編譯：上海市燃?xì)庹{(diào)度中心 吳慶益 任楨

生物甲烷在英國(guó)未來城市燃?xì)庵械膽?yīng)用

編譯：上海市燃?xì)庹{(diào)度中心 吳慶益 任楨

1 情況簡(jiǎn)介

生物甲烷是有機(jī)物處理分解的產(chǎn)物，是一種可再生能源。據(jù)估算英國(guó)的廢棄物經(jīng)過處理后產(chǎn)生的生物甲烷可以滿足英國(guó)國(guó)內(nèi)一半的燃?xì)庑枨?相當(dāng)于180億m3)。

目前英國(guó)正面臨氣候變化、北海天然氣供應(yīng)量減少及國(guó)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(guó)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(biāo)”。因此若要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，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(bǔ)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(fèi)的增加以及以及化石燃料的減少，人們?cè)絹碓疥P(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(guó)的目標(biāo)是到 2020年可再生能源占整個(gè)能源消費(fèi)的比例達(dá)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?xì)?。這個(gè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)落后于歐洲其他國(guó)家水平，見圖1。

圖1 歐州各國(guó)可再生能源利用情況

3 英國(guó)目前面臨的問題

當(dāng)前英國(guó)面臨著廢棄物處理、氣候變暖以及燃?xì)夤┎粦?yīng)求等難題，具體如下：

(1)英國(guó)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(duì)環(huán)境有害。

(2)目前英國(guó)可再生能源利用率落后于其它歐洲國(guó)家。需要實(shí)現(xiàn)到 2020年可再生能源利用占整個(gè)能源消費(fèi)比例從原來的1.8%增加到15%的目標(biāo)。

(3)北海天然氣供應(yīng)逐漸減少，英國(guó)天然氣越來越依賴進(jìn)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(jī)物腐爛的產(chǎn)物，它通常存在于一些地方的廢棄物堆場(chǎng)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(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)為解決這些問題提供了很好的解決方案。

在生物甲烷進(jìn)入燃?xì)夤芫W(wǎng)時(shí)，需要考慮進(jìn)入燃?xì)夤芫W(wǎng)中的生物甲烷氣量盡可能多，當(dāng)夏天燃?xì)庑枨筝^低時(shí)，低壓管網(wǎng)由于管容小，這樣進(jìn)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(jìn)入較高壓力的燃?xì)夤芫W(wǎng)(一般是0.4～0.7 MPa)。

5 項(xiàng)目?jī)?yōu)點(diǎn)

將生物甲烷氣作為代用天然氣進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)可以有許多好處，主要有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

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

(2)它是完全的碳中和。

(3)對(duì)垃圾填埋能力的降低和成本的增加提供了一個(gè)可行的解決方案。

(4)減少垃圾填埋所產(chǎn)生的對(duì)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(guó)經(jīng)濟(jì)的自我恢復(fù)。

(7)減少了對(duì)進(jìn)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(guó)的綠色能源提供了可靠的來源。

(10)不需要再建燃?xì)夤芫W(wǎng)。

(11)符合英國(guó)的政策標(biāo)準(zhǔn)。

6 項(xiàng)目面臨的挑戰(zhàn)

在英國(guó)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?xì)赓|(zhì)量、生物甲烷氣的商業(yè)化應(yīng)用、廢棄物的管理。

6.1 燃?xì)赓|(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(biāo)準(zhǔn)所不允許的一些微生物成分，在進(jìn)入燃?xì)夤芫W(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?xì)獍踩?管理)條例(1996)”，且需對(duì)燃?xì)赓|(zhì)量進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控以控制燃?xì)赓|(zhì)量符合要求。

實(shí)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(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，其氧含量必須<0.2%，要達(dá)到這個(gè)要求是比較困難的，幸運(yùn)的是最新研究表明燃?xì)庵醒鹾恐灰怀^1%就不會(huì)影響燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全及燃?xì)庠罹叩男阅?。而且，目前英?guó)的燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)中對(duì)氧含量的要求比其他歐洲國(guó)家要嚴(yán)格得多。因此可以考慮廢除、修改目前燃?xì)赓|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的部分條款以利于生物甲烷氣進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。

6.2 生物甲烷的商業(yè)化應(yīng)用

目前英國(guó)政府制定了激勵(lì)政策以鼓勵(lì)企業(yè)利用沼氣進(jìn)行發(fā)電，但是在將生物甲烷氣作為代用天然氣進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)方面卻沒有類似鼓勵(lì)政策。因?yàn)槿魶]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(xiàng)目在英國(guó)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(jìn)行補(bǔ)貼以促進(jìn)他們投資進(jìn)行生物甲烷氣的生產(chǎn)。

英國(guó)政府最近已表明根據(jù)“可再生熱能刺激政策”，它將對(duì)從事可再生熱能的企業(yè)進(jìn)行財(cái)政支持，然而財(cái)政補(bǔ)貼多少才能正確平衡資本投入、生產(chǎn)成本以及進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的成本是十分關(guān)鍵的，目前政府是每千瓦時(shí)補(bǔ)貼4便士，這個(gè)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)可使部分企業(yè)能夠生存，而如果將補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)提高到每千瓦時(shí)5便士，將會(huì)有更多的企業(yè)有意于從事生物甲烷的生產(chǎn)。

英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司“2009年年度分析報(bào)告”指出：生物甲烷的生產(chǎn)及進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的成本在100英鎊/MW·h時(shí)與其他得到政府補(bǔ)貼的可再生能源企業(yè)的生產(chǎn)成本大致相當(dāng)。因此，可再生能源刺激辦法應(yīng)制定合適的補(bǔ)貼幅度以平等對(duì)待可再生燃?xì)狻?/p>

然而，將生物甲烷氣作為代用天然氣進(jìn)入燃?xì)夤芫W(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(lì)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(guó)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(dāng)前英國(guó)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?yàn)樗悄芰孔钣行У脑倮梅绞健?/p>

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(jìn)入英國(guó)燃?xì)夤芫W(wǎng)以及最大化可再生燃?xì)獾纳a(chǎn)。

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

7 生物甲烷的未來

在將來英國(guó)燃?xì)獾墓?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(guó)國(guó)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(jìn)行發(fā)電，大量利用廢棄物生產(chǎn)生物甲烷氣，可以使英國(guó)在能源上滿足自我需要，不需要依賴進(jìn)口，有助于英國(guó)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(guó)城市燃?xì)馕磥淼姆较?。相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施已建好，廢棄物量充足，現(xiàn)在是英國(guó)人充分意識(shí)到生物甲烷的潛能，并采取措施使它成為英國(guó)未來的城市燃?xì)獾臅r(shí)候了。