沼气发电属于再生能源发电范畴，沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有创效、节能和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电通过气体收集、气体压缩净化、填埋气体发电机组和发电机发电与升压上网四大系统，将填埋场影响环境和安全的甲烷、氨气、硫化氢变成清洁能源送入千家万户，以实现垃圾无害化处理和资源再利用。
一、沼气发电产业链分析
沼气发电产业链上游为沼气发电机组供应方及原材料供应方，沼气发电机组在沼气发电过程中成本中占比超过75%且目前仍依靠国外进口，农村和大中型环保能源工程的设备单价差异巨大。沼气发电机组主要供应商有泰州市太发新能源科技有限公司、扬州福康斯发电机有限公司等。原材料主要为生活垃圾及农村传感器主要供应商：沈阳禾丰牧业有限公司、南京勤丰秸秆科技有限公司等。产业链中游为沼气发电供应方，此环节参与方多，竞争态势强，代表性企业：内蒙古蒙牛乳业、光大环保、百川畅银、杭州环境等。产业链下游为电力传输和分配方及电力需求方。电力传输和分配方需优化跨区域输电渠道的建设，以确保可再生能源大规模消费和高效利用，也需要规避电力传输过程中对电网产生的负面影响，代表企业：施耐德电气（中国）有限公司、ABB（中国）有限公司等；电力需求方主要包括商业用电、工业用电及居民用电，代表参与方：华润电力、长江电力、大唐电力等。
图表：中国沼气发电行业产业链分析
资料来源：中经百汇研究中心
沼气发电上游产业链沼气发电机组的成本占比大，机组质量的好坏直接影响中游沼气的供给，中国自主研发生产的沼气发电机组距离世界先进水平差距还很大，仍依赖国外进口。但上游此环节在经历多年的技术积累后已经能做到国产化生产，使中游生产成本降低不用被动受限于国外生产商。上游原材料供应环节除生活垃圾和污水之外，还需要农牧业秸秆和粪便的支撑。农村是沼气发电的关键环节，既提供原材料，又是电力需求方，占据产业链上游和下游。在国家“双碳”目标及政策的大力支持下，目前产业链中游企业竞争态势强，未来会有更多参与方加入。在中国目前的电力行业体制下，电网企业是沼气发电行业下游主要客户。电网企业在沼气发电项目的接网条件、并网时间、结算方式等方面具有主导地位。未来产业将有可能在双碳目标导向下实现“供-输-需”协同的可再生能源有序开发方案，以提升沼气利用效率及项目投资收益率。
二、沼气发电产业链上游分析
1、沼气发电机组
（1）成本占比大，且中国生产技术尚不成熟，需依赖国外进口。沼气发电机组的成本控制很重要，会影响最终下游的价格。以上海市2021年度重点工程———某生物质热电联产沼气发电工程为案例，从预算分析表中可明确看出发电机组的成本占总预算比超过75%，既是行业现状也是急需改变的问题，一直以来规模化热电联产沼气发电项目的发电机组均以国外进口品牌为主，成本居高不下，且服务也受制于人，既不利于中国行业的发展，也不利于成本的节约和技术的提高。目前中国的燃气机组大于1MW并可靠运行的有数家可供选择，大于2MW暂未见有长期可靠运行经验的机组，大于3MW的没有国产机组可替代。
（2）农村和大中型环保能源工程的设备单价差异巨大。近十几年由于农村家庭责任制，大、中型的工厂化畜牧场的建立及环境保护等原因，中国的沼气机、沼气发电机组已向两极发展。农村主要以3-10kw沼气机和沼气发电机组方向发展，而酒厂、糖厂、畜牧场、污水处理厂的大中型环保能源工程，主要以单机容量为50-200kw的沼气发电机组方向发展。
2、原材料供应方
（1）垃圾焚烧发电占比大，中国垃圾来源丰富，产量逐年递增。2022年7月1日，是《上海市生活垃圾管理条例》施行三周年。作为中国垃圾分类的排头兵，目前上海市“定时定点分类投放”制度稳步推进，越来越多的居民主动在源头对垃圾进行分类和投放。目前上海可回收物回收量基本稳定在日均7,000吨左右。此外，全国各地的垃圾分类回收工作也都在有序推进。2021年国家发展改革委、住房和城乡建设部印发的《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》提出，到2025年底，全国城市生活垃圾资源化利用率达到60%左右。
（2）截至2023年一季度，国家发改委公示的861个CCER备案项目中，沼气发电项目有135个，其中农村沼气利用项目62个，垃圾填埋发电项目11个。农村沼气发电受客观条件限制，需人为安装适宜的贮气柜、秸秆收储点、物流配送中心等，以达到沼气发电的规模化。大多农村养殖场沼气池一般都采用地埋式污水自流入常温发酵工艺，且沼气池多为水压间结构，沼气池贮气室容积只能通过沼气池内发酵液排出和返回来实现用气的调节。仅靠水压间容量贮存的沼气有限，另外，水压式沼气池一年四季受发酵温度、浓度影响较大，产气率不均，导致沼气气源和压力极不稳定，如果不配备贮气柜，沼气发电机组不可能长时间稳定地发电。秸秆具有分散性且需要远距离运输，将秸秆直接运送到沼气发电工程厂区，所需承担的费用都过高，故而需要在秸秆生产区域建立多个收储点对秸秆进行粗加工，以方便运输。由于秸秆的季节性，在有沼气发电工程的区域建立物流配送中心可以保证沼气发电工程所需秸秆合理存储及持续不断的供应。
三、沼气发电产业链中游分析
（1）沼气发电参与方多，竞争态势强，中国多地纷纷开展创新农业模式以提高沼气利用率。以江西省定南生态循环农业示范园为例，园区通过引进赣州锐源生物科技有限公司建设正合绿色生态农业循环园，打造新型区域生态循环农业模式，有效破解了畜禽粪污处理难题，全年可处理畜禽粪污40万吨，年发电量2,000万度；南昌市按照“农用优先，因地制宜，全量利用”的总体要求，充分发挥秸秆综合利用重点县项目带动作用，健全秸秆收储运服务体系，积极探索种养结合、农牧结合、养殖场建设与农田建设有机结合模式，推动农业产业协同发展模式，培育生态循环农业产业示范企业；北京德青源农业科技股份有限公司以蛋鸡产业为抓手，建设“六厂（场）一区”（青年鸡场、产蛋鸡场、饲料厂、屠宰场、沼气厂、食品厂、生活服务区），打造金鸡产业园。
(2)沼气发电行业发展持续向好。农村沼气已基本形成“上游原料收集—中游沼气生产—终端产品应用”的产业链条，全国大中型沼气工程保有量达到7,212处，年产气17亿立方米，培育了一批专业化的建设管理运营企业。沼气工程年处理农业农村有机废弃物约2.2亿吨，为农业生产提供了1.2亿吨沼渣沼液等优质有机肥料。生物质成型燃料建成多个万吨级生产示范基地，形成一批生物质锅炉生产安装、成型燃料供应和热力服务的市场主体，全国加工站点达到2,731处，产能1,448多万吨，推广各类炊事取暖炉具约2,362万台。在国家的“双碳”背景下，沼气发电行业必将走上降本增效、保护环境的发展之路。
四、沼气发电产业链下游分析
1、电力传输和分配方
（1）中国发电区域和电力负荷区域分布存在不一致，仍需优化跨区域输电渠道的建设，以确保可再生能源大规模消费和高效利用。中国的能源资源和电力负荷呈现反向区域分布，东西部地区能源供需严重失衡。然而，目前的跨区域输电能力并不能满足东部地区的用电需求。近年来，东北和西北地区的弃风和西南地区的弃水现象严重，电网基础设施不足和省际输电线路数量有限是电力缩减的重要原因。《浙江福特高压交流等十个典型电网项目的投资结果监督报告》指出，一些项目的输电能力没有充分开发，项目利用小时数低，输电效益没有充分发挥。例如，哈密南至郑州±800千伏直流输电项目的额定输电容量为800万kW。然而，自投入运行以来，最大传输功率一直低于设计水平，并保持在500万千瓦以下。
（2）沼气发电通过10千伏线路并网，接入后会对电网产生一定的负面影响，导致较高的输电线损率。截至2022年，中国输电线损率比国际先进电力公司高2％到2.5％，相当于一年多损失电量450亿千瓦时，相当于中国中部地区一个省的全年用电量。近年来，中国已采取一系列举措、注入大量资金解决此问题。在电力投资与建设方面，2022年，中国主要电力企业合计完成投资1,2470亿元，比上年增长15.6%；中国电源工程建设完成投资7,464亿元，比上年增长27.2%；中国电网工程建设完成投资5,006亿元，比上年增长1.8%。电源投资加速释放，电网投资维持较高水平。截至2022年，中国线损率4.82%，比上年降低0.43个百分点，电力能效指标持续向好。中国电力企业联合会发布的《中国电力行业年度发展报告2023》指出，随着新能源占比逐渐提高，未来电力系统将呈现多种新型技术形态并存的格局，大电网将长期作为中国电网的基本形态。需缓冲或规避，让沼气发电技术在实现中国“碳减排”和“碳中和”目标进程中发挥出其应有的作用，更好地满足全社会用电和工业用电的需求。
2、电力需求方
（1）沼气发电的需求量增加很快。随着中国国民经济的发展，用电需求量日益增多，沼气发电清洁，干净，廉价的优势可以缓解用电供求不平衡的难题。国家能源局数据显示，截至2022年底，中国户用沼气存量480.43万户，实际利用416.41万户；沼气工程75,111处，其中大型和特大型6,553处，生物天然气工程64处，年产生物天然气12,773万立方米。在《生物质能发展“十四五”规划》中，中国提出，到2023年生物质能年发电量1,200亿千瓦时，其中沼气发电100万千瓦，沼气发电市场2019-2023年平均复合增长率为20.8%。综合这些数字看，沼气发电行业的需求量在持续稳增，弥补了全社会用电和工业用电的供给不足，给用户带来许多方便。
（2）沼气发电项目运用得当，效益可观。宁夏地区一规模化牧场存栏奶牛12,000头，粪污处理规模为12,000Nm³厌氧发酵反应器，日产沼气10,000Nm³以上，沼气利用配套1台500kw的沼气发电机组、2套沼渣烘干系统和1台沼气锅炉。3,000Nm³/d沼气用于发电，年发电量约200万度；4,600Nm³/d沼气用于烘干炉烘干沼渣，满足牧场垫料需求；2,400Nm³/d沼气用于沼气锅炉燃烧，为系统提供热量。项目总投资约5,000万元，日产沼气10,000Nm³，沼渣垫料65吨。沼气综合收益按发电收益计算，生产用电价格0.52元/kwh，沼气锅炉燃烧以天然气替代，天然气价格为3.5元/Nm³，沼渣垫料市场价格约300元/吨，生产成本一般为100元/吨。综合测算分析后，牧场整体净收益约435万元/年，投资回收期为11.49年，投资收益率为8.7%，即牧场投资运营粪污处理沼气项目是可以盈利的。如果更多企业投资运营，使沼气高值化高效利用，更新沼气发电技术，大幅度实现降本增效和能量梯级利用，未来碳市场开放，还会实现碳收益，牧场粪污沼气项目的运营效益会更突出。
更多研究内容详见中经百汇编撰的《中国沼气发电行业分析报告》，中经百汇提供行业研究报告、定制报告、可行性研究报告、商业计划书、产业规划、企业战略咨询等服务产品，另外还提供产经新闻、市场研究、产业数据服务、企业排行榜等资讯内容。
