沼气是一些有机物质（如秸秆、杂草、树叶、人畜粪便等废弃物）在一定的温度、湿度、酸度条件下，隔绝空气（如用沼气池），经微生物作用（发酵）而产生的可燃性气体。沼气是气体的混合物，其中含甲烷60～70％，此外还含有二氧化碳、硫化氢、氮气和一氧化碳等。它含有少量硫化氢，所以略带臭味。发酵是复杂的生物化学变化，有许多微生物参与。反应大致分两个阶段：（1）微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质，如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。（2）由甲烷菌种的作用，使一些简单的物质变成甲烷。

   要正常地产生沼气，必须为微生物创造良好的条件，使它能生存、繁殖。沼气池必须符合多种条件。首先，沼气池要密闭。有机物质发酵成沼气，是多种厌氧菌活动的结果，因此要造成一个厌氧菌活动的缺氧环境。在建造沼气池时要注意隔绝空气，不透气、不渗水。其次，沼气池里要维持20～40℃，因为通常在这种温度下产气率最高。第三，沼气池要有充足的养分。微生物要生存、繁殖，必须从发酵物质中吸取养分。在沼气池的发酵原料中，人畜粪便能提供氮元素，农作物的秸杆等纤维素能提供碳元素。第四，发酵原料要含适量水，一般要求沼气池的发酵原料中含水80％左右，过多或过少都对产气不利。第五，沼气池的pH值一般控制在7～8.5。

    沼气是一种混合气体，主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(C02)。甲烷占60％一70％，二氧化碳占30％一40％，还有少量氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮等气体。由于含有可燃气体甲烷，故沼气可做燃料。沼气是细菌在厌氧条件下分解有机物的一种产物。城市有机垃圾、污水处理厂的污泥、农村的人畜粪便、作物秸杆等，皆可做产生沼气的原料。细菌分解有机物的过程，大体分为两个阶段：第一阶段，将复杂的高分子有机物质转化为低分子的有机物，例如乙酸、丙酸、丁酸等；第二阶段，将第一阶段的产物转化为甲烷和二氧化碳。

在上述过程中，起发酵分解作用的是多种细菌共同作用的结果。为了使沼气发酵持续进行，必须提供和保持沼气发酵中各种微生物所需的生活条件。产生甲烷的细菌是厌氧的，少量的氧也会严重影响其生长繁殖。这就需要一个能隔绝氧的密闭消化池。温度在厌氧消化过程中是一个重要因素，甲烷菌能在0一80℃的温度范围内生存，有分别适应低温(20℃)、中温(30℃)、高温(50℃)的各类细菌，最适宜的繁殖温度分别为15℃、35℃、53℃左右。甲烷菌生长繁殖最适宜的pH值约为7．0一7．5，超出此范围，厌氧消化的效率就会降低。在厌氧消化过程中担负废弃物发酵作用的细菌，还需要氮、磷和其他营养物质。投入沼气池的原料比例，大体上要按照碳氮比等于20：1一25：1。此外，还应控制影响沼气发酵的有害物质浓度。

 

 

　　在千姿百态的生物世界中，存在一种我们肉眼看不见、摸不着的微生物，能为人类提供能源。提起微生物，往往会使人们想起它会使食物腐烂变质，也会使人感染上各种疾病。因此，对它们又害怕、又憎恶。但是，在微生物的家族中，因为种类不同，它们的作用也不尽相同，有的会给人类带来灾难，有的会给人类带来幸福。微生物中，能为人类提供能量的甲烷细菌和酵母菌，它们可以生产出沼气和酒精，为人类作出贡献。

     说到沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并必适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分是甲烷，约占所产生的各种气体的60%一80%。甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯甲烷的发热约为 34000焦耳，每立方米沼气的发热量约为20800－23600焦耳。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。

关于沼气发生的基本原理，目前尚在探索之中。沼气的形成过程大致可分为两个阶段，首先将各种复杂的有机物转化为低级脂肪酸，例如丁酸、丙酸、乙酸；然后把上述各类产物继续转化为甲烷和二氧化碳等。

目前，世界各国已经开始将沼气用作燃料和用于照明。用沼气代替汽油、柴油，发动机器的效果也很好。将它作为农村的能源，具有许多优点。例如，修建一个平均每人l－1．5平方米的发酵池，就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题；人、畜的粪便以及各种作物秸杆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，而且由于腐熟程度高，使肥效更高，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染。现在，沼气的应用正在各国广大农村推广，沼气能源的开发利用的普及等方面，已经取得了较好的成绩。

世界上一些发达国家，也正在进行利用微生物厌氧消化农场废物、生产甲烷的较大规模试验。英国建立了甲烷的自动化工厂。在厌氧消化器中有三个基本过程：

第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和聚合物，通过酶法转化为可溶解的有机物。

第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有机酸。

第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。

据估计，在英国，利用人和动物的各种有机废物，通过微生物厌氧消化所产生的甲烷，可以替代整个英国25％的煤气消耗量。苏格兰已设计出一种小型甲烷发动机，可供村庄、农场或家庭使用。美国一牧场兴建了一座工厂，主体是一个宽30米、长213米的密封池组成的中烷发酵结构，它的任务是把牧场厩肥和其他有机废物，由微生物转变成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。这座工厂每天可处理1650吨厩肥，每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷，足够1万户家庭使用。目前美国已拥有24处利用微生物发酵的能量转化工程。从世界范围看，利用各种微生物协同作用生产甲烷的研究和应用，正处于方兴未艾的阶段。

近年来，我国沼气事业获得了迅速的发展，沼气池总数已达到1000多万个。在四川、浙江、江苏、广东、上海等省市农村，有些地方除用沼气煮饭、点灯外，还办起了小型沼气发电站，利用沼气能源作动力进行脱粒、加工食料、饲料和制茶等，闯出了用“土”办法解决农村电力问题的新路子。

专家们认为，21世纪沼气在农村之所以能够成为主要能源之一，是因为它具有不可比拟的特点，特别是在我国的广大农村，这些特点就更为显著了。

首先，沼气能源在我国农村分布广泛，潜力很大，凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料，所以沼气是一种取之不尽，用之不竭的再生能源。其次，可以就地取材，节省开支。沼气电站建在农村，发酵原料一般不必外求。兴办一个小型沼气动力站和发电站，设备和技术都比较简单，管理和维修也很方便，大多数农村都能办到。据调查对比，小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右，仅为小型水力电站的1/2－1/3，比风力、潮汐和太阳能发电低得多。小型沼气电站的建设周期短，只要几个月时问就能投产使用，基本上不受自然条件变化的影响。采用沼气与柴油混合燃烧，还可以节省17％的柴油。

我国地广人多，生物能资源丰富。研究表明，在21世纪无论在农村还是城镇，都可以根据本地的实际情况，就地利用粪便、桔杆、杂草、废渣、废料等生产的沼气来发电。

 

 

 

利用微生物代谢作用来生产各种产品的工艺过程称为发酵。沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。

      沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，了解这一过程中各类微生物的作用及其活动规律，才能把沼气发酵建立在科学的基础之上。只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。

一、沼气发酵微生物的种类

    沼气发酵微生物是一个统称，包括发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌五大类群。这些微生物按照各自的营养需要，起着不同的物质转化作用。从复杂有机物的降解，到甲烷的形成，就是由它们分工合作和相互作用而完成的。

    在沼气发酵过程中，五大类群细菌构成一条食物链，从各群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液pH值的影响来看，沼气发酵过程可分为水解、产酸和产甲烷阶段。前三类群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸，因此，将其统称为不产甲烷菌。后二类群细菌的活动可使各种有机酸转化成甲烷，因此，将其统称为产甲烷菌。

    1.不产甲烷菌

    不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。它们的种类繁多，根据作用基质来分，有纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。

    2.产甲烷菌

产甲烷菌是沼气发酵的主要成分--甲烷的产生者。是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感，最适宜的pH值范围为中性或微碱性。它们依靠二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷，是要求生长物质最简单的微生物。

二、沼气微生物的生长规律

    生物和生命活动以新陈代谢为基础，沼气发酵微生物的生长和代谢过程可分适应期、对数生长期、平衡期、衰亡期四个时期。

    1.适应期

    菌种刚刚接入新鲜培养液中，细菌的各种生理机能需要有一个适应过程，细胞内各种酶系统要经过一番调整，这一时期细菌并不马上进行繁殖。适应期的长短与细菌的种类及环境变化条件有关。例如，繁殖速度快的酸化菌，一般适应期较短，繁殖速度慢的产甲烷菌适应期就较长。此外接种量的多少，接种物所处的生长发育阶段及其前后生活条件都对适应期的长短有所影响。

    2.对数生长期

    细胞经过一段适应后，逐步以最快速度进行繁殖，即按1、2、4、8、16......的级数上升。这一段时间内发酵产物的增长速度随细胞数量的增加而上升。如果微生物所处的环境条件能够不断得到更新，所需的营养物质能够及时得到供应和保障，这种增长速度可以一直保持下去。这就是连续投料发酵可以获得高产气率的理论根据。

    3.平衡期

    微生物细胞经过一定时期高速繁殖后，由于养料的消耗和代谢产物的积累，以及其环境条件（如酸碱度，氧化还原势等）的变化使得细胞繁殖速度减慢，少数细胞开始死亡，因此表现在一定时期内繁殖速度与死亡速度相对平衡。这一时期发酵液内细胞总数达到最高水平，是积累代谢产物的重要时期。

    4.衰亡期

    由于培养基中营养物质的显著减少，环境条件越来越不适宜微生物的生长繁殖，细胞死亡速度加快，以至细胞死亡数目大大超过新生数目，活菌总数明显下降。

通过以上对微生物生长规律的分析，微生物在旺盛生长期内生长的速度高，生理活性也最强，如采用这一时期的微生物进行接种就可以缩短适应期。在发酵工艺上，采用连续投料发酵的方法，可以保证微生物始终在适应条件下旺盛生长，从而获到较高的产气量。

 

一、沼气的用途

　　农村户用沼气池生产的沼气主要用来做生活燃料。修建一个容积为10立方米的沼气池，每天投入相当于4头猪的粪便发酵原料，它所产的沼气就能解决一家3―4口人点灯、做饭的燃料问题。沼气还可以用于农业生产中，如温室保温、烘烤农产品、储备粮食、水果保鲜等。沼气也可发电做农机动力，大、中型沼气工程生产的沼气可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城市居民使用。

二、修建沼气池的好处

　　兴办沼气的好处很多，综合起来主要有以下几个方面：

　　（一）兴办沼气有利于解决农村能源问题。一户3―4口人的家庭，修建一个10立方米的沼气池，只要发酵原料充足，并管理得好，就能解决点灯、煮饭的燃料问题。

　　（二）兴办沼气有利于促进农业生产发展。兴办起沼气后，大量畜禽粪便加入沼气池发酵，即可生产沼气，又可沤制出大量优质有机肥料，扩大了有机肥料的来源。凡是施用沼肥的作物不仅增强了抗旱防冻的能力，而且提高秧苗的成活率。施用沼肥不但节省化肥、农药的喷施量，也有利于生产绿色无公害食品。

　　（三）兴办沼气有利于促进畜牧业的发展。办起沼气后，有利于解决“三料”（燃料、饲料和肥料）的矛盾，促进畜牧业的发展。

　　（四）兴办沼气有利于改善卫生条件。凡是建了沼气池的农民都体会到，利用沼气当燃料，无烟无尘，清洁方便。一些粪便、垃圾、生活污水等都是沼气发酵的好原料，随着这些原料进入沼气池的病菌、寄生虫卵等，在沼气池中密闭发酵而被杀死。从而改善了农村的环境卫生条件，对人畜健康都有好处。

　　（五）兴办沼气有利于保护生态环境。兴办沼气解决了农民的燃料问题，减少森林砍伐和牛羊对山场的破坏，有利于保护林草资源，促进植树造林的发展，减少水土流失，改善农业生态环境。

（六）兴办沼气有利于解放劳动力。办起沼气后，过去农民拣柴、运煤花费的大量劳动力就能节约下来，可以投入到农业生产第一线上去。广大农村妇女通过使用沼气，从烟熏火燎的传统炊事方式中解脱出来，节约了生火做饭的时间，减轻了家务劳动。

 

 

 

1、什么是沼气？沼气的热值是多少？沼气的主要成份有哪些

答：沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用而生成的一 种可燃性气体。

沼气的热值：5500-5800大卡/立方米。主要成份是甲烷和二氧化碳。

2、沼气有哪些用途？

答：沼气可用于炊事、点灯、发电、烧锅炉，为塑料大棚和畜舍增温和保温，为蔬菜大棚提供二氧化碳气肥，也可用来保鲜水果等。

 

 

3、什么是沼气发酵？

答：沼气发酵是指各种有机物在厌氧条件下，被各类沼气发酵微生物分解转化，最终生成沼气的过程。

4、沼气发酵应具备哪些基本条件？

答：①足够的沼气发酵原料；②有一定量的厌氧活性污泥；③适宜的温度；

④合适的酸碱度(PH值和碱度)⑤发酵原料要有微生物生长所必需是营养物质；

⑥适当的搅拌；⑦防止毒性物质抑制沼气发酵过程。

5、沼气发酵主要用哪些原料？

答：各种农业废弃物如禽畜粪便；各种秸秆、杂草等；农产品加工的各种有机废物和废水；城市垃圾及生活污水等。

6、什么叫接种物？接种物在沼气发酵中有何作用？

答：接种物亦称菌种，主要是产甲烷的微生物。在沼气发酵池启动运行时要加足够的接种物才能正常产气。接种物的数量，以相当于发酵原料10-30%为益。

7、接种物有哪些来源？

答：接种物的来源有城市下水道污泥，湖泊、池塘底部的污泥，粪坑底部沉渣，农产品加工厂的下水道污泥，污水处理厂的活性污泥，老沼气池的污泥

8、如何测算沼气的产量？

答：各种有机物的产气量(产气潜力)，可采用成批投料发酵的实验方法而测定的。如每公斤猪粪(干物质)产气量为0.43立方米/千克，但考虑粪便的实际收集率及排粪量的差异，一般估算为：5头猪、1头牛、150只鸡的粪便可产沼气1立方米。

9、秸秆为什么不宜作为沼气发酵原料？

答：因为秸秆的纤维素和木质素的含量较高，常温条件下在沼气池内很难分解，易形成大量浮渣结壳，占有较大容积，影响产气。

10、沼气池具备什么条件可以投料使用？如何进行投料？

答：新池和大投料的沼气池，经过一段时间养护后，并通过试压后确定不漏水，不漏气，即可投料。将准备好的发酵原料和接种物混合在一起，投入池内，一般控制干物质含量为4-6%为宜，以粪便为主的原料，浓度可适当低些。“三结合”池(厕所、猪舍与小沼气池连通)实行自流进料，如原料不足，应加水至标定液面线。(占主池容积90%以上)。

 

 

 

1．严格的厌氧环境沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类，它们都是厌氧细菌，尤其是产生甲烷的甲烷菌对氧特别敏感。它们不能在有氧的环境中生存，哪怕微量的氧存在，也会使发酵受阻。因此，建造一个不漏气、不漏水的密闭沼气池，是人工制取沼气的关键。

2．足够和优良的接种物接种物是沼气发酵所需要的含有大量微生物的厌氧活性污泥，也称菌种。只有具备足够优良的接种物才能保证沼气发酵高效运行。农村户用沼气池的接种物一般来源于老沼气池的沼渣（沼液）、阴沟的污泥、粪坑底部的沉渣等。接种物用量一般占总发酵液的30％左右。

3．必要的发酵温度沼气发酵菌种在8℃-60℃范围内都能发酵产气，并且温度越高，发酵越活跃，产沼气越多。因此，作为常温发酵的农村户用沼气池，应尽量使其发酵温度保持在8℃以上。

4．适宜的酸碱度在沼气发酵过程中，沼气菌适宜在中性或微碱性的环境中繁殖。发酵液的ph值控制在6.8-7.5为宜。如低于或高于此值，沼气发酵就会缓慢，甚至不能正常进行。

5．适宜的发酵浓度和碳氢比作物秸秆、青草、人畜粪便、生活污水等有机物都可以作为沼气发酵的原料。但发酵原料需满足(20-30)：1的碳氮比和满足6%-10%的发酵浓度。当然，碳氮比和发酵浓度在夏季可适当低些，在冬季可适当高些。

6．经常性的搅拌沼气池在不搅拌的情况下，发酵料液明显地分为3层：上层结壳层、中层清液层、下层沉渣层。发酵液分层不利于产气，所以，应考虑采取搅拌措施。搅拌的目的是使其不分层，让原料和接种物均匀分布于池内，增加微生物与原料的接触面，加快发酵速度，提高产气量。此外，搅拌也有利于沼气的释放。对有加热装置的沼气池来讲，搅拌有利于热能的传播。目前，采用的搅拌方法主要有3种：机械搅拌、液搅拌、气搅拌。

7．严防加入抑制剂抑制剂主要是一些重金属离子、农药及一些有毒性物质。这类物质不能加入沼气池。

 

 

 

1. 为什么要沼气发电？沼气发电有什么显著优点？

沼气发电是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术。它利用工业、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，驱动沼气发电机组发电，并可充分利用发电机组的余热用于沼气生产，使综合热效率达 80 ％左右，大大高于一般 30~40% 的发电效率，用户的经济效益显著。

 

2. 沼气发电对沼气有什么要求？

沼气中杂质含量如 Si 、 HS 等应控制在一定的范围内，沼气的温度为 10~60 ℃，压力为 0~5kpa ，具体见沼气的气质要求，一般禽畜粪厌氧处理的沼气都能满足发电的气质要求，污水处理沼气需要脱硫等处理，垃圾填埋沼气需要脱水等处理。

 

3. 发出来的电能否与电网 6300V 或 10000V 变压器相联？电网允许吗？

沼气发电机组的输出电压为 400V ，可以与 6300V 或 10000V 变压器低压端相联，若低压线路长， 400V 可以升压到 6300V 与供电局进线相连；若不上网送发电，为防止向网上倒送电加逆功率继电器保护，对电网运行安全没有影响。这种发电方式供电局不会责疑。

 

4. 沼气浓度变化时，能否发电？

发电机组照常可以运行，机组调整后可正常发电或降低发电量。

 

5. 发电设备所需厂房条件怎么样？

两台 500KW 发电机组上网发电 1000KW ，厂房所需面积（含压缩机房、控制室、值班室） 200 平方米左右，厂房为普通厂房就可以。

 

6. 沼气发电设备投资回收期多长？

包括发电机组在内的所有附属设备投资，若电费每千瓦时为 0.6 元，回收期为 8 个月，每千瓦时为 0.5 元，回收期为 10 个月左右，每千瓦时为 0.4 元，回收期为 12 个月。

 

 

7. 沼气发电一方气发多少电？ 一度电运行成本（大修费用，财务费用，设备折旧）多少？一台设备一年运行多长时间？ 500KW 发电机组，每月上网电量多少？一台设备运行多长时间大修？大修一次需多少时间？ 费用多少？

一方气发 1.7KW.hr 左右（沼气中甲烷浓度按照 50% 计算）。每千瓦时（含大修费，财务费用，折旧费用）运行费用为 0.04 — 0.05 元。设备一年运行时间 7200hr 以上。 500KW 发电机组每月发电量 25 万千瓦时以上。一台设备运行三年大修一次，一次费用 7 万元左右。大修大约需 15 — 25 天。

 

8. 设备运行人员需多少？

1~3 台设备每班需要人员 1~2 人，维修人员 1 人。

 

9. 沼气发电机组使用寿命为多长时间？

使用年限在 20 年以上，一年实际上网发电时间在 7200 小以上。

 

10. 我厂沼气发电机组产品的最大特点是什么？

我厂沼气发电机组产品区别与其他厂家的最大特点是安全性高 ，绝对无机组放炮和爆炸现象；第二特点是 可靠性好 ，故障率低，年运行时间长，停机时间短，相应机组的经济效益好。第三特点是 功率不打折扣 ，按 100% 机组提供的功率运行。

 

    能源是人类经济社会发展的重要物质基础。能源是国家经济社会安全的重要物质保障。中国正面临着巨大的能源与环境压力。矿物能源的资源却在日益耗尽，2003年数据：石油可采储量仅为25亿吨，煤炭可采储量约2040亿吨。按目前开采技术水平和消耗量，中国每年石油进口量至少达到9100万吨；同时，矿物能源的无节制使用，引起了日益严重的环境污染问题，导致全球气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈碳平衡、释放有害物质、引起酸雨等自然灾害。

    开发并生产各种可再生能源，替代煤炭、石油和天然气等化石燃料是世界今后解决能源紧缺的一种有效途径，尤其是发达国家都在致力开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实现本国家经济的可持续发展提供保障。

    沼气发电归类于绿色能源。国家出于环境保护及开发可再生能源的目的，对于污染治理和绿色电力能源技术的研究和整和十分重视。处于这两者之中的沼气发电技术在经过了20余年的完善后，在中国社会、经济蓬勃发展的大环境下，其发展走向已引起人们的关注。

 

1 发展沼气发电是促进沼气工程推广应用的重要手段

 

    沼气工程技术是治理有机废弃物污染、转化有机废弃物为燃气等可利用物质的十分有效的技术，在强调可持续发展的大背景下，大力推广沼气工程显得尤为重要。一项工程技术要得到推广应用，其技术的先进性和适用性，以及工程的投入产出关系必须得到市场的认可。因此，提高沼气工程技术水平，提高沼气工程经济效益就成为沼气工程能否得到大量推广应用的关键。

    沼气是一种具有较高热值的可燃气体（沼气中CH4为60%，其热值约为21.52 MJ·m³），把其作为动力机的燃料，带动发电机运转，将得到高品位的电能。沼气发电技术在沼气工程中的引入，不但提升了沼气工程整体技术水平，而且可以通过出售电能带来较高的资金回报。根据我国几个具有一定规模的沼气发电站的运行情况来看,无论沼电外售或内部消化，均能获得较好的经济效益。

 

2 沼气发电已有一定的基础

 

    (1) 沼气技术。即厌氧消化技术，主要用于处理畜禽粪便和高浓度工业有机废水。中国经过二十多年的研发应用，在全国兴建了大中型沼气工程1560座；户用农村沼气池1200万多户，其数量位局世界第一。不论是厌氧消化工艺技术，还是建造、运行管理等都积累了丰富的实践经验，整体技术水平已进入国际先进行列。

    (2) 沼气发电技术。在发达国家已受到广泛重视和积极推广。欧洲已建有1000多处示范工程，90%以上为热电联产的沼气发电工程，例如：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。生物质能发电上网在德国、丹麦、奥地利、芬兰、法国、瑞典等国家的能源总量的比例为10%左右，预计本世纪末将增加到25%。

    中国沼气发电技术的研发已有二十年的历史，特别是在近十年期间有一批科研单位、院校和企业先后从事了沼气发电技术的研究及沼气发电设备的开发。在这一领域中，形成了科研技术骨干队伍，建立了相应的科研、生产厂和一些示范工程，积累了成功和失败的经验，为沼气发电技术的推广应用及沼气发电设备质量再上一个台阶奠定了基础。

    沼气发电设备方面，德国、丹麦、奥地利、美国的纯燃沼气发电机组比较先进，气耗率约0.5 m³·（kWh）­¹（沼气热值≥25MJ·m­³），价格在300~500美元·（kW）­¹。中国现已研制出24~600kW纯燃沼气发电机组系列产品，气耗率0.6~0.8 m³·（kWh）­¹（沼气热值≥21MJ·m­³），价格在200~300美元·（kW）­¹，其性价比有较大的优势，适合中国经济发展状况。

 

3 动力源的潜力与可持续发展战略的需求

3.1 沼气生产原料的多样性和可靠性

    工厂化沼气的生产原料主要来自四个方面：畜禽养殖场粪污厌氧处理、工业有机废水厌氧处理、城市污水厂的污泥厌氧处理和生活垃圾填埋场的垃圾填埋。

    (1) 中国的畜禽养殖业发展很快，近十年来畜禽产量几乎翻了一番，养殖业的发展呈现两大趋势，一是在农业总产值中占的比重增大，二是向规模化养殖发展。2002年全国共有规模化畜禽养殖场8241家，年排放畜禽粪便4900万吨，可生产沼气27亿吨m³·年­¹。规模化畜禽养殖业每年以8%的速度增长，到2010年，大型养殖场将增加到15000家，年排粪量增加到9000万吨，年可生产沼气量至少达到40亿m³，按1 m³沼气可发电1.6kWh计，40亿m³沼气可发电64亿kWh,具有相当可观的开发前景。

    (2) 2002年中国工业废水未治理（达标）数量约为30亿吨，其中工业有机废水约占近85%。也就是说全国工业企业年排放的有机废水为25.2亿吨（可转化为沼气的），年排放有机废渣7378.07万吨，通过厌氧消化方式年可生产沼气约107亿m³。可见，利用工业有机废水生产沼气的潜力巨大。

    (3) 据2001年数据，中国已建400余座城市污水处理厂，但处理率仅为应处理的生活污水总量的20%。按国家“十五”规划，2005年时城市生活污水处理率应达60%，可见城市生活污水处理厂的数量将有较大幅度的增加，随之而来的是，污水处理厂的污泥厌氧消化数量也将成正比例的增加。

    (4) 2002年中国的城市垃圾量达到1.5亿吨，垃圾填埋场中蕴藏的沼气资源已被人们认识，目前已有少量垃圾填埋场的沼气被收集起来用于发电，如果将所有的垃圾场填埋气收集起来，将有大量的填埋气（与沼气成分相似）可用于发电。

    随着国民经济的发展，未来10年的沼气生产潜力远大于当前水平，在国家相关的激励政策的引导下这些潜力将会被逐渐释放出来，作为发电动力燃料的沼气会越来越多，从动力源的角度给沼气发电提供了较大的发展空间。

3.2 沼气发电更适用于大、中型沼气工程

    一般来说，万吨酒精厂、规模化畜禽养殖场、城市污水处理厂和城市生活垃圾填埋场既是当地的支柱产业和必要的公益型企业，也是造成污染的大户。对于高浓度有机废水（物）的治理，目前国际上公认首选的技术是厌氧消化（沼气）技术。一个年产5万吨酒精的生产厂，处理酒精废液的沼气工程年产沼气约为1200多万m³；一座中、小城市的污水处理厂或垃圾填埋场，年产沼气约10万m³以上。由于这些企业多数远离城镇，沼气无法作为城镇居民的生活燃料实施集中供气（主要是敷设输气管网的建设费用和加压成本太高）。若沼气作为锅炉燃料替代原煤直接燃烧，其经济价值很低（1 m³沼气的热值与1kg标煤的热值相当）。另外，工厂、污水处理厂或规模化畜禽养殖场又是用电大户，近几年由于中国电力日趋紧张，特别是经济发达地区的企业，经常受到国家电网用电量的限制（高峰用电期，每星期停电1~2天）或计划外用电需高价购买。因此，许多企业已开始意识到沼气发电既提高了沼气自身的经济价值，又为企业缓解了电力紧缺的矛盾。

3.3 治理污染，开辟可再生资源，是实施可持续发展战略的要求

    上述几种典型的高浓度有机废水（物）是中国目前主要污染源，是以牺牲环境为代价的，必须从源头阻截与治理。同时也需意识到。它也是可开发利用的宝贵资源。通过科学的处理和加工，便可转化为不可缺少的生产和生活资料。采用以厌氧消化（沼气）为核心的综合治理与利用工程技术，既经济（节能、产能），又有效（仅厌氧消化工序有机物的去除率可达到75%以上），其厌氧消化的同生产物—沼液、沼渣又是优质有机肥料，可为生态农业提供高品质的有机肥料。

    中国已由石油出口国转变为石油进口国，2000年净进口量已达到7000万吨。生物质可以通过各种工艺转化为液、气体燃料，直接替代汽油、柴油、天然气等化石燃料。另外，1999年中国电力总产量约为12600亿度（kWh）,人均可用电不到1000度（kWh）·人­¹年­¹，其中人均生活用电不到110度（kWh）·人­¹年­¹，只是韩国的1/5左右，尤其农村电力供应缺口更大。要实现2020年国民经济翻两番的目标，保障可靠的电力供应是必备条件。因地制宜的利用当地生物质生产沼气并发电，建立分散、独立的离网或并网电站拥有广阔的市场前景，也是保护中国的矿物能源资源，实现能源安全的重要举措之一。为中国经济的可持续发展提供保障。

 

4 沼气发电产业将成为朝阳产业

 

    沼气发电是一个系统工程，它包括沼气生产、沼气净化与储存、沼气发电及上网等多项单元技术的集成，也涉及到国家对沼气发电的扶持政策和技术法规等。剖析中国已有的沼气发电工程，并借鉴发达国家的沼气发电经验，以及国家对可再生能源的政策导向，笔者认为中国沼气发电产业将在未来的若干年后会突破性进展，其依据是：

4.1 国家相关的扶持和激励政策的出台，将打通包括沼气发电在内的绿色电力上网的瓶颈

    当一个国家经济实力达到一定程度后，就会把目光更多地投向环保，就会更关注可持续发展问题，就会把资金投向这一领域，就会出台相关的政策来确保可持续发展战略目标的实现。以德国为例。站后的德国经过几十年的经济复苏，已经具备经济能力来处理可持续发展问题。为了保护环境、控制全球变暖和促进能源的可持续供应，德国于1990年制定了“输电法”，2000年又出台了“可再生能源法”。“输电法”规定公用电网对可再生能源发电输送来的电力有义务收购，并制定了可再生能源发电配额比例，这一政策导致了德国沼气发电技术的提高以及促成了随后700多个沼气工程的建立。而“可再生能源法”提高了可再生能源发电上网的收购价（高出常规能源发电价），对于装即容量达到500kW发电站，输送到电网的电力获得的补贴比1999年增加了37%，故再一次促进了德国沼气发电工程的推广。

    对于具有一定规模的沼气发电站而言，能否使发电机组长期在额定负载下工作、以及电价的高低决定着沼气发电工程能否取得较好的经济效益。在相当一部分沼气工程中，与其产气量相适应的发电规模远大于内部（沼气工程自身或建设企业）用电总负载，也有内部用电负载装机容量虽大但只是间隙性地达到发电机组额定值的情况。因此对于具有一定规模的沼气发电工程而言，所的发电不能与地方电网连接、调节，不但其经济性会大打折扣，同时也会带来运行负荷匹配等管理问题。

    作为能源，沼气发电工程具有规模小和分散性的特点。根据食品加工业及养殖场规模所建设的沼气工程年产沼气平均在十几万立方米到几十万立方米之间。所建的沼气发电站装机也就是几十千瓦到几百千瓦。因此，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，也会给这些能源企业带来一系列的运行、安全和负荷匹配等管理问题。而且，对电网企业又要用高于常规能源电价收购沼电，如果没有政策支持或国家补贴，它们也难以接受。因此到目前为止，沼气电力还没有被电网能源企业所认可。所幸的是，中国政府已下决心要打通包括沼气发电在内的绿色电力上网的瓶颈。

    中国政府站在可持续发展的高度，出台促进绿色电力上网政策已为时不远。2005年初颁布了“可再生能源法”和正在研究和制定的发电配额比例、价额标准、绿色证书以及发电上网的优惠政策，会筑造起有利于绿色电力发展的交易平台。

4.2 国内将生产出性价比更好的沼气发电机组系列产品，为沼气发电产业化提供有力的支持

    目前比较成熟的国产沼气发电机组的功率规格，主要集中在80~500kW这个区段。根据沼气建设发展趋势分析和对沼气发电设备的市场需求调查，对大于和小于区段规格的发电机组的需求也在增长。

    从大中型沼气工程的产气量来看，有不少沼气工程适宜配建500kW以上的大功率沼气发电机组。从沼气发电机组的性价比来看，在有可以利用的动力原机的情况下，单机功率越大，越利于提高沼气发电效率，越利于降低发电机组单位功率成本，从而获得比较理想的性价比。同样从小规模沼气工程的产气量和企业自身用电负荷性质来看，20kW以下的发电机组也大有市场。例如一个日产沼气80~100 m³的沼气工程，显然不适合发电上网，适宜内部用电。其沼电用途一般为驱动沼气工程污水泵和猪场通风机，照明等，因此宜配备10kW左右的发电机组是比较经济的。类似的农村养殖专业户修建的沼气工程很多，小功率沼气发电机组的需求量也不少。

    鉴于沼气发电广阔的发展前景，国内已有数家有实力的研究院所和大型企业进行了强强联合，针对市场需求开发出不同规格的沼气发电机组系列产品。在大机组方面，济南柴油机股份有限公司已开发出了全烧沼气600kW沼气发电机组，并在“十五”科技攻关课题--大型高效厌氧沼气发电技术及示范电站应用成功。500~600kW的沼气发电机组会很快面市。值得一提的是，中国新一轮开发出来的沼气发电机组，已不是过去简单改装内燃机的发电机组。新的发电机组在性能方面已缩小了与国外先进机组的差距，特别是大机组的性能已经较为接近国外先进机组的技术指标。在小机组方面，重庆的红岩、山东的济柴、潍柴和胜动等陆续开发出24~65kW的全烧沼气发电机组，并投放市场。因此可以说，在发电设备方面中国可为沼气发电产业化的实施提供强有力的支持。

4.3 政府的扶持措施是推动沼气发电产业化进程的保证

    沼气及其电力是一类清洁能源，它的开发利用本身就是一种环境友好的措施。它不象化石能源那样，需要社会花费大量代价去治理污染以避免环境损害。然而使用化石燃料造成的环境损害代价没有反应在发电成本上。例如，一座大型的燃煤电站，其发电成本是按直接生产成本计算的（0.25元/kWh），没有包含因损害环境造成的外部成本。如果用含1%硫份的煤来发电，每燃烧1吨标煤，排放污染物分别为：SO2：0.022t·tce­¹;Nox:0.01 t·tce­¹;烟尘：0.017 t·tce­¹；CO2：0.726 t·tce­¹。如果用排污费来折算。仅就酸雨、Nox和烟尘等空气造成的损失就会增加成本0.03~0.05元·（kWh）­¹。如果再考虑CO2等温室效应、水污染和固体废物处置等因素，那损害成本更高。然而，沼气发电在环境方面的贡献在成本中没有得到社会回报和认可，目前与常规化石能源处于一种不公平竞争，在价格上处于明显劣势。

    通过政府的扶持措施，包括价格优惠、财政补贴、融资机制、发电上网以及其它措施的建立，大大减少沼气发电工程生产企业的投资风险和不确定性，从而会推动它的产业化的发展。

4.4 资金支持和专业化生产会吸引更多的投资主体

    沼气发电工程属于环保和可再生能源性质的项目，受益的是全社会。要在投资分摊上，以“谁污染、谁治理”原则为主，辅之以“谁受益、谁分摊”的原则。目前这类项目主要是由政府、地方和企业共同投资（对于初始投资，国家给与了大力支持）。另外，国家或行业应制定出一系列的激励政策，如：减免工程的税费、贴息贷款、发电上网的准入制度和定价收购等；要广辟资金渠道，帮助建设方获得各类贷款；鼓励社会各界以各种形式投资开发沼气资源化利用项目，以优惠政策调动各投资主体的积极性。

    以国家、地方和企业共同投资的方式，重点扶持一些专用设备生产企业（沼气生产装置、沼气净化设备、沼气发电机组等），对其进行必要的技术改造，扩大生产规模，降低生产成本，提高产品种类和产品质量，提高产品的市场竞争综合能力；建立质量保障体系（售后服务、人员培训、质量监督与检测等）和物业化管理模式，以保证沼气发电产业持久性的健康发展。

    由以上分析可以看出，无论是沼气生产潜力、发电技术水平，还是市场需求、政策导向，都将会催生沼气发电的大发展。一些先行一步的企业已尝到了甜头。若干年后，在中国很可能出现德国的情景，几乎每个沼气工程都要进行发电。可以预见，沼气发电产业的形成是在必行，并有比较大的发展空间。