沼氣發電與再利用資訊網

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沼氣發電技術

  • 資料來源:沼氣發電與再利用資訊網

沼氣發電原理為:沼氣於內燃機進行燃燒,推動發電機而產生電能。國內沼氣發電於民國80年左右開始推動,當時由農委會輔導養豬場進行沼氣再利用與沼氣發電,但當時因脫硫問題與沼氣供應不穩定,導致沼氣發電機產生故障與停擺。為避免前述情形發生,沼氣生成後需要進行脫硫、脫水與穩壓處理後始通入發電機,可確保發電機穩定運轉

厭氣槽→脫硫設備→脫水設備→儲氣設備→沼氣發電機/沼氣再利用

厭氣槽

厭氧消化階段是沼氣產生的來源,利用微生物在缺氧環境下將有機物分解轉化成沼氣,於畜牧廢水處理中,厭氧消化可去除88 %以上之有機質與懸浮固體,顯示厭氧消化對於廢水處理之重要性。為維持良好厭氧消化環境,需隔絕空氣形成缺氧環境,以利厭氧菌之生長,因此於畜牧業中常使用覆皮式厭氣發酵槽或水泥密封式厭氣槽,進期因沼氣發電興起,具恆溫與攪拌功能之新式厭氣槽引進國內,可促進反應提升沼氣產量。

脫硫設備

脫硫設備的目的為除去沼氣中的硫化氫,以降低沼氣發電機及沼氣再利用設備的腐蝕損壞,延長設備使用壽命,因此脫硫程序非常重要。沼氣發電機對硫化氫濃度的容許上限需低於200 ppm,依吸附材不同,可分為固體吸收式、液體吸附式與生物吸收式三種,其特性與差異如表所示。

吸附材料 固體吸收式 液體吸收式 生物吸收式
原理 氧化鐵、石灰可與硫化氫進行氧化反應,去除硫化氫。 利用硫化氫可溶於水之特性,進行硫化氫去除。 硫氧化菌可將硫化氫轉化為固體硫或是硫酸根,將沼氣中硫化氫去除。
成本比較
優點 建置成本低廉、操作簡便 脫硫效果穩定 生物處理環保且無額外廢棄物產生
缺點 需定期更換氧化鐵以維持脫硫品質 以鹼液進行酸鹼中和產生鹽類易堵塞管路 脫硫效果受溫度影響

脫水設備

由於沼氣自厭氣槽中生成,因此富含水分,再加上厭氧發酵過程中會產生熱,使得沼氣溫度高於室溫,夾帶更多水氣;若未進行脫水,水氣將造成點火失敗與燃燒不完全,導致發電機產生震動及效能下降。目前脫水設備主要採用冷凝的方式將沼氣中的水分去除,一般常見方法為:冷媒加壓冷卻法與乾燥劑吸附法。

儲氣設備

每台發電機對於燃料供應壓力皆有要求,當壓力不穩定時發電機會產生劇烈震動、輸出功率不足等問題;當沼氣壓力低於壓力下限,發電機將會停機,容易導致引擎磨損。儲氣設備的目的在於儲存沼氣,並提供發電機穩定壓力的氣源,可依照空間狀況與發電機需求,採用高壓鋼瓶或高分子膠皮袋進行儲氣。

沼氣發電機

下圖為沼氣發電機的外部構造圖,沼氣發電機可簡單分為:引擎、發電機、控制系統、排氣系統、燃氣系統、散熱系統等部分。沼氣發電機為燃氣引擎,與燃油的汽車引擎類似,僅燃料供給系統不同。常見的沼氣發電機屬於內燃機式引擎,內燃式引擎之燃燒行為在汽缸內進行,利用燃燒時產生的爆發力推動活塞而產生機械能。活塞於汽缸內往復上下移動,活塞帶動曲桿產生旋轉動能,而轉動電磁鐵而產生電能。

沼氣發電機結構圖