Homestead Green Energy 生物质发电设施

客户：Homestead Dairy

地点：美国印第安纳州普利茅斯

客户企业问题：生物质发电、废转能

解决方案：

两台 Cat® G3512A 天然气发电机组
项目设计、施工和运营

Cat^® 代理商：Michigan Cat 公司

Homestead Green Energy 是一处生物质废转能发电设施，有两个厌氧发酵池用于处理 2,000 多头牛的粪便。

Homestead Dairy 最初只是一个拥有 110 头奶牛的小型家庭农场。

该奶牛场现有 1,800 头奶牛和 300 头处于干奶期的奶牛，另外还有来自附近农场的 1,700 头奶牛在这里挤奶。

Homestead Dairy 与当地的 Cat 代理商 Michigan Cat 合作，为 Homestead Green Energy 量身定制了一套发电系统。

Michigan Cat 为其安装了两台 1,200 rpm 的 Cat G3512A 发电机组以及辅助设备，该机组使用寿命长，拥有成本和运营成本低。

粪便被收集在池子里，通过管道输送到一组混合槽中，然后倒入两个厌氧发酵池。由此产生的甲烷气体为发电机提供燃料。

电力需求

Homestead Dairy 位于印第安纳州普利茅斯，最初只是一个拥有 110 头奶牛的小型家庭农场。1979 年，Floyd 和 Dan Houin 兄弟二人从他们父亲手上买下了这座农场，逐步将其发展成为如今的大型奶牛场。

该奶牛场现有 1,800 头奶牛和 300 头处于干奶期的奶牛，另外还有来自附近农场的 1,700 头奶牛在这里挤奶。然而，随着不断的成功和规模的扩大，他们引起了所在社区越来越多的关注。奶牛数量的增加意味着会产生更多的粪便，更多的粪便意味着奶牛场周围的气味更大，这会直接影响到附近的居民。

通过分析印第安纳州北部和密歇根州南部的多家农业公司，Floyd Houin 开始摸索减少牛粪气味影响的方法。最终，他确定了发展方向——建设一处生物质废转能发电设施，把粪便转化为电力。

不久之后，Homestead Dairy 获得了联邦政府的可再生能源补贴，用于帮助其支付安装新生物质发电设备的前期费用。此外，该州最大的天然气配送公司 Northern Indiana Public Service Co. (NIPSCO) 还与 Homestead Dairy 签署了一份为期 15 年的电力购买协议，总计购买 1 MW 电力——这些电力足以为满足 1,000 户家庭的用电需求。在这些财政支持下，Homestead Dairy 得以开始建设全新的生物质发电设施——Homestead Green Energy。

在废转能发电设施进入开发阶段后，Homestead Dairy 必须找出一款既能辅助生物质发电设备，同时又能生产足够的电力来维持 NIPSCO 协议的发电系统。

解决方案

在项目研究阶段，Houin 参观了一家农场，该农场有一处可再生能源发电设施采用的就是 Cat^® 发电机组。他了解到，尽管该发电机组属于较早的型号，但该系统仍能以峰值效率运行，几乎没有问题，所以可靠性是一个重要因素。

“发电机组有时候需要维修，所以你必须有可用的零件和服务，”Houin 说。“我们承担不起停机的代价，而且我见过许多比较老旧的 Cat 发动机仍在运转。这种可靠性确实帮我们做出了决定。”

Homestead Dairy 与当地的 Cat 代理商 Michigan Cat 合作，为 Homestead Green Energy 量身定制了一套发电系统。Michigan Cat 为其安装了两台额定转速为 1,200 rpm 的 Cat G3512A 发电机组以及辅助设备。G3512A 采用了坚固耐用的设计，使用寿命更长，并且拥有成本和运营成本更低，能够实现最佳性能。

“相比 1,800 rpm 的型号，它的噪音更小，这一点我很喜欢，所以我们早期在低转速发电机上投入了更多的资金，”Houin说。“我们在没有迫切需求的情况下选择了更大的容量，因为从长远来看这样更好。由于我们不会把发电机用到极致，所以可以减少设备磨损。”

这两台发电机组对废转能过程非常重要。在 Homestead Green Energy，牛的粪便被收集在池子里，通过管道输送到 1,700 英尺外的一组混合槽中，然后倒入两个厌氧发酵池。进入槽中后，粪便会被加热，并进行微生物处理，所产生的甲烷气体被用来为燃气发电机提供燃料。而发电机的辐射热和缸套水热量可以在发酵过程中用来加热发酵池。

除了减少气味和发电带来的经济回报之外，Homestead Dairy 还将发酵池中的固体进行脱水，用作奶牛的卧床垫料。另外，液态营养副产物被保存在污水贮留池中，用于给农田施肥。

“通过把这些丰富的物质转化为收入，我们不仅提升了奶牛场的盈利能力，”Homestead Green Energy 设备操作员 Ryan Rogers 如是说。“还有助于增加营养价值，这对环境非常有益。作物可以更好地吸收粪便的养分，同时还能减少气味，这对社区来说受益匪浅。”

Homestead Green Energy 的设备展示了小规模废转能发电设施的经济可行性，这可能会激励其他奶牛场采取相同的做法。

“我看到许多奶牛场利用自己手中的资源，从污染/气味角度来看，把负担变成了宝贵的社区资源。”Michigan Cat 的垃圾填埋和沼气能源客户经理 Mike Fenton 说道。“我相信这样的设备会给乳业带来极大的好处。”

结果

自 2013 年 10 月全面投产以来，Homestead Green Energy 一直在不断运转。两台 Cat G3512A 发电机组均在发酵池附近的建筑物内全天候运行，运行小时数使维护成为首要任务。在发电机组首次换油时，Homestead Dairy 需要一些帮助来维修阀门。

“我打电话给代理商，他们没问任何问题，第二天就来了，”Rogers 说道。“他们理解这个系统必须保持运行，不能停摆。他们给了我们很大的帮助。”

尽管 Homestead Green Energy 预计需要五年时间才能实现收支平衡，但他们已经开始实施扩展计划。Homestead Dairy 正准备升级，安装第三个发酵池和另一台发电机。Houin 还在寻找将热电联产应用到其业务中的机会。

“我们有很多消耗不掉的热能，所以我们正在寻找更多方法把它们利用起来，”Houin 说道。“也许我们会增加一些温室，或者通过其他方法来发挥这些热能的价值。那将是我们的下一步发展。”