沼氣發(fā)電是隨著沼氣綜合利用技術的不斷發(fā)展而出現的一項沼氣利用技術，它利用工業(yè)、農業(yè)或城鎮(zhèn)生活中的大量有機廢棄物經厭氧發(fā)酵處理產生的沼氣，驅動發(fā)電機發(fā)電，并充分利用發(fā)電機組的余熱，使綜合熱效率達75%左右，從而達到環(huán)保和節(jié)能的目的。

沼氣發(fā)電系統主要包括以下幾個部分：

1）沼氣發(fā)動機

與普通柴油發(fā)動機一樣，沼氣發(fā)動機的工作循環(huán)也包括進氣、壓縮、燃燒膨脹做功、排氣4個基本過程。

2）發(fā)電機

根據具體情況，可選用外接勵磁電源配套的感應發(fā)電機和自身作為勵磁電源的同步發(fā)電機，與沼氣發(fā)電機配套使用。

3）廢熱回收裝置

采用水-廢氣熱交換器、冷卻排水-空氣熱交換器及余熱鍋爐等裝置回收利用發(fā)動機排除的余熱（約占燃燒熱量的65%~75%）。通過該措施，可使機組能量利用率達到65%~68%。廢熱回收裝置所回收的余熱可用于消化池料液升溫或采暖。

4）氣源處理

沼氣須進行疏水、脫硫化氫處理，將硫化氫含量降到500mg/m³以下，并且要經過穩(wěn)壓器使其壓強保持在1470~2940Pa再輸入發(fā)動機使用。為保證安全用氣，在沼氣發(fā)動機進氣管處必須設置水封裝置，防止水進入發(fā)動機。

沼氣發(fā)電具有低排放、低污染、節(jié)約能源、廢物資源再利用等優(yōu)點，倍受各國政府的關注，因此開發(fā)沼氣發(fā)電無疑是建設綠色環(huán)保工程的重要措施。

沼氣燃料電池是一種將沼氣化學能直接轉換為電能的一種裝置，它所用的“燃料”并不燃燒，而是直接產生電能。沼氣燃料電池系統一般由三個單元組成：燃料處理單元、發(fā)電單元和電流轉換單元。

1）燃料處理單元

該單元主要部件是改質器，它以鎳為催化劑，將甲烷轉化為氫氣。

為了降低CO濃度，在銅和鋅的催化作用下，混合氣體在改質器后的變成器中得到進一步改良。

2）發(fā)電單元

發(fā)電單元的基本部件由兩個電極和電解質組成，氫氣和氧化劑在兩個電極進行電化學反應，電解質則構成電池的內回。

3）電流轉換系統

主要任務是把直流電轉換為交流電。燃料電池產生的水蒸氣，熱量可供消化池加熱或采暖用。排出廢氣的熱量也可用于加熱消化池。

4）燃料電池的效率

與熱機效率不同，燃料電池能量轉換的效率不受內燃機因素的限制，其值等于電池反應的吉布斯焓變△G與燃燒反應熱△H之比，可達90%左右。若考慮電動機、傳動系統的效率，系統的發(fā)電效率可達40%~60%，有廢熱回收的系統總的能量利用率為70%~90%。

燃料電池發(fā)電的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

1）維護管理方便。

2）沒有或極少有污染物排放。

3）燃料電池工作時不產生噪音和機械振動。

4）效率高，一般內燃機受卡諾循環(huán)的限制，效率可達60~80%。

5）模塊結構，積木性強，比功率高，既可集中供電，又可分散供電。

缺點：

1）缺乏長期運行經驗。

2）排氣中除H₂S外，還可能含有微量磷廢氣，對環(huán)境的影響還未知。

沼氣燃料電池是最新出現的一種清潔、高效、低噪音的電裝置 ，與沼氣發(fā)電機發(fā)電相比，不僅出電效率和能量利用率高，而且振動和噪音小，排出的氮氧化物和硫化物濃度低，因此是很有發(fā)展前途的沼氣利用工藝。下面以日本某城市污水處理廠為例對比分析一下沼氣燃料電池與沼氣發(fā)電的經濟效益，該污水處理廠處理水量為20萬m³/d、進水SS為120mg/L、SS去除率為90%。

沼氣燃料電池基建投資和運行費比沼氣發(fā)電高，但發(fā)電量高，年盈利高。至于采取何種沼氣利用方式更利于給企業(yè)帶去可觀的收益，主要還是需要企業(yè)能根據自身特點和條件因地制宜、合理利用。

我國是農業(yè)大國，商品能源相對缺乏，一些鄉(xiāng)村地區(qū)因距離電網較遠，適宜發(fā)展沼氣發(fā)電站。同時將垃圾填埋氣用于沼氣發(fā)電，也有利于減少環(huán)境污染。而燃料電池作為21世紀最具競爭力的高效、清潔發(fā)電方式，在潔凈煤燃料電站、電動汽車、移動電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面有著廣泛的應用前景和巨大的潛在市場。將沼氣用于燃料電池發(fā)電，是有效利用沼氣資源的一條重要途徑，這對我國沼氣利用技術的發(fā)展具有重大意義。