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生物質燃氣在城鎮(zhèn)化中的低碳應用

文檔作者：孫秀麗文檔來源：上海核工程研究設計院		點擊數(shù)： 10 1	更新時間： 2025年04月03日
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2015年第12期(總第123期)協(xié)；夏與芋釷 ENERGY AND ENERGY CONSERVATION 2015年12月生物質燃氣在城鎮(zhèn)化中的低碳應用孫 秀 麗(上海核工程研究設計院，上海200233)摘要： 對生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)溫室氣體減排進行基準線分析，結果表明，生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)可有效減少溫室氣體排放，實現(xiàn)城鎮(zhèn)能源供應可持續(xù)及科學發(fā)展。關鍵詞： 生物質燃氣；城鎮(zhèn)化；分布式供能系統(tǒng)；減排中圖分類號：TU996 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-0802一(2015)12—0070—03On the Low-carbon Energy Application of Biomass Gas in UrbanizationSUN Xiu¨(Shanghai Nuclear Engineenng Reseamh and Design Institute，Shanghai 200233，China)Abstract：The baseline analysis was performed for greenhouse gas emissions of biomass gas based on distributed energy systemin this paper．The results showed that the biomass gas based on distributed energy system can effectively reduce greenhouse gasemissions and achieve sustainable and scientific development of urban energy supply．Key words：biomass gas；urbanization；distributed energy system；emission reductionO引言隨著城鎮(zhèn)化進程的推進，中國城鎮(zhèn)化率以每年1％的速度在增長，每年有將近1 000 X 104人口進人新城鎮(zhèn)；原來的農(nóng)村人口轉變?yōu)槌擎?zhèn)人口后，其生活商品用能將成倍增長，另外，隨著生活水平提高，人均生活用能也將不斷提高。怎樣提供給廣大農(nóng)村和新建中、小城鎮(zhèn)符合中國國情韻現(xiàn)代化能源服務，以減少生態(tài)破壞，減少環(huán)境污染，提高居民生活質量成為亟需解決的問題，村鎮(zhèn)地區(qū)巨大的生物質可再生資源可以為城鎮(zhèn)化發(fā)展提供能源支持。1 生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)分布式供能系統(tǒng)(Distributed Energy System，DES)是相對于傳統(tǒng)的集中式供電方式而言的，它是指以小規(guī)模、分散式的方式布置在用戶附近，可獨立地輸出電、熱或(和)冷量的系統(tǒng)。目前，分布式供能方式主要是指以液體或氣體為燃料的內(nèi)燃機、燃氣輪機、各種工程用的燃料電池、余熱鍋爐、蒸汽輪機、溴化鋰冷熱水機組等有機組合起來的高效率的環(huán)保型冷熱電聯(lián)供的系統(tǒng)。收稿日期：2015—10—19作者簡介：孫秀麗，1983年生，女，黑龍江哈爾濱人，2009年畢業(yè)于同濟大學供熱供燃氣通風及空調專業(yè)，碩士，工程師。·70·生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)即熱電氣聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)如圖1所示，生物質原料通過發(fā)酵或氣化方式產(chǎn)生沼氣或生物質氣，其組分及熱值根據(jù)原料的不同略有差異，如表1一表2所示，但是基本保持不變，生物質氣經(jīng)一系列除濕及凈化措施后儲存于儲氣罐內(nèi)，在儲氣站根據(jù)需要與壓縮天然氣(CNG)或液化天然氣(LPG)進行摻混之后制成生物質燃氣，供給城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)。同時，生物質燃氣為城鎮(zhèn)能源站中的內(nèi)燃機發(fā)電供氣，內(nèi)燃機由于其具有良好的部分負荷性能，根據(jù)應用需求還可增容擴容，增加內(nèi)燃機運行數(shù)量以適應負荷的變化，為城鎮(zhèn)供給電力。內(nèi)燃機的排煙溫度在500 oC。700 oC之間，對發(fā)動機排煙加以利用，增加煙氣一水換熱器，回收熱量可用于滿足城鎮(zhèn)熱能需求及沼氣發(fā)酵池的加溫以提高沼氣產(chǎn)量。從而實現(xiàn)了城鎮(zhèn)能源的分布式供應，同時滿足城鎮(zhèn)的供氣、電力及熱能需求。沼氣發(fā)酵池加熱水煙磊熱器莽嵴原料 儲氣柜丌吐fl嗽茄刪簍J余熱水箱 鉻墊勰甕給水預熱器給求泵瓢 =====哥接燃氣管網(wǎng)圖1 基于內(nèi)燃機的生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)流程圖萬方數(shù)據(jù)2015年第12期 孫秀麗：生物質燃氣在城鎮(zhèn)化中的低碳應用 2015年12月表1 沼氣主要組成成分體積分數(shù)CI-h C02 N2 02 H2s H20 低熱值％ ％ ％ ％ ％ ％ MJ／Nm360．70 <35 <3 <0．5 <0．05 <3 <20表2生物質氣主要成分體積分數(shù)原料成分 低熱值％ l(J／Nm3 品種 H2 CO CH。 C02 N2 02木屑 13．98 20．2 3．95 9．15 52．02 1．2 5 894果樹剪枝 12．5 19．89 3．96 9．56 53．33 1．78 5 676木秸混料 12．76 20．31 2．94 10．08 53．13 1．45 5 371玉米芯 12．3 22．5 2．32 12．5 48．98 1．4 5 033棉秸 11．5 22．7 1．92 11．6 50．78 1．5 5 585玉米秸 12．2 21．4 1．87 13 49．88 1．65 5 328麥秸 8．5 17．6 1．36 14 56．84 1．7 3 664生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)有以下優(yōu)勢：a)可以充分利用與城鎮(zhèn)或農(nóng)村毗鄰、生物質能收集利用方便的優(yōu)勢，克服生物質能的分散性造成的收集利用比較困難等問題。生物質能和常規(guī)能源(天然氣或液化石油氣)結合，可以緩解及克服生物質能的季節(jié)性問題，在生物質能原料供應緊張時期，保證分布式供能系統(tǒng)正常運行；b)生物質能和常規(guī)能源(天然氣或液化石油氣)的結合在為城鎮(zhèn)化提供能源保障的同時，也為常規(guī)能源與可再生能源的協(xié)調發(fā)展提供了一種新思維。2溫室氣體減排分析生物質能源由于其可再生性及作為CO：減排的重要途徑引起了人們的重視。作為驚都議定書》締約國，中國積極應對氣候變化，公布了《中國應對氣候變化國家方案》，提出要改善能源結構，發(fā)展可再生能源，并明確指出要大力加強農(nóng)村沼氣建設和城市垃圾填埋氣回收利用以控制溫室氣體排放。因此，探討中國減少CO：排放的途徑，并對于可能的途徑進行減排量計算分析是一項非常重要的工作。2．1 生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)溫室氣體排放基準線基準線是指不存在生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)的情景下與生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)對應的活動的溫室氣體排放量【11。為了計算項目基準線，首先應確定項目邊界，將與項目有直接關系并且可以量化的各種排放源包括在內(nèi)，而將沒有直接關系的各種排放源排除在系統(tǒng)之外。本文討論的基準線包括以下三部分：a)不存在生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)時，經(jīng)過處理的污水、糞便及垃圾等排放引起的溫室氣體排放；b)生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣所替代其它能源(薪柴等)在使用時的溫室氣體排放；C)生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)產(chǎn)生的電力所替代的其它能源所產(chǎn)生電力(煤炭等)在使用時的溫室氣體排放。溫室氣體減排量(Emission Reduction from EnergySubstitution，ERES)的計算參考IPCC推薦的方法㈣，即能源利用導致的溫室氣體的排放量由能源利用量(耶)及其排放因子(ED決定：職嬲cH(；．艫耶叫×E‰．瞄， (1)式(1)中，肷邯cHG．¨為溫室氣體減排量，kg；兩叫為能源利用量，以熱值表示，TJ；E‰．M為排放因子，ksCrJ。ERES的計算關鍵在于排放因子的合理選取，由于不同國家和地區(qū)農(nóng)村生活能源利用效率、爐灶結構、農(nóng)民生活習慣不同，因此IPCC推薦的默認值針對不同國家可能會產(chǎn)生較大誤差，必須采用本國甚至本地區(qū)的排放因子。2．2基準線計算a)沒有生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)時，農(nóng)村畜禽糞便排放的溫室氣體主要是CH。。CH崩E放采甩÷妁【PCc國家溫室氣體清單優(yōu)良作法指南和不確定性管理》中推薦的計算方法，公式如下：c。。．=∑7。×只， (2)式(2)中，Cos,為牲畜糞便管理系統(tǒng)中的cH?？偱欧帕浚琸g；9'1為i種牲畜糞便管理中每頭牲畜CH4的排放因子，kg／a；只為i種牲畜數(shù)量。不同氣候區(qū)各種動物CH4jjF放因子見表3；表3不同氣候區(qū)各種動物CH。排放因子141 千克每年氣候區(qū) 牛 馬 鷲|爨 豬 蘭寒冷氣候區(qū)(T<15℃) 3．19 1．09 0．60 1．18 0．10溫和氣候區(qū)(15℃≤r≤25℃) 6．32 1．64 0．90 3．48 0．16暖和氣候區(qū)(T<25 oC) 10．64 2．18 1．19 6．60 0．2lb)生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣替代其它能源(薪柴等)時的溫室氣體排放。煤炭、秸稈、薪柴等農(nóng)村普遍使用的生活能源的排放因子大于CH4(沼氣的主要成分)，因此同樣熱量的能源消耗，使用沼氣所排放的溫室氣體較少，如果沼氣能替代煤炭等高排放潛力的能源，將實現(xiàn)減少溫室氣體排放量的效果151。如表4所示，利用沼氣對煤炭、秸稈、薪柴等農(nóng)村普遍使用的生活能源進行替代之后，每發(fā)出相同熱量，沼氣可分別比秸稈、薪柴及煤炭減少CO：排放86．7％、91．0％及179．8％；表4不同燃料燃燒的碳排放因子 克每兆焦液化石種類 秸稈 薪柴 煤炭 沼氣 天然氣油氣C02 72．72 74．36 108．93 38．94 117．50 63．54CH4 0．293 O．138 0．140 O．001 0．00l O．003·71·萬方數(shù)據(jù)2015年第12期 缸；夏與芋鏈 2015年12月c)生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)產(chǎn)生的電力所替代的其它能源所產(chǎn)生電力(煤炭等)在使用時的溫室氣體排放。生物質發(fā)電對于減少常規(guī)化石能源消耗、減排CO：和SO：等污染物、帶動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、增加當?shù)剞r(nóng)民收入、提供就業(yè)機會等諸多方面都有重要意義。生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)產(chǎn)生的電力由沼氣作為動力燃料驅動發(fā)電機產(chǎn)生電力，沼氣能替代煤炭等高排放潛力的能源所減少的溫室氣體排放量(ERES)可由表5計算。表5不同燃料發(fā)電的碳排放因子 克每千瓦時無煙煤 石油 天然氣 生物質燃氣750 500 370 123中國生物質資源豐富的特點，開拓可再生能源的用途，實現(xiàn)可再生能源與常規(guī)能源有機結合，取長補短，為用戶提供可靠合理的能源利用方式；生物質燃氣驅動的分布式供能系統(tǒng)在替代其它傳統(tǒng)能源時存在顯著的溫室氣體減排效益，實現(xiàn)能源及資源環(huán)?？沙掷m(xù)的科學發(fā)展。對于解決中國快速發(fā)展的城鎮(zhèn)化進程中如何合理有效解決城鎮(zhèn)能源供應問題，此研究可為該問題的解決提供一些具體的思路。參考文獻：[1]劉尚余，駱志剛，趙黛青．農(nóng)村沼氣工程溫室氣體減排分析[J]．太陽能學報，2006，27(7)：652—655．[2][3]由上表可知，生物質燃氣分布式供能系統(tǒng)每發(fā)電1 kW·h，與無煙煤、石油及天然氣發(fā)電相比可減少 [4]溫室氣體排放量分別為627 g、377 g及247 g。3結語[5]基于生物質燃氣的分布式能源系統(tǒng)，可充分利用IPCC．Second Assessment on Climate Changel M J．CambridgeUK：Cambridge University Press。1996．IPCC．2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse GasInventoriesl R 1．Tokyo：1GES，2006．張培棟，李新榮，楊艷麗，等．中國大中型沼氣工程溫室氣體減排效益分析[J]．農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24(9)：239—243．劉 宇，匡耀求，黃寧生．農(nóng)村沼氣開發(fā)與溫室氣體減排[J]，中國人口·資源與環(huán)境，2008，18(3)：48—53．(責任編輯：季鑫)◇●o●o●o●o●ooo·o·o·o●o●o●o●<>●o●o●<>●◇·o·o●o●o●◇●o·o●o●o●o●o●◇●o●o●o●o·o·o●o●o●o●<>●o●o●o●o●o·o●o●<>●(上接38頁)技，但煤礦開采本身對土地資源的占有是不可避免的。許多煤礦開采企業(yè)不顧及土地的長遠發(fā)展，進行肆無忌憚的深度挖掘，最終嚴重破壞了土地的基本構造，甚至出現(xiàn)土地塌陷情況，不僅對土地造成了嚴重危害，同時也對周邊居民人身安全造成了嚴重威脅。2．3煤礦開采技術對大氣資源的破壞傳統(tǒng)煤礦開采技術在實際應用中會產(chǎn)生大量有毒氣體，而這些毒性氣體的排放會對大氣資源造成非常嚴重的破壞。即便當前中國煤礦開采技術已實現(xiàn)了突破，但依舊不能徹底解決其在應用過程中對大氣資源的污染。特別是對于瓦斯的處理，如果不能對瓦斯進行科學有效處理，將會是煤礦開采過程中一個非常巨大的安全隱患。雖然當前許多煤礦開采企業(yè)都在瓦斯處理方面采用了全新科學技術，但從中國層出不窮的煤礦瓦斯爆炸事件的發(fā)生來看，仍有許多中小企業(yè)在進行違規(guī)作業(yè)，且對這種顯而易見的安全漏洞視而不見。3減少煤礦開采污染的對策3．1 采用全新的開采工藝減少矸石產(chǎn)出矸石是影響煤礦開采效率的一個非常關鍵的因素，必須對傳統(tǒng)工藝實現(xiàn)創(chuàng)新，應用全新的煤礦開采技術，降低采礦過程中的矸石含量，提高資源獲得率，以保證對資源的有效開采。煤炭地下氣化就是這樣一種新型的采煤技術，煤炭可在地下煤氣發(fā)生場內(nèi)·72·進行熱化學反應，再通過一系列工序來讓煤炭變?yōu)槊簹?，最后再通過凈化和處理將這些煤氣輸送到用戶的家庭管道中，進而實現(xiàn)整個煤礦開采高效進行。煤炭地下氣化開采的安全性相當好，同時還減少了傳統(tǒng)煤炭開采過程中的污染，最主要的是能有效減少矸石產(chǎn)出，帶來更高的效益。3．2礦區(qū)土地的復墾和綜合治理礦區(qū)對于土地所造成的破壞十分嚴重，它不僅打破了礦區(qū)自然生態(tài)平衡，同時也使得土地失去了其原有耕種價值。所以必須要構建采礦與自然生態(tài)保護的統(tǒng)一性，恢復土地原有價值，保證土地可持續(xù)使用。而所謂綜合治理也就是根據(jù)礦區(qū)周邊土地的實際特征，對其進行不同用途的使用，如農(nóng)業(yè)用地、林業(yè)用地等，對已遭到破壞的土地進行深層次修復，以實現(xiàn)土地的復墾或使用。4結語煤炭行業(yè)是中國的傳統(tǒng)能源煤行業(yè)。煤礦開采過程中會產(chǎn)生大量廢水、粉塵、廢氣及固體污染等。在面對煤礦開采技術所獲得成就的同時，還要清楚認識到中國煤礦開采技術研究落后的實際狀態(tài)。特別是煤礦開采技術對于自然資源及環(huán)境的破壞依舊是中國煤礦開采領域亟待解決的問題。只有充分解決了這些問題，才能真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的宏偉藍圖。(

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