调查,现将我市沼气发电发展情况的思考阐述如下,供同行参考。

沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思
沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思

1 沼气发电产生的高浓度沼液难处理,生态效益难以发挥

1.1 发电原料需要猪场预先处理

     沼气发电是由源源不断的、数量很多的、质量较高(甲烷含量 55%以上)的沼气连续燃烧,由热能转变为电能。猪场生产过程中产生的适宜厌氧发酵的原料(如猪粪尿等),按一定比例预先处理(粪污数量与粪污中有机物的浓度,即猪粪便等有机物质在粪污中的多少),提供适宜的厌氧发酵条件等,并由它们决定沼气产生的数量、质量。

沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思

走访调查中,猪场对原料的处理情况有:(1)采用水冲粪、水泡粪工艺的大型猪场较为容易满足沼气发电对厌氧发酵原料数量的要求。

(2)有的猪场主要用水量大的水冲粪,可能还要额外将猪粪便等固体污染物加入猪场猪尿液、遗(洒)落的饮水、清洗猪舍及其用具的废弃水等液态污染物中。

沼气发电计算 规模猪场利用沼气发电之思

(3)有的猪场主要用水量少的水泡粪,要加水稀释猪场污染物混悬液才能够满足沼气发电对厌氧发酵原料质量(主要是有机物浓度 6%~8%)的要求。(4)推行粪尿分开、雨污分流模式的干清粪猪场,必须要再花费人工物力用水稀释猪干粪来扩充厌氧发酵原料数量,并注意调控厌氧发酵原料中的有机物浓度才可能满足沼气发电对厌氧发酵原料的需要。

1.2 产生的沼液难处理

     满足沼气发电的基础性需要而进行了沼气发电,则大量的沼渣沼液随之产出。经过搅拌和长时间的浸泡、厌氧发酵,猪粪等固体污染物质已经与液态污染物形成了比较稳定的混合物甚至溶液了,很难再通过沉淀甚至很难再通过固液分离机而把它们分离开来。

在某猪场中,笔者看到固液分离机正在分离沼渣沼液(图 1),分离现场恶臭熏天,机器咆哮较长时间后,却只有很少数量的看上去较为粗糙的似麦秆(疑掺杂于麦麸中)或谷糠样的沼渣被分离出来,仍然有大量混浊的黑色的浓臭液态物体经过固液分离机后流进沼液贮存池。

1.3 高浓度沼液可能会造成环境的二次污染

     处理这样大量含高浓度有机物的沼液的难度非常大(多级沉淀、固液分离或有氧处理、生物处理都无效),很容易引发二次污染。除非猪场周边有大量的土地资源把这种高有机物浓度的沼液用水稀释后作为水肥而由土地完全消纳,当然还可以进行二次厌氧发酵处理,而这二项措施对当前我国国情下的规模猪场基本上是很难达到的条件。

非发电模式如多级沉淀、自然处理(氧化塘氧化、湿地———生物含植物净化)甚至普通沼气发酵利用等都可以在一定的范围内减少猪场粪污中的固体悬浮物、氨氮、总磷、化学需氧量。

由此可见,沼气发电产生的高有机物浓度的沼液对生态环境的污染要远大于非发电模式,作为解决规模猪场粪污的手段的沼气发电产生的高有机物浓度的沼液就可能成为二次污染,生态效益将难以发挥。

2 沼气发电与粪污治理在规模猪场建设导向中存在相对差异,社会效益不显著

     规模猪场沼气发电本来是想用来进行粪污治理的,但对猪场的粪污治理来说,污染物量越少、有机污染浓度越低,就越容易治理。粪尿分开、干湿分离、雨污分流的干清粪模式能从源头上减少粪污产生量、减少粪污中有机物浓度,是粪污治理措施中的首推模式。然而这种模式不能直接提供的厌氧发酵原料,无法产生大量高质量沼气,而不为沼气发电所倡导使用。

     根据土地的自我净化能力和粪污承载能力,即土地的粪污消纳能力,来因地制宜确定养猪的适度规模,并推行种养平衡,把猪粪尿等养猪污染完全以有机肥料的形式用于种植业如种茶种果、种菜种草、种稻种林等而资源化,应该是猪场粪污治理的最为理想的、最为简单的、最为彻底的、最为经济的手段。

但沼气发电是通过倡导养猪的大规模化来提供充足优质的厌氧发酵原料(粪污)发酵产气而实现的。过大规模养猪似乎不大适合我国南方人口密度高、土地资源偏紧、粪污治理水平要求高的地区,因为当前大规模的猪场周边几乎找不到这样大的土地面积来消纳沼液,尤其是高浓度的沼液。

3 沼气发电投入大,生产与维持成本高,经济效益难显现

     据调查,衡阳市 5 个大型规模猪场沼气发电项目都是由国家投资和猪场自筹资金投入而建成的,投资立项在建的规模猪场沼气发电项目还有 3个,正在申报国家投资规模猪场沼气发电项目的若干个,估计每个项目投资至少在 145 万元以上。

已建成的规模猪场沼气发电项目装机容量在60~100kw 燃气发电机组之间,最大输出功率一般为 80%(48~80kw)。走访调查中,发电机组实际某发电机组输出功率为 24kw,仅装机功率 29.

27%。自投入发电以来每天发电时间最长 10h,一般在3~5h 之间(平均发电时间 4h,有的项目还因为厌氧发酵原料不充足,沼气量不够,不能发电而多数时间处于停摆状态), 年最大输出 4h/d×365d/a×80kw=116 800kw·h/a,按当前通用(农业用电价低于本价)用电价 0.

585 元 / 度(kw·h) 计,每年沼气发电可能产出价值 68 328 元, 至少需要 21 年后才能产生 145 万元收益(如此长的时间,设施设备都可能因年久失修而该报损了。如果按图 2 所示 , 那么收益 145 万元可能需要 70 年以上)。

     目前我市沼气发电生产的电能暂时还不能并入电网,而猪场用电具有不均衡性,于是沼气发电生产的电能有时满足不了猪场实际用电需要,有时猪场用不完这电能而造成资源浪费,从而无法实现沼气发电总产出实际价值达到预期的产出价值。

     根据参考相关资料并以沼气发电的实际情况,笔者保守计算出,衡阳市沼气发电的成本(含机油润滑油油费、维护维修费、人工成本、设施设备折旧费等)至少在 0.7 元 / 度以上,比市面上通用电价高出 0.12 元左右.

(湖南省耒阳市畜牧,黄从菊,罗 鹏;湖南省衡阳市畜牧,贺晓霞)

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