废弃甲烷性气体利用中国发展分布式能源的另一个战略方向

简介： 分布式能源是一种崭新理念的能源利用系统，正是因为她是一件新生事物，世界各国和各个不同的组织都给予了意义近同，但提法有所差异的定义。我们注意到有不少人采用了这样一种定义--On-site Power，及"现场发电"--在"需求现场"或"资源现场"的，小型化或模块化的，因地制宜的能源综合利用系统。其目的在于：1、减少资源浪费；2、提高能源综合利用效率；3、降低输配电损失；4、减少用户能源成本；5、减少温室气体和其他污染物的排放；6、吸引能源用户直接参与节能和增加能源供应。
关键字：废弃甲烷性气体利用 分布式能源 战略方向
　　分布式能源是一种崭新理念的能源利用系统，正是因为她是一件新生事物，世界各国和各个不同的组织都给予了意义近同，但提法有所差异的定义。我们注意到有不少人采用了这样一种定义--On-site Power，及“现场发电”--在“需求现场”或“资源现场”的，小型化或模块化的，因地制宜的能源综合利用系统。其目的在于：1、减少资源浪费；2、提高能源综合利用效率；3、降低输配电损失；4、减少用户能源成本；5、减少温室气体和其他污染物的排放；6、吸引能源用户直接参与节能和增加能源供应。
　　由此，我们可以认为分布式能源实际存在着两个主要的战略发展方向：一个是在“需求现场”；另一个是在“资源现场”。
　　在需求现场，最具代表性的是安装在用户一侧的热电（冷）能源综合供应系统，其主要目的是实现“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”，这是世界著名的能源科学家，已故的吴仲华院士，1980年在为中共中央书记处讲课时精辟地总结提出了能源利用“十六字方针”。旨在通过对用户各种不同能源需求进行合理配置，扩大对能量温度的利用范围，提高系统火用效率最后达到节能目标。
　　除了需求现场之外，在人类的生产生活中还有大量的可以利用的能源资源“现场”，特别是一些小规模的资源和工艺过程的废弃资源，例如：废气、余热、余压等，由于在传统的，追求“重化工业”模式下的观念认为，这些废物“不具规模效应，没有工业化的开发利用价值”，使得大量能源资源被浪费，甚至进一步造成了环境的污染。
　　随着全球人口的不断增加，工业化国家群体的不断扩大，世界对于资源的消耗正在以前所未有的几何倍率在加速，资源急遽耗散，环境急遽恶化，整个人类的生存空间受到严重的挑战。资源短缺，特别是能源供应的瓶颈，加剧了国家之间的矛盾和猜疑，成为可能导致冲突的诱因。这一系列的问题使我们不得不改变传统的思维定式，需求一种更加有效的发展模式以延缓资源的消耗，拖延地球环境“平衡态”被打破的时间。因此，我们不得不建立新的发展观念，重视那些曾被废弃的资源。它们不仅是小规模的水能、风能、生物质能等可再生资源；更重要的是那些本应该加以综合利用的废弃资源，尤其是工业生产工程中废弃的可燃性气体、资源开采中伴生的可燃性气体、废弃物处理过程中间接产生的可燃性气体等等。因为这些资源可以较为低廉的代价转变为高价值的电能或高品位的热能，提供现代文明的直接动能，同时可以有效控制温室气体的增速。

　　科学家分析，在地球温室气体中，二氧化碳的含量占55％，甲烷17％。甲烷气体的温室效应是二氧化碳气体温室效应的24.5倍，也就是说排放1吨甲烷，等于排放了24吨以上的二氧化碳。2005年1月14日，由美国宇航局和欧洲宇航局联合放射的“惠更斯”号探测器成功地在土卫六登陆，证实了这颗被称为“泰坦”的土星卫星与40亿年前的地球环境相近，大气层中主要成分是氮气和甲烷，土卫六的表面温度低至-180℃，生命难以存在。如果我们继续肆无忌惮地排放温室气体，特别是甲烷，也可能有一天地球又恢复到当初的环境，地球的生物不得不重新进化一次，人类也许需要从三叶虫开始重新轮回一遭。尽管中国目前还不是温室气体最大的排放国，二氧化碳的排放总量还明显落后于美国，但是中国目前是世界甲烷气体最大的排放国，同时也是一个能源资源严重不足的国家。
　　中国是发展中国家，目前暂无须承担温室气体减排义务。但是，中国是世界上人口最多的国家，人均资源非常匮乏，几乎所有的资源都低于世界平均水平，中国的可持续发展必须解决好资源的利用效率问题。近年来，由于温室效应，造成全球气候异常，冰川消融，河流干枯，土地荒漠化，沙尘暴加剧等等，一些地区酷暑难熬，一些地区奇冷难耐，气候的变迁又增加了能源的消耗，进一步增加了温室气体的排放，使问题越演越列，陷入恶性循环。中国的国土环境恶化问题尤为严重，沙漠化、干旱、暴雨、地下水资源快速殆尽… …，自然灾害已经使中国成为世界上“全球变暖”的最大受害国之一。减排温室气体对于中国已经不仅仅是一个“义务”问题，而是一个我们该不该“自掘坟墓”的问题了。
　　实际上，中国政府和许多企业已经开始行动，最近全国人大顺利通过的《可再生能源法》就是最好的一个例证。《可再生能源法》对于中国是一个里程碑，因为它第一次确定了“强制收购”的原则，符合国家标准的可再生能源，无论是电力、燃料，还是热能，垄断经营企业必须按照政府核定的价格全部收购，否则不仅要补偿项目投资者的经济损失，还要受到政府的罚款惩处。这对于那些由各级政府所有的国有资本把持的垄断部门而言，无疑是一次历史性的跨越。
　　然而，从《节约能源法》到《可再生能源法》，中间失缺了一个关键的环节--“资源综合利用”。将一切可以利用的资源，特别是能源的综合利用问题用法律形式确定下来，以代取作为法规的国务院1996年发布的36号文件--《关于进一步开展资源综合利用的意见》，以及其他相关部委的一系列《规章》和政策，并沿用《可再生能源法》确立的“强制收购”原则。
　　在资源综合利用工作中，甲烷性废弃气体的回收利用应该是重中之重。因为，与一氧化碳或氢气等资源比较，甲烷热值更高，使用更便捷，他们不仅是非常宝贵的优质可燃性气体燃料资源，同时，对于温室气体减排意义非凡。

　　甲烷性废弃气体主要包括以下几个方面，其中有的资源属于可再生能源，但大多资源应属于资源综合利用项目：
　　煤质性可燃性气体：煤层气、矿井瓦斯、焦化煤气（冶金焦炭和化工焦炭）、煤化工工艺过程废气等。此外，地下气化气、高炉煤气、转炉煤气和煤化工伴生气体等废弃可燃性气体，但是后者甲烷含量较低，主要成分是一氧化碳或氢气。
　　石油质可燃性气体：石油伴生气、小规模天然气田、炼油过程伴生气等，在这些气体中不仅有甲烷，还有大量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷，以及气体可燃性气体。
　　生物质可燃性气体：工业沼气（工业生产废弃物处理过程沼气）、城市沼气（垃圾填埋、污水处理、粪便及泔水处理过程沼气）、生物沼气（养殖场、水生植物和植物制气）。植物热解气化等也属于生物质可燃性气体，但主要成分是一氧化碳。
　　上述资源总量非常巨大，初步估算折合1100亿立方米天然气资源的能量，如果采用分布式能源系统进行热电联产，按照发电效率35％，供热效率50％，这样一个较为理想的状态估算，可以形成7500万kW的发电能力，相当于目前全国17％的装机容量；同时形成近1.1亿kW的供热能力，可以满足2～3亿人口的冬季采暖和夏季制冷，以及卫生热水的需求。


　　上述资源仅是一部分可以利用的可燃性气体资源，此外，还有大量非甲烷性气体资源等。如果仅上述资源的利用得以落实，每年可以节约用于发电的煤炭1.32亿吨，用于供热的煤炭1.1亿吨，总计折合标煤2.42亿吨，相当于原煤3.388亿吨，为目前原煤产量的17.4%。






　　煤层气和矿井瓦斯主要是煤田的气体资源，其主要成分是甲烷。去年我国煤矿事故导致6027名矿工丧生井下，今年第一季度又死了1113人，同比上升20.8％。国家已经竭尽全力加以治理，但是5月份承德矿难又死了50名矿工。造成接连不断矿难的最主要原因就是瓦斯爆炸，它已经成为中国矿工的“第一号杀手”。其实，再黑心的矿主也不会希望瓦斯在自己的矿井里爆炸，导致瓦斯爆炸的主要原因不能仅仅归罪于各级政府疏于管理和企业利益熏心，根本的问题是没有建立一套“瓦斯治理的长效盈利机制”。瓦斯爆炸问题仅仅靠“堵”，事实已经证明是难以奏效的，更关键的方法是要“疏”。
　　最近，有关部门决定每吨煤提取2－10元的“瓦斯治理费”。其实，这是一个更加难以奏效的办法。这些费用收上来，能不能有效使用在瓦斯治理上是一个更大的难题，就目前中国的煤炭管理体制而言，通过国家投放资金来解决问题是非常困难的。到时候每一个矿井都会开出一个天文数字来向政府索要“瓦斯治理费”，你不给钱，将来出了问题就是上级政府的责任；你给了钱，谁能保证基层政府主管机构和企业就一定将这些资金用在瓦斯治理上。
　　我们能不能用一种更加智慧的方法来解决问题，通过创造一种新型的“长效盈利机制”来调动企业和社会的积极性，利用社会的“自组织能力”来解决问题。可持续发展的关键因素是创造一个符合市场经济规律的持续盈利模式，通过市场这只“看不见的手”来达到“不断完善、不断扩展和不断创新”的目的。若如我们换一种方式来解决问题，对于利用矿井瓦斯所发电力允许并网，并给予适当的补贴，让矿主们利用瓦斯发电比挖煤更赚钱时，“利益”就可以帮助政府解决这个难题。
　　煤矿目前的生产用电平均电价在0.5元/kWh，如果政府给予0.3元/kWh的补贴，实际价值就达到0.8元/kWh，发电机组的运行折旧费用平均0.25元/kWh，这样其余的0.55元/kWh，就可以用于瓦斯抽放系统的投资，以及产生可观的利润。每立方米矿井瓦斯可以发电2kWh，如果利用的100亿立方米，相当发电200亿kWh，仅相当补贴60亿元。2004年全国发电量21390.76亿kWh，国家电网的营业收入高达55497.7亿元，将这60亿融入全国的电价之中，每度电不到3厘钱。今年国家电网公司通过上调电价，仅4月份的利润增加了59.2%，销售收入2125亿元，利润超过40亿。国网公司的利润从哪里来得，不正是这些矿工拼死拼活挖煤转换成电能创造出来的吗？通过“强制收购”原则，由国家电网公司一家承担这笔费用也在情理之中，他们不仅有这个义务，也完全有这个能力来承担。这样中央政府仅需面对自己所控制的国网公司一家就可以解决问题，这比面对成千上万的小煤矿和地方基层政府有效的多。
　　由于发展阶段的特性，大量高速公路、桥梁、机场、码头等基础设施需要建设；以及城市化进程的加速，661个城市中已经居住了全国41.7％居民，而且这一指标还将迅速扩大；还有工业的重型化趋势等，这些因素都增加了中国的钢铁需求。2004年中国的钢产量2.73亿吨，比上一年增加了21.6%，连续9年保持世界第一，产量超过了多个前“钢铁大国”的总合。除钢铁外，10种有色冶金都在快速扩产，产量增加了19.1%。钢铁和有色冶金工业产能的迅速增加，必然带动焦化行业的发展。2004年我国焦炭产量已经达到2.2亿吨，钢铁、有色冶金和焦炭的不断扩产，进一步造成焦化煤气和高炉、转炉煤气的大量排放。焦化煤气分为冶金焦和化工焦，冶金焦煤气平均热值4000大卡/立方米，化工焦煤气1500大卡/立方米，高炉和转炉煤气在700～800大卡/立方米，每生产一吨冶金焦炭可以释放出400立方米煤气，而生产一吨化工焦炭可以生产超过1000立方米的焦化煤气。目前中国大量的高炉和焦炉主要是民营企业投资，规模比较小，但又不可能在短期内全部取缔，我们必须采取有效的技术来加以利用，如果采用分布式能源技术将这些焦化煤气回收发电，并将余热供应周边地区城乡居民采暖制冷，以及工业供热，可以生产巨大的经济和环境效益。
　　中国人口世界之最，人多沼气就多，垃圾、污水、粪便等等都可以产生大量的沼气资源。同时人多的地方，也是电力和各种能源需求的负荷中心。此外，工业生产中，特别是食品工业和有机化工业都可以产生大量沼气资源。根据清华大学能源环境经济研究院顾树华和王革华两位老师2005年1月完成的《我国沼气工程资源潜力及发展障碍》研究所述：中国每年可以产生工业沼气有机废水为25.1亿吨（废渣7378万吨），其中：酒精、制糖、啤酒、黄酒、白酒、淀粉、味精、饮料、造纸等轻工业产生8.46亿吨（废渣2444万吨）；非轻工行业的制药、屠宰、面粉、植物油、酱油、食品罐头、石化、天然橡胶、糖醛等产生废水16.74亿吨（废渣4934.02万吨），两项合计可以生产107亿立方米的沼气。上述项目的生产过程，不仅需要大量电力，也需要大量热能，是采用分布式能源技术就地解决将是最佳的办法。
　　农业沼气主要来自养殖场粪便，2002年全国规模化养殖场数量8241个，总量达到18亿吨，可产生沼气27亿立方米；小规模养殖场沼气生产潜力为49亿立方米，每一个养殖场都可以将生产的沼气就地直接转变为电力和热能，供应周边居民和自身的需求。养殖场比较分散，场地空间大，可以利用发电之后的废气中的二氧化碳、余热和水蒸气供应大棚的气体肥料，以生产更多的植物饲料，减少温室气体排放。
　　到2020年中国将有潜力生产415亿立方米沼气，每立方米如果产生2.44kWh电力，可以转换1013.43亿kWh电能，按照年利用5000小时估算，可形成2027万kW发电能力和3040万kW供热能力，承担7000～8000万人口的采暖、制冷和生活热水供应。
　　这些资源的特性是：分散、规模小、稳定性较差，需要采取更加适应的利用方式，采用小型化、模块化的分布式能源系统是最为合适的技术。分布式能源的一个主要的技术方向就是小型模块化阵列技术，澳大利亚能源公司是一个利用煤层气和沼气发电的公司，在20世纪80-90年代先后购买了94台1000kW美国卡特彼勒公司生产的燃气内燃机组，布置在各个项目的现场，多则几十台，少则几台，根据每一个项目产气量的规模和周期性变化灵活配置，形成一个个坐落在气
　　源现场的机动发电系统。这一成功的经营方式对能源技术的发展产生了深远影响，它对资源和设备的利用效率都更加理想，投资效益比传统方式明显提高。美国卡伯斯通公司也将40～50台60kW的微型燃气轮机阵列布置在一个垃圾填埋厂，利用那里的沼气发电。我国的胜动集团利用这种方式，在一个焦化厂现场布置了40台500kW燃气内燃机组，这种布置方式可以根据资源变化的特征，随时增加或减少在现场的机组，灵活而机动，始终保持运行的机组处于最佳工况的运行状态。同时，模块化也使制造业变的更加简单优化，不仅提高了产品的供应量，也达到降低产品价格的目的。

　　发展分布式能源技术来利用废弃可燃性气体，同时解决资源和环境问题，增加电力和热能供应，提高和改善广大人民群众的生活品质，拯救矿工生命，无论从情理上，还是道义上，都是应该积极支持和推广的。但是，实际情况确实困难重重，我们不得不指出主要的阻力是来自电网系统，尽管国家电网公司高层领导从未反对这一技术在中国的推广，一些领导同志甚至多次明确表示了支持，但电力系统的一些机构对发展分布式能源还是设置了不少的障碍，所有的阻力都冠以“技术安全”为名，刻意回避利益问题。尽管分布式能源在国外也存在着类似的问题，但没有向中国遭遇到如此复杂的问题，就根寻源，关键是利益格局。
　　 中国的供电企业在现行《电力法》的保护下，是不需要承担中断电力供应给用户造成经济损失的赔偿责任，在信息不对等的条件下，随时可以以保障供电系统安全为由切断用户的电力供应。用户必须从电力公司购电也写入了《电力法》，同时法律法规还规定用户如果安装发电设备必须得到供电企业的批准，否则视为“违法”，供电企业不仅可以终止其电力供应，还可以追究其法律责任。在这样一种利益构架之下，除非供电公司觉悟高，否则它很难支持发展分布式能源。中国的垄断企业从来将国家交给他们管理的公共利益视为自己企业的“囊中私物”，热衷于扩大和强化垄断利益格局，谁在这个利益之中，屁股就可以决定脑袋，没有什么原则道义可言。甚至部分政府官员也会认为，这些公共资源理所当然属于垄断企业，所以我们常常会听到，电力系统的员工这样说：你并我的网，就得由我同意，给我补偿不合适，我就的不能让你并；还会听到一些官员说：现在是市场经济，你要并人家的电网，当然得由人家同意。政府若将权利交给利益当事一方，结局可想而知。
　　 在这种情况下，一方面我们寄希望于《电力法》的修改，一方面寄希望各级政府贯彻落实“科学发展观”，树立可持续发展的观念和“代表广大人民群众根本利益”的公共利益观念，最终通过法律来彻底解决问题。
　　 应该积极争取早日制定中国的《资源综合利益法》，给予资源综合利用项目与可再生能源项目一样的权利和待遇，保证资源浪费的趋势得到尽快转变。
　　 落实和建设实施7500万千瓦的发电系统，需要建立一个符合市场化运作方式的有效的执行层，根据国际经验和中国一些企业的实践，大力发展一批兼备项目开发，投融资组织，施工建设和运营管理综合能力的能源（节能）服务公司是必不可少的。山东胜利油田的胜动集团通过直接在用户现场投资安装燃气发电机组，利用用户的废弃燃气资源发电，再供应给用户，并免费利用废热向用户供应热力及制冷，通过向用户提供比电网更加低价的电力，在回收投资和支付运行费用的同时，与用户一起分享通过节能和减少烟气污染排放所带来的效益。用户不仅可以得到廉价的电力，免费采暖或制冷，更重要的是不必再支付烟气排放污染的罚款，一举多得。胜动集团之所以可以成功操作，关键是建立了一只熟悉自己设备的运行服务公司--能源服务公司，将用户的担忧全部化解，实现多赢的局面。
　　 除了建立执行系统外，一整套协议机制的建立也是十分重要。在市场经济条件下，严格的协议关系是保障各方利益的基础。国家发改委、世界银行和全球环境基金中国节能促进项目在中国推广“合同能源管理（EMC）”机制多年，已经成功实施的一系列项目，为中国企业实施类似项目奠定了可以参照的良好基础。
　　 在技术上，首先，气体处理是一个需要进一步提高的技术，市场需要大量的模块化的，能够适应各种恶劣条件的，廉价的现场气体净化处理系统，能够满足对灰尘、焦油、奈、硫化氢等物质的处理，保障发电机组的安全稳定运行，减少其他污染物的再排放；其次，我们需要提高发电机组对氢气的适应性，因为许多废弃可燃性气体大量含氢，其中焦化煤气含氢可能高达60％，氢分子体积极小，可以穿透各种物质，甚至金属。氢会加速橡胶制品老化，造成密封件失灵。此外，氢非常易燃易爆，所以发电设备提高对高氢燃料的适应特性是必要的；其三是现场发电设备需要较强的远程监控能力，因为一些现场不可能留驻大量技术人员，系统的远程监控能力非常必要，可以提高系统的安全性和用户能源供应的稳定性；第四，设备的维护频率需要进一步降低，随着中国人民生活水平的提高，员工工资将不断增加，特别是技术人员，低维护率将成为降低成本的重要因素；第五，还要进一步提高设备的发电效率，目前国外燃气内燃机的发电效率已经达到43％，国产设备一般在32％左右。先进国家的燃气轮机发电效率已经超过40％，国内目前不到30％，差距还比较大。需要国家有计划的投入研究费用支持企业提高技术层次，利用中国的市场，催生一个新兴的产业；第六，国外设备生产企业需要完善中国的售后服务和技术支持系统，让中国企业承担高额的维修和备件成本，以及长时间的停机损失，终将失去中国的市场。

　　法国苏伊士里昂水务公司董事长，法国政治革新基金会名誉主席热罗母•莫诺2005年5月17日撰文中指出：中国注定要崛起，这是历史的必然。中国崛起的轨迹是什么？中国真正需要什么？我们（西方人）知道吗？中国自己知道吗？每一个伟大文明国家都会给世界带来一种理念，中国将代来什么样的理念？