鶴礦集團減少煤礦甲烷釋放項目可行性研究

池兆利,汪德旭

鶴礦集團減少煤礦甲烷釋放項目可行性研究

池兆利①,汪德旭

(鶴礦集團興安煤礦)

論述了鶴礦集團甲烷釋放現狀和甲烷抽放預測情況,提出了實施減少煤礦甲烷釋放的CDM項目,既利用抽出的低濃度甲烷和獲得溫室氣體釋放減少確認(CERs)的設想,達到在煤礦生產的同時利用瓦斯能源,生產和出售CERs,促進煤礦安全生產,以提高鶴礦集團生產的經濟效益。

甲烷釋放;CO2釋放;確認的釋放減少量;基線;煤礦安全;經濟效益;項目;可行性研究

2005年2月京都議定書開始變成法律,在京都議定書的條款下,發達國家承擔溫室氣體排放影響的氣候變化,既減少溫室氣體排放。為了創建更為可行的適應性,世界主要發達國家聯合建立了清潔發展機制(CDM)。CDM確認的減少二氧化碳氣體釋放叫CERs,并為CERs建立一個全球的市場,可以進行交易,賣方為CERs生產者,買方為發達國家。

CERs項目的主要目的是按 CDM規則生產CERs和從出售CERs中獲得維持生產CERs活動所需的運行成本,獲得CERs和出售CERs與瓦斯能源的利用,促進煤礦安全生產,以提高鶴礦集團開采效益和有益于緩解氣候變化。

1 鶴礦集團釋放基線設定

基線是表示企業生產活動沒有實施CDM項目二氧化碳釋放程度,其示意圖見圖1。圖1表示視覺上這一概念。

圖1 基線概念示意圖

根據項目開始前收集的數據設定基線。用計算設定基線與項目活動(圖中比較大的箭頭指示的)之間的瓦斯釋放差值估算項目產生的CERs(結果生成確認的CERs)?；€包含與項目實施區域(也就是在鶴礦集團煤炭生產活動范圍內)相關全部的溫室氣體釋放源。

2 鶴礦集團溫室氣體釋放狀況

鶴礦集團溫室氣體釋放狀況,見表1。

相對于鶴礦集團,在沒有項目的情況下,最為可能的設定基線是一個正常采礦活動的連續,即當前實施的瓦斯抽出及其注入大氣層的連續。為了計劃CDM項目整個周期(10年)以上,假設瓦斯釋放與能源需求將與煤炭產量相對應增長。設定基線中有3個主要溫室氣體釋放源：

煤礦瓦斯全部釋放到大氣層：1 t CH4等于21 t CO2。

1)煤礦電力消耗：電網由許多不同能源組成,包括煤炭、天然氣和水力。取平均釋放參數0.75 t CO2/MWh。

2)煤礦煤-熱能消耗：煤礦的鍋爐消耗煤炭,取釋放參數0.098 CO2/GJ熱。

下一個10年中這3個溫室氣體釋放預測見表2,用CO2當量測量的溫室氣體產量。項目活動將在很大程度上減少這些釋放,使用這一基線能計算出 CERs。

表1 鶴礦集團溫室氣體釋放狀況

表2 預計煤礦瓦斯抽出能力(純CH4 m3/min)

3 在抽出系統中獲得足夠的瓦斯濃度

鶴礦集團已經在南山豎井安設了兩套非常先進的抽出系統,新系統抽出瓦斯平均濃度為60%,用于民用燃氣,老系統抽出瓦斯平均濃度為30%,可用于低濃度瓦斯發電。興安煤礦、峻德煤礦、振興煤礦、益新煤礦都實施了瓦斯抽放工作。為了成功地實施本項目和獲得確認CERs,獲得足夠的瓦斯濃度也是至關重要的。鶴礦集團已經擁有瓦斯抽出成熟的經驗,但是還要通過許多可能的方法進一步提高現有的抽出效率。這些方法包括：

a)當前生產工作面抽出的改進。為長壁生產工作面瓦斯抽出系統更為有效地提出各種方法,包括：

改進現有管路的密封,回風道硐室抽出,瓦斯抽出動態圖表,使用先進鉆機具特殊鉆孔的抽出。

b)瓦斯流的監控和調節。計算機化和自動化系統能更有效地控制和調節抽出的流量和濃度。在瓦斯濃度的各種情況下,地面低濃度瓦斯發電機能自動地適應流量和濃度,或當瓦斯濃度低于需要濃度時,設備能自動關機。

4 減少瓦斯釋放和生產CERs

依據CDM規則,鶴礦集團改進它的采礦活動收益有許多技術選擇。根據許多方法評估了這些選擇,包括成本、適應性、技術的復雜性和CDM合理性。從大的范圍上講,這些選擇分為2種類型：

1)建議的選擇：考慮適應性和可靠性,成本低,CERs最大化,設置容易,挑選最有希望的選擇。

2)有希望將來的選擇：當適應時和市場準入時,采用不遠的將來有希望可行的技術。

鶴礦集團有很適合于現場利用發電和生熱的高濃度煤礦瓦斯抽出量的潛力。動機達到500 k W容量的模式,在瓦斯濃度和量充分的情況下,動機總效率約達到85%(電力42%,熱能43%)。從冷卻水中收集散發的熱量,為了代替需要的燃煤鍋爐,冷卻水能夠被循環。每一種模式都帶有確保最大安全和效率的控制和控制煤礦瓦斯流動的計算機化監控系統。為使得本項目符合CDM要求,計算機化監控系統是基本的,因此,計算機化監控系統需要數個儀表的定期和自動監控,如瓦斯氣流量和甲烷濃度。

5 CERs對煤礦安全生產的益處

除對氣候變化有正面影響外,煤礦CERs也將增大安全生產系數和產生環境效益。兩年后能改善煤礦安全。

1)進行瓦斯抽出技術的改進,這樣將有助于降低包含在礦井風流中的甲烷量。有助于保持礦井風流含甲烷量低于當前水平。

2)測量甲烷釋放減少所需要的成熟設備和計算機化設備的安裝及運行將有助于更好地監控煤礦不同地點的甲烷濃度,有助于防止危險的甲烷在礦井隔絕地點聚集,沒有這種設備這些地點很難進行檢測。

項目也將為煤礦生產活動環境產生效益,項目結果是將煤炭-熱能轉向甲烷-熱能,因此,減少、甚至消除煤礦現有部分鍋爐的燃煤。煤炭燃燒產生有毒氣體,如二氧化硫(SO2),氧化氮(NOx)和微小顆粒。氧化氮和微小顆粒經常引起呼吸道疾病和早衰。酸雨有害于健康和當地農業,SO2和NOx的釋放能產生酸雨。煤鍋爐燃煤的減少將有助于減少這些危害。

6 選擇方案的經濟分析

根據上述建議的方案,選擇低濃度瓦斯發電機,對抽出的煤礦瓦斯進行利用。

這一選擇假設在南山煤礦、興安煤礦、峻德煤礦、振興煤礦和益新煤礦將安裝低濃度瓦斯發電機,將使用抽出的全部甲烷用于發電和生產熱能(假設CH4濃度是適用的)。

1)將從以下源獲得確認的釋放減少量：

a)假設甲烷濃度合適用低濃度瓦斯發電機。

b)甲烷-電力替換從國家電網購買的電力。

c)低濃度瓦斯發電機產生熱能替換煤熱能。

以下的假設被用于經濟分析：

在抽出系統中得到充分的甲烷濃度,南山礦、興安礦、峻德礦和益新4個煤礦,獲得25%～30%或更高的甲烷濃度。

項目運行時間,經濟分析考慮一個10年的時期,它是一個CDM項目特殊運行時間的規定。

2)電能和熱能生產,以下涉及電能和熱能生產的技術假設為：

a)在甲烷濃度30%情況下,低濃度瓦斯發電機能量輸出如下：

(1)2.5 k Wh/m3煤礦瓦斯。

(2)2.7 k Wh熱能/m3煤礦瓦斯。

(3)每一臺低濃度瓦斯發電機預計年平均工作8 000 h。

b)因生產能源產生的節約,根據當前能源消耗費用計算使用甲烷—電能和熱能節約效果,這些費用如下：

(1)0.48元 /k Wh×(年用煤礦甲烷生產的)k Wh/年。

(2)300元/t煤炭×煤礦每年用于熱能煤炭的噸數。

貼現率,假設貼現率為15%,貼現率也就是能以這個系數借錢。

內部返還率,假設上面的貼現率是15%,再投資率是5%,根據一個公式計算這個項目的內部返還率。這表示每年有一個正的現金流轉,用一個5%返還再投資這個利潤。這個公式被稱作“修改的內部返還率”,它是這類投資項目的一個標準返還方法。

確認的釋放減少量價格,給出的國際碳市場將來發展的不確定性,假設確認的釋放減少量為2個價格,每CO2當量噸為5歐元(人民幣50元)和10歐元(人民幣100元),1 CER=1 t CO2。

7 經濟效果評估

在帶有或不帶有確認的釋放減少量額外收入的情況下,對項目效益性進行可能的比較,見表3。其結果清楚地表明,銷售確認的釋放減少量的收入對于項目的可行性是非常關鍵的。無確認的釋放減少量銷售收入,項目的返還率只是9.3%,這一數值低于同類項目可以接受的水平。無確認的釋放減少量銷售收入,評估的投資返還期5.5年,再一次表明項目的低返還率。

在確認的釋放減少量單價為人民幣50元的情況下(這是今天市場給出的一個保守價格),相對應的返還率和返還周期為14.9%和3.3年,本項目具有經濟效益。如果確認的釋放減少量單價為人民幣100元,項目收益進一步增加,達到18.7%的返還率和較快的返還期2.4年。

表3 低濃度瓦斯發電機利用抽出瓦斯方案的經濟分析結果

總之,當項目作為CDM一個項目活動實施時, 建議的項目方案得到一個強勁的經濟返還。因此,為確保項目的可行性,銷售CERs是必須的。沒有這一附加收入,由于它的受限制的返還和缺少適當的資助,這樣,將沒有能力實施本項目。從整體上看,通過節約能源和銷售CERs收入,選擇的項目方案將優化鶴礦集團的收益結構,將對緩解氣候變化和當地的環境有積極的影響。

Feasibility Study Report of Coal Methane Emission Reduction in Hegang Coal Industry Group

Chi Zhao-li,Wang De-xu

This paper introduces the situation of coal methane emission and the forecast of methane extraction in Hegang Coal Industry Group,issues to implement the CDM project,p roject of coal methane emission reduction,to get certified emission reduction(CERs),to make coal production safe and make more economical benefit resulting from using coal methane energy,producing and selling CERs during coal production activities in Hegang Coal Industry Group Ltd.Co.

Methane release;CO2release;Certified emission reductions;Baseline scenario;Coal mine safety;Economy benefit;Project;Feasibility study

TD612

B

1672-0652(2010)02-0013-03

池兆利 男 1963年出生 1988年畢業于鶴崗礦務局工學院 工程師 鶴崗 154100

2009-12-22