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循環經濟時代:沼氣發電產業發展 - 李志杰 經理

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October 06, 2020

循環經濟時代:沼氣發電產業發展 - 李志杰 經理

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  1. 李志杰 博士 工業技術研究院中分院/農委會沼氣發電推動計畫辦公室 成功大學機械系/ 台南 2020. 10. 6 循環經濟時代-沼氣發電產業發展 工研院

    能源與環境技術發展部 經理 農委會 沼氣發電推動計畫辦公室 主任
  2. 資料來源:行政院

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  5. - 5 - 工業技術研究院內部資訊,禁止複製、轉載、外流,不再使用請銷毀 ITRI PROPRIETARY DOCUMENTS DO NOT COPY

    OR DISTRIBUTE, PLEASE DESTROY AFTER USE 團隊負責人: 李志杰 博士 能源與環境技術發展部 經 歷: 1.工研院中分院 經理(2014.2-迄今) 2. 農委會沼氣發電計畫推動辦公室主任(2017~迄今) 3. 中華民國燃燒學會理事(2018~迄今) 4. 台灣鍋爐協會技術委員(2018~迄今) 5. 新北市畜牧業現代化及環境改善顧問(2020~迄今) 6.工研院量測中心及國家標準實驗室(2011. 12- 2014. 2) 7.國立台灣大學機械系/行政院能源辦公室 研究員 (2009.7-2011.12) 計畫執行/管理能力: 1.農委會 106~109年推動養豬場沼氣發電技術諮詢與整合規劃計畫主持人 2.農委會_106 高效能沼氣發電系統與清潔發展機制共構模式計畫 計畫主持人 3.農委會_105養豬場小型沼氣發電機示範場之評估研究計畫 計畫主持人 4.中油綠能所_103 應用化學螢光法於複合燃料油節能效益評估委託研究 計畫主持人 5. 經濟部_103~105 先進溫室與植物工程技術研究開發暨產業化推動計畫分項計畫主持人 ◼ 團隊學經歷涵蓋能源、環工、機械、畜牧、生物機電、財務金融、管理領域 沼氣發電及畜牧技術 徐英綺 (台大應力) 吳億貞 (中興動科) 黃晧瑋 (成大電機) 黃冠諺 (技師) 施雅婷 (中央環工) 林彥伶 (中山環工) 鄭羽展 (成大環工) 林彥儒 (屏科大環工) 李雅雯 (中興環工) 廢水處理及環工技術 全台行政服務窗口 吳佳芳 (計畫管理) 張青 (彰化/高雄/屏東) 謝佩軒 (新北/苗栗/嘉義) 黃清財 (行政協調) 廖淑敏 (雲林/台南) 張舒婷 (桃園/南投/新竹) 李若綺 (台中/宜花東)
  6. 我國能源轉型政策 再生能源20% 燃煤 30% 透過太陽光電與風力 大量建置達成 全球處於能源轉型關鍵時期,綠色能源將是驅動經濟發展的新引擎。 綠能科技產業創新方案 已國內綠能需求為基礎,引進國內外大型投資、增加就業,並帶動我國綠能 科技及產業進步。

    ▼燃煤30 % ▲燃氣50 % 2016 2025 再生能源 5 % 20 % 核能 12 % 0 % 燃煤 45.4 % 30 % 燃氣 32.4 % 50 % 資料來源: 能源局 +生質能
  7. 沼氣發電補助計畫與辦法 行政院環境保護署 行政院農業委員會 ✓ 配合環保署針對7條氨氮示範整治河川,進 行畜牧業廢水處理之現場診斷及輔導改善 ✓ 推動畜牧糞尿施灌農作個案再利用 ✓ 協助畜牧場更新污染防治設備,及採用節

    能、節水等設備與設施 推動畜牧糞尿收集處理回收氨氮示 範計畫(109-112) 養豬產業振興發展計畫-推動養豬 場沼氣再利用(發電)計畫(106-109) 109~112年畜牧廢棄物管理及資 源化推動計畫 ✓ 推動畜牧沼液渣作為農地肥分使用 ✓ 補助大場帶小場或集中處理 ✓ 補助購置集運施灌車或貯存桶 經濟部能源局 ✓ 補助沼氣純化設施、沼氣發電機組,與 電網並聯 經濟部沼氣發電系統推廣計畫補助 作業要點(102~109) ✓ 推動養豬場沼氣再利用(發電) ✓ 補助沼氣再利用相關設備(施) 針對7條氨氮示範整治河川 至109年預定補助30場,目前通過1場 109年輔導診斷400場,協助110 場更新設備及45案個案再利用
  8. 8 沼氣發電具有穩定、可儲存等特性,可 作為基載之再生能源電源。 利用厭氧發酵、沼氣純化及 發電機組等設備產生電力, 相關設備產業預計產值可達 130億元。 生質能-沼氣發電產業發展 厭氧發酵 沼氣純化

    發電機組 資料來源: 能源局、工業局、聯合報
  9. 國內發展市場目標 ➢我國沼氣發電推動目標:114年裝置容量達30 MW。 ➢國內畜牧沼氣發電規劃:農委會綠能豬推動目標於 109年達250萬頭(相當16.8MW裝置容量)。 ➢預期效益 • 發電裝置容量30MW,年發電量約1.935億度,相 當CO2 減排10萬噸/年,減低環境負擔並提高生活

    環境。 • 廢棄物資源化妥善處理,提高國內能源與資源利用。 沼氣發電發展目標
  10. 10 有機物質在厭氧環境中通過微生物發酵作用,產生的一種可燃氣體,主 要成分是甲烷(CH4 )及二氧化碳(CO2 )。 沼氣之產生機制及組成 未經過提煉之沼氣成分 甲烷(CH4 ) 60~80%

    二氧化碳(CO2 ) 16~38% 氫氣( H2 ) 1% 硫化氫(H2 S) 0.2~0.5% 水氣(H2 O) 0.2% 有機料源 什麼是沼氣? Ref. 經濟部工業局
  11. 農業廢棄物  禽畜糞  養豬廢水  蔬果殘渣 生活廢棄物  廚餘

     下水污泥 工業廢棄物  工業廢水  有機污泥 舉凡可分解之有機物質,皆可作為沼氣之料源。 沼氣料源 Ref. 經濟部工業局
  12. 12 我國沼氣潛勢量評估 ◆ 能源局統計100年全國具厭氧處理產氣效益之生質廢棄物:生活廢水、工業 廢水、養豬廢水、農業廢棄物、廚餘。 ◆ 再利用合理產沼氣潛能為每日30萬立方米,其中養豬廢水占其中25 %。 ◆ 養豬廢水為具備發展潛能,卻尚欠缺技術投入之項目。

    生質廢棄物來源 生活污水廢棄生 物污泥 工業廢水 廢棄生物污泥 養豬廢 水 農業廢 棄物 廚餘 合計 污水厭 氧處理 污泥厭 氧消化 區外廠 商 工業區 科學園 區 再利用合理潛能 (m3/day@35℃) 154,15 0 11,741 8,446 1,805 7,910 75,050 3,132 40,121 302,25 5 比率% 51% 4% 3% 1% 2% 25% 1% 13% 100% 資料來源:能源局100年度「多元料源液態生質燃料技術開發與推廣」計畫
  13. 養豬廚餘 生廚餘 禽畜糞 養豬廢水 (5千頭以上) 養豬廢水 (2-5千頭) 廢棄菇包 廢棄量/ 規模

    40.8[1] (萬噸/年) 19.7[1] (萬噸/年) 212[2] (萬噸/年) 127[2] (萬頭) 103[2] (萬頭) 22.6[2] (萬噸/年) 沼氣潛能 (百萬立 方米/年) 32.6 15.7 169.6 46.3 37.9 18.0 發電潛能 (MW) 6.0 2.9 31.3 8.5 7.0 3.3 備註: [1] 2015環保署統計量,[2] 2015農委會統計量,估計時皆採100%利用 ➢ 沼氣最大潛能320 百萬立方米/年,可設置約 59 MW發電機組, 每年發電3.88億度電,減少二氧化碳排放20.5 萬噸/年。 農業廢棄物-沼氣發電開發潛能
  14. 沼氣發電與研發議題 厭氧發酵 沼氣 沼氣發電機 熱供應 熱供應 (維持發酵溫度) 沼氣純化場 天然氣輸出 沼液、沼渣

    綠肥 廚餘、農 業廢棄物 畜牧廢 棄物 綠肥灌溉 農作物 溫控均質發酵、共消化、 高產氣率、抗腐蝕 料源前處理(粉碎、脫水、 均質、混合) 沼氣脫硫脫水純化 國產發電機組、併聯設備、 燃料電池等應用
  15. 乾式發酵(固含量>20 %) 半乾式發酵(10 %<固含 量<20 %) 濕式發酵(固含量 <10 %) 優點

    缺點 •原料來源多 •高沼氣產生量 •低水汙染 •低空間佔用 •操作簡便 •低運輸效率 •高含氮量產生高濃 度氨氣抑制沼氣生 成 •混和不易 優點 缺點 •快速啟動 •技術成熟 •運送方便 •沼氣產生量低 •沼氣與殘留物不易 分離 •佔用體積大 厭氧發酵
  16. 16 沼氣生成-養豬場三段式廢水處理

  17. 17 政策目標 105年 106年 107年 108年 109年 30萬頭 100萬頭 145萬頭

    200萬頭 250萬頭 說明: 1. 年度目標值,依具綠能及沼氣發電設施養豬場之養豬隻總頭數列計。 2. 106年6月30日達成目標預估為60萬頭。 104年台電系統發購電量為再生能源占比為 4.2%(含水力及汽電共生中之垃圾及沼氣)
  18. - 18 - 工業技術研究院內部資訊,禁止複製、轉載、外流,不再使用請銷毀 ITRI PROPRIETARY DOCUMENTS DO NOT COPY

    OR DISTRIBUTE, PLEASE DESTROY AFTER USE 沼氣發電產業建構 缺乏設備 維修體系 廠商多為 單一設備商 沼氣量與規格 不匹配而不具 發電效益 脫硫效能 不佳 國產沼氣 發電設備缺乏 設備認證與 併網問題 沼氣發電 推動瓶頸 業界廠商 ❖ 輔導廠商投入 沼氣發電 ❖ 提供廠商資訊 畜牧業者需求 ❖ 現場訪視 ❖ 由系統商統包 ❖ 依需求媒合廠商 跨部會溝通 ❖ 台電併網技術問題了解 ❖ 能源局設備認證 技術輔導 ❖ 設備故障 問題排除 ❖ 效能提升 成本效益考量 ❖ 事前建置評估與設置 建議 ❖ 已建置經濟效益計算 產業技術能量 建構 跨域各方整合 系統整合解決 策略 設備商媒合 沼氣特性 量測 厭氧系統漏氣 檢測 沼氣發電 系統規劃 沼氣發電 效益分析 補助與行政 申請協助 新建置工 作項目 沼氣發電機 效能檢測 已建置工 作項目 已建置沼氣發 電資料庫更新 累計完成104場沼 氣發電系統規劃 輔導39案場進行沼 氣發電系統優化(已 建置案場)、10案場 脫硫系統效能量測 已輔導25間沼氣發 電系統業者投入沼 氣發電與技術缺口
  19. Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院 工研院重要規劃資料,禁止複製、轉載、外流,請依規定保管使用。 養豬場沼氣發電輔導案場

  20. Copyright 2013 ITRI 工業技術研究院 碳交易及綠電憑證 20 環保署為鼓勵國內產業 早期投入溫室氣體減量 ,於民國99年9月10日 發布「行政院環境保護

    署溫室氣體先期專案暨 抵換專案推動原則」, 建置國家溫室氣體登錄 平台,設立「先期專案 」與「抵換專案」之管 理專區 「先期專案」是指在溫減法實施前, 優於公告排放強度可取得減量額度之專案, 溫減法施行,先期專案已終止受理申請 抵換專案則是依符合環保署規定減量方法, 執行減量計畫取得減量額度之減量專案。 透過碳權的交易創造附加經濟價值, 提升國內產業推動減量的誘因。 可登錄的抵換減量額度包括:CDM的CER、 我國先期與抵換專案所核發的減量額度、 國外自願減量中品質較佳的VCS與Gold Standard。 再生 能源憑證 綠電的身分證,驗證再生能源設備及發電量後,核發再生 能源憑證,可解決「到底是不是綠電」、 「綠電有沒有用掉」等問題 由標準檢驗局成立國家再生能源憑證中心,統籌憑證發放 與管理,發證領域包含風力、太陽能、生質能、 川流式水力與地熱發電。
  21. - 21 - 植種污泥是什麼? 養豬場污泥:有機廢水經厭氧處理,所產生豐富且高濃度之微生物體,因濃稠 如泥狀而稱污泥,可植種於工業廢水,幫助提升工業廢水處理(降解)效能。 全台7000場養豬場 分布全台各地 可配合全國工業廢水所在地就近取得養豬 場污泥,養豬污泥產量豐富且穩定(121萬

    噸/年)。
  22. - 22 - 為什麼要植種?有什麼效果? 創造工業/畜牧 雙贏循環經濟 ✓ 工業廢水多採化學處理,其 處理成本高 ✓

    工業製程變動大導致廢水處 理系統不穩定 ✓ 工業廢水組成複雜,導致處 理效能不佳 工業端需求 植種後效益 ✓ 採生物處理可大幅降低處理費用 ✓ 植種污泥來源穩定、供應量充足 ✓ 具即時應變性,可視需求即時補 充所需污泥,維持廢水處理系統 效能 ✓ 可提升沼氣產量,創造額外收益 ✓ 植種污泥菌相豐富,易馴化適合 工業菌種,並穩定廢水處理系統, 有效改善廢水水質
  23. - 23 - 已經有多少用量?效果?

  24. - 24 - 實績1-養豬場污泥植種效益 植種PP畜牧場厭氧污泥 COD去除率 第2次植種後COD去除率 由44%提升至65% 第1次植種後COD去除率 由58%提升至67%

    每日沼氣產量 植種8天後 649 m3/day → 795 m3/day COD去除率及甲烷產率提高 9% 21% 150 m3/day ◼ 植種CT光電廠
  25. - 25 - 實績2-養豬場污泥植種效益 植種前 植種後 植種SD畜牧場厭氧污泥 COD去除率 前: 72.7±1.8%(n=6)

    後: 79.4±1.6% (n=21) 污泥濃度 前: TS、VS為0.99%及0.53% 後: TS、VS為1.34%及0.8% COD去除率、污泥濃度提高 二次植種於RD石化廠 ◼ 植種RD石化廠 植種前:為甲醇 植種後:為甲酸 ◼ 植種CT光電廠 植種前後出流水有機質成分: 功能代謝網絡顯示,有機質代謝具有 被優化的現象
  26. 李志杰 博士 E-mail: ChihChiehLi@itri.org.tw Thanks for Your Attention!