基于CDM項目的碳減排技術(shù)在老虎坑項目中的應(yīng)用

黃春城

深圳寶安東江環(huán)保再生能源有限公司 廣東 深圳 518000

引言

在我國十四五規(guī)劃中提出碳達(dá)峰、碳中和“雙碳”理念之后，各領(lǐng)域都開始積極推進(jìn)資源循環(huán)化利用改造建設(shè)，通過廢物二次回收綜合利用促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，助力國家節(jié)能減排降碳行動。其中城市礦山回收利用體現(xiàn)出了較為高的價值，近年來也受到了人們的廣泛關(guān)注。尤其是在清潔發(fā)展機制（CDM）背景下，實現(xiàn)城市垃圾量化限制和資源化回收利用，不僅對節(jié)約城市資源大有裨益，而且也是發(fā)展低碳消費、綠色環(huán)保和諧社會的必然要求。

1 項目概況

本文所述主要為老虎坑填埋場填埋氣發(fā)電CDM項目，采用國際先進(jìn)且成熟的工藝，對深圳市老虎坑垃圾衛(wèi)生填埋場的沼氣進(jìn)行收集利用發(fā)電，屬于能源環(huán)保再生類項目工程，對于促進(jìn)我國節(jié)能減排、低碳環(huán)保事業(yè)的發(fā)展有著積極作用。項目位于寶安區(qū)松崗鎮(zhèn)塘下涌老虎坑環(huán)境園內(nèi)，用地面積約3600m2，建筑面積約500m2，項目總投資金額5545.5萬元。項目投資規(guī)模不大，但成本高，對于相關(guān)施工建設(shè)以及運營管理的質(zhì)量提出了嚴(yán)格要求。其中氣井部分的作業(yè)施工屬于本項目的重中之重，同時也是最容易出現(xiàn)限制問題的作業(yè)環(huán)節(jié)。比如場地局限、天氣條件影響以及垃圾堆的堆體狀態(tài)限制等。技術(shù)人員需根據(jù)現(xiàn)場實際情況具體問題具體分析，制定針對性項目實施方案。

2 老虎坑項目的設(shè)置

本項目主體工程包括填埋氣體收集系統(tǒng)、填埋氣體預(yù)處理系統(tǒng)、填埋氣體發(fā)電系統(tǒng)和火炬系統(tǒng)，通過沼氣井收集垃圾填埋產(chǎn)生的沼氣，然后利用沼氣燃燒發(fā)電[1]。垃圾填埋氣經(jīng)過處理后為潔凈能源，不會產(chǎn)生灰分和爐渣。填埋氣體冷凝液均收集在污水池內(nèi)，由污水泵送至城市生活垃圾綜合處置中心滲瀝液處理站統(tǒng)一處理，所使用的發(fā)電機以及風(fēng)機等，均采取必要隔聲和消音措施。綜合而言，本項目的興建對環(huán)境的負(fù)面影響非常小，是一個并網(wǎng)發(fā)電的可再生能源項目，在減少溫室氣體排放、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)以及先進(jìn)能源技術(shù)的融合應(yīng)用方面都具有積極意義，同時還大大增加了當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)機會。項目共安裝三臺燃?xì)獍l(fā)電機組，每臺機組裝機容量為1.064MW，年有效運行小時數(shù)為6750小時，預(yù)計年平均上網(wǎng)電量19373MWh，通過深圳電網(wǎng)并入南方電網(wǎng)，以替代部分化石燃料電廠的電量。

3 老虎坑項目沼氣井的制作技術(shù)要點

3.1 出現(xiàn)交叉作業(yè)時的處理

垃圾填埋氣發(fā)電主要是利用了垃圾在封閉環(huán)境中會產(chǎn)生沼氣，然后通過風(fēng)機將沼氣從垃圾中抽出來，燃燒后能夠發(fā)電的原理。一般當(dāng)垃圾填埋堆體到15m以上后，即可開始打井進(jìn)行沼氣收集。由于本項目填埋場位于老虎坑環(huán)境園區(qū)內(nèi)，填埋場填埋氣淤積會對周圍環(huán)境造成負(fù)面影響，所以在堆積高度達(dá)標(biāo)后，要求盡快完成打井作業(yè)，以收集填埋氣，減少環(huán)境破壞。

但實施過程中發(fā)現(xiàn)，由于本項目回收處理垃圾量較大，打井作業(yè)開始的時間點，垃圾填埋作業(yè)距離封堆還有較多工作量，因此打井工程與填埋作業(yè)存在必然的交叉作業(yè)節(jié)點。為了保障施工安全，在打井之前，于作業(yè)區(qū)域周圍布置了黃色安全警戒線，并設(shè)立了非施工人員禁止入內(nèi)的警示標(biāo)語?，F(xiàn)場施工人員嚴(yán)格執(zhí)行安全施工管理規(guī)范要求，穿戴安全設(shè)施，配置安全勞動保護(hù)用品；同時現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙和攜帶易燃易爆物品，配備10個以上干粉滅火器，全面落實防火安全保障措施，施工單位安排專人進(jìn)行施工全過程跟蹤監(jiān)管[2]。

3.2 垃圾堆體問題及解決

垃圾填埋體打井工程需要在垃圾堆上鉆井施工，形成沼氣豎井，并鋪設(shè)水平橫井，便于風(fēng)機對沼氣進(jìn)行收集。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境勘察發(fā)現(xiàn)，打井工程中存在以下難點問題：

其一是填埋場周邊垃圾堆體由于庫底斜坡地形復(fù)雜影響，垃圾堆體高度較填埋場中間堆體偏低，打井過程中存在鉆井機打穿庫底的風(fēng)險。針對該問題，打井作業(yè)過程中，額外申請了建筑勘察，用以引入精密探測設(shè)備，對氣井位置以及井深進(jìn)行精準(zhǔn)定位，為打井作業(yè)提供可靠參考數(shù)據(jù)，有效保障了打井深度的準(zhǔn)確性，避免了對填埋場庫底斜坡可能造成的破壞。

其二是本次打井施工作業(yè)面較廣，如何保證井道覆蓋范圍的全面性，同時使各氣井抽氣壓力均衡，避免破壞垃圾堆體內(nèi)的厭氧環(huán)境是一大挑戰(zhàn)。對此，本次施工中采取了環(huán)形收集主管道敷設(shè)方案，圍繞垃圾填埋場邊坡進(jìn)行敷設(shè)一圈，各片區(qū)沼氣收集井采用樹形支部管道敷設(shè)連接并入主管道連接，并在多處設(shè)置隔離閥。如此一來，既可以充分收集垃圾填埋堆體的沼氣，又可以實現(xiàn)不同片區(qū)收集井之間的隔離效果，避免相鄰片區(qū)收集井之間產(chǎn)生干擾。另外，隔離閥還能夠在區(qū)域事故檢修過程中，起到對事故區(qū)收集系統(tǒng)和周圍環(huán)境進(jìn)行隔離的作用，避免維修施工影響氣體的輸送，最大程度保證沼氣收集作業(yè)的穩(wěn)定運行[3]。

3.3 罕見凍雨下的打井

項目開展期間，恰逢當(dāng)?shù)睾币妰鲇?，大量垃圾與雨水接觸，會產(chǎn)生污水，增加垃圾處理負(fù)擔(dān)。因此，在凍雨期間，填埋場打井區(qū)域必須做好清污分流工作，避免雨水與垃圾污水混合，造成外界環(huán)境污染；同時還需減小作業(yè)區(qū)面積，以降低垃圾裸露概率。

針對該需求，本次打井過程中，首先在填埋區(qū)域周圍設(shè)置了兩條雨污溝，一條用來排雨水，一條用來排污水，做到清污分流。其次，是垃圾填埋達(dá)到預(yù)定階段后，及時采取了覆蓋措施，有效防止了地表水進(jìn)入垃圾體，使得垃圾堆滲濾液產(chǎn)生量得以控制。另外，為了保證地表水能朝一個方向流動，便于集中收集管理，覆蓋后的垃圾堆體表面還進(jìn)行了整平和找坡處理，使整體坡度一致，最終定向匯入?yún)^(qū)域邊緣的排水溝[4]。

4 CDM監(jiān)測與管理

4.1 監(jiān)測計劃及實施

項目成立專門的CDM小組，負(fù)責(zé)對項目進(jìn)行過程中的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并跟蹤確認(rèn)數(shù)據(jù)記錄過程，保證數(shù)據(jù)的真實性與完整性。監(jiān)測機構(gòu)主要由總負(fù)責(zé)人、CDM項目小組負(fù)責(zé)人、檢測技術(shù)人員、設(shè)備技術(shù)人員以及財務(wù)人員等組成，各崗位分工執(zhí)行各部分的信息收集和整理確認(rèn)工作。

4.2 監(jiān)測設(shè)備的安裝

本項目一共配置有三塊流量計，分別安裝在主管道處、火炬管道處以及發(fā)電管道處，負(fù)責(zé)連續(xù)監(jiān)測填埋堆氣體溫度、氣體流量和壓力值。與此同時，在三處管道內(nèi)還安裝有濕度計，用以監(jiān)測相應(yīng)管道內(nèi)垃圾填埋氣的濕度。管道尾氣出口處則安裝有一個溫度計，用于監(jiān)測垃圾填埋氣燃燒尾氣的溫度。此外，項目還配置有一塊電表，用于監(jiān)測項目的上網(wǎng)電量。具體的儀表安裝位置如圖1所示。其中F1為主管流量計；G為甲烷儀；H為濕度儀；F2為火炬管流量計；T為尾氣溫度計；F3為發(fā)電管流量計；M為電表。

圖1 CDM儀表安裝示意圖

4.3 數(shù)據(jù)收集、管理

本項目的數(shù)據(jù)收集和管理工作主要通過自動監(jiān)測儀表實現(xiàn)，儀表數(shù)據(jù)可以全程自動記錄并保存。CDM相關(guān)事務(wù)工作人員只需要定期對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)即可。根據(jù)維護(hù)內(nèi)容的不同，管理周期分為每天和每月兩種不同模式。其中每月末需將監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行人工電子存檔，用光盤備份電子文件。此外，相應(yīng)的售電發(fā)票也需人工存檔，所有數(shù)據(jù)信息存檔記錄在案。

4.4 CDM項目碳減排量計算方法學(xué)

本次 CDM項目碳減排量（CER）計算以方法學(xué)理論為基礎(chǔ)，基準(zhǔn)線排放數(shù)據(jù)來自本項目替代的化石燃料電廠所發(fā)電力產(chǎn)生的CO2排放。其計算公式為：BEy=(MDproject，y-MDBL，y)*GWPCH4+ELLFG，y*CEFelec，BL，y+ETLFG,y*CEFther，BL，y。

其中BEy代表第y年的基準(zhǔn)線排放量（tCO2e/年）；Dproject，y代表第y年項目活動情況下被燃燒/處理的甲烷量；MDBL，y代表第y年基準(zhǔn)線情況下由于監(jiān)管/合同要求等被燃燒/處理的甲烷量；GWPCH4代表甲烷的全球增溫潛勢，為25 tCO2e/tCH4；ELLFG，y代表第y年由項目活動下填埋氣產(chǎn)生的發(fā)電量，其中在基準(zhǔn)線情況時這部分電量由以化石燃料為主的華北電網(wǎng)提供；CEFelec，BL，y代表基準(zhǔn)線下的電網(wǎng)排放因子，單位tCO2e/MWh；ETLFG，y代表第y年項目活動下燃燒填埋氣供熱產(chǎn)生的熱能，基準(zhǔn)線情況下時這部分熱能由當(dāng)?shù)厝紵剂系腻仩t提供，單位TJ；CEFther，BL，y代表燃燒化石燃料供熱鍋爐的CO2排放因子，項目運行時這部分熱能由填埋氣燃燒產(chǎn)生的熱能取代，單位為tCO2e/TJ[5]。

5 成果

5.1 非經(jīng)濟分析

填埋氣體收集量分為主管道、發(fā)電管道和火炬管道，其中火炬管道在2014年停用，在2016年短暫重新啟用，后續(xù)完全關(guān)閉。從項目運行至2022年6月，主管道沼氣收集153346048.2Nm3；發(fā)電管道沼氣收集148213619.2Nm3；火炬管道沼氣收集3798200.02Nm3。

從項目運行至今，共發(fā)電上網(wǎng)電量224520920kW/h。

最后，從項目運行至今，老虎坑CDM碳減排總1392983.884t，其中發(fā)電碳減排量為1193959.67t；上網(wǎng)減排量174791.7435t；火炬燃燒減排量23547.9141t。

5.2 經(jīng)濟分析

根據(jù)國家相關(guān)可再生能源發(fā)電價格管理條例要求，老虎坑項目建成后，上網(wǎng)電量單價收費標(biāo)準(zhǔn)為0.689元/度，截至2021年底企業(yè)收到發(fā)電補貼資金超過4000萬元；與此同時，項目可實現(xiàn)碳排放期貨價值達(dá)到1.5美元/噸。項目各方面所表現(xiàn)出來的經(jīng)濟效益都十分突出，并且還大大節(jié)約了發(fā)電技術(shù)應(yīng)用成本，在節(jié)能減排領(lǐng)域有著較高的技術(shù)應(yīng)用價值。

6 結(jié)束語

本次老虎坑CDM項目最終取得了值得肯定的成績，項目引進(jìn)先進(jìn)的清潔再生能源發(fā)電技術(shù)，通過收集垃圾填埋氣燃燒發(fā)電，有效代替了部分化石燃料電廠的電量。年平均發(fā)電量23000MWh，可支持的年均凈上網(wǎng)電量可達(dá)21000 MWh，年均減少3911t甲烷的排放，相當(dāng)于碳減排96829tCO2e，充分體現(xiàn)了垃圾回收二次利用價值。不僅如此，本項目還針對垃圾滲濾液及地表溢流可能導(dǎo)致地下水和地表水質(zhì)污染的問題以及垃圾堆逸出氣體可能對周圍環(huán)境造成的危害問題，采取了有效控制措施，且控制效果良好，這為日后其他類似項目工程的開展提供了可靠的參考案例，對于推動我國CDM事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展意義重大。