沼氣發電

1. 沼氣發電 成功大學電機系通識教育　應用電學　　　　　　授課老師　張天豪

2. 沼氣的生成 • 沼氣的生成是藉由細菌將有機物經分解而得，主要成分為甲烷、二氧化碳及少量硫化氫等氣體。

3. 沼氣的來源 • 畜牧廢水 • 家庭污水 • 城鎮垃圾 • 各行業廢水（物）

4. 沼氣發電的原理 • 沼氣發電是利用燃燒儲存於動植物或動物排泄物的化學能量（多被利用的都是林漁農牧及民生廢棄物），釋放出熱能，然後我們再以這些熱能推動發電機，以產生電力。

7. 來源：農業部沼氣科學研究所 大型高效厭氧沼氣發電技術及示範電站

8. 沼氣的處理過程 • 所產生的沼氣量為1,500m3/天，沼氣組成為甲烷70%、二氧化碳30%及少量硫化氫。沼氣先經過純化程序，去除硫化氫，再將已經過純化處理後之沼氣收集到儲袋，提供穩壓及緩衝功能，作為發電設備之燃料。

9. 沼氣發電 • 掩埋場廢棄物會和土壤裡的微生物作用產生沼氣，沼氣含有高濃度的甲烷，若未妥善處理，易出現垃圾場悶燒、爆炸等危險，而且甲烷的溫室效應是二氧化碳的24.5倍，對環境的危害相當大。過去該局曾設置沼氣燃燒站，將沼氣燃燒處理，如今回收沼氣發電，將污染源轉化為再生能源，更具環保功能。

10. 甲烷對環境的影響 • 根據氣候變遷跨國委員會（IntergovernmentalPanelonClimateChange；IPCC）研究指出，甲烷造成溫室效應的程度為二氧化碳之24.5倍，如以20年時間之直接影響評估之，更高達二氧化碳之56倍，顯見了相當驚人的污染力。 • 垃圾衛生掩埋場沼氣處理發電不僅可減少溫室氣體（尤其是甲烷）的排放，更是廢棄物資源化再利用的典型代表。

11. 甲烷的應用 • 沼氣中甲烷（CH4）含量約在50～80%之間，所含的熱值通常在5,000kcal/m3以上，適合用於燃燒或引擎的使用。現行主要利用方式為： • 直接燃燒－做為廚房爐具、照明或廠區產生蒸氣及乾燥用。 • 產生電力－經由引擎帶動發電機產生電力。 • 管線氣－經純化後產製管線氣(Pipe-LineGas)，與天然氣類似，做為城鎮居民或工廠燃料等用途。

12. 掩埋場沼氣發電將補助 • 垃圾掩埋場將成為未來國內部分電力的來源！環保署表示，由於利用垃圾掩埋場進行沼氣回收發電，可紓解國內部分電力供應不足的問題，也有助於減少二氧化碳排放量，因此同意提撥空氣汙染防制費予以獎勵補助。 • 目前正在臺灣進行垃圾掩埋場沼氣發電計畫的澳洲廠商可寧衛公司，將成為第一家獲得這項獎勵補助的業者。

13. 沼氣發電之推動現況

14. 台灣目前現況 • 台北市的山豬窟垃圾掩埋場 • 台北市福德坑 • 台中市的文山 • 高雄市的西青埔垃圾掩埋場

15. 台北市的山豬窟垃圾掩埋場 • 位置：台北市南港區東南角與台北縣深坑鄉交 界處之山豬窟山谷 • 掩埋容積：617萬立方公尺。 • 掩埋方法：厭氧性三明治式衛生掩埋法。 • 掩埋種類：家戶、巨大垃圾及焚化灰燼。 • 掩埋開始日期：83年6月18日。

16. 台北市的山豬窟垃圾掩埋場 • 一般掩埋場內產生之沼氣大部分為甲烷，以前均以燃燒井之方式來處理沼氣，依其特性，沼氣會自然逸出或由燃燒井點火燃燒於大氣中，而影響環境。 • 為解決掩埋場空氣污染根本問題，參考歐美先進環保國家的掩埋沼氣處理模式後，於86年決定與民間合作興建沼氣處理發電設施。經公開甄選、動工興建，於88年11月1日正式運作，發電量約五百萬瓦。如今，沼氣發電廠除改善掩埋場空氣污染外，更將沼氣中可利用之資源轉換成新的資源，將環保與能源政策結合，落實資源回收再利用之精神。

17. 台北市福德坑垃圾掩埋場 • 地址：木柵交流道和北二高台北聯絡線旁 • 現況： • 沼氣收集再利用，目前採用BOT進行中，東北區有25口抽氣井，CH4占51%，CO2占48%。 • 目前已完成四部發電機組費電量35,000仟瓦。 • 有五個滯洪池，可作為消防、灌溉用水。 • 廢水、滲出水直接排入衛生下水道。

20. 高雄市西青埔垃圾掩埋場 • 在西青埔掩埋場功成身退之後的後續污染防治工程之中，以沼氣回收再利用最具有「物盡其用」的環保特色。

21. 垃圾掩埋場經過一番處理後變成綠意盎然的公園垃圾掩埋場經過一番處理後變成綠意盎然的公園

22. 高雄市西青埔垃圾掩埋場 • 市府環保局甄選可寧衛能資公司，以BOT民間投資方式負責沼氣回收再利用，轉化為電力出售，預估最高發電量每月可達350萬千瓦，市府環保局則省下龐大的設備機具、人事及維護費。 • 這是全國規模最大的民間投資沼氣回收發電的範例。

23. 高雄市西青埔垃圾掩埋場 • 現在西青埔掩埋場已設有140口沼氣收集井，再集中到11座沼氣收集站，連接到四座發電機組中發電，目前一年售電獲益近4,000萬元。 • 西青埔的沼氣處理發電有效使用率約八成，是國內四座掩埋場沼氣發電效能最高的一座。

24. 高雄市西青埔垃圾掩埋場 • 自1990年4月29日正式運轉以來，第一年處理的沼氣量就高達一萬六千多萬立方米，發電達2,680萬度，相當於減少近10,000噸的甲烷排放量或25萬噸的二氧化碳排放量，等於無形中減少近230萬輛50西西二行程機車一整年排放的二氧化碳，這個數量也相當於11萬輛轎車行駛10,000公里的二氧化碳排放量。所發揮的效果更相當於種植三萬多公頃的森林。

25. 英國牛糞發電廠 • 英國首家商業牛糞發電廠HolsworthyBiogas 位於德文郡Devon北部霍爾斯沃西鎮 Holsworthy的郊外，於2002年7月18日正式投産運作，發電用的牛糞來自當地30個養牛場，爲附近的學校、醫院、以及一個游泳池提供其需要的熱水。

26. 英利用廢棄煤礦沼氣發電 • 英國阿爾凱恩能源集團在英格蘭北部建立一座甲烷電廠，把污染環境的甲烷變成電力，爲8000個家庭提供能源，削減該國溫室氣體的排放量。這座電廠建在英格蘭北部西約克夏郡廢棄的威爾德爾煤礦，電廠裝機容量爲10.6兆瓦，預計它能把煤礦排出的甲烷削減85％。 • 英格蘭能源部長威爾遜說：「把廢棄煤礦的甲烷轉換成電力是一次革新。」威爾遜鼓勵人們採用這一方法，減少溫室氣體的排放，爲英國達到《京都議定書》規定的標準作貢獻。英國目前有1000多個廢棄煤礦。

27. 南京水閣垃圾場 • 由聯合國基金資助，澳大利亞可寧衛南京能源有限公司承建的南京水閣垃圾填埋氣發電廠，裝機容量為１２５０千瓦，每年可發電８７０萬千瓦時，能提供５０００戶家庭用電。

28. 其他各國現況 • 有許多國家、地區，包括歐美先進國家與開發中國家：例如法國、英國、丹麥、荷蘭、德國、瑞士、美國、菲律賓、中國大陸、泰國、南韓、尼泊爾等，均有各式各樣之厭氣發酵之研發與利用之研究，惟仍屬零星、散佈各地，且由於油價低廉，沼氣在利用上仍受到許多環境條件之限制，因應石化燃料日益短缺，這些所謂再生能源逐漸受到重視。 • 例如荷蘭在1970年代建立許多沼氣工廠，但因技術上之問題而在1980年代逐漸減少。

29. 其他各國現況 • 由於有機農場之推廣，加上標準化與模組化之設計及能源誘因，使得厭氣發酵技術在德國得以推廣，近年來已有250座沼氣廠正在建造中。德國目前的沼氣發電容量高達210MW。 • 澳洲目前有14處垃圾衛生掩埋場進行沼氣處理發電計畫，迄2000年為止，沼氣發電容量為80MW，而未來規劃沼氣發電容量將達200MW。

30. 世界初級能源

31. 過去到未來臺灣各種發電方式比率

32. 沼氣發電的優缺點 • 優點 • 所使用的來源豐富 • 生產發電技術簡單 • 最適合少量廢棄物地區的使用 • 所需的溫度不高，約5~35℃ • 不會造成空氣污染 • 能改善甲烷對地球的污染，使能源回收再利用 • 缺點 • 轉換效率低 • 種植原料所需的土地很大，不適合當作主力發電 • 原料含水量高，處理不易

33. 空氣汙染量

34. 溫室氣體對全球升溫之貢獻

35. 各國補助 • 德國對於投資再生能源的廠商，補助設備費用30%。 • 荷蘭補貼廠商設備費用從25到40%，給予低利貸款和投資抵減，一般業者的加值型營業稅高達17.5%，再生能源廠商則降為6%。 • 丹麥補助設備30%。 • 奧地補助設備50%，4%到6%的低利貸款。

36. 台灣發展的方向 • 以高雄西青埔為例，目前被評估為台灣最具沼氣蘊藏量的一座掩埋場，同時防治污染期長達二十年，也是目前台灣地區掩埋場中最久的，西青埔沼氣蘊藏量約可以提供二十年以上的發電量，其每小時發電量約500萬瓦，相當於可以提供高雄市七千個家庭的用電量，沼氣發電利用甲烷發電，除了有效率完成沼氣污染防治工作外，並可以減少溫室效應，其垃圾掩埋場壽命終了後還可以蓋成都會公園，實在為一舉多得的環保發電方法。

37. 台灣發展的方向 • 與垃圾焚燒發電相比，沼氣發電投資小，運行費用低，僅為焚燒費用的１／４左右。但是，我國每噸垃圾的沼氣產出量僅為歐美國家的60％，這是因為我國的垃圾成分復雜，在有機物中夾雜了大量的磚石、玻璃等。對此，專家呼吁盡快實施垃圾分類，對各類垃圾分別處理、綜合利用。

38. 台灣發展的方向 • 因為我們的國家幾乎沒什麼能源，如果能利用自己現有的東西，不只有甲烷，另外還有許多的物質，把一些沒有利用的廢棄物加以處理，化腐朽為神奇，不僅可以不用事事都依賴進口，還可以增加國家的經濟能力，使我們美麗的寶島恢復原來的風貌，再次吸引外國觀光客再繼續進注，同時減少我們向外國以大量的資金購買核原料，其實我們每天無時無刻都在使用電，它與我們的生活習習相關，所以如能穩善的使用電，才能使我們的後代可以繼續使用這寶賈的能源。

39. 台灣發展的方向 • 我國的畜牧業相當發達,但沼氣發電都是小規模發展，如果能把這些養殖廠的排洩物集中一起處理，讓它行厭氧反應，必定能產生大量的沼氣，進而發電。 • 我國能源幾乎都依賴進口，世界上一些國家對於再生能源的有效利用，我們是可以學習並且加以應用，同時這也是我們政府該努力以及學習的地方。