基于CDM項目的碳減排技術在老虎坑項目中的應用

黃春城

深圳寶安東江環保再生能源有限公司 廣東 深圳 518000

引言

在我國十四五規劃中提出碳達峰、碳中和“雙碳”理念之后，各領域都開始積極推進資源循環化利用改造建設，通過廢物二次回收綜合利用促進循環經濟發展，助力國家節能減排降碳行動。其中城市礦山回收利用體現出了較為高的價值，近年來也受到了人們的廣泛關注。尤其是在清潔發展機制（CDM）背景下，實現城市垃圾量化限制和資源化回收利用，不僅對節約城市資源大有裨益，而且也是發展低碳消費、綠色環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電CDM項目，采用國際先進且成熟的工藝，對深圳市老虎坑垃圾衛生填埋場的沼氣進行收集利用發電，屬于能源環保再生類項目工程，對于促進我國節能減排、低碳環保事業的發展有著積極作用。項目位于寶安區松崗鎮塘下涌老虎坑環境園內，用地面積約3600m2，建筑面積約500m2，項目總投資金額5545.5萬元。項目投資規模不大，但成本高，對于相關施工建設以及運營管理的質量提出了嚴格要求。其中氣井部分的作業施工屬于本項目的重中之重，同時也是最容易出現限制問題的作業環節。比如場地局限、天氣條件影響以及垃圾堆的堆體狀態限制等。技術人員需根據現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 老虎坑項目的設置

本項目主體工程包括填埋氣體收集系統、填埋氣體預處理系統、填埋氣體發電系統和火炬系統，通過沼氣井收集垃圾填埋產生的沼氣，然后利用沼氣燃燒發電[1]。垃圾填埋氣經過處理后為潔凈能源，不會產生灰分和爐渣。填埋氣體冷凝液均收集在污水池內，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一處理，所使用的發電機以及風機等，均采取必要隔聲和消音措施。綜合而言，本項目的興建對環境的負面影響非常小，是一個并網發電的可再生能源項目，在減少溫室氣體排放、促進環境保護以及先進能源技術的融合應用方面都具有積極意義，同時還大大增加了當地就業機會。項目共安裝三臺燃氣發電機組，每臺機組裝機容量為1.064MW，年有效運行小時數為6750小時，預計年平均上網電量19373MWh，通過深圳電網并入南方電網，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要點

3.1 出現交叉作業時的處理

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

但實施過程中發現，由于本項目回收處理垃圾量較大，打井作業開始的時間點，垃圾填埋作業距離封堆還有較多工作量，因此打井工程與填埋作業存在必然的交叉作業節點。為了保障施工安全，在打井之前，于作業區域周圍布置了黃色安全警戒線，并設立了非施工人員禁止入內的警示標語?，F場施工人員嚴格執行安全施工管理規范要求，穿戴安全設施，配置安全勞動保護用品；同時現場嚴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行施工全過程跟蹤監管[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，并鋪設水平橫井，便于風機對沼氣進行收集。根據現場環境勘察發現，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險。針對該問題，打井作業過程中，額外申請了建筑勘察，用以引入精密探測設備，對氣井位置以及井深進行精準定位，為打井作業提供可靠參考數據，有效保障了打井深度的準確性，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的厭氧環境是一大挑戰。對此，本次施工中采取了環形收集主管道敷設方案，圍繞垃圾填埋場邊坡進行敷設一圈，各片區沼氣收集井采用樹形支部管道敷設連接并入主管道連接，并在多處設置隔離閥。如此一來，既可以充分收集垃圾填埋堆體的沼氣，又可以實現不同片區收集井之間的隔離效果，避免相鄰片區收集井之間產生干擾。另外，隔離閥還能夠在區域事故檢修過程中，起到對事故區收集系統和周圍環境進行隔離的作用，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的穩定運行[3]。

3.3 罕見凍雨下的打井

項目開展期間，恰逢當地罕見凍雨，大量垃圾與雨水接觸，會產生污水，增加垃圾處理負擔。因此，在凍雨期間，填埋場打井區域必須做好清污分流工作，避免雨水與垃圾污水混合，造成外界環境污染；同時還需減小作業區面積，以降低垃圾裸露概率。

針對該需求，本次打井過程中，首先在填埋區域周圍設置了兩條雨污溝，一條用來排雨水，一條用來排污水，做到清污分流。其次，是垃圾填埋達到預定階段后，及時采取了覆蓋措施，有效防止了地表水進入垃圾體，使得垃圾堆滲濾液產生量得以控制。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行了整平和找坡處理，使整體坡度一致，最終定向匯入區域邊緣的排水溝[4]。

4 CDM監測與管理

4.1 監測計劃及實施

項目成立專門的CDM小組，負責對項目進行過程中的各項數據進行收集，并跟蹤確認數據記錄過程，保證數據的真實性與完整性。監測機構主要由總負責人、CDM項目小組負責人、檢測技術人員、設備技術人員以及財務人員等組成，各崗位分工執行各部分的信息收集和整理確認工作。

4.2 監測設備的安裝

本項目一共配置有三塊流量計，分別安裝在主管道處、火炬管道處以及發電管道處，負責連續監測填埋堆氣體溫度、氣體流量和壓力值。與此同時，在三處管道內還安裝有濕度計，用以監測相應管道內垃圾填埋氣的濕度。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，用于監測項目的上網電量。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為發電管流量計；M為電表。

圖1 CDM儀表安裝示意圖

4.3 數據收集、管理

本項目的數據收集和管理工作主要通過自動監測儀表實現，儀表數據可以全程自動記錄并保存。CDM相關事務工作人員只需要定期對監測數據進行維護即可。根據維護內容的不同，管理周期分為每天和每月兩種不同模式。其中每月末需將監測數據進行人工電子存檔，用光盤備份電子文件。此外，相應的售電發票也需人工存檔，所有數據信息存檔記錄在案。

4.4 CDM項目碳減排量計算方法學

本次 CDM項目碳減排量（CER）計算以方法學理論為基礎，基準線排放數據來自本項目替代的化石燃料電廠所發電力產生的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年基準線情況下由于監管/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生的發電量，其中在基準線情況時這部分電量由以化石燃料為主的華北電網提供；CEFelec，BL，y代表基準線下的電網排放因子，單位tCO2e/MWh；ETLFG，y代表第y年項目活動下燃燒填埋氣供熱產生的熱能，基準線情況下時這部分熱能由當地燃燒化石燃料的鍋爐提供，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生的熱能取代，單位為tCO2e/TJ[5]。

5 成果

5.1 非經濟分析

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

從項目運行至今，共發電上網電量224520920kW/h。

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

5.2 經濟分析

根據國家相關可再生能源發電價格管理條例要求，老虎坑項目建成后，上網電量單價收費標準為0.689元/度，截至2021年底企業收到發電補貼資金超過4000萬元；與此同時，項目可實現碳排放期貨價值達到1.5美元/噸。項目各方面所表現出來的經濟效益都十分突出，并且還大大節約了發電技術應用成本，在節能減排領域有著較高的技術應用價值。

6 結束語

本次老虎坑CDM項目最終取得了值得肯定的成績，項目引進先進的清潔再生能源發電技術，通過收集垃圾填埋氣燃燒發電，有效代替了部分化石燃料電廠的電量。年平均發電量23000MWh，可支持的年均凈上網電量可達21000 MWh，年均減少3911t甲烷的排放，相當于碳減排96829tCO2e，充分體現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致地下水和地表水質污染的問題以及垃圾堆逸出氣體可能對周圍環境造成的危害問題，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事業的進一步發展意義重大。