by / sumaart
一般情況下，生產(chǎn)出的沼氣會被用作炊事、采暖、洗浴等生活熱源，這種沼氣利用方式系統(tǒng)組成簡單，沼氣的能量利用率高，維修管理方便，應(yīng)用工藝成熟。但這種方式也存在熱量不平衡的矛盾，冬季需熱量大，沼氣產(chǎn)量可能無法滿足熱量需求；夏季需熱量小，雖沼氣產(chǎn)量低但供大于求，多余能量無法利用，多數(shù)情況下只好將多余的沼氣白白放掉，既污染了大氣，又浪費(fèi)浪費(fèi)了資源。為了解決該問題，沼氣發(fā)電與沼氣燃?xì)怆姵乇銘?yīng)運(yùn)而生。但是，究竟誰能更勝一籌呢？
1沼氣發(fā)電
沼氣發(fā)電是隨著沼氣綜合利用技術(shù)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項(xiàng)沼氣利用技術(shù)，它利用工業(yè)、農(nóng)業(yè)或城鎮(zhèn)生活中的大量有機(jī)廢棄物經(jīng)厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，并充分利用發(fā)電機(jī)組的余熱，使綜合熱效率達(dá)75%左右，從而達(dá)到環(huán)保和節(jié)能的目的。
沼氣發(fā)電系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：
1）沼氣發(fā)動機(jī)
與普通柴油發(fā)動機(jī)一樣，沼氣發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)也包括進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹做功、排氣4個(gè)基本過程。
2）發(fā)電機(jī)
根據(jù)具體情況，可選用外接勵(lì)磁電源配套的感應(yīng)發(fā)電機(jī)和自身作為勵(lì)磁電源的同步發(fā)電機(jī)，與沼氣發(fā)電機(jī)配套使用。
3）廢熱回收裝置
采用水-廢氣熱交換器、冷卻排水-空氣熱交換器及余熱鍋爐等裝置回收利用發(fā)動機(jī)排除的余熱（約占燃燒熱量的65%~75%）。通過該措施，可使機(jī)組能量利用率達(dá)到65%~68%。廢熱回收裝置所回收的余熱可用于消化池料液升溫或采暖。
4）氣源處理
沼氣須進(jìn)行疏水、脫硫化氫處理，將硫化氫含量降到500mg/m3以下，并且要經(jīng)過穩(wěn)壓器使其壓強(qiáng)保持在1470~2940Pa再輸入發(fā)動機(jī)使用。為保證安全用氣，在沼氣發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管處必須設(shè)置水封裝置，防止水進(jìn)入發(fā)動機(jī)。
沼氣發(fā)電具有低排放、低污染、節(jié)約能源、廢物資源再利用等優(yōu)點(diǎn)，倍受各國政府的關(guān)注，因此開發(fā)沼氣發(fā)電無疑是建設(shè)綠色環(huán)保工程的重要措施。
2沼氣燃料電池
沼氣燃料電池是一種將沼氣化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置，它所用的“燃料”并不燃燒，而是直接產(chǎn)生電能。沼氣燃料電池系統(tǒng)一般由三個(gè)單元組成：燃料處理單元、發(fā)電單元和電流轉(zhuǎn)換單元。
1）燃料處理單元
該單元主要部件是改質(zhì)器，它以鎳為催化劑，將甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣。
為了降低CO濃度，在銅和鋅的催化作用下，混合氣體在改質(zhì)器后的變成器中得到進(jìn)一步改良。
2）發(fā)電單元
發(fā)電單元的基本部件由兩個(gè)電極和電解質(zhì)組成，氫氣和氧化劑在兩個(gè)電極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，電解質(zhì)則構(gòu)成電池的內(nèi)回。
3）電流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
主要任務(wù)是把直流電轉(zhuǎn)換為交流電。燃料電池產(chǎn)生的水蒸氣，熱量可供消化池加熱或采暖用。排出廢氣的熱量也可用于加熱消化池。
4）燃料電池的效率
與熱機(jī)效率不同，燃料電池能量轉(zhuǎn)換的效率不受內(nèi)燃機(jī)因素的限制，其值等于電池反應(yīng)的吉布斯焓變△G與燃燒反應(yīng)熱△H之比，可達(dá)90%左右。若考慮電動機(jī)、傳動系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)的發(fā)電效率可達(dá)40%~60%，有廢熱回收的系統(tǒng)總的能量利用率為70%~90%。
燃料電池發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
1）維護(hù)管理方便。
2）沒有或極少有污染物排放。
3）燃料電池工作時(shí)不產(chǎn)生噪音和機(jī)械振動。
4）效率高，一般內(nèi)燃機(jī)受卡諾循環(huán)的限制，效率可達(dá)60~80%。
5）模塊結(jié)構(gòu)，積木性強(qiáng)，比功率高，既可集中供電，又可分散供電。
缺點(diǎn)：
1）缺乏長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
2）排氣中除H2S外，還可能含有微量磷廢氣，對環(huán)境的影響還未知。
3沼氣發(fā)電與沼氣燃料電池發(fā)電的比較
沼氣燃料電池是最新出現(xiàn)的一種清潔、高效、低噪音的電裝置 ，與沼氣發(fā)電機(jī)發(fā)電相比，不僅出電效率和能量利用率高，而且振動和噪音小，排出的氮氧化物和硫化物濃度低，因此是很有發(fā)展前途的沼氣利用工藝。下面以日本某城市污水處理廠為例對比分析一下沼氣燃料電池與沼氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益，該污水處理廠處理水量為20萬m3/d、進(jìn)水SS為120mg/L、SS去除率為90%。
沼氣燃料電池基建投資和運(yùn)行費(fèi)比沼氣發(fā)電高，但發(fā)電量高，年盈利高。至于采取何種沼氣利用方式更利于給企業(yè)帶去可觀的收益，主要還是需要企業(yè)能根據(jù)自身特點(diǎn)和條件因地制宜、合理利用。
我國是農(nóng)業(yè)大國，商品能源相對缺乏，一些鄉(xiāng)村地區(qū)因距離電網(wǎng)較遠(yuǎn)，適宜發(fā)展沼氣發(fā)電站。同時(shí)將垃圾填埋氣用于沼氣發(fā)電，也有利于減少環(huán)境污染。而燃料電池作為21世紀(jì)最具競爭力的高效、清潔發(fā)電方式，在潔凈煤燃料電站、電動汽車、移動電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場。將沼氣用于燃料電池發(fā)電，是有效利用沼氣資源的一條重要途徑，這對我國沼氣利用技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。
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