我國(guó)瓦斯發(fā)電發(fā)展前景研究

劉錦明

摘 要：將排空的瓦斯進(jìn)行發(fā)電利用有助于加強(qiáng)煤礦瓦斯綜合治理，減少環(huán)境污染，增加經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益。目前，對(duì)于高濃度瓦斯的利用已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)鏈，但是大量低濃度以及超低濃度的瓦斯仍然沒(méi)有被很好利用。結(jié)合技術(shù)、政策、經(jīng)濟(jì)等因素對(duì)瓦斯發(fā)電發(fā)展前景及其利弊進(jìn)行分析，并提出合理性建議。

關(guān)鍵詞：瓦斯發(fā)電；發(fā)展前景；利弊分析

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2016）32-0052-02

引言

在煤炭的開(kāi)采過(guò)程中，瓦斯常常以伴生氣的形式存在于煤層中。當(dāng)瓦斯?jié)舛忍幵谄浔O限范圍內(nèi)時(shí)遇明火有爆炸的危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。瓦斯中甲烷氣體的溫室效應(yīng)是CO2的21倍，瓦斯排放到大氣中，會(huì)破壞地球大氣的臭氧層。抽排瓦斯的大量排空，一方面，浪費(fèi)大量潔凈能源，污染大氣環(huán)境；另一方面，隨著國(guó)家與政府對(duì)環(huán)保的強(qiáng)制要求，瓦斯的自主排空將面臨著更嚴(yán)格的監(jiān)管。

我國(guó)瓦斯資源儲(chǔ)量豐富。煤礦在采煤的同時(shí)產(chǎn)生大量瓦斯，除去已被利用的部分，每年仍有約30億立方米的瓦斯被排空浪費(fèi)；煤礦在開(kāi)采前需裂解煤層，將煤層中的瓦斯氣體通過(guò)地面鉆井抽采出去，這部分瓦斯每年約有50億立方米。綜上，每年約有80億立方米的瓦斯可被利用，約折合標(biāo)煤1 000萬(wàn)噸。能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，隨著瓦斯這種新的潔凈能源漸漸被人們認(rèn)識(shí)并接受，它將會(huì)成為石油、天然氣資源的有益補(bǔ)充，若能將這部分排空瓦斯進(jìn)行利用，將會(huì)給我國(guó)的新能源戰(zhàn)略帶來(lái)深遠(yuǎn)的意義。

一、發(fā)展瓦斯發(fā)電的優(yōu)勢(shì)分析

（一）瓦斯發(fā)電技術(shù)相對(duì)成熟

目前，國(guó)內(nèi)煤礦抽采的瓦斯主要用于兩大領(lǐng)域，民用及工業(yè)燃?xì)夂屯咚拱l(fā)電。

對(duì)礦區(qū)瓦斯抽采按現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)確定，30%以上的瓦斯?jié)舛确Q為高濃度瓦斯，可直接進(jìn)行存儲(chǔ)，用作燃?xì)饣蛘甙l(fā)電；9%—30%濃度的瓦斯稱為低濃度瓦斯，處在瓦斯爆炸極限范圍內(nèi)，不允許存儲(chǔ)，可使用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電利用；9%以下濃度的瓦斯稱為超低濃度瓦斯，這類瓦斯由于濃度過(guò)低，無(wú)法燃燒，不能作為普通燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的燃料。目前，對(duì)其利用的技術(shù)主要有兩種，一是將8%左右濃度的瓦斯使用柴油引燃發(fā)電機(jī)組，并且在燃燒過(guò)程中持續(xù)混合柴油的方式進(jìn)行發(fā)電，二是使用1%以下濃度的瓦斯利用蓄熱氧化燃燒發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電利用。

綜上所述，我國(guó)目前對(duì)抽采瓦斯的利用主要有以下四種方式。

1.30%以上濃度的瓦斯可直接用作民用、工業(yè)用燃?xì)狻?/p>

2.9%—30%濃度的瓦斯可使用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電利用。在過(guò)去幾十年時(shí)間內(nèi)，特別是在近10年中，容量為100—2000kW范圍內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組在應(yīng)用方面，有了很大的發(fā)展。隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷成熟和改良，往復(fù)式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)組已經(jīng)可以利用9%—30%濃度的瓦斯進(jìn)行發(fā)電。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組作為一種低成本的發(fā)電產(chǎn)品，在瓦斯發(fā)電市場(chǎng)占據(jù)重要地位。

3.8%左右濃度的瓦斯可使用柴油引燃發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電利用。由于超低濃度瓦斯利用火花塞點(diǎn)火困難，傳統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組無(wú)法對(duì)其進(jìn)行發(fā)電利用。國(guó)內(nèi)企業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究試驗(yàn)，研制出的柴油引燃發(fā)電機(jī)組有效解決了這一問(wèn)題。該發(fā)電機(jī)組利用微量柴油引燃來(lái)代替火花塞點(diǎn)火，促使低濃度瓦斯可以在缸內(nèi)快速燃燒帶動(dòng)活塞做功輸出電能。柴油引燃發(fā)電機(jī)組的輸送系統(tǒng)采用低濃度瓦斯細(xì)水霧混合輸送系統(tǒng)，成功避免了機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的瓦斯回火爆炸的危險(xiǎn)。另外，通過(guò)此發(fā)電機(jī)組，可有效控制柴油噴射量（10—20g/kWh），達(dá)到最佳的稀薄燃燒狀態(tài)，同時(shí)可將機(jī)組的排溫控制在550℃以下，明顯降低機(jī)組熱負(fù)荷，提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.1%以下濃度的瓦斯（俗稱乏風(fēng)）可利用蓄熱氧化燃燒發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電利用。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，為了降低礦井中的瓦斯?jié)舛取⑻岣呙旱V生產(chǎn)的安全性，需要利用抽排系統(tǒng)將煤礦瓦斯排到礦井外，這部分煤礦瓦斯稱為乏風(fēng)，乏風(fēng)中的瓦斯含量極低（一般在1%以下），無(wú)法進(jìn)行燃燒發(fā)電，而目前我國(guó)對(duì)于乏風(fēng)的利用主要是引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的蓄熱氧化燃燒發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電。利用電熱元件先將發(fā)電設(shè)備內(nèi)的交換床預(yù)熱到甲烷氣體氧化反應(yīng)所需溫度，乏風(fēng)從交換床的低溫側(cè)流入并穿過(guò)反應(yīng)器，乏風(fēng)溫度升高，在到達(dá)交換床高溫反應(yīng)區(qū)時(shí)被迅速氧化，產(chǎn)生熱能。產(chǎn)生的高溫氣體到達(dá)交換床另一側(cè)釋放熱量，使這一側(cè)交換床的溫度越來(lái)越高，形成高溫側(cè)。此時(shí)，氧化反應(yīng)器將自動(dòng)逆轉(zhuǎn)乏風(fēng)流動(dòng)方向，使乏風(fēng)從交換床的高溫側(cè)流入，吸熱升溫，接近反應(yīng)器中央?yún)^(qū)域時(shí)，甲烷氣體被氧化、產(chǎn)生熱能，高溫氣體被傳輸?shù)浇粨Q床的低溫側(cè)釋放熱能，如此循環(huán)交替運(yùn)轉(zhuǎn)。在循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的高溫高壓氣體帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

（二）瓦斯發(fā)電得到國(guó)家政策的大力支持

加快煤礦瓦斯的抽采利用，推進(jìn)煤礦安全發(fā)展、清潔發(fā)展、節(jié)約發(fā)展，是一項(xiàng)很有發(fā)展前景的事業(yè)。國(guó)家高度重視煤礦瓦斯抽采利用的發(fā)展，成立專門的工作機(jī)構(gòu)，安排專項(xiàng)資金，制定了防治結(jié)合、標(biāo)本兼治的重要決策和一系列政策措施，大力推進(jìn)煤礦瓦斯抽采利用。

1.財(cái)政資金上加大支持力度。中央財(cái)政提高瓦斯抽采利用的財(cái)政補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化中央財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金引導(dǎo)扶持，加快推進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和煤礦企業(yè)兼并重組；加大中央財(cái)政建設(shè)投資支持力度，充分調(diào)動(dòng)企業(yè)積極性。

2.稅收政策上加大優(yōu)惠。完善增值稅優(yōu)惠政策，加快營(yíng)業(yè)稅改征增值稅改革試點(diǎn)，擴(kuò)大煤礦企業(yè)增值稅進(jìn)項(xiàng)稅抵扣范圍；加大所得稅優(yōu)惠力度，瓦斯開(kāi)發(fā)利用財(cái)政補(bǔ)貼，符合有關(guān)專項(xiàng)用途財(cái)政性資金企業(yè)所得稅處理規(guī)定的，作為企業(yè)所得稅不征稅收入處理。

3.發(fā)電價(jià)格和上網(wǎng)政策上給予支持。落實(shí)瓦斯發(fā)電市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制，支持瓦斯發(fā)電上網(wǎng)。煤礦企業(yè)利用瓦斯所發(fā)電量?jī)?yōu)先自發(fā)自用，富余電量需要上網(wǎng)的，由電網(wǎng)企業(yè)全部收購(gòu)。完善瓦斯發(fā)電價(jià)格政策，根據(jù)瓦斯發(fā)電造價(jià)及運(yùn)營(yíng)成本變化情況，調(diào)整瓦斯發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)。

4.對(duì)利用瓦斯發(fā)電的企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼。瓦斯發(fā)電將按照當(dāng)?shù)孛摿蛉济簷C(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)加每千瓦時(shí)0.25元補(bǔ)貼；另外，中央財(cái)政將按0.2元/立方米（折純）的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)瓦斯開(kāi)采企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼。

（三）瓦斯發(fā)電項(xiàng)目效益顯著

瓦斯發(fā)電項(xiàng)目可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，以燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組利用30%濃度的瓦斯發(fā)電為例：

假設(shè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)電效率為35%，每立方米純瓦斯可發(fā)電3.0—4.2度，則每立方米30%濃度的瓦斯可發(fā)電1.0—1.4度，利用30%濃度的瓦斯發(fā)電成本約需0.15元/度，而上網(wǎng)電價(jià)約為0.56元/度，如果在項(xiàng)目投產(chǎn)后可以保證瓦斯氣源的穩(wěn)定供應(yīng)，項(xiàng)目在兩到三年時(shí)間內(nèi)即可收回成本。此外，考慮到瓦斯抽采及利用的政府補(bǔ)貼、項(xiàng)目產(chǎn)生的可交易CO2減排指標(biāo)等，瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。瓦斯發(fā)電項(xiàng)目還可以減少溫室氣體排放，降低大氣溫室效應(yīng)，減少環(huán)境污染，并且給項(xiàng)目所在地區(qū)帶來(lái)更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，具有很大的社會(huì)、環(huán)境效益。

二、瓦斯發(fā)電發(fā)展的制約因素

雖然目前瓦斯發(fā)電技術(shù)成熟可靠，效益較顯著，也得到國(guó)家政策的大力支持，但也存在著諸多制約因素，主要表現(xiàn)在以下方面。

（一）常規(guī)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組利用瓦斯作燃料發(fā)電時(shí)，可利用瓦斯?jié)舛认孪逓?%

常規(guī)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組利用瓦斯作為燃料發(fā)電時(shí)，對(duì)瓦斯?jié)舛扔休^高要求，可利用瓦斯?jié)舛认孪逓?%。對(duì)于目前利用9%以下濃度的瓦斯的兩種技術(shù)，項(xiàng)目建設(shè)初期投資過(guò)大，且運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)電成本過(guò)高，導(dǎo)致投資回收期太長(zhǎng)，使項(xiàng)目環(huán)保不經(jīng)濟(jì)。

（二）由于超低濃度瓦斯利用技術(shù)仍存在很大空缺

目前，1%—9%濃度的瓦斯沒(méi)有被充分利用，因此，需要加大對(duì)瓦斯發(fā)電設(shè)備的研究投資，并且積極發(fā)展摻混技術(shù)。

（三）抽采技術(shù)和設(shè)備不完善，不利于瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的長(zhǎng)久運(yùn)營(yíng)

由于抽采技術(shù)和設(shè)備不夠完善，以及隨著開(kāi)采工作面的進(jìn)展，抽采瓦斯的濃度有較大的變化，瓦斯發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性受瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)影響較大，瓦斯?jié)舛冗^(guò)低時(shí)，機(jī)組運(yùn)行困難，導(dǎo)致發(fā)電效率不穩(wěn)定，不利于瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的長(zhǎng)久運(yùn)營(yíng)。

（四）國(guó)家政策落實(shí)不夠，影響企業(yè)積極性

國(guó)家雖然推行了一系列政策支持瓦斯抽采利用，但在實(shí)際操作過(guò)程中，政策的落實(shí)大打折扣。對(duì)于瓦斯抽采利用單位的補(bǔ)貼遲遲不到位，嚴(yán)重影響企業(yè)的積極性。

三、建議及展望

（一）加強(qiáng)煤礦瓦斯抽采利用科技保障力

發(fā)展瓦斯抽采利用，必須以科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步為出發(fā)點(diǎn)。要進(jìn)一步加大以煤礦瓦斯抽采利用為重點(diǎn)的安全技改力度，地方和企業(yè)也要在配套資金上加大支持。要大力推進(jìn)瓦斯開(kāi)發(fā)利用國(guó)家科技重大專項(xiàng)的實(shí)施，加強(qiáng)瓦斯抽采利用重大問(wèn)題的科技攻關(guān)，加大煤礦瓦斯抽采和開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)、重點(diǎn)裝備研發(fā)和推廣應(yīng)用力度。

（二）國(guó)家要認(rèn)真編制和落實(shí)煤礦瓦斯抽采利用規(guī)劃

為促進(jìn)煤礦瓦斯抽采利用進(jìn)一步發(fā)展，必須堅(jiān)持科學(xué)規(guī)劃，有序開(kāi)發(fā)，防止亂采亂抽、浪費(fèi)資源。要抓緊煤礦瓦斯抽采利用規(guī)劃編制工作，明確目標(biāo)、任務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)、重點(diǎn)項(xiàng)目、資金投入、保障措施，推進(jìn)煤礦瓦斯抽采利用有序有效進(jìn)行。

（三）進(jìn)一步完善落實(shí)瓦斯抽采利用優(yōu)惠政策

目前，影響煤礦瓦斯抽采利用進(jìn)一步推行的重要原因之一，是國(guó)家鼓勵(lì)支持抽采利用的政策沒(méi)有得到很好落實(shí)，有些政策還需要進(jìn)一步完善。促進(jìn)煤礦瓦斯抽采利用，關(guān)鍵是要落實(shí)政策、完善政策。并且要確保國(guó)家對(duì)于瓦斯抽采利用的優(yōu)惠及補(bǔ)貼到位，不打折扣，提高瓦斯抽采企業(yè)的積極性。國(guó)家電網(wǎng)要積極為瓦斯發(fā)電企業(yè)創(chuàng)造條件，保證瓦斯發(fā)電優(yōu)先上網(wǎng)。

（四）瓦斯發(fā)電技術(shù)為解決能源與環(huán)境的問(wèn)題提供了全新思路

瓦斯發(fā)電技術(shù)在“十一五”、“十二五”期間得到了快速發(fā)展，為解決能源與環(huán)境的問(wèn)題提供了全新思路。隨著能源與環(huán)境問(wèn)題的日益突出，國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求日趨嚴(yán)格，大力發(fā)展瓦斯發(fā)電是未來(lái)瓦斯利用的主要方向之一，發(fā)展前景十分廣闊。

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[責(zé)任編輯 柯 黎]