煤礦瓦斯現在被廣泛用于發電、天然氣管道注入、汽車燃料、工業生產過程、現場煤礦鍋爐、礦井加熱和居民供暖系統。
自20世紀90年代以來,美國在煤礦瓦斯的回收和利用領域一直處于領先水平。2010年,美國在井工煤礦中進行的煤礦瓦斯回收和利用項目使瓦斯排放量減少了490億立方英尺。
瓦斯排放情況
煤礦瓦斯指的是在采煤活動前期、期間和后期,從露天或井工煤礦排放到大氣中或被收集的甲烷氣體。正在開采或停止生產的煤礦所排放的煤礦瓦斯是溫室氣體的主要來源。煤礦瓦斯約占全球人為甲烷排放量的6%。
2011年,美國全國高達60%的煤礦瓦斯排放都是通過井下礦井通風機排出的。礦井通風瓦斯的濃度非常低,一般不到1%。過去,這種低濃度的瓦斯很難進行回收和處理,但隨著氧化設備的技術進步和碳市場的發展,通風瓦斯項目的盈利機會大大增加。
美國的煤礦瓦斯排放主要來源于井下礦井通風機、垂直和水平井筒的井工煤礦的排氣系統、已經中斷開采的煤礦、露天開采作業而暴露在大氣中的煤層及開采后煤炭處理和運輸過程。從2000年到2011年,美國井工煤炭產量在逐步減少,但煤礦所排放的瓦斯數量卻在上升。2000年以來,美國對從煤礦抽排系統中排放出來的瓦斯的回收和利用率平均為83%,這主要歸功于美國東部實施的多個大型管道輸送工程。
從2010年到2011年,美國井工煤礦瓦斯的總排放量減少了22%。2010年,美國全國的煤礦瓦斯排放量約為36.27億立方英尺,到2011年,這一數值減少為29.67億立方英尺。這主要是由于通風瓦斯排放量的急劇下降和抽排系統中所生產的甲烷數量的降低,還有就是因為美國關閉了大約36家含瓦斯的井工煤礦。
瓦斯利用項目
在美國,采煤活動所排放的甲烷占全部人為甲烷排放量的11%。美國對煤礦瓦斯的利用和處理,主要通過管道銷售、發電、加熱器、鍋爐(烘干機)、排氣泵和通風瓦斯的氧化等六大方式進行。
把瓦斯注入管道是最常見的做法。如果礦山附近有管道能處理礦山排放的瓦斯量,那么管道項目就是可行的。從礦井排放的甲烷必須達到管道標準才能輸入管道,因此可能需要對甲烷氣體進行升級,使其達到天然氣管道的要求。現在,美國針對生產礦山和廢棄礦山分別各有13個管道項目。
煤礦瓦斯可以用作發電,所產生的電力可以用來滿足礦山現場的用電需求,也可以進行出售。和管道輸入有所不同,發電對煤礦瓦斯并沒有很高的質量要求。美國國內的瓦斯發電項目一般在1MW~10MW之間,項目數量不像管道項目那么多。目前美國國內只有3個瓦斯發電項目,其中2個位于廢棄的礦山,只有1個位于生產礦山。
不論是在開放還是密閉的空間中燃燒煤礦瓦斯,都會使甲烷轉變成二氧化碳,二氧化碳的溫室效應不像甲烷那么強。所以,盡管燃燒煤礦瓦斯對環境不利,但與其他處理技術相比,確實是相對廉價的甲烷處理辦法。煤礦瓦斯燃燒項目的目標就是減少甲烷排放,抵消減排額度。目前,美國境內有3個燃燒項目正在進行,且都和其他項目的處理設備同時使用。
由于甲烷如果在空氣中的濃度達到5%~15%,就可能引發爆炸,所以井下煤礦必須使用通風系統將甲烷濃度降至0.1%~1%之間,這就導致絕大多數處理技術對通風瓦斯都不適用,很多煤礦直接把通風瓦斯排放到大氣中。通風瓦斯處理項目在煤礦廢氣中氧化甲烷,然后在甲烷進入大氣之前將其分解。目前,美國境內只有2個通風瓦斯項目,還有1個項目在計劃實施。
2012年底,美國國內有17座生產礦井總共實施了22個甲烷回收和利用項目。其中,絕大多數項目都把甲烷升級后注入商用管道中。這些項目還采用了4種終端利用和處理甲烷的方式,包括燃燒和使用熱氧化劑等。
2012年底,美國國內38座廢棄礦山中有16個開展了瓦斯項目。這些礦井大多數位于阿巴拉契亞山脈中部的密西西比河東部、阿巴拉契亞山脈北部、伊利諾伊州和勇士煤盆地,只有2座位于美國西部。
2012年,美國實施了許多新項目。并且給現有的項目增加了終端利用設備。位于科羅拉多州甘尼森縣的埃爾克煤礦項目是美國第二個、西部第一個利用煤礦瓦斯發電的生產井工煤礦。規劃中的3MW的瓦斯發電廠,現在已有1組電機投入運行,未來還將安裝2組電機。該項目還配有一臺燃燒機和多個加熱器。除了向當地的公共事業供電外,還將在自由碳市場上提供抵消份額,并被列為氣候行動儲備計劃的項目之一。
位于西弗吉尼亞州馬歇爾縣邁克爾羅煤礦的通風瓦斯項目從2012年5月開始處理甲烷,現已成為美國最大的通風瓦斯項目,該項目被列為氣候行動儲備計劃的項目之一,預計每年將減少32.2萬噸的二氧化碳排放量。
鼓勵瓦斯利用
美國越來越多的州立法表明,煤礦瓦斯作為一種重要的替代和可再生能源正日益受到重視。美國有許多州都制定了可再生能源組合標準或清潔能源目標,引導供電商利用“合格的能源”發電或獲取電力,且滿足最低比例要求。在15個主要的產煤州中,有5個州把煤礦瓦斯納入了可再生能源的標準。
一般而言,可再生能源指的是太陽能發電、太陽能光熱能、風電、水電、地熱、燃料電池和某些生物質能和生物燃料等能源。但猶他州的法律規定,廢棄煤礦的瓦斯和持有州政府頒發的采礦許可證的煤礦瓦斯抽放也屬于“可再生能源”,賓夕法尼亞、西弗吉尼亞和俄亥俄州都把煤礦瓦斯定義為“替代能源”,而印第安納州雖沒有具體規定煤礦瓦斯,卻把煤層氣定義為是一種清潔的能源。如果州政府把煤礦瓦斯納入其可再生能源或替代能源組合標準中,那么就會出臺相關的替代能源激勵政策,以促進其發展。
同時,美國國內的多家自愿溫室氣體注冊機構也認可煤礦瓦斯抵消項目可以獲得碳信用額。美國各州也日益認識到煤礦瓦斯是一種重要的替代或可再生能源,這可以為煤礦瓦斯抵消項目贏得諸如替代能源信用額、替代能源稅收減免和獲得州政府資助的資格等福利。
責任編輯: 張磊