編譯：上海市燃氣調(diào)度中心 吳慶益 任楨

生物甲烷在英國未來城市燃氣中的應(yīng)用

編譯：上海市燃氣調(diào)度中心 吳慶益 任楨

1 情況簡介

生物甲烷是有機物處理分解的產(chǎn)物，是一種可再生能源。據(jù)估算英國的廢棄物經(jīng)過處理后產(chǎn)生的生物甲烷可以滿足英國國內(nèi)一半的燃氣需求(相當于180億m3)。

目前英國正面臨氣候變化、北海天然氣供應(yīng)量減少及國內(nèi)廢棄物數(shù)量不斷增加的挑戰(zhàn)。為迎接這些挑戰(zhàn)，英國決定大力發(fā)展可再生能源，并制定了“2020年可再生能源利用目標”。因此若要實現(xiàn)該目標，政府需充分利用現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)，大力發(fā)展生物甲烷。

2 可再生能源利用情況

可再生能源是指從持續(xù)不斷地補充的自然過程中得到的能量來源，如風(fēng)能、水能、海浪能(波能)、太陽能、地?zé)崮芤约吧镔|(zhì)能。隨著能源消費的增加以及以及化石燃料的減少，人們越來越關(guān)注能源的可持續(xù)利用，也就是要充分利用可再生能源。

英國的目標是到 2020年可再生能源占整個能源消費的比例達到 15%，目前可再生能源所占比例僅為1.8%，且這些可再生能源沒有用做城市燃氣。這個數(shù)據(jù)遠落后于歐洲其他國家水平，見圖1。

圖1 歐州各國可再生能源利用情況

3 英國目前面臨的問題

當前英國面臨著廢棄物處理、氣候變暖以及燃氣供不應(yīng)求等難題，具體如下：

(1)英國需要新的廢棄物的處理方法以替代廢棄物掩埋的處理方法，廢棄物掩埋法不僅成本高，而且對環(huán)境有害。

(2)目前英國可再生能源利用率落后于其它歐洲國家。需要實現(xiàn)到 2020年可再生能源利用占整個能源消費比例從原來的1.8%增加到15%的目標。

(3)北海天然氣供應(yīng)逐漸減少，英國天然氣越來越依賴進口，因此需要找到一種可替代天然氣的新能源。

4 解決方案

沼氣，是諸如工業(yè)材料、廢水、廢棄物等有機物腐爛的產(chǎn)物，它通常存在于一些地方的廢棄物堆場或廢水處理過程中，主要由 65%的甲烷及 35%的二氧化碳組成，通過干燥以及除去二氧化碳和雜質(zhì)(如硫化氫及硅氧烷類)，沼氣就變成生物甲烷氣，在性質(zhì)上和天然氣的成分相似(甲烷含量大于97%)。而將生物甲烷作為代用天然氣進入城市燃氣管網(wǎng)為解決這些問題提供了很好的解決方案。

在生物甲烷進入燃氣管網(wǎng)時，需要考慮進入燃氣管網(wǎng)中的生物甲烷氣量盡可能多，當夏天燃氣需求較低時，低壓管網(wǎng)由于管容小，這樣進入管網(wǎng)的生物甲烷氣量非常有限，因此一般生物甲烷氣進入較高壓力的燃氣管網(wǎng)(一般是0.4～0.7 MPa)。

5 項目優(yōu)點

將生物甲烷氣作為代用天然氣進入城市燃氣管網(wǎng)可以有許多好處，主要有以下幾方面優(yōu)點：

(1)有助于政府實現(xiàn) 2010年可再生能源占總能源比例15%的目標。

(2)它是完全的碳中和。

(3)對垃圾填埋能力的降低和成本的增加提供了一個可行的解決方案。

(4)減少垃圾填埋所產(chǎn)生的對大氣有害的甲烷氣排放量。

(5)為北海天然氣的減少提供了替代解決方案。

(6)有助于英國經(jīng)濟的自我恢復(fù)。

(7)減少了對進口天然氣的依賴。

(8)生物甲烷氣作為代用天然氣是可持續(xù)的、可再生的。

(9)為英國的綠色能源提供了可靠的來源。

(10)不需要再建燃氣管網(wǎng)。

(11)符合英國的政策標準。

6 項目面臨的挑戰(zhàn)

在英國生物甲烷具有廣闊的應(yīng)用前景，但是，和許多新生事物一樣，它需要克服一些障礙，這些障礙主要分為3類：燃氣質(zhì)量、生物甲烷氣的商業(yè)化應(yīng)用、廢棄物的管理。

6.1 燃氣質(zhì)量

沼氣和天然氣具有本質(zhì)區(qū)別，它含有天然氣質(zhì)量標準所不允許的一些微生物成分，在進入燃氣管網(wǎng)前，必須去除其中的雜質(zhì)以滿足最低的熱值要求以及“燃氣安全(管理)條例(1996)”，且需對燃氣質(zhì)量進行持續(xù)監(jiān)控以控制燃氣質(zhì)量符合要求。

實際上將沼氣轉(zhuǎn)化成符合要求的天然氣工藝流程本身并不復(fù)雜，見圖2。

圖2 沼氣轉(zhuǎn)化成天然氣工藝流程示意

最大的挑戰(zhàn)在于在加工過程中如何控制其中的氧的含量，生物甲烷氣要進入城市燃氣管網(wǎng)，其氧含量必須<0.2%，要達到這個要求是比較困難的，幸運的是最新研究表明燃氣中氧含量只要不超過1%就不會影響燃氣管網(wǎng)的安全及燃氣灶具的性能。而且，目前英國的燃氣標準中對氧含量的要求比其他歐洲國家要嚴格得多。因此可以考慮廢除、修改目前燃氣質(zhì)量標準中的部分條款以利于生物甲烷氣進入城市燃氣管網(wǎng)。

6.2 生物甲烷的商業(yè)化應(yīng)用

目前英國政府制定了激勵政策以鼓勵企業(yè)利用沼氣進行發(fā)電，但是在將生物甲烷氣作為代用天然氣進入城市燃氣管網(wǎng)方面卻沒有類似鼓勵政策。因為若沒有類似政策，由于相比較而言，其他一些熱能更加便宜，因此生物甲烷氣項目在英國將不能得到應(yīng)用和發(fā)展。政府應(yīng)給予那些生物甲烷氣的生產(chǎn)商進行補貼以促進他們投資進行生物甲烷氣的生產(chǎn)。

英國政府最近已表明根據(jù)“可再生熱能刺激政策”，它將對從事可再生熱能的企業(yè)進行財政支持，然而財政補貼多少才能正確平衡資本投入、生產(chǎn)成本以及進入城市燃氣管網(wǎng)的成本是十分關(guān)鍵的，目前政府是每千瓦時補貼4便士，這個補貼標準可使部分企業(yè)能夠生存，而如果將補貼標準提高到每千瓦時5便士，將會有更多的企業(yè)有意于從事生物甲烷的生產(chǎn)。

英國國家電網(wǎng)公司“2009年年度分析報告”指出：生物甲烷的生產(chǎn)及進入城市燃氣管網(wǎng)的成本在100英鎊/MW·h時與其他得到政府補貼的可再生能源企業(yè)的生產(chǎn)成本大致相當。因此，可再生能源刺激辦法應(yīng)制定合適的補貼幅度以平等對待可再生燃氣。

然而，將生物甲烷氣作為代用天然氣進入燃氣管網(wǎng)比使用沼氣發(fā)電效率要高的多(沼氣轉(zhuǎn)化為生物甲烷氣的效率為 90%，而利用沼氣發(fā)電的效率僅為30%)，因此，也許可再生熱能刺激辦法應(yīng)更加鼓勵沼氣生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)先選擇利用沼氣來生產(chǎn)生物甲烷氣而不是利用沼氣發(fā)電。

6.3 廢棄物管理

在英國充足的廢棄物可以用來作為生產(chǎn)原料，大量生產(chǎn)生物甲烷。然而，當前英國在如何利用廢棄物的問題上存在一定的誤區(qū)：如將垃圾填埋或利用垃圾發(fā)電，地方政府部門需要制定政策引導(dǎo)企業(yè)利用垃圾生產(chǎn)生物甲烷氣，因為它是能量最有效的再利用方式。

政府應(yīng)制定綜合的廢棄物管理政策以確保生物甲烷氣進入英國燃氣管網(wǎng)以及最大化可再生燃氣的生產(chǎn)。

若目前的現(xiàn)狀得不到改變，則英國到 2020年可再生能源利用率達15%的目標將不能夠?qū)崿F(xiàn)。

7 生物甲烷的未來

在將來英國燃氣的供應(yīng)中，生物甲烷將扮演著必不可少的角色，只要政府制定正確政策，引導(dǎo)企業(yè)從事生物甲烷的生產(chǎn)，生物甲烷的產(chǎn)量將可滿足英國國內(nèi)用量的一半(約180億m3)，只要利用可再生能源如風(fēng)、水以及太陽能而不是天然氣進行發(fā)電，大量利用廢棄物生產(chǎn)生物甲烷氣，可以使英國在能源上滿足自我需要，不需要依賴進口，有助于英國在世界可再生能源利用上取得大的飛躍。

城市煤氣已經(jīng)成為歷史，天然氣也已快用完，生物甲烷將是英國城市燃氣未來的方向。相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施已建好，廢棄物量充足，現(xiàn)在是英國人充分意識到生物甲烷的潛能，并采取措施使它成為英國未來的城市燃氣的時候了。