沼气发电是随着沼气综合利用技术的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动发电机发电，并充分利用发电机组的余热，使综合热效率达75%左右，从而达到环保和节能的目的。

沼气发电系统主要包括以下几个部分：

1）沼气发动机

与普通柴油发动机一样，沼气发动机的工作循环也包括进气、压缩、燃烧膨胀做功、排气4个基本过程。

2）发电机

根据具体情况，可选用外接励磁电源配套的感应发电机和自身作为励磁电源的同步发电机，与沼气发电机配套使用。

3）废热回收装置

采用水-废气热交换器、冷却排水-空气热交换器及余热锅炉等装置回收利用发动机排除的余热（约占燃烧热量的65%~75%）。通过该措施，可使机组能量利用率达到65%~68%。废热回收装置所回收的余热可用于消化池料液升温或采暖。

4）气源处理

沼气须进行疏水、脱硫化氢处理，将硫化氢含量降到500mg/m³以下，并且要经过稳压器使其压强保持在1470~2940Pa再输入发动机使用。为保证安全用气，在沼气发动机进气管处必须设置水封装置，防止水进入发动机。

沼气发电具有低排放、低污染、节约能源、废物资源再利用等优点，倍受各国政府的关注，因此开发沼气发电无疑是建设绿色环保工程的重要措施。

沼气燃料电池是一种将沼气化学能直接转换为电能的一种装置，它所用的“燃料”并不燃烧，而是直接产生电能。沼气燃料电池系统一般由三个单元组成：燃料处理单元、发电单元和电流转换单元。

1）燃料处理单元

该单元主要部件是改质器，它以镍为催化剂，将甲烷转化为氢气。

为了降低CO浓度，在铜和锌的催化作用下，混合气体在改质器后的变成器中得到进一步改良。

2）发电单元

发电单元的基本部件由两个电极和电解质组成，氢气和氧化剂在两个电极进行电化学反应，电解质则构成电池的内回。

3）电流转换系统

主要任务是把直流电转换为交流电。燃料电池产生的水蒸气，热量可供消化池加热或采暖用。排出废气的热量也可用于加热消化池。

4）燃料电池的效率

与热机效率不同，燃料电池能量转换的效率不受内燃机因素的限制，其值等于电池反应的吉布斯焓变△G与燃烧反应热△H之比，可达90%左右。若考虑电动机、传动系统的效率，系统的发电效率可达40%~60%，有废热回收的系统总的能量利用率为70%~90%。

燃料电池发电的优缺点

优点：

1）维护管理方便。

2）没有或极少有污染物排放。

3）燃料电池工作时不产生噪音和机械振动。

4）效率高，一般内燃机受卡诺循环的限制，效率可达60~80%。

5）模块结构，积木性强，比功率高，既可集中供电，又可分散供电。

缺点：

1）缺乏长期运行经验。

2）排气中除H₂S外，还可能含有微量磷废气，对环境的影响还未知。

沼气燃料电池是最新出现的一种清洁、高效、低噪音的电装置 ，与沼气发电机发电相比，不仅出电效率和能量利用率高，而且振动和噪音小，排出的氮氧化物和硫化物浓度低，因此是很有发展前途的沼气利用工艺。下面以日本某城市污水处理厂为例对比分析一下沼气燃料电池与沼气发电的经济效益，该污水处理厂处理水量为20万m³/d、进水SS为120mg/L、SS去除率为90%。

沼气燃料电池基建投资和运行费比沼气发电高，但发电量高，年盈利高。至于采取何种沼气利用方式更利于给企业带去可观的收益，主要还是需要企业能根据自身特点和条件因地制宜、合理利用。

我国是农业大国，商品能源相对缺乏，一些乡村地区因距离电网较远，适宜发展沼气发电站。同时将垃圾填埋气用于沼气发电，也有利于减少环境污染。而燃料电池作为21世纪最具竞争力的高效、清洁发电方式，在洁净煤燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。将沼气用于燃料电池发电，是有效利用沼气资源的一条重要途径，这对我国沼气利用技术的发展具有重大意义。