餐厨垃圾处理工程沼气发电电气系统集成的研究韦跃君

餐厨垃圾处理工程沼气发电电气系统集成的研究韦跃君

韦跃君

（瀚蓝生物环保科技有限公司）

摘要：沼气是清洁能源之一，餐厨垃圾是生产沼气的重要来源，不但有效解决了垃圾处理难题，而且有效实现了资源的重复循环利用，提高了资源利用率。沼气发电是国际社会广泛研究的课题，我国目前的沼气发电技术应用仍处于初级发展阶段，本文将针对餐厨垃圾处理工程沼气发电电气系统集成展开研究，希望能够起到积极的实践作用，推动沼气发电行业的健康快速发展。

关键词：餐厨垃圾；垃圾处理工程；发电技术；电气系统；分析研究

前言

餐厨垃圾俗称泔水，是人们在日常生活中产生的食品废弃物，比如米面残渣、蔬菜烂叶、瓜皮、肉渣骨头等，这些垃圾很容易变质腐烂、散发恶臭，不但影响室内外环境，而且是细菌和病毒传播的主要途径之一。餐厨垃圾通过厌氧发酵处理可以产生沼气，而沼气可以作为燃料使用，有效实现了资源的再利用，我们可以利用沼气燃烧产生的能量进行发电，为电力系统提供一份力量，而电气系统集成则是餐厨垃圾处理工程沼气发电中的关键。

一、简述餐厨垃圾处理工程沼气发电的重要意义

餐厨垃圾是人们生活垃圾的主要来源之一，我们可以将餐厨垃圾进行集中处理，通过分拣、提炼、打浆、调质、厌氧发酵等过程步骤后生产沼气，并将其净化处理，然后作为发电能源生产电能，为国家经济发展和人们生产生活提供能量。沼气发电技术是一种能源综合利用的新技术，有利于实现环境保护和节能降耗的战略目标，符合资源循环利用的发展理念，为我们带来了巨大的经济效益和环境效益，沼气发电是一个系统工程，作为朝阳产业具有广阔的发展前景。

二、分析餐厨垃圾处理工程沼气发电系统的特点

（一）沼气发电系统的主要组成部分及类型

沼气发电系统主要包括沼气脱硫及稳压防爆装置、进气调节系统、发动机点火系统、调速系统、余热利用系统、并网控制系统等等，通过这些系统的紧密协作，将沼气转化为电能和热能，在满足自身需要的同时，也向公共电网及供热网进行输送。我国的沼气发电技术已经发展了20多年，发电机类型主要有单燃料沼气发电机及双燃料沼气-柴油发电机，而国际上通常使用火花点火式气体燃料发电机组，发电工程的综合热效率可以达到80%以上，提高了沼气的利用效率【1】。

（二）餐厨垃圾处理工程沼气发电系统的特点

沼气发电机组具有启动快、运行稳定、输出功率范围广、发电质量好、便于维护、体积小、重量轻、产生噪声小等优点。沼气发电机从冷态启动到满负载运转仅需几十秒，而柴油发动机则需要几分钟的时间，而且运转时稳定性能好，输出电压和频率的精确度高，运行质量明显高于柴油发电机。虽然沼气发电机组易于操作、容易控制，但单机容量较小，只有500-1000千瓦，出口电压为0.4千伏，如果需要向电力系统输送，则必须并网运行，接入系统电压为10千伏。同时为了提高能源利用效率，需要设置余热回收控制装备，发电机的电气测控热工设备、继电保护、热工控制柜、电气等设备可由厂商成套提供，我们应该根据设备产品技术指标以及发变电需求来进行热工控制方案、主接线方案、成套设备集成组态等方面的设计。

三、餐厨垃圾处理工程燃气发电机及成套设备

燃气发动机有很多国内外知名品牌可供选择，比如瓦克夏燃气发电机组、高斯科尔燃气发电机组、斗山大宇燃气发电机组、康达H系列燃气发电机、铂金斯燃气发电机组、颜巴赫燃气发电机组、宾士燃气发电机组、现代燃气发电机组、藤岛TD系列燃气发电机组等。虽然产品种类众多，但其设备运行原理及组成基本相似，都包括燃气轮机、发电机控制柜、发电机等成套供应。颜巴赫是世界上最大的燃气发动机和发电机供应商之一，市场占有率达到35%以上，赢得了大多数客户的广泛认可，具有典型代表性，所以我们就以颜巴赫燃气发电机组作为例子对电气系统集成进行分析。

四、餐厨垃圾处理工程沼气发电机控制柜

发电机控制柜具有强大的功能，代表着常规电厂的热工控制系统和发电机控制、保护、测量、信号系统，而且控制着发电机单机接入，电力系统供应商为每台机组随机配置了一面控制保护屏，里面集合了热控和电气的测量、保护、控制、信号系统，通过各系统内的组件来实现相对应的功能【2】。

五、餐厨垃圾处理工程沼气发电电气系统集成

（一）沼气发电电力接入系统以及电气主接线

一般情况下，餐厨垃圾处理工程沼气发电量比较小，可以以10千伏电压等级接入系统，从而实现并网运行。我们应该根据需要设置接入系统远动装置，并且在联络开关处设置速断保护和方向过流保护以及解列保护，不断优化完善主接线方案。

（二）沼气发电电气系统手动集成方法

我们以某沼气发电项目为例，其电力系统主要包括发电机热工测控部分、发电机控制和保护部分、发电机余热回收配电机测控部分、10千伏系统部分、升压变及380伏系统部分。首先，我们要对设备平面进行单层布置，科学合理的设计10千伏设备间、380伏设备间、变压器室、控制室，并且要保证控制室与380伏设备间和10千伏设备间相邻，这样有助于便捷操作，提高工作效率。完善电气设备平面设置后，我们要将选定燃气发电机的配套控制柜进行安装设计，发电机控制柜充当着传统发电厂电气测控屏、发电机保护及测控屏、热工测控屏的角色，我们应该将控制柜设置在控制室内，为电力系统提供测量、保护、控制、信号作用，操控发电机的启动与停止以及380伏并网开关的同期合闸，另外发电机380伏并网开关要设置的380伏设备间内。然后进行余热回收配电及测控屏成套设备的安装，将该设备与发电机控制柜并列安装在控制室内，实现对发电机辅机配电、辅机测量及信号、辅机连锁、辅机手动控制与保护等多种功能，通过控制室的测控屏、计算机后台保护系统及专业人员值守来保证电气系统的正常运转。

（三）沼气发电电气系统计算机远程操作集成方法

以计算机远程操作为主的电气系统主要包括发电机热工测控部分、发电机控制与保护部分、发电机余热回收测控部分、10千伏系统部分、升压变及380伏系统部分、计算机远程操作员站等。同样我们首先要对设备平面进行布置，包括380伏设备间、10千伏设备间、变压器室、控制室、电子间，确保控制室和380伏设备间及10千伏设备间相邻，便于相互联系，快速操作。然后将发电机控制柜设置在380伏设备间或电子间内，并且保证380伏并网开关设置在380伏设备间内，充分发挥发电机控制柜的保护、控制、测量、信号功能。而在余热回收系统的设计上，我们不需要依赖供应商提供的成套设备，可以自行设计一面PLC控制柜来代替，实现热控功能，将此装置与发电机控制柜并列安装于380伏设备间或电子间内，同时在控制室内设计计算机远程集中操作系统，将发电机控制柜与余热回收控制柜进行数据通讯，从而通过控制室计算机操控发电机远程启动或停机、380伏并网开关的远程同期合闸操作以及发电机远程信号等，这样我们便完成了以计算机远程操作为主的电气系统集成，加上10千伏后台计算机保护系统及专业人员监管，可以有效保证电气系统的安全稳定运行【3】。

六、结论

综上所述，沼气发电为餐厨垃圾处理提供了新的道路，实现了资源回收再利用，符合我国的科学发展理念。本文从餐厨垃圾处理的角度出发，对沼气发电电气系统集成进行了研究，希望能够起到抛砖引玉的作用，为日后餐厨垃圾处理工程及沼气发电行业的工作提供参考。

参考文献：

[1]胡新军，张敏，余俊锋，张古忍.中国餐厨垃圾处理的现状、问题和对策[J].生态学报，2012，32（14）：4575-4584.

[2]张俊超，何显荣，林青等.城市生活垃圾填埋场沼气发电技术研究[J].安徽农业科学，2013，41（1）：295-296.