利用废弃物发电：全球垃圾填埋场能源视角

世界面临着双重挑战：对能源日益增长的需求和不断增加的废物量。垃圾填埋场，通常被视为环境负债，可以转变为有价值的可再生能源来源。本博文探讨了垃圾填埋场能源项目的技术、优势、挑战和全球案例，突出了它们对更可持续未来的贡献潜力。

了解垃圾填埋气 (LFG)

垃圾填埋气 (LFG) 是垃圾填埋场中废弃物厌氧分解的自然副产品。这种气体主要由甲烷 (CH4) 和二氧化碳 (CO2) 组成，还有少量非甲烷有机化合物 (NMOCs)。甲烷是一种强效温室气体，其捕获热量的能力明显高于二氧化碳。未经处理的垃圾填埋气排放物对全球变暖和空气污染有重大影响。然而，当捕获和处理后，垃圾填埋气可以成为一种宝贵的可再生能源。

垃圾填埋气的组成取决于多种因素，例如垃圾填埋场的年龄、沉积的废物类型、湿度和温度。通常，垃圾填埋气包含：

• 甲烷 (CH4)：40-60%
• 二氧化碳 (CO2)：30-50%
• 氮气 (N2)：2-10%
• 氧气 (O2)：0.1-1%
• 痕量其他气体，包括硫化氢 (H2S) 和 NMOCs

垃圾填埋气利用技术

有多种技术可用于捕获和利用垃圾填埋气。技术选择取决于垃圾填埋气的流量、气体质量和能源的预期最终用途。

1. 垃圾填埋气发电 (LFGTE) 厂

LFGTE 厂是捕获垃圾填埋气并用其发电的设施。垃圾填埋气通常经过净化以去除杂质，然后在内燃机、燃气轮机或微型涡轮机中燃烧。燃烧产生的热量用于驱动发电机，产生可以馈入电网的电力。LFGTE 是最常见和最成熟的垃圾填埋气利用技术之一。

示例：美国加利福尼亚州的普恩特山垃圾填埋气发电厂是世界上最大的 LFGTE 厂之一，产生的电力足以供数万户家庭使用。

2. 垃圾填埋气直接利用

在某些情况下，垃圾填埋气可以直接用作燃料来源，而无需转化为电力。这可能涉及使用垃圾填埋气用于：

• 直接热应用：垃圾填埋气可用于为工业过程、空间供暖或热水供暖提供热量。
• 车辆燃料：垃圾填埋气可以被加工成压缩天然气 (CNG) 或液化天然气 (LNG)，用作车辆燃料。
• 锅炉燃料：垃圾填埋气可用作工业或商业场所锅炉的燃料来源。

示例：在欧洲的几个城市，垃圾填埋气被用于为公共交通巴士提供燃料，减少对化石燃料的依赖并降低排放量。

3. 垃圾填埋气转化为管网质量气体

先进的处理技术可以将垃圾填埋气净化至管网质量天然气标准。这涉及去除二氧化碳、氮气和其他污染物，以产生高甲烷气体，该气体可以注入天然气管道网络。这提供了一种灵活有效的方式来在广阔的区域内分配垃圾填埋气能源。

示例：加拿大和美国的一些项目正在将垃圾填埋气升级为管网质量气体，为可再生天然气的总体供应做出贡献。

4. 其他新兴技术

研究人员正在不断探索利用垃圾填埋气的新型创新方法。一些新兴技术包括：

• 燃料电池：垃圾填埋气可以用作燃料电池的燃料来源，燃料电池将化学能转化为电能，具有高效率和低排放的特点。
• 化学品生产：垃圾填埋气可以用作生产各种化学品的原料，例如甲醇和乙醇。
• 微生物燃料电池 (MFCs)：MFCs 使用微生物将垃圾填埋气中的有机物转化为电能。这项技术仍处于发展初期，但有可能提供一种可持续、高效的方式来从垃圾填埋气中发电。

垃圾填埋场能源项目的益处

垃圾填埋场能源项目提供广泛的环境、经济和社会效益。

环境效益

• 减少温室气体排放：捕获和利用垃圾填埋气可防止甲烷释放到大气中，从而减轻气候变化。
• 空气质量改善：垃圾填埋气捕获减少了挥发性有机化合物 (VOCs) 和其他空气污染物的排放，改善了周围地区的空气质量。
• 气味控制：垃圾填埋气收集系统有助于控制与垃圾填埋场相关的气味，改善附近居民的生活质量。
• 降低爆炸风险：甲烷易燃，不受控制的垃圾填埋气积聚可能构成爆炸风险。垃圾填埋气收集系统降低了这种风险。

经济效益

• 创收：垃圾填埋气能源项目可以通过出售电力、热力或管网质量气体来创收。
• 创造就业机会：垃圾填埋气能源项目在建筑、运营和维护方面创造就业机会。
• 能源独立性：垃圾填埋气能源项目通过减少对化石燃料的依赖来促进能源独立性。
• 降低能源成本：利用垃圾填埋气可以降低企业和社区的能源成本。

社会效益

• 改善公共健康：减少空气污染和气味控制改善了垃圾填埋场附近社区的公共健康。
• 社区发展：垃圾填埋气能源项目可以通过提供清洁可靠的能源来促进社区发展。
• 增强可持续性：垃圾填埋气能源项目通过将废物转化为有价值的资源来促进可持续性。

垃圾填埋场能源项目的挑战

尽管有诸多好处，但垃圾填埋气能源项目也面临一些挑战。

技术挑战

• 气体收集效率：优化垃圾填埋气收集效率对于最大限度地提高能源生产至关重要。垃圾填埋场设计、覆盖类型和气井间距等因素会影响收集效率。
• 气体质量变化：垃圾填埋气质量可能会随时间变化，并且在垃圾填埋场的不同区域之间变化。这种变化会影响垃圾填埋气利用设备的性能。
• 腐蚀：垃圾填埋气可能包含腐蚀性成分，例如硫化氢 (H2S)，这可能会损坏设备。
• 水分含量：垃圾填埋气中的高水分含量可能导致凝结和腐蚀问题。

经济挑战

• 高资本成本：垃圾填埋气能源项目通常需要对基础设施进行大量的预付投资，包括气体收集系统、处理设备和能源转换技术。
• 能源价格波动：垃圾填埋气能源项目的经济可行性可能会受到能源价格波动的影响。
• 融资挑战：为垃圾填埋气能源项目获得融资可能具有挑战性，特别是对于较小的项目。

监管和许可挑战

• 复杂的许可流程：获得垃圾填埋气能源项目所需的许可证可能是一个复杂而耗时的过程。
• 环境法规：垃圾填埋气能源项目必须遵守各种环境法规，包括空气质量标准和废物管理要求。
• 土地使用限制：土地使用限制可能会限制垃圾填埋气能源项目的选址。

社会和社区挑战

• 公众认知：公众对垃圾填埋场的负面看法可能是垃圾填埋气能源项目发展的障碍。
• 社区反对：一些社区可能会反对垃圾填埋气能源项目，因为担心噪音、交通和其他潜在影响。

全球成功垃圾填埋场能源项目的案例

世界各地正在运行着许多成功的垃圾填埋气能源项目，证明了这项技术的可行性和优势。

北美

• 普恩特山垃圾填埋气发电厂（美国加利福尼亚州）：这是世界上最大的 LFGTE 厂之一，产生的电力足以供大约 70,000 户家庭使用。
• 弗雷斯基尔斯公园（美国纽约州）：前弗雷斯基尔斯垃圾填埋场曾是世界上最大的垃圾填埋场，目前正在改造成一个公园。作为这种改造的一部分，正在收集垃圾填埋气并用于发电。
• 蒙特利尔垃圾填埋气项目（加拿大）：该项目从蒙特利尔地区的几个垃圾填埋场收集垃圾填埋气，并用它来发电和供热。

欧洲

• 阿维多尔电站（丹麦）：该电站将垃圾填埋气与其他燃料共同燃烧，用于发电和供热。
• 舍恩贝格垃圾填埋场（德国）：该垃圾填埋场利用垃圾填埋气为附近的工业园区发电和供热。
• 英国的各种项目：英国的许多垃圾填埋场都实施了垃圾填埋气捕获和利用系统，为该国的可再生能源目标做出了贡献。

亚洲

• 雅加达垃圾填埋气项目（印度尼西亚）：该项目从雅加达的几个垃圾填埋场捕获垃圾填埋气，并用它来发电，为当地社区提供电力。
• 南山废弃物处理综合体（越南）：该综合体包括一个垃圾填埋气收集和利用系统，用于发电并减少温室气体排放。
• 中国的各种项目：中国正在快速开发垃圾填埋气能源项目，以应对废物管理挑战并促进可再生能源。

拉丁美洲

• 班代拉保利斯塔垃圾填埋气项目（巴西）：该项目捕获垃圾填埋气并用它来发电，为巴西的可再生能源组合做出了贡献。
• 圣地亚哥庞尼恩特垃圾填埋气项目（智利）：该项目捕获垃圾填埋气并用它来为当地电网发电。

非洲

• eThekwini 垃圾填埋气发电项目（南非）：该项目从 eThekwini 的几个垃圾填埋场捕获垃圾填埋气并用它来发电。

垃圾填埋场能源项目开发的最佳实践

为了确保垃圾填埋气能源项目的成功，遵循项目开发中的最佳实践非常重要。

• 进行彻底的可行性研究：在启动垃圾填埋气能源项目之前，进行彻底的可行性研究至关重要，以评估垃圾填埋气资源的潜力，评估不同垃圾填埋气利用方案的技术和经济可行性，并确定潜在的风险和挑战。
• 优化垃圾填埋气收集系统设计：垃圾填埋气收集系统的设计应进行优化，以最大限度地提高气体收集效率并最大限度地减少空气侵入。应仔细考虑垃圾填埋场设计、覆盖类型、气井间距和真空压力等因素。
• 实施有效气体处理：有效气体处理对于去除杂质并确保垃圾填埋气利用设备的可靠运行至关重要。所需处理的类型将取决于垃圾填埋气的质量和能源的预期最终用途。
• 确保适当的监测和维护：定期监测和维护垃圾填埋气收集和利用系统对于保持最佳性能和防止设备故障至关重要。
• 与社区互动：与当地社区互动对于解决担忧和建立对垃圾填埋气能源项目的支持至关重要。这可能涉及举行公开会议、提供有关项目的信息并解决社区的担忧。
• 遵守所有适用的法规：垃圾填埋气能源项目必须遵守所有适用的环境法规和许可要求。
• 获得融资：为垃圾填埋气能源项目获得融资可能具有挑战性。项目开发商应探索各种融资方案，包括赠款、贷款和税收抵免。
• 考虑长期可持续性：垃圾填埋气能源项目应以可持续的方式设计和运营，同时考虑长期的环境和经济影响。

垃圾填埋场能源的未来

垃圾填埋场能源在向更可持续的能源未来过渡方面发挥着重要作用。随着废物管理实践的发展和技术的进步，垃圾填埋气利用的潜力将继续增长。垃圾填埋场能源的未来趋势包括：

• 越来越多地利用先进的处理技术：先进的处理技术将能够从垃圾填埋气中生产管网质量气体，从而扩大垃圾填埋气利用的机会。
• 与其他可再生能源的整合：垃圾填埋气能源项目可以与其他可再生能源（如太阳能和风能）整合，以提供更可靠、更多样化的能源供应。
• 开发新的垃圾填埋气利用技术：研究人员正在不断开发利用垃圾填埋气的新型创新方法，例如燃料电池和化学品生产。
• 注重减少废物和转移：减少废物产生并将有机废物从垃圾填埋场转移的努力最终将减少产生的垃圾填埋气量。然而，即使加强了减废工作，在可预见的未来，垃圾填埋场仍将是垃圾填埋气的重要来源。
• 政策支持和激励措施：政府政策和激励措施在促进垃圾填埋气能源项目的发展方面发挥着至关重要的作用。这些政策可以包括税收抵免、上网电价和可再生能源授权。

结论

垃圾填埋气代表着一种重要且经常被忽视的可再生能源。通过利用废物的力量，我们可以减少温室气体排放，改善空气质量，产生清洁能源，并创造经济机会。虽然挑战依然存在，但垃圾填埋气能源项目的众多好处使其成为实现更可持续未来的宝贵工具。随着技术的不断发展和政策变得更具支持性，垃圾填埋场能源将在满足世界日益增长的能源需求和保护环境方面发挥越来越重要的作用。

此资源为全球读者提供了见解，旨在作为理解垃圾填埋气发电 (LFGTE) 的起点。请咨询合格的环境工程和可持续性专业人士，以获得创建特定项目的综合指导。