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深度探讨 | 山西煤层气发电运营现状及政策建议

日期:2019-10-10    来源:能源研究俱乐部

国际燃气网

2019
10/10
09:11

关键词: 山西煤层气 煤层气发电 煤层气储量

  我国煤层气资源较为丰富,分布相对集中,是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大储量国。煤层气俗称瓦斯气,与煤炭伴生,主要成分为甲烷(CH4),以吸附状态存在于煤层内的非常规天然气,热值为通用煤的2.5倍,1立方米的纯煤层气相当于1.13千克汽油、1.21千克标准煤,热值与天然气相当,可与天然气混输混用,与天然气、天然气水合物并为三大气体资源。
  煤层气储量与分布
  最新一轮资源评估结果表明:我国埋深2000米以内的煤层气资源量达31.7万亿立方米,相当于450亿吨标准煤、350亿吨标准油,与陆上常规天然气资源量相当。其中埋深1500米以内的达27万亿立方米,开采潜力巨大。我国的煤层气资源不仅具有总量优势,而且在区域分布、埋藏深度等方面也有利于规划开发。煤层气资源在我国境内分布广泛,地理位置又相对集中,主要分布在华北、西北、华南、东北及滇藏五大聚煤区。其中,华北、西北、华南的煤层气地质资源量分别占全国总量的56.3%、28.1%、14.3%。
  从特点上看,西北地区虽然储量丰富,但存在含气量低、饱和度差的缺点。华南地区气源丰富,但气性变化大,经济性差,不易开采。华北地区具有资源丰富,含气量高,含气饱和度高,资源丰度大的优点,华北地区储量以山西的沁水盆地和内蒙古西部鄂尔多斯盆地为主,适合大规模开采。
  山西是全国煤层气资源最为富集的地区。全省含气总面积39011平方公里,2000米以浅的资源储量超过10万亿立方米,占全国的三分之一。具有分布集中、埋层浅,可采性好,甲烷含量高(大于95%)的特点。山西六大煤田中,以沁水煤田和河东煤田为最大,其储量占全国的30.8%,占全省的93.2%,是煤层气开发的两大重点区域。
  山西也是开发利用程度最高的地区。2018年,全省煤层气开发量达到120亿立方米(地面51亿,井下69亿)。
  煤层气发电技术路径比较
  煤层气资源的利用,主要为居民生活与采暖、发电、供热、汽车燃料以及生产炭黑、甲醛和合成氨等化工产品。我国的煤层气主要为30%~60%的低浓度气体,低浓度煤层气主要适合用于发电。煤层气发电已成为低浓度煤层气资源利用的最佳选择途径。
  我国煤层气发电产业发展,经历了三个阶段,上世纪80年代末~90年代末是我国煤层气发电探索时期,2000年~2005年是煤层气发电产业初步发展时期,2005年至今则为煤层气发电产业迅速发展时期,出现了国产机组与进口机组竞争并存的局面。
  鉴于煤矿井下瓦斯抽采系统抽采的瓦斯浓度随着抽采地点和方式不同而变化的特点,煤层气发电的技术选择,必须要求电站主机设备具有较强的适应性,运行灵活,能够适合煤层气供应系统的特点。主机设备主要有:
  (一)燃气锅炉带蒸汽轮机发电机组。多用于传统的火电机组形式,工艺技术成熟,运行可靠,维护费用低,服务年限长。但燃气锅炉采用煤层气为燃料,仅局限于小型工业锅炉,受抽采波动的影响,大型电站瓦斯锅炉的应用受到限制,发电效率低,启动运行时间长,不灵活,煤层气发电基本不采用。
  (二)燃气轮机发电机组。具有系统简单,运行灵活,单机功率大,占地小的优点。系统可加余热锅炉带蒸汽轮机联合循环发电,虽较复杂且占地面积大,且对气源品质要求较高,只有甲烷含量大于40%以及气源稳定的情况下才适用,但发电效率高达60%。由于抽采瓦斯气浓度变化大,瓦斯浓度达不到安全要求,导致机组时开时停,在煤矿瓦斯发电中很少采用,在以天然气为燃料的电站较多采用。
  (三)燃气内燃机发电机组。具有系统简单、运行灵活、发电效率高的特点。要求进气压力低,仅为5~35kPa,适用瓦斯浓度范围广,浓度在6%以上均可采用,能较好的适应煤层气抽采的量和浓度波动范围大等特点。特别是这类成套模块化的机组,还具有系统效率优化、设计安装简单、启动时间短、运行管理自动化程度高,发电综合效率高的优点。目前属于主流机组,技术成熟,应用广泛。具体工艺流程为:被开采出来后的煤层气经过处理成燃气,在空气与燃气混合器里与空气滤清器的空气混合,混合气体经涡轮器增压,并经中冷器冷却,一部分用于回流,另一部分送往燃气内燃机发电。
  煤层气发电运营及环保效益分析
  目前,国内外主要瓦斯发电机组制造商有七家,分别是:道依茨能源系统(北京)公司、卡特彼勒中国投资公司、GE能源集团颜巴赫北京代表处,胜利油田胜利动力机械集团公司、济南柴油机股份有限公司、南通宝驹气体发动机有限公司、株洲南方燃气轮机公司。其中:胜动公司拥有自主知识产权的低浓度瓦斯机组及安全输送系统;南通宝驹拥有发电效率达到42%的单机3000千瓦瓦斯发电机组,以及无隙并网技术和余热利用技术;道依茨公司侧重系统开发,200~4000千瓦不同型号机组可保证8000小时无故障运行;卡特彼勒公司有较好的维修服务网络;GE颜巴赫公司在全球安装1000千瓦以上的瓦斯发电机组容量最大,其机组具有大功率、高效率、低排放、最大系统可靠性及高发电密度的特点,单机3000千瓦以上大功率机组效率达46%。
  (一)发电投资分析
  山西省是煤层气发电最多的省份,不同的发电设备选型、投资额及运行费用差异较大。
  以所调研某大中型电厂采用的设备为例:
  1。发电公司A:容量为10.8万千瓦(60×1800千瓦),美国卡特彼勒公司生产的内燃机组,价款2.9亿元,4台3000千瓦杭州汽轮机公司生产的汽轮机组,价款1940万元,输气管网及配套设备2.46亿元,房屋建筑物1.2亿元,建设费用0.64亿元,项目动态投资7.4亿元,单位千瓦造价6850元。
  2。发电公司B:容量为3.2万千瓦(8×4000千瓦),德国道依茨能源系统技术公司生产的内燃机组,价款1.17亿元,1台3000千瓦洛阳中重发电设备厂生产的汽轮机组,价款240万元,输气管网及配套设备1亿元,建安费用0.4亿元,贷款利息0.2亿元,项目动态投资2.8亿元,单位千瓦造价8100元。
  (二)发电运营效益分析
  煤层气发电总成本指企业达到设计规模后正常年份全部支出的费用,包括电力生产成本和期间费用。影响煤层气电站经济效益的主要因素有:上网电价、电价补贴、气源价格、运行成本、贷款比例和利率等。此外,国家的税收、补贴、投资等政策也是重要因素。
  发电公司A依托大股东晋城煤业集团,是我国较早系统开展煤层气发电的企业,是目前世界上容量最大的煤层气电厂,也是我国首次利用世行贷款并成功进行CDM碳交易的企业。该企业在煤层气发电运行和调试方面做了大量的探索研究,设备选型好,造价最低,运行稳定,运行时间长,人员素质好。以该企业先进运营情况进行分析,较为客观。
  基本要素:年发电7500小时、厂用电率4.5%、资本金30%、综合折旧率8%、贷款利率6%,投资回收期20年、1立方气发电3.6千瓦时为基本指标。不考虑税收等政策,煤层气价格和上网电价是效益的决定性因素。
  若以1立方气价格为1元,其度电综合成本为0.35元,其中燃料成本0.28元,其它综合成本0.07元。若以1立方气价格为2元,其度电综合成本为0.58元,其中燃料成本0.51元。若以1立方气价格为3元,其度电综合成本为0.87元,其中燃料成本0.8元。
  山西晋城煤层气甲烷含量大于95%,单位发热量8500大卡,几乎可与天然气品质相媲美。按照国家燃料气体用途相同价格大致相同的政策取向,煤层气价格应当参照天然气价格进行核定。
  以现行的山西大工业天然气2.75元直供价格计算,度电综合成本0.79元,其中燃料成本0.72元。从上网电价上看,山西的煤层气发电价格目前为0.509元。不考虑大股东以低于政府核定的西气东输天然气价格的40%的内供价格以及碳交易的收入,该企业年度预计理论亏损2亿元。
  (三)发电环保效益分析
  与同等规模燃煤电厂相比,煤层气发电具有代煤、节煤和减少污染排放等优势。据对山西多家电厂调研,以1000立方米煤层气与吨煤比较,煤层气发电可实现代替燃煤1.9吨、节约煤炭0.1吨。全省26万千瓦装机,全年可节约80万吨标准煤,减少SO2排放0.75万吨、烟尘0.15万吨、煤渣14.8万吨,具有良好的环保效益。
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