提高沼气工程经济效益讲义

大中型沼气工程市场化运营管理模式研究如何提高北京市沼气工程经济效益宋玲玲北京能环科技发展中心2010年4月13日内容1.北京市沼气工程技术现状2.北京市沼气工程经济效益3.德国沼气工程技术现状4.德国沼气工程经济效益5.提高经济效益的方法6.沼气工程创新管理模式1.北京市沼气工程技术现状1.1工艺技术原料：主要是猪粪，其次是牛粪，还有少数工程以鸡粪为原料；相比牛粪和鸡粪，以猪粪为原料的沼气工程预处理比较简单，投资和运行成本低；原料固体物质（TS）含量（%）固体物质中有机物质（OTS）含量（%）产气量m3/t鲜粪m3/tOTS猪粪20~2575~8055~65270~450牛粪18~2068~7640~50210~300鸡粪30~3263~8070~90250~4501.1工艺技术发酵温度:高温发酵（50-65℃），中温发酵（20-45℃）和低温发酵（20℃以下）；目前，北京市沼气工程多采用中温发酵，在寒冷冬季需要对发酵罐加热，其他季节根据发酵罐温度而定，保证发酵为中温发酵。发酵技术:发酵技术主要有升流式固体反应器（USR）、完全混合式反应器（CSTR）和推流式反应器（PFR）；近几年北京市兴建的大中型沼气工程中70～80%的沼气站都使用了USR反应器，少数使用CSTR和PFR工艺。1.1工艺技术容积产气率:产气率与发酵温度和发酵工艺有关，猪粪中温发酵(30~35℃)，装置产气率达0.5~1.5m3/（m3·d）。编号单个反应器规模（立方米）反应器数量（个）产气量(m3/d)容积产气率m3/(m3d)150042000.20230011200.40355023000.27415021100.37528022500.45625023500.70720023500.88825011650.66930011300.431.2技术装备加热设备：北京市沼气工程主要采用的加热设备有燃煤蒸汽锅炉、太阳能热水器和沼气锅炉。脱硫设备：生物降解工艺和氧化铁固体吸收工艺。生物降解工艺控制比较严格，且能耗高、处理费用昂贵，一般只在特大型沼气工程中才应用；在为农户供气的沼气工程中都采用氧化铁固体吸收工艺，操作简单，维护方便。1.2技术装备储气设备：高压干式储气、双膜干式贮气和低压湿式贮气等设备。1.3工程规模分析近3年建设的80家沼气工程的规模，北京市沼气工程主要是大型沼气工程，中型沼气工程只有22个，所占比例不超过30%；在大型沼气工程中，主要的工程规模还介于300~500m3/d之间。0510152025＜200200~300300~400400~500500~600600~700700~800800~900900~1000≥1000规模（立方米）数量（个）大型中型1.4产品及副产品利用根据北京市沼气工程的运行情况，沼气主要用于农户炊事，部分用于发电，发电总装机容量不超过3MW，其中规模最大的是北京德青源农业科技股份有限公司延庆生态农业园的2MW的沼气发电项目。沼液沼渣应用范围广泛，主用用于农田施肥，但是还存在一定的障碍。2.北京市沼气工程经济效益2.1运行成本运行成本构成0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%123456789101112131415工资原料燃料费电费水费车辆燃油脱硫剂2.1运行成本人员工资024681012123456789101112131415人员数量（个）沼气工程运行人员数量情况2.1运行成本人员工资沼气工程运行管理人员工资水平02004006008001000120014001600123456789101112131415单位人员工资（元/月）2.1运行成本人员工资沼气工程运行人员工资费用1.442.162.882.882.8833.243.33.845.766.66.728.48.649.613579111315人员费用（万元/年）2.1运行成本人员工资沼气工程单位沼气成本中人员成本0.390.490.530.530.610.630.640.660.700.720.740.750.880.881.1813579111315人员成本（元/立方米）2.1运行成本原料费原料主要从养殖场直接购买，不同沼气工程之间原料价格差别比较大;部分沼气工程免费获取原料。猪粪牛粪单价（元/吨）工程数量（个）加权平均价格（元/吨）单价（元/吨）工程数量（个）加权平均价格（元/吨）45163171275032526014017518032.1运行成本加热费北京市年平均气温10~12℃，1月-7~-4℃。沼气工程采用中温35℃发酵，所以冬季需要对沼气工程加热；一年中大约有5个月的时间需要对发酵罐加热。0204060801001208090110120125130130150165250300300350350产气量（立方米/天）燃煤量（吨/年）0.000.200.400.600.801.001.201.401.60单位产气量燃煤成本（元/立方米）燃煤量单位产气量燃煤成本2.1运行成本单位沼气成本沼气生产成本范围主要在1.5~2.0元/立方米左右。00.511.522.533.54123456789101112131415单位沼气成本（元/立方米）2.2运行收入沼气价格目前，北京市沼气销售价格在1.0~2.0元/立方米范围之间。在调研的15个沼气工程中，有7个沼气工程沼气销售价格为1.5元/立方米，所占比例将近50%。相对于沼气生产成本来讲，沼气销售价格偏低。0123456781.001.201.501.701.902.00沼气价格（元/立方米）个数2.2运行收入沼气销售收入运行收入普遍低于运行成本。0.005.0010.0015.0020.0025.0030.00123456789101112131415收入（万元/年）运行成本（万元/年）2.3案例分析昌平区上东廓沼气工程500多户居民USR：2×250立方米中温发酵；原料猪粪和鸡粪（村内有2个存栏5000~6000只的养鸡场和1个存栏约1000头的养猪场）；每天产气350立方米2.3案例分析昌平区上东廓沼气工程昌平区上东廓沼气工程运行成本分析编号项目数量单位费用费用（万元/年）1工资9人600~800元/（人·月）6.722燃料费60吨1000元/吨6.003电费0.48元/kWh2.404车辆燃油1.465脱硫剂0.306总计16.883.德国沼气工程技术现状3.1工艺技术发酵原料相对比例（%）德国沼气工程发酵原料分布德国沼气工程混合发酵原料种类混合发酵原料种类相对比例（%）123456773.1工艺技术发酵类型固体含量：湿发酵、干发酵、干湿联合发酵搅拌方式：完全混合式、塞流式等发酵过程：一步法、两步法发酵温度：中温、高温（利用发电余热）中温装置产气率1.2~1.8m3/(m3·d)高温装置产气率2.0~3.0m3/(m3·d)3.2工程装备特点工程运行机械化、自动化设备先进性设计标准化产品系列化生产工业化组装模块化规范化3.2工程装备固体原料进料设备液体原料进料设备原料输送设备3.2工程装备中心搅拌器侧壁搅拌器搅拌装置3.2工程装备Lipp罐发酵装置混凝土罐不锈钢罐3.2工程装备一体化储气装置独立膜式储气装置储气装置3.2工程装备热电联产成套设备发电机双燃料内燃机（72%）8-15%柴油机燃料单燃料内燃机（28%）余热回收装置热效率40~45%≤200kW;发电效率33%200kW；发电效率34%热电联产成套设备的总效率为80%左右3.2工程装备可移动式热电联产设备沼气发电机组热电联产成套设备余热利用装置3.3产品及副产品利用沼气利用用于热电联产（95%）优点：系统能量转换率最高；系统能量循环利用与互补；提供工程经济收益用作车用燃料并入天然气管网3.3产品及副产品利用沼液沼渣利用作为肥料：直接施肥、加工成有机肥料作为饲料沼肥标准TS30%肥料消毒：须70℃下经过1小时消毒方可作肥料入田饲料处理：须90℃处理1小时180天贮存期：每年10月至次年4月沼肥不准入田重金属浓度、气味等的相关规定4.欧洲沼气工程运行经济效益4.1运行成本原料费与原料来源、原料种类相关水费循环利用或干发酵工艺来减少水资源的利用人员工资资本成本投资贷款产生的兑现或利息其他费用维修费、沼气提纯费用等4.2运行收入电力出售与发酵工艺、发酵原料、发电效率等相关12.4~21.0c€/kWh热力出售供附近的学校或医院使用2.0~5.0c€/kWh生物甲烷气出售89.9c€/kg(96%CH4%)相关研究表明：当工程规模大于500m3/h时，工程经济效益才比较显著。4.3案例分析：德国Klein-Muckrow沼气工程工程情况发酵原料玉米青储（6000~7000t/年）牛粪（4000t/年）电力装机容量526kW，发电效率40%产生的电力6~7%自用，其余上网热力大部分自用，小部分外售4.3案例分析：德国Klein-Muckrow沼气工程工程总投资：250万€（贷款）运行费用（约40万€）原料费：玉米青贮30€/t，年购买需要18-21万€；畜禽粪污免费人员工资：1名工作人员，工资1500~2000€/月，每年费用约1.8万€资本成本：贷款利息7~8万€/年维修费等其他费用：9-13万€/年运行收入（约85万€）电力收入：生产电力420万kWh/年，2009年电力销售价格为0.20€/kWh，除去自用部分，收入78-79万€/年热力收入：6-7万€/年综合上述，该工程年收益40-45万€，投资回收期6-7年。5.提高经济效益的方法5.1降低原料成本目前，不合理的原料费用较高，本来应该由养殖场负责处理的粪污转由沼气工程处理；原料多元化，增加原料来源渠道；原料成本的降低可以大大减少沼气成本，平均可以降低30％的沼气成本。5.2降低冬季燃煤充分利用可再生能源：通过利用太阳能/日光温室对发酵罐实施增温保温（如延庆西龙湾沼气工程）；5.2降低冬季燃煤尽可能提高回流比例，提高发酵浓度，减少冷水量；优化原料进料时间，提高原料调匀时候的温度；优化搅拌和进料时间，减少热量损失；提高发酵罐保温效果；发酵余热利用：水封池和进料池共壁；沼气发电的工程可通过利用沼气发电余热给发酵罐增温。5.3提高产气效率假设每个沼气工程的产气效率提高到0.8m3/(m3d)后，通过效率的提高来减少加热费用。0.000.501.001.502.002.50123456789101112131415理想成本（元/立方米）5.4良好的管理制度做好沼气工程的运行记录工作，每日的原料进料量、冷水量和回流量、pH和发酵温度、进料时间、当日天气情况、产气量等；根据每日的记录资料存档运行数据，可以为设计或建设单位提供工程运行反馈信息，可以优化以后的工程设计，提高工程经济效益；通过记录可以发现本工程运行中存在的问题，并可以及时改进，减少不必要的支出或损失。5.5扩展产业链构建以沼气为纽带的农业循环体系，发挥沼液沼渣经济价值。居民沼气工程养殖企业、农产品加工企业农业生态园、生态采摘园、农田沼气发酵原料沼液沼渣生产原料6.创新的管理模式6.1北京市沼气工程运行管理模式“村委会”管理模式区县能源办村委会沼气工程养殖场用户监督指导管理原料购买协议沼气现金现金原料6.1北京市沼气工程运行管理模式“养殖企业”管理模式养殖企业沼气工程养殖场用户管理沼气现金原料管理电网电力输出现金管理模式“村委会”管理模式“养殖企业”管理模式指导思想解决农村养殖企业的污染问题调整农户能源结构保障农户的炊事用能解决排污问题内部资源优化提高企业经济效益优点沼气收入有保障利于推广沼肥经济效益好资金利用率高管理制度相对完善缺点资金利用率较低管理上制度不完善依靠政府产品收入保障低养殖企业风险较大适应性小型养殖企业