近日，由山西省瓦斯發電協會牽頭，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范》地方標準正式實施。它彌補了山西省瓦斯發電行業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范化水平。
其實對于瓦斯發電，我國企業已有所探索。那么，瓦斯發電的原理是什么?目前有哪些技術路線?發展瓦斯發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超過10%，遇到明火就會發生爆炸。
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，為了避免瓦斯濃度過高導致瓦斯遇明火發生爆炸，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，甲烷與氧氣發生反應，釋放出熱能和水蒸汽。最后，通過發電機將熱能轉化為電能，完成整個發電過程。
“瓦斯發電，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電廠相比，這相當于節約標準煤29萬噸。
記者了解到，目前我國各礦區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、發電、工業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，超低濃度瓦斯發電開發研究雖有一些實驗性項目，但技術均不夠成熟，難以大規模利用。”劉全迎說。
助力煤礦產能釋放
“瓦斯發電可以為煤礦產能釋放提供助力。”張永太介紹，瓦斯發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電服務礦井年產量目前已接近3000萬噸。
此外，瓦斯發電還可以為工礦企業提供穩定電源和熱源，其產生的余熱還可以穩定供應給周邊村鎮居民。瓦斯發電既延長了能源企業產業鏈條，還促進了地方電網和熱網的清潔發展。
記者了解到，近年來，國家頒布了多項扶持瓦斯發電的政策。這為瓦斯發電行業帶來了新機遇。
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《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%。
“我國瓦斯發電技術主要應用在東北、華北、西南、西北地區。”劉全迎介紹，我國瓦斯的儲存量大，對其進行合理開發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電融合，打造適應新發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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