浅谈沼气发电
【摘 要】中国实现可持续发展离不开可再生能源。生物质能作为一种新型清洁能源，具有广阔的应用前景。沼气发电是生物质能发电的主要形式之一，合理有效利用这一新型能源，对于可持续发展具有重要意义。
【关键词】可持续发展；能源；生物质能；沼气发电
1 沼气简介
沼气是由多种厌氧微生物混合作用产生发酵而产生的。在这些厌氧微生物中，按微生物的作用不同，可分为纤维素分解菌、脂肪分解菌和果胶分解菌等。在发酵过程中，这些微生物相互协调、分工合作，完成沼气发酵过程。
沼气发酵产生的物质主要有三种：一是沼气，以甲烷和CO2为主，其中甲烷含量在55％～70％，是一种清洁能源；二是消化液（沼液），含可溶性N、P、K，是优质肥料；三是消化污泥（沼渣），主要成分是菌体、难分解的有机残渣和无机物，是一种优良有机肥，具有土壤改良功效，沼气的生成物有很高的应用价值。
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 国内外沼气发电技术现状
我国沼气发电研发工作有20多年的历史，现已有大中型沼气工程2000多座，户用农村沼气池1060万户，数量位居世界第一。我国的沼气发电在技术方面以及运行管理等方面都已达到国际先进水平。
在发达国家如美国的能源农场、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，都已得到广泛的推广与应用。此外，沼气发电的并网比例随着发电和电网技术的逐渐成熟也呈逐年增长的趋势。
3 沼气发电的实现
沼气发电主要有沼气燃烧发电与沼气燃料电池发电两大形式。
3.1 沼气燃烧发电
沼气以燃烧方式进行发电，是利用沼气燃烧产生的热能直接或间接地转化为机械能并带动发电机而发电。沼气可以被多种动力设备使用，如内燃机、燃气轮机、锅炉等。燃料燃烧释放的热量通过动力发电机组和热交换器转换再利用，相对于不进行余热利用的机组，其综合热效率要高。
3.2 沼气燃料电池发电
燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它就可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。沼气燃料电池是将沼气化学能转换为电能的一种装置，它所用的“燃料”
并不燃烧，而是直接产生电能。
4 沼气发电的控制策略
围绕着提高沼气燃烧发电或沼气燃料电池的转化效率，沼气发电的控制主要从两个方面进行考虑。
4.1 净化及提纯沼气
沼气发动机要解决的核心问题是沼气的净化处理和混合：1）沼气的净化处理；2）沼气发电机组的防腐处理；3）电控混合器技术。
4.2 沼气燃料电池的发电控制
一套完整的沼气燃料电池发电系统除了具备沼气燃料电池组、沼气供气系统、沼气净化及提纯系统、直流稳压器、逆变器以及冷却系统之外，最重要的是燃料电池控制器，这样才能对系统中的气、水、电、热等进行综合管理，形成能够自动运行的发电系统。
5 沼气发电产业化发展的主要障碍
我国沼气发电的研究和应用在近十年中发展比较缓慢。主要存在以下障碍：
内燃机（一般是柴油机和汽油机）的研究与改装时我国沼气发动机的主要开发方向。由于改装层次较浅，热力性能研究不深，导致运行中问题过多，产品质量较为低下，从而影响了沼气发动机的发展。而其根本原因在于生产实践经验不足，技术层面不过关，最终导致发动机在启动、运行、退出等方面都存在一定的缺陷，致使可靠性降低。
相比国外技术而言，我国技术在加工制造工艺和材质等方面都存在着较大的差距。我国研制的全烧沼气发动机的排气温度过高，气阀、气缸盖易坏、易损。因此，国产的沼气发电机组的整体转换效率较低。对于单机容量在0.2-0.6MW的发电机组，其发电效率可以达到27%-30%，气耗率0.57-0.70 kWh（沼气热值约为21MJ/ m3），但这仍比发达国家同类型的沼气发电机组的发电效率低近5-6个百分点。
6 对于沼气发电产业发展的建议
我国是一个人口大国，伴随着经济的迅速发展，正在面临着经济增长和环境保护的双重压力，改变能源结构、生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续供给的能源系统具有重要作用。这里为沼气发电及其并网的发展提出一些建议。
首先，沼气发电应当得到的大力支持。制定相关的发展规划，加强有关沼气发电技术的保障体系，对于沼气发电在国内的蓬勃发展必将有极大的推动作用。其次，如果国家提供相关的资金支持，鼓励专业化生产，那么必将引来更大规模的投资主体。另外，加强法律保障，对于沼气发电工程表示明确的支持态度，制定相关的发展，必将为沼气发电的发展带来可观的发展前景。
7 沼气发电前景广阔
由于我国地广人多，常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上各种有关环境问题的公约，CO2等温室气体排放，这就要求改变以煤炭为主要能源的传统格局。因此，立足于现有的沼气资源，研究新型转换技术，开发新型装备既是发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要，对于促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
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