1、澳大利亚煤层气发电项目【摘要】煤层气就地发电技术是煤层气开发利用的一项新兴技术，该技术对煤矿的安全高效生产、环境保护、煤层气能源有效利用有着重要的现实意义，澳大利亚在此领域居世界领先地位。本文就澳大利亚两个正在实施的煤层气就地发电项目，着重从投资厂商来源、煤层气利用发展史、煤层气抽放系统、煤层气燃料特征、发电厂的配置、煤层气就地发电的经济效益及环境效益等方面进行了详细的阐述，以期为中国煤层气就地发电事业提供一些有益的参考。 引言在澳大利亚东南部新南威尔士州的两项重点试验项目表明，在利用煤层气就地发电方面，澳大利亚居世界领先水平。这两个项目不仅取得了经济上的成功，而且在煤矿安全生产及环境保护方面
2、也取得了重大的效益。煤层气作为一种工业废物和对煤矿安全生产具有潜在威胁的有害气体，在澳大利亚一项能源项目中，将被转化成电能，该项目涉及澳大利亚四家大公司，即澳大利亚能源开发有限公司(EDL)，资金平等租借交换开发公司(LLDC)、勘探电力公司(即现在的能源总公司)和 BHP 公司。其中，EDL 公司和 LLDC 公司将利用 BHP公司煤矿分公司所提供的、来自阿平煤矿和陶尔煤矿的煤层气来发电，并供给能源总公司，能源总公司再将这些电输送给其用户。1995 年 5 月，澳大利亚开始建造两座发电厂，每座电厂有一组 1MW 燃气发动机，陶尔矿设计安装 40 台，阿平矿设计安装 54 台，如果全部建成，电
3、厂总输出功率持达 94MW，这些电将被售予能源总公司，该公司宣称，这些电能满足60000 户家庭的能源需求。这个项目最显著的效益是减少了温室气体-甲烷向大气中的排放。在此以前，大量的甲烷通过瓦斯抽放系统和矿井通风系统排放到大气中，现在，这四家公司已经联合开发了一种新技术，该技术不仅能收集抽放的甲烷，而且也能收集一部分通风气体中的甲烷，这在世界上尚属首次。井下抽放煤层气中甲烷含量一般为 50%左右，而通风气体中的甲烷含量大多在 05 左右。这两座发电厂的建成、投入运行意味着 BHP 公司所属煤矿分公司的甲烷排放量减少了 50%以上，这相当于澳大利亚温室气体排放量每年减少 300 万的二气化碳排放
4、。自 1994 年 2 月和 1995 年 5 月，阿平矿和陶尔矿的两座示范电厂先后投入运行，每座电厂有两台燃气发动机，其中，阿平发电厂利用一部分矿井通风气体。从这几套发电机组获得的生产经验加强了对更大规模燃气内燃机发电厂的投入。该项目为当地居民带来的其它利益包括：(1)增加就业机会；(2)提高了地方电力供应的可靠性；(3)为地方商业带来了经济效益；(4)阿平矿新电厂设备将取代现存 14MW 燃气轮机发电机组，从而降低噪声水平。2 投资厂商BHP 公司所属煤矿分公司总部位于悉尼南 75m 的伍伦贡()，该分公司经营四座井工矿井，雇用 1550 名工人。这四座澳大利亚煤炭储量最好的矿，利用现代化
5、长壁采煤技术，每年生产炼焦洗精煤 600 多万和动力煤 100 万。埃卢拉煤矿开采 3 号煤层-旺加威利()煤层，而科尔代澳科斯煤矿、陶尔煤矿和阿平煤矿全部开采 1 号煤层-布里煤层(B)。布里煤层和旺加威利煤层都属于伊勒瓦拉(LL)含煤岩系，开采深度在地表以下 140之间，煤层厚度由布里层的 22 到旺加威利层的 35 不等。所产炼焦煤主要用于肯布拉港( K)、纽卡斯尔(a)和怀阿拉()地区 BHP 公司钢铁分公司的炼钢厂，多余煤炭出口到日本、中国、台湾、土尔其、南美洲和英国。EDL 公司是一家集开发、拥有、经营发电厂和电力输送项目于一体的综合性能源公司。在电力行业方面，该公司基础雄存，经营
6、业务广泛，并有若干项目正在开发。在垃圾场沼气抽放及利用方面，该公司居澳大利亚领先地位。同时，在电力项目的设计、建设、经营、投资方面，总的综合能力也处于领先位置。1996 年 1 月，位于南澳大利亚州(S )、维多利亚州()、新南威尔士州( S )及澳大利亚北部地区的所有隶属于 EDL 公司的电厂总发电能力超过 100MW。这些电厂分别以天然气、垃圾厂沼气、溜出液和煤层气为燃料，同时，该公司还有一些其它开发工程，预计在以后的三年中，该公司的发电装机容量将超过220MW。LLDC 公司是由澳大利亚平等租借交换公司(LLC)全部拥有的附属公司。LLC 公司是一家集财产、金融服务行业为一体的综合性集团
7、公司，该公司的办事处遍布全国各地，并在新西兰、东南亚、美国和英国等地也设有办事处。LLDC公司主要从事基础设施工程，该公司在世界电力生产的环境保护领域扮演着重要角色，目前，该公司通过参与开发和占有两种形式涉足 6 座发电厂，总装机容量约 175MW，其中包括 4 座水力发电厂。3 阿平矿阿平矿建于 1962 年，是 BHP 公司煤矿分公司经营的一座最老矿井。该矿井北与阿平镇紧邻，距伍论贡 37。阿平矿开采布里煤层，开采深度达550。所产煤炭主要是高质量炼焦煤，供肯布拉港、纽卡斯尔和怀阿拉等地炼钢所用。1969 年阿平矿引进长壁采煤技术。目前，阿平矿典型的长壁采区工作面长度为 200，采区长度大
8、约为 2。该矿采用一对通风立井、两条倾斜平硐或巷道的开拓方式。立井井筒深 540，开拓斜巷长近 18 。大断面副井(25 )采用高度自动化提升机，借助矿车运人运料。这种提升机利用矿车发射的无线电信号进行自动控制。小断面主井(23 )采用胶带输送机将本矿生产的全部煤炭运到地面。在早期，高瓦斯涌出严重地影响了阿平矿的煤炭生产，为了解决这一问题，阿平矿于 1981 年开始施实瓦斯抽放。瓦斯抽放包括布里煤层的采前予抽放和现采长壁采区下伏煤层-巴尔戈尼(B)和旺加威利煤层的采后抽放。结果，在开采前，长壁采区布里煤层中和采准盘区中的瓦斯浓度由抽放前的18 降到抽放后的平均 3 。这种效果是通过在煤层中打瓦
9、斯抽放钻孔并把抽放的瓦斯经由管道输送到地面甲烷抽放站的 7 台真空泵而获得的。在长壁采区布里煤层的采掘过程中，下伏邻近的巴尔戈尼和旺加威利煤层受到采动影响，裂隙形成，使得瓦斯产生流动，以巴尔戈尼层和旺加威利层涌入到长壁开采工作面。为了解决这一问题，向这些下伏煤层打入向下倾斜的穿层钻孔，截获由于受采动影响而释放的甲烷，阿平矿利用这种方法阻止甲烷涌入布里煤层。这些钻孔为现采区下伏煤层提供了有效的采后瓦斯抽放。井下输送系统将采落煤输送到容量 350t 的井底煤仓，这些煤经破碎后，由胶带输送机运到容量 3000t 的地面煤仓。阿平矿年产煤炭 200 万以上，通过公路，用卡车将这些煤运到奥布赖恩斯德里夫
10、特(B )，再通过公司专用铁路，将煤炭输送到肯布拉港的炼钢厂。4 陶尔煤矿陶尔矿位于伍伦贡西南 40，在效区威尔顿和道格拉斯帕克( )之间。该矿开采始于 1978 年 11 月，开采布里煤层。陶尔井田是高质量、低灰分炼焦煤的重要储地，所产炼焦煤主要用于炼钢。1979 年初，陶尔煤矿在井底深部区遇到大断层带，结果，煤矿采取包工形式以掘通岩石层，在 1979 年 610 月间，煤矿生产被迫停止。1982 年后期，主要受当时经济衰退的影响，陶尔矿被迫减产减员，直到 80 年代中期，陶尔矿因为拥有巨大储量的高质量炼焦煤，被公司改造成长壁采煤生产大矿。由于布里矿和卡里莫尔矿的关闭，自 1985 年底，这
11、两个矿的职工开始向陶尔矿调动。陶尔矿经营逐步好转，并最终于 1988 年 3 月开始长壁采煤，所用长壁采煤设备是从 BHP 公司约翰达令( )矿转运来的，由多台韦斯特法利亚()型双柱支架和一台埃克夫()型滚筒采煤机组成，在这套设备能应用于陶尔矿之前，该矿进行了大范围的改造。最终，这套设备被成功地应用于陶尔矿长为 100的第 1长壁采区回采工作面中，第 6 采区开始于 1992 年 1 月，由于从凯米拉(r)煤矿转运来了梅科(M)型四柱垛式掩护支架和一台安德森()型滚筒采煤机，本采区工作面长度延长到 150。陶尔煤矿是一座高瓦斯涌出矿井。有效的甲烷抽放对于该矿连续安全生产非常必要，陶尔矿甲烷抽放
12、站有 8 台真空泵，它们与井下抽放管道及抽放钻孔网连成一体。在陶尔矿，无论是长壁开采还是采准盘区开采都从该矿大范围甲烷抽放中得到好处。5 甲烷利用回顾阿平矿和陶尔矿实践表明，甲烷抽放必然导致不同特性的燃料气体产生，一般情况是，这些特性的变化与气体成分和流量有关。考虑到甲烷可作为一种能源或化学资源的可能性，BHP 公司对这种气体的可能用途进行了试验，根据瓦斯所处位置和组成特征，BHP 公司断定瓦斯气体最经济可行的用法是将之转化成电能，售给地方输电机构。1986 年 4 月，在阿平矿，BHP 公司安装了一台额定功率为 14MW 的单循环燃气轮机发电机组及与之相配套的气体压缩机、防回火器、气体过流器等辅助装置，这套发电机组利用从矿井中收集的部分甲烷生产电能，售给勘探电力公司(即现在的能源总公司)。不幸的是，该电站经历了许多重要故障，并最终被永久地放弃，所有的故障均不是由燃料质量引起的，这套燃气轮机发电机组用溜出油作为备用起动运转燃料，以避免在矿井甲烷燃料暂时短缺时机器停止运转。6 甲烷抽放系统最初，实施煤层气抽放是为了提高煤矿生产安全，保障阿平矿和陶
