2019年5月27日

沼气发电(小型)

作者编制的/
尼尔斯·萨赫(泽维尔大学)
Shierlyn S. Paclijan(泽维尔大学)
罗伯特Gensch(泽维尔大学)
Dorothee Spuhler (seecon international gmbh)

执行概要

沼气是在有机物质的厌氧分解期间产生的甲烷,二氧化碳,水和硫化氢的混合物。沼气可以回收并直接用于烹饪、照明,也可以转化为任何一种热能、电能或机械能。它也可以被压缩,就像天然气一样,用来驱动机动车。甲烷是利用沼气燃料方面有价值的组成部分。沼气的热值约为6千瓦时/立方米,相当于约半升柴油。

优势
生成可再生,绿色电力
低运营成本
地下施工可最大限度地减少土地利用
寿命长
减少温室气体
通过向电力电网销售电气来提高家庭收入
现场使用热量
缺点
需要专家设计,熟练的施工和专家维护
沼气生产低于15°C,在经济上不再可行
高资本成本

沼气

能源

介绍

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沼气是在厌氧沼气反应器中,有机物厌氧消化过程中产生的可燃气体混合物。小规模的蒸煮器沼气的定居者有机废物的消化厌氧困惑反应堆等;另请参阅厌氧消化,一般字幕新闻)。在厌氧消化过程中,废物被处理和降解,产生沼气。厌氧与好氧处理相比,这种处理还具有温室气体排放量较小的优点。因此,沼气是一种可再生的绿色能源。

沼气组成

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沼气主要由甲烷(CH4.(大约65-70%)二氧化碳(CO2大约25-30%)和不同数量的水(H2o)和硫化氢(h2和一些痕量的其他化合物,可以发现,特别是在垃圾场沼气(如氨,NH3,氢H2、氮N2和一氧化碳)。混合物中每种气体的数量取决于许多因素,如蒸煮器的类型和有机物的类型。多样化的污泥组成要求多样化/专业化的反应器设计,以实现高转化率。

甲烷是利用沼气燃料方面有价值的组成部分。沼气的热值约为6千瓦时/立方米,相当于约半升柴油,可直接用作热源或发电。在所有情况下,沼气必须在燃烧前进行除湿和净化;否则会损坏燃气发动机。

转换技术

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家用沼气发电的技术多种多样。原理上,可燃气体的化学能通过热机在控制燃烧系统中转化为机械能。然后,机械能激活发电机产生电能。用于沼气能量转换的最常见的热机是燃气轮机和内燃机。内燃机既可以是内燃机(如往复式发动机),也可以是外燃机(如斯特林发动机)。

对于小型热机,内燃机是受欢迎的,因为它们比小型燃气轮机更有效率和更便宜。然而,燃气轮机在热电联产循环中运行时可能更有效率。热电联产或热电联产(CHP)描述的是同时产生电力和有用的热量。热机(也称火电厂)一般不会将所有的热能转化为电能。在大多数情况下,超过一半的热量作为多余的热量散失。通过捕获多余的热量,热电联产能利用传统发电厂浪费掉的热量,与最好的传统发电厂55%的效率相比,可能达到89%的效率(WRAPAI 2009)。这意味着需要消耗更少的燃料才能产生同等数量的有用能源。中等温度下的副产品热(100-180°C)也可以用于吸收式制冷机的冷却(WRAPAI 2009)。一个生产电、热和冷的工厂有时被称为三联发电或更普遍的多联产工厂。

热电联产(CHP)机组“微型”在德国。资料来源:公司(2009)。
热电联产(CHP)机组“微型”在德国。资料来源:公司(2009)。

微型热电联产是一个所谓的分布式能源资源(DER)。沼气用于运行发电机(如微型涡轮)。安装通常小于5千瓦时(千瓦-电气,WRAPAI 2009)。与仅仅燃烧燃料加热空间或水不同,一些能量除了加热外,还被转化为电能。这些电力可以在家庭或企业中使用,如果电网管理允许,还可以卖回电网(WIKIPEDIA 2010)。

小型热电联产是一种DER生产,通常超过5千瓦时小于500千瓦时(WRAPAI 2009),过剩的能量通常被送入电网。为了可行,一个良好的电力需求和热需求的基本负载必须存在(WIKIPEDIA 2010)。

目前的微型和微型热电联产装置使用五种不同的技术:微型涡轮机、内燃机、外燃机(斯特林发动机)、蒸汽机和燃料电池。

沼气系统是一种环保的能源生产方式,对气候变化产生积极影响。实际上,甲烷分子的贡献(ch4.)的温室效应是二氧化碳分子的21倍(SUSANA 2009)。因此燃烧甲烷,即使产生CO2,降低其对环境的影响。

适用性

该技术易于适应,可在家庭或社区层面应用。为了最大限度地减少分配损耗,应靠近可以使用气体的CHP安装反应器。

由于功率输出低,微源性是一种可用于单个房屋或小型企业的所谓分布式能源(Der)。这款电力可在家庭或商业中使用,或者如果网格管理允许,销售回电网。

迷你热电联产DERs为多个家庭提供电力,如果多余的能源可以出售,从经济角度来看,这些装置通常更可行。因此,微型热电联产体在建筑物的碳减排领域发挥着重要作用,使用微型热电联产体可以节省超过14%的碳(WRAPAI 2009)。

沼气热电联产在中国农村、尼泊尔、越南、哥斯达黎加农村、哥伦比亚、卢旺达和世界上废物管理和工业密切联系的其他地区得到广泛使用和传播。

库引用

沼气卫生技术综述

本文件概述和介绍了在发展中国家利用沼气卫生(厌氧消化)处理黑水或棕水,或排泄物处理再利用。主要技术有沼气沉降器(BSs)、沼气化粪池、厌氧折流板反应器(ABRs)、厌氧过滤器(AFs)和上流式厌氧污泥毯反应器(uasb)。

芒,H.-P。李卓(2010):沼气卫生技术综述。(=技术评论)。Eschborn: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbHURL[访问:26.05.2019]

沼气。成本和效益和沼气。计划实施

这项关于沼气技术的资料服务是根据德国技术合作署适当技术资料和咨询处(ISAT)的命令开发和制作的。第三卷讨论了沼气卫生系统的微观和宏观经济可行性。

成绩测试标准;GTZ(1999):沼气-成本和效益和沼气-计划实施。(=沼气消化,3)。适当技术信息和咨询服务(ISAT)和德国技术合作局(GmbH)URL[访问:26.05.2019]

明尼苏达州利用粪便沼气资源发电的潜力

本报告是一个基本的可行性和潜力的评估,利用动物粪便厌氧甲烷消化炉在明尼苏达州发电。它包括电力潜力的估计,需要对潜在的消化系统进行进一步调查的农场规模阈值,激励措施影响的量化以及财务分析。

MDC(2003):明尼苏达州利用粪肥沼气资源发电的潜力。最终报告。明尼苏达州:明尼苏达州商务部(MDC)和国家能源办公室(SEO)。[访问:23.04.2010]PDF

环卫、气候变化和可再生能源之间的联系

可持续卫生联盟的这种事实表描述了温室raybet CS:GO气体对气候变化的影响,重点是可再生能源的优势。因此,提到了许多不同的不同技术,如沼气或短旋转种植园。

苏珊娜(2009):环卫、气候变化和可再生能源之间的联系。埃施博恩。(= SuSanA fact sheet 09/2009)。raybet CS:GO可持续卫生联盟(SuSanA)URL[访问:26.05.2019]

来自污水处理的沼气,用于电能产生,由30 kW(ISO)微电流

SABESP(巴西圣保罗州基本卫生公司)的污水处理过程到目前为止一直在燃烧厌氧消化池中产生的一些沼气,以提高处理过程的温度,而燃烧其他部分是为了限制排放的影响。将这些多余的沼气转化为电力将是一个可持续的解决方案,甚至可以产生额外的收入。另一种替代方法是通过发动机或微型涡轮机将沼气转化为电能。本文介绍了利用微型涡轮机(30千瓦ISO)将沼气转化为电和热的拟议系统。

TEIXEIRA COELHO, S. STORTINI GONZALES VELAZQUES, S. m . STELLA MARTINS, O. CASTRO DE ABREU, F.(2006):污水处理沼气用于发电,由一个30千瓦(ISO)微型涡轮机。(=世界生物能源会议及展览)。圣保罗:巴西生物质参考中心(CENBIO)URL[访问:26.05.2019]

卫生系统和技术简编

本概要系统地概述了不同的卫生系统和技术,并介绍了各种现有的低成本卫生技术。

陈晓明,(2008):《卫生系统与技术概论》。瑞士迪本多夫:瑞士联邦水科学与技术研究所(EAWAG)和供水与卫生合作理事会(WSSCC)URL[访问:15.02.2010]PDF
进一步的阅读

明尼苏达州利用粪便沼气资源发电的潜力

本报告是一个基本的可行性和潜力的评估,利用动物粪便厌氧甲烷消化炉在明尼苏达州发电。它包括电力潜力的估计,需要对潜在的消化系统进行进一步调查的农场规模阈值,激励措施影响的量化以及财务分析。

MDC(2003):明尼苏达州利用粪肥沼气资源发电的潜力。最终报告。明尼苏达州:明尼苏达州商务部(MDC)和国家能源办公室(SEO)。[访问:23.04.2010]PDF
案例研究

生态住房庄园,Flintenbreite,Luebeck,德国 - 草案

在德国吕贝克的Flintenbreite,黑水被收集在真空厕所里。它和厨房里的有机废物一起被转化为沼气。污水在芦苇床过滤器中处理。该项目展示了对生态建筑材料的持续利用,自我维持、综合能源和废水概念的使用,以及创新节能技术的实施,最大限度地减少对自然的干扰,并为居民提供负责任的、综合的和积极的居住环境。

otter-wasser(2009):生态住房庄园,Flintenbreite,Luebeck,德国 - 草案。(= Susana - 案例研究)。宇宙:可持续卫生联盟raybet CS:GO(Susana)URL[访问:27.05.2019]

来自污水处理的沼气,用于电能产生,由30 kW(ISO)微电流

SABESP(巴西圣保罗州基本卫生公司)的污水处理过程到目前为止一直在燃烧厌氧消化池中产生的一些沼气,以提高处理过程的温度,而燃烧其他部分是为了限制排放的影响。将这些多余的沼气转化为电力将是一个可持续的解决方案,甚至可以产生额外的收入。另一种替代方法是通过发动机或微型涡轮机将沼气转化为电能。本文介绍了利用微型涡轮机(30千瓦ISO)将沼气转化为电和热的拟议系统。

TEIXEIRA COELHO, S. STORTINI GONZALES VELAZQUES, S. m . STELLA MARTINS, O. CASTRO DE ABREU, F.(2006):污水处理沼气用于发电,由一个30千瓦(ISO)微型涡轮机。(=世界生物能源会议及展览)。圣保罗:巴西生物质参考中心(CENBIO)URL[访问:26.05.2019]
培训材料

引擎沼气

本出版物的目的是在沼气生产方面的详尽文献和资料与内燃机方面的现有技术和科学知识之间建立一座桥梁。以沼气为燃料的发动机可以理解为能源供应、能源转化和能源需求系统的核心模块。该出版物试图为该系统内的沼气发动机的决策、规划、修改和操作提供必要的资料来源。

Mitzlaff,Von,K。(1988):沼泽发动机。宇宙:德国合适的技术交流(门),德国技术合作(GTZ)GmbHURL[访问:26.05.2019]
提高认识材料

环卫、气候变化和可再生能源之间的联系

可持续卫生联盟的这种事实表描述了温室raybet CS:GO气体对气候变化的影响,重点是可再生能源的优势。因此,提到了许多不同的不同技术,如沼气或短旋转种植园。

苏珊娜(2009):环卫、气候变化和可再生能源之间的联系。埃施博恩。(= SuSanA fact sheet 09/2009)。raybet CS:GO可持续卫生联盟(SuSanA)URL[访问:26.05.2019]

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