瑞典沼气提纯技术发展
瑞典沼气提纯技术发展情况
为了减少能源的对外依赖,提升自身的能源供应安全,瑞典政府对生物质能源的开发利用非常重视,对于生物质能源的发展规划制定有明确的目标,在沼气发酵技术产业化方面已取得了显著的进展。
2004年,沼气驱动公交车在瑞典首都斯德哥尔摩街道上开始运行,该城市计划到2025年将所有公交车都用可再生能源驱动。2005年世界上首列沼气火车在瑞典投入运营(这列火车只有一个车厢,可乘坐60名乘客,时速达到130km,安装有11个储气罐,一次充气行驶距离为600km)。2006年,瑞典政府宣布将在15年内摆脱对石油的依赖,成为世界上第一个不依赖石油的国家。
2005年,瑞典禁止了有机废弃物采用填埋法的处置方式,提出到2010年至少有35%的来自于家庭和餐馆等的厨余垃圾回收并进行生物处理。目前,瑞典已建有227个沼气厂。这些沼气厂积极利用各种的有机废弃物为发酵底物进行厌氧消化产沼气。沼气年总产量约为1.4 TWh(约2.3亿立方米),约占瑞典石油年消耗总量(90太瓦时)的1.4%。沼气生产总量中有大约60%产自200多家市政污水处理厂的污泥,30%来自垃圾填埋场,10%来自其它混合发酵原料。
最初瑞典发展沼气的初衷是要实现热电联产,可是由于水电和核电在瑞典电力供应结构中占的比重很大,电价较低,沼气发电没有竞争力。这种情况促使沼气向交通运输业寻找出路。当前,瑞典沼气产量的25%供给车用,只有8%用来发电。
瑞典对于乙醇和生物燃料不征能源税。自2006年4月开始,瑞典所有的大型加油站都要求提供至少一种生物燃料供应。个人购买“绿色”汽车可获得1万瑞典克朗(约1665美元)的政府奖励(2007-2010),“绿色”汽车不收停车费。2007年,瑞典登记注册的“绿色”汽车已达到5.5万辆,2008年“绿色”汽车的年销量达到1万辆,占到非纯汽油燃料汽车销售总量的34%。
2008年,瑞典的车用天然气消费总量为0.6TWh(5300万立方米),其中55%为沼气提纯气为0.33TWh,比2006年的0.23TWh略有提高。2008年沼气提纯后达到天然气标准可注入天然气管网的沼气厂有7处,提纯沼气的管网输送量达到0.18TWh,比2006年的0.05TWh有了较大增长。 (Production and utilisation of biogas 2006 in Swedish. Swedish Energy Agency, pp. 24, 2008)
瑞典沼气厂建设案例:Laholm沼气厂
Laholm市位于瑞典的西南海岸,农业和畜牧业比较发达。自20世纪80年代开始,Laholm市就开始逐渐产生了环境问题,农肥产生的氮元素渗漏影响了海岸的生态环境。1984年,该地区水域发生了富营养化现象,有关部门随即宣布这条海岸不再适宜游泳。随后政府采取了包括提高牲畜粪肥的存贮能力、除春季外禁止播撒粪肥等一系列措施,但收效不是很大。因此,应对海岸的氮渗漏问题,有关部门在做了大量的研究工作后,决定采用建设沼气厂的最优方案。
Laholm沼气厂建于1992年,最初的目的是为了消减该地区水域的富营养化问题。该沼气厂不仅处置了牲畜粪便和大量有机废物,而且还通过混合消化产生了沼气和生物肥料。2000年,该厂进行了技术改造。自2001年开始,提纯后的沼气通过管道注入当地的天然气输配管网;2002年又建立了第二条生产线,生产处理能力提高了一倍。目前Laholm沼气厂每年处理各种有机废物7万t,包括禽畜粪便、食品加工剩余物等,产生的沼气量约为20~30GWh,约400万立方米(75%CH4),相当于当地天然气消耗量的25%,每年可减少CO2排放3700t。
2000年以前,该厂产生的沼气通过地下管线直接提供给2km外的热站。热站为300户家庭供热,天然气作为其备用燃料供冬季等热需求紧张的时候使用。但当夏季供热需求很低时,会有将近40%的沼气被白白燃烧掉。因此,该厂在2000年对沼气进行了提纯处理,使之达到与天然气一样的品质,随后实现了与天然气的互联互通。该厂的沼气提纯能力为250m3/h,提纯过程分为三个阶段:除S、除CO2和添加5%~10%的丙烷,使之等同于天然气。提纯后的沼气中CH4含量为95%~98%,CO2含量为2%~5%,仍利用原管道输送至热站。
该供热站于2001年安装了一条沼气管道,并将其连接到当地的低压天然气管网系统。在冬季,热站仍需要天然气作补充,但当热负荷降低的时候,大量提纯沼气就会注入天然气管网,输送到市区。通过沼气厂与天然气网络的互联,提高了沼气利用效率,增加了销售收入。
2004年,该厂处理的有机废物数量为4.8万吨,沼气总产量为24GWh,注入天然气管网的沼气量为18GWh,沼气使用量占到了整个Laholm市燃气消耗量的30%。产出的发酵残余物(生物肥料)为4.3万吨。由于生物肥料含固率较低,因此需要用罐车将其运送到周边的17个农场,因此该沼气厂区建有2800m3的储存池临时存放生物肥料。该沼气厂生产
的生物肥料可满足当地1600公顷的农田用肥需求。通过检验,其生物肥料中的重金属含量是安全的,唯一达到临界状态的微量元素是Zn,是由于猪饲料中添加了Zn元素所致。
结语:Laholm沼气厂利用牲畜粪便与工业有机废物混合消化,有效地解决了该市海岸地区的富营养化问题,明显减少了N元素的散漏,产生的沼气每年可替代18GWh天然气,减少CO2排放3700t。沼气除用于市区工业和居民取暖外,还有一部分沼气输送到郊区的一所加气站用作汽车燃料,因此还降低了当地的粉尘及碳氢化合物的排放。该厂将沼气提纯后与天然气管网互联,可使沼气利用率达到100%。