实例分析大中型沼气工程能源效益_孙淼

JIENENGKEJI▲节能科技孙淼，王效华（南京农业大学工学院，南京210031）实例分析大中型沼气工程能源效益摘要：以扬州某畜禽养殖场大中型沼气工程为例，从各种能源替代类别差异的视角,利用等效能量替代的方法对大中型沼气工程产生沼气的能源替代效益进行分析，同时计算沼气发电余热回收利用所节约的能源量，为分析计算畜禽养殖场大中型沼气工程能源效益和经济效益提供了方法和案例。关键词：大中型沼气工程；能源替代效益；节能量中图分类号：TK6文献标志码：A文章编号：1001-5523(2011)04-0045-031前言大中型沼气工程一般以畜禽养殖场为依托，畜禽粪便在厌氧条件下，通过微生物发酵产生沼气，作为自身生产用能或并网发电。目前我国的大中型沼气工程已基本具备了消除污染、产生能源和综合处置等多种功能，成为能源工程、环境工程、生态工程及资源回收利用密切结合的统一整体，具有能源、环境、经济和社会的综合效益[1～2]。我国在大中型沼气工程方面已建立了初具规模的产业体系，具备了在全国大规模推广的条件。但从商业化角度来看，国内运行的大中型沼气工程还缺乏相关的运行数据和评价标准，特别是在能源效益定量分析方面。本文以江苏省扬州翔龙禽业发展有限公司在建的大中型养殖场沼气示范工程为例，利用能源效益替代法对该沼气工程的能源效益和节能量进行了定量的分析。江苏省翔龙禽业发展有限公司地处江都市邵伯镇高蓬村，现有鸡舍56栋、面积38600m2以及配套生产设备，年存栏地方鸡种蛋鸡15万只，日排放蛋鸡粪收集22.0t。建设840m3平推流发酵罐厌氧发酵反应器一座。年产沼气65.7万m3，沼气全部用于沼气发电，年最大发电量99.207万kW·h。年产沼液5318t，经过固液分离的固体沼渣晒干粉碎后作有机固肥和饲料添加剂的干沼渣年产1095t。经过固液分离的液体沼液采用管道输送到邻近的600余亩有机农田中喷灌、渗灌或滴灌用肥，即是全部还田，每亩消耗量小于30t/a，不用肥季节采用总容积1200m3的沼液贮存池暂存。2能源和经济效益分析能源效益指大中型沼气工程项目实施后产生的沼气而获得的效益。它可以减少畜禽养殖场生产运行中的常规能源消耗或者用于其他方面所产生能源的效益。能源效益可以采用等量有效热的方法，计算所生产的能源（沼气）用煤炭、电力、石油液化气、天然气、薪柴、秸秆进行替代产生的能源量和节能效益。该畜禽养殖场有种蛋鸡15万羽，每羽鸡平均每天排放鸡粪0.15kg左右，则该场日均排放蛋鸡粪总量为22.5t，按98%收集率计算约22.05t。每吨鸡粪产气为80m3，每天总产气大约1800m3，年产沼气量657000m3。根据沼气的当量热值20908kJ/m3计算[3]，一个畜禽养殖场大中型沼气工程日产沼气量得到的热值为37634.4MJ，年产沼气量得到的热值约1.37×1010kJ。从能源替代的经济效益角度分析，分别以煤炭、电力、石油液化气、天然气、薪柴、秸秆作为被替代能源，应用等量有效热法，沼气的能源替代效益计算公式：（1）45能源研究与利用ENERGYRESEARCH&UTILIZATION2011年第4期·其中：BEAE为沼气的某能源替代效益，元/m3；GH为沼气平均低位发热量，值为20908kJ/m3；TEG为沼气灶发热率，值为60%[4]；GH×TEG代表沼气利用的有效热值；AEP为替代能源价格，元；CVAE为被替代能源的平均低位发热量；TEAE为被替代能源发热效率，CAVE×TEAE代表被替代能源利用的有效热值见表1。以煤炭为例：煤炭的平均低位发热量为20908kJ/kg，煤炭的热效率为35%，煤炭的单价为0.848元/kg（按电煤计算），计算得沼气替代煤炭的能源替代效益为（20908×60%×0.848）/（20908×35%）=1.45元/m3。可分别得出产生沼气对应的能源替代收益，具体如表2。以畜禽养殖场为依托的大中型沼气工程通过利用生物质发酵产生沼气的原理，使原本没有能源价值畜禽粪便排泄物以及农业生产产生的秸秆稻草等得到充分利用，产生的沼气用于发电以解决或部分解决畜禽养殖场生产生活所需能源问题。另外，沼气发电的余热又可以用于反应器料液的加热或者锅炉热水加热。较没有建设沼气工程时，不但节约了大量电能和热能、减少排放到环境中的污染物，还能减少企业开支，提高经济效益。本文涉及的畜禽养殖场沼气工程中，不仅利用沼气替代传统能源以达到节能的目的，同时合理地利用了在沼气发电过程中产生的余热，进一步达到节能目的。沼气工程的节能效果从两方面考虑：一方面是沼气用来发电，减少的商品电消耗部分；另一方面是沼气工程发电的余热做为热能循环使用所节约的其他能源的消耗。节约商品电部分：从沼气工程的能源替代量来看，畜禽养殖场主要以电力消耗为主，日耗电量约4250kW·h。由于采用了沼气发