近日，由山西省瓦斯發(fā)電協(xié)會牽頭，晉能控股集團山西金駒煤電化有限責任公司(以下簡稱金駒煤電化公司)主要參與編寫的《瓦斯電廠智慧平臺建設技術規(guī)范》地方標準正式實施。它彌補了山西省瓦斯發(fā)電行業(yè)智慧化相關標準的空白，有利于進一步提高瓦斯電廠智慧平臺建設規(guī)范化水平。
其實對于瓦斯發(fā)電，我國企業(yè)已有所探索。那么，瓦斯發(fā)電的原理是什么?目前有哪些技術路線?發(fā)展瓦斯發(fā)電對于我國能源體系來講有何意義?帶著這些問題，科技日報記者采訪了相關專家。
“如假包換”的清潔能源
瓦斯又稱煤層氣，存在于煤層之間。其主要成分為甲烷，具有無色、無味、易燃、易爆等特點。在開采煤礦的過程中，一旦空氣中的甲烷體積分數(shù)超過10%，遇到明火就會發(fā)生爆炸。
金駒煤電化公司成莊熱電分公司負責人劉全迎介紹，在煤礦開采的過程中，為了避免瓦斯?jié)舛冗^高導致瓦斯遇明火發(fā)生爆炸，常常采用負壓風機將瓦斯抽取到地面。
晉能控股裝備制造集團金駒煤電化沁水寺河瓦斯發(fā)電有限公司負責人張永太說，瓦斯的主要成分為甲烷，且熱值是通用煤的2—5倍。甲烷經過充分燃燒后只產生水和二氧化碳兩種物質，因此每利用1立方米瓦斯，就相當于減排16千克二氧化碳。可以說，瓦斯是“如假包換”的清潔能源。
如何讓這種危險的清潔能源安全地為人所用?
張永太告訴記者，瓦斯發(fā)電分為三步：瓦斯的提取、燃燒和電能轉換。首先，通過鉆探地下煤層氣井或處理有機廢棄物，提取出瓦斯。接著，將提取到的瓦斯輸送到燃氣發(fā)動機中，與空氣混合并點燃，產生動力。在燃燒過程中，甲烷與氧氣發(fā)生反應，釋放出熱能和水蒸汽。最后，通過發(fā)電機將熱能轉化為電能，完成整個發(fā)電過程。
“瓦斯發(fā)電，既可為減少煤礦瓦斯事故提供可行路徑，又有利于增加清潔能源供應、減少溫室氣體排放，具有保護生命、保護資源、保護環(huán)境等多重效益。”張永太介紹，以金駒煤電化公司為例，公司年可利用煤礦井下瓦斯約6億標準立方米，相當于減排二氧化碳約900萬噸，可轉化為清潔電力約20億千瓦時，相當于植樹造林2.45萬公頃，環(huán)保效益十分顯著。
瓦斯利用按濃度分為三類
21世紀初，金駒煤電化公司開始探索能源綜合利用，通過燃煤改燃氣的嘗試，成功轉型成為一家主營瓦斯發(fā)電的公司。
“瓦斯利用是根據其濃度劃分的，像沁水寺河120兆瓦瓦斯發(fā)電廠利用的是濃度在30%—40%的高濃度瓦斯。”張永太告訴記者，該瓦斯發(fā)電廠每年大致可消耗2億標準立方米瓦斯，能減排二氧化碳300多萬噸。與同容量的燃煤火力發(fā)電廠相比，這相當于節(jié)約標準煤29萬噸。
記者了解到，目前我國各礦區(qū)瓦斯利用按濃度分為三類。甲烷濃度在30%以上的瓦斯主要用于民用、發(fā)電、工業(yè)燃料以及化工等方面;甲烷濃度在8%—30%的瓦斯主要用于內燃機低濃度瓦斯發(fā)電;對于甲烷濃度在0.5%—8%的超低濃度煤礦瓦斯和甲烷濃度在0.01%—0.5%的“通風瓦斯”，目前業(yè)界主要采用智能摻混熱逆流蓄熱氧化方式制取高溫熱風、熱水、蒸汽或發(fā)電。
“從目前的技術應用狀況看，濃度在30%以上的高濃度瓦斯可以直接利用;濃度在8%—30%的瓦斯，可通過內燃機發(fā)電的方式產生經濟效益;由于受到技術限制，濃度在8%以下的瓦斯收集利用難，發(fā)電項目投資大、收益小。”劉全迎表示，目前濃度在8%以下的瓦斯尚未被列入國家環(huán)保強制性控制排放政策，煤礦直接對空排放就成為降本首選。“因無政策激勵，超低濃度瓦斯發(fā)電開發(fā)研究雖有一些實驗性項目，但技術均不夠成熟，難以大規(guī)模利用。”劉全迎說。
助力煤礦產能釋放
“瓦斯發(fā)電可以為煤礦產能釋放提供助力。”張永太介紹，瓦斯發(fā)電作為礦井瓦斯就近利用最便捷、最成熟的方式，能夠快速消耗井下瓦斯或地面煤層氣。
例如，從沁水煤田的多個高瓦斯礦井抽出的瓦斯，主要由金駒煤電化公司瓦斯電站快速消耗。據了解，金駒煤電化公司瓦斯發(fā)電服務礦井年產量目前已接近3000萬噸。
此外，瓦斯發(fā)電還可以為工礦企業(yè)提供穩(wěn)定電源和熱源，其產生的余熱還可以穩(wěn)定供應給周邊村鎮(zhèn)居民。瓦斯發(fā)電既延長了能源企業(yè)產業(yè)鏈條，還促進了地方電網和熱網的清潔發(fā)展。
記者了解到，近年來，國家頒布了多項扶持瓦斯發(fā)電的政策。這為瓦斯發(fā)電行業(yè)帶來了新機遇。
同時，全國各地也逐步出臺相關政策。如2022年8月19日，山西省能源局下發(fā)《關于推動煤礦瓦斯綜合利用的指導意見》，要求嚴禁高濃度瓦斯排放，加強低濃度瓦斯利用。到2025年，煤礦瓦斯利用技術不斷完善，綜合利用效率明顯提升，建設一批瓦斯梯級利用項目，山西省瓦斯利用率力爭達到50%。
“我國瓦斯發(fā)電技術主要應用在東北、華北、西南、西北地區(qū)。”劉全迎介紹，我國瓦斯的儲存量大，對其進行合理開發(fā)利用既能保證煤礦的安全生產，又能在一定程度上解決我國能源緊缺的難題。
“近年來，金駒煤電化公司還嘗試將人工智能等與瓦斯發(fā)電融合，打造適應新發(fā)展形勢的能源供應體系。”張永太說，隨著中國核證自愿減排量計劃的加速推進，瓦斯電站的碳減排量必將成為能源企業(yè)新的效益增長點。
來源：科技日報 記者 韓 榮 通訊員 蘇 浩
作者：韓 榮、?蘇 浩
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