生物甲烷在英国未来城市燃气中的应用

编译：上海市燃气调度中心 吴庆益 任桢

生物甲烷在英国未来城市燃气中的应用

编译：上海市燃气调度中心 吴庆益 任桢

1 情况简介

生物甲烷是有机物处理分解的产物，是一种可再生能源。据估算英国的废弃物经过处理后产生的生物甲烷可以满足英国国内一半的燃气需求(相当于180亿m3)。

目前英国正面临气候变化、北海天然气供应量减少及国内废弃物数量不断增加的挑战。为迎接这些挑战，英国决定大力发展可再生能源，并制定了“2020年可再生能源利用目标”。因此若要实现该目标，政府需充分利用现有的天然气管网，大力发展生物甲烷。

2 可再生能源利用情况

可再生能源是指从持续不断地补充的自然过程中得到的能量来源，如风能、水能、海浪能(波能)、太阳能、地热能以及生物质能。随着能源消费的增加以及以及化石燃料的减少，人们越来越关注能源的可持续利用，也就是要充分利用可再生能源。

英国的目标是到 2020年可再生能源占整个能源消费的比例达到 15%，目前可再生能源所占比例仅为1.8%，且这些可再生能源没有用做城市燃气。这个数据远落后于欧洲其他国家水平，见图1。

图1 欧州各国可再生能源利用情况

3 英国目前面临的问题

当前英国面临着废弃物处理、气候变暖以及燃气供不应求等难题，具体如下：

(1)英国需要新的废弃物的处理方法以替代废弃物掩埋的处理方法，废弃物掩埋法不仅成本高，而且对环境有害。

(2)目前英国可再生能源利用率落后于其它欧洲国家。需要实现到 2020年可再生能源利用占整个能源消费比例从原来的1.8%增加到15%的目标。

(3)北海天然气供应逐渐减少，英国天然气越来越依赖进口，因此需要找到一种可替代天然气的新能源。

4 解决方案

沼气，是诸如工业材料、废水、废弃物等有机物腐烂的产物，它通常存在于一些地方的废弃物堆场或废水处理过程中，主要由 65%的甲烷及 35%的二氧化碳组成，通过干燥以及除去二氧化碳和杂质(如硫化氢及硅氧烷类)，沼气就变成生物甲烷气，在性质上和天然气的成分相似(甲烷含量大于97%)。而将生物甲烷作为代用天然气进入城市燃气管网为解决这些问题提供了很好的解决方案。

在生物甲烷进入燃气管网时，需要考虑进入燃气管网中的生物甲烷气量尽可能多，当夏天燃气需求较低时，低压管网由于管容小，这样进入管网的生物甲烷气量非常有限，因此一般生物甲烷气进入较高压力的燃气管网(一般是0.4～0.7 MPa)。

5 项目优点

将生物甲烷气作为代用天然气进入城市燃气管网可以有许多好处，主要有以下几方面优点：

(1)有助于政府实现 2010年可再生能源占总能源比例15%的目标。

(2)它是完全的碳中和。

(3)对垃圾填埋能力的降低和成本的增加提供了一个可行的解决方案。

(4)减少垃圾填埋所产生的对大气有害的甲烷气排放量。

(5)为北海天然气的减少提供了替代解决方案。

(6)有助于英国经济的自我恢复。

(7)减少了对进口天然气的依赖。

(8)生物甲烷气作为代用天然气是可持续的、可再生的。

(9)为英国的绿色能源提供了可靠的来源。

(10)不需要再建燃气管网。

(11)符合英国的政策标准。

6 项目面临的挑战

在英国生物甲烷具有广阔的应用前景，但是，和许多新生事物一样，它需要克服一些障碍，这些障碍主要分为3类：燃气质量、生物甲烷气的商业化应用、废弃物的管理。

6.1 燃气质量

沼气和天然气具有本质区别，它含有天然气质量标准所不允许的一些微生物成分，在进入燃气管网前，必须去除其中的杂质以满足最低的热值要求以及“燃气安全(管理)条例(1996)”，且需对燃气质量进行持续监控以控制燃气质量符合要求。

实际上将沼气转化成符合要求的天然气工艺流程本身并不复杂，见图2。

图2 沼气转化成天然气工艺流程示意

最大的挑战在于在加工过程中如何控制其中的氧的含量，生物甲烷气要进入城市燃气管网，其氧含量必须<0.2%，要达到这个要求是比较困难的，幸运的是最新研究表明燃气中氧含量只要不超过1%就不会影响燃气管网的安全及燃气灶具的性能。而且，目前英国的燃气标准中对氧含量的要求比其他欧洲国家要严格得多。因此可以考虑废除、修改目前燃气质量标准中的部分条款以利于生物甲烷气进入城市燃气管网。

6.2 生物甲烷的商业化应用

目前英国政府制定了激励政策以鼓励企业利用沼气进行发电，但是在将生物甲烷气作为代用天然气进入城市燃气管网方面却没有类似鼓励政策。因为若没有类似政策，由于相比较而言，其他一些热能更加便宜，因此生物甲烷气项目在英国将不能得到应用和发展。政府应给予那些生物甲烷气的生产商进行补贴以促进他们投资进行生物甲烷气的生产。

英国政府最近已表明根据“可再生热能刺激政策”，它将对从事可再生热能的企业进行财政支持，然而财政补贴多少才能正确平衡资本投入、生产成本以及进入城市燃气管网的成本是十分关键的，目前政府是每千瓦时补贴4便士，这个补贴标准可使部分企业能够生存，而如果将补贴标准提高到每千瓦时5便士，将会有更多的企业有意于从事生物甲烷的生产。

英国国家电网公司“2009年年度分析报告”指出：生物甲烷的生产及进入城市燃气管网的成本在100英镑/MW·h时与其他得到政府补贴的可再生能源企业的生产成本大致相当。因此，可再生能源刺激办法应制定合适的补贴幅度以平等对待可再生燃气。

然而，将生物甲烷气作为代用天然气进入燃气管网比使用沼气发电效率要高的多(沼气转化为生物甲烷气的效率为 90%，而利用沼气发电的效率仅为30%)，因此，也许可再生热能刺激办法应更加鼓励沼气生产企业优先选择利用沼气来生产生物甲烷气而不是利用沼气发电。

6.3 废弃物管理

在英国充足的废弃物可以用来作为生产原料，大量生产生物甲烷。然而，当前英国在如何利用废弃物的问题上存在一定的误区：如将垃圾填埋或利用垃圾发电，地方政府部门需要制定政策引导企业利用垃圾生产生物甲烷气，因为它是能量最有效的再利用方式。

政府应制定综合的废弃物管理政策以确保生物甲烷气进入英国燃气管网以及最大化可再生燃气的生产。

若目前的现状得不到改变，则英国到 2020年可再生能源利用率达15%的目标将不能够实现。

7 生物甲烷的未来

在将来英国燃气的供应中，生物甲烷将扮演着必不可少的角色，只要政府制定正确政策，引导企业从事生物甲烷的生产，生物甲烷的产量将可满足英国国内用量的一半(约180亿m3)，只要利用可再生能源如风、水以及太阳能而不是天然气进行发电，大量利用废弃物生产生物甲烷气，可以使英国在能源上满足自我需要，不需要依赖进口，有助于英国在世界可再生能源利用上取得大的飞跃。

城市煤气已经成为历史，天然气也已快用完，生物甲烷将是英国城市燃气未来的方向。相关基础设施已建好，废弃物量充足，现在是英国人充分意识到生物甲烷的潜能，并采取措施使它成为英国未来的城市燃气的时候了。