瓦斯发电：化害为利 变废为宝
近日，由山西省瓦斯发电协会牵头，晋能控股集团山西金驹煤电化有限责任公司（以下简称金驹煤电化公司）主要参与编写的《瓦斯电厂智慧平台建设技术规范》区域标准正式实施。它弥补了山西省瓦斯发电行业智慧化有关标准的空白，有利于进一步提升瓦斯电厂智慧平台建设规范化水平。
其实对于瓦斯发电，我国企业已有所探索。那么，瓦斯发电的原理是什么？目前有哪些技术路线？发展瓦斯发电对于我国能源体系来讲有何意义？带着这样一些问题，科技日报记者正常采访了相关专家。
瓦斯又称煤层气，存在于煤层之间。其主要成分为甲烷，具有无色、无味、易燃、易爆等特点。在开采煤矿的过程中，一旦空气中的甲烷体积分数超过10%，遇到明火就会发生爆炸。
金驹煤电化公司成庄热电分公司负责人刘全迎介绍，在煤矿开采的过程中，为了尽最大可能避免瓦斯浓度过高导致瓦斯遇明火发生爆炸，常常采用负压风机将瓦斯抽取到地面。
晋能控股装备制造集团金驹煤电化沁水寺河瓦斯发电有限公司负责人张永太说，瓦斯的主要成分为甲烷，且热值是通用煤的2—5倍。甲烷经过充分燃烧后只产生水和二氧化碳两种物质，因此每利用1立方米瓦斯，就等于减排16千克二氧化碳。可以说，瓦斯是“如假包换”的清洁能源。
张永太和记者说，瓦斯发电分为三步：瓦斯的提取、燃烧和电能转换。首先，通过钻探地下煤层气井或处理有机废弃物，提取出瓦斯。接着，将提取到的瓦斯输送到燃气发动机中，与空气混合并点燃，产生动力。在燃烧过程中，甲烷与氧气发生反应，释放出热能和水蒸汽。最后，通过发电机将热能转化为电能，完成整个发电过程。
“瓦斯发电，既可为减少煤矿瓦斯事故提供可行路径，又有利于增加清洁能源供应、减少温室气体排放，具有保护生命、保护资源、保护自然环境等多重效益。”张永太介绍，以金驹煤电化公司为例，公司年可利用煤矿井下瓦斯约6亿标准立方米，相当于减排二氧化碳约900万吨，可转化为清洁电力约20亿千瓦时，相当于植树造林2.45万公顷，环保效益十分显著。
21世纪初，金驹煤电化公司开始探索能源综合利用，通过燃煤改燃气的尝试，成功转型成为一家主营瓦斯发电的公司。
“瓦斯利用是根据其浓度划分的，像沁水寺河120兆瓦瓦斯发电厂利用的是浓度在30%—40%的高浓度瓦斯。”张永太和记者说，该瓦斯发电厂每年大致可消耗2亿标准立方米瓦斯，能减排二氧化碳300多万吨。与同容量的燃煤火力发电厂相比，这相当于节约标准煤29万吨。
记者了解到，目前我国各矿区瓦斯利用按浓度分为三类。甲烷浓度在30%以上的瓦斯大多数都用在民用、发电、工业燃料以及化工等方面；甲烷浓度在8%—30%的瓦斯大多数都用在内燃机低浓度瓦斯发电；对于甲烷浓度在0.5%—8%的超低浓度煤矿瓦斯和甲烷浓度在0.01%—0.5%的“通风瓦斯”，目前业界主要是采用智能掺混热逆流蓄热氧化方式制取高温热风、热水、蒸汽或发电。
“从目前的技术应用状况看，浓度在30%以上的高浓度瓦斯可以直接利用；浓度在8%—30%的瓦斯，可通过内燃机发电的方式产生经济效益；由于受到技术限制，浓度在8%以下的瓦斯收集利用难，发电项目投资大、收益小。”刘全迎表示，目前浓度在8%以下的瓦斯尚未被列入国家环保强制性控制排放政策，煤矿直接对空排放就成为降本首选。“因无政策激励，超低浓度瓦斯发电开发研究虽有一些实验性项目，但技术均不够成熟，难以大规模利用。”刘全迎说。
“瓦斯发电可以为煤矿产能释放提供助力。”张永太介绍，瓦斯发电作为矿井瓦斯就近利用最便捷、最成熟的方式，能快速消耗井下瓦斯或地面煤层气。
例如，从沁水煤田的多个高瓦斯矿井抽出的瓦斯，主要由金驹煤电化公司瓦斯电站快速消耗。据了解，金驹煤电化公司瓦斯发电服务矿井年产量目前已接近3000万吨。
此外，瓦斯发电还可以为工矿企业提供稳定电源和热源，其产生的余热还可以稳定供应给周边村镇居民。瓦斯发电既延长了能源企业产业链条，还促进了地方电网和热网的清洁发展。
记者了解到，近年来，国家颁布了多项扶持瓦斯发电的政策。这为瓦斯发电行业带来了新机遇。
同时，全国各地也逐步出台有关政策。如2022年8月19日，山西省能源局下发《关于推动煤矿瓦斯综合利用的指导意见》，要求严禁高浓度瓦斯排放，加强低浓度瓦斯利用。到2025年，煤矿瓦斯利用技术逐渐完备，综合利用效率显著提升，建设一批瓦斯梯级利用项目，山西省瓦斯利用率力争达到50%。
“我国瓦斯发电技术主要使用在在东北、华北、西南、西北地区。”刘全迎介绍，我国瓦斯的储存量大，对其做到合理开发利用既能保证煤矿的安全生产，又能在某些特定的程度上解决我国能源紧缺的难题。
“近年来，金驹煤电化公司还尝试将AI等与瓦斯发电融合，打造适应新发展形势的能源供应体系。”张永太说，随着中国核证自愿减排量计划的加速推进，瓦斯电站的碳减排量必将成为能源企业新的效益增长点。