基于CDM项目的碳减排技术在老虎坑项目中的应用

黄春城

深圳宝安东江环保再生能源有限公司 广东 深圳 518000

在我国十四五规划中提出碳达峰、碳中和“双碳”理念之后，各领域都开始积极推进资源循环化利用改造建设，通过废物二次回收综合利用促进循环经济发展，助力国家节能减排降碳行动。其中城市矿山回收利用体现出了较为高的价值，近年来也受到了人们的广泛关注。尤其是在清洁发展机制（CDM）背景下，实现城市垃圾量化限制和资源化回收利用，不仅对节约城市资源大有裨益，而且也是发展低碳消费、绿色环保和谐社会的必然要求。

本文所述主要为老虎坑填埋场填埋气发电CDM项目，采用国际先进且成熟的工艺，对深圳市老虎坑垃圾卫生填埋场的沼气进行收集利用发电，属于能源环保再生类项目工程，对于促进我国节能减排、低碳环保事业的发展有着积极作用。项目位于宝安区松岗镇塘下涌老虎坑环境园内，用地面积约3600m2，建筑面积约500m2，项目总投资金额5545.5万元。项目投资规模不大，但成本高，对于相关施工建设以及运营管理的质量提出了严格要求。其中气井部分的作业施工属于本项目的重中之重，同时也是最容易出现限制问题的作业环节。比如场地局限、天气条件影响以及垃圾堆的堆体状态限制等。技术人员需根据现场实际情况具体问题具体分析，制定针对性项目实施方案。

本项目主体工程包括填埋气体收集系统、填埋气体预处理系统、填埋气体发电系统和火炬系统，通过沼气井收集垃圾填埋产生的沼气，然后利用沼气燃烧发电[1]。垃圾填埋气经过处理后为洁净能源，不会产生灰分和炉渣。填埋气体冷凝液均收集在污水池内，由污水泵送至城市生活垃圾综合处置中心渗沥液处理站统一处理，所使用的发电机以及风机等，均采取必要隔声和消音措施。综合而言，本项目的兴建对环境的负面影响非常小，是一个并网发电的可再生能源项目，在减少温室气体排放、促进环境保护以及先进能源技术的融合应用方面都具有积极意义，同时还大大增加了当地就业机会。项目共安装三台燃气发电机组，每台机组装机容量为1.064MW，年有效运行小时数为6750小时，预计年平均上网电量19373MWh，通过深圳电网并入南方电网，以替代部分化石燃料电厂的电量。

3.1 出现交叉作业时的处理

垃圾填埋气发电主要是利用了垃圾在封闭环境中会产生沼气，然后通过风机将沼气从垃圾中抽出来，燃烧后能够发电的原理。一般当垃圾填埋堆体到15m以上后，即可开始打井进行沼气收集。由于本项目填埋场位于老虎坑环境园区内，填埋场填埋气淤积会对周围环境造成负面影响，所以在堆积高度达标后，要求尽快完成打井作业，以收集填埋气，减少环境破坏。

但实施过程中发现，由于本项目回收处理垃圾量较大，打井作业开始的时间点，垃圾填埋作业距离封堆还有较多工作量，因此打井工程与填埋作业存在必然的交叉作业节点。为了保障施工安全，在打井之前，于作业区域周围布置了黄色安全警戒线，并设立了非施工人员禁止入内的警示标语。现场施工人员严格执行安全施工管理规范要求，穿戴安全设施，配置安全劳动保护用品；
同时现场严禁吸烟和携带易燃易爆物品，配备10个以上干粉灭火器，全面落实防火安全保障措施，施工单位安排专人进行施工全过程跟踪监管[2]。

3.2 垃圾堆体问题及解决

垃圾填埋体打井工程需要在垃圾堆上钻井施工，形成沼气竖井，并铺设水平横井，便于风机对沼气进行收集。根据现场环境勘察发现，打井工程中存在以下难点问题：

其一是填埋场周边垃圾堆体由于库底斜坡地形复杂影响，垃圾堆体高度较填埋场中间堆体偏低，打井过程中存在钻井机打穿库底的风险。针对该问题，打井作业过程中，额外申请了建筑勘察，用以引入精密探测设备，对气井位置以及井深进行精准定位，为打井作业提供可靠参考数据，有效保障了打井深度的准确性，避免了对填埋场库底斜坡可能造成的破坏。

其二是本次打井施工作业面较广，如何保证井道覆盖范围的全面性，同时使各气井抽气压力均衡，避免破坏垃圾堆体内的厌氧环境是一大挑战。对此，本次施工中采取了环形收集主管道敷设方案，围绕垃圾填埋场边坡进行敷设一圈，各片区沼气收集井采用树形支部管道敷设连接并入主管道连接，并在多处设置隔离阀。如此一来，既可以充分收集垃圾填埋堆体的沼气，又可以实现不同片区收集井之间的隔离效果，避免相邻片区收集井之间产生干扰。另外，隔离阀还能够在区域事故检修过程中，起到对事故区收集系统和周围环境进行隔离的作用，避免维修施工影响气体的输送，最大程度保证沼气收集作业的稳定运行[3]。

3.3 罕见冻雨下的打井

项目开展期间，恰逢当地罕见冻雨，大量垃圾与雨水接触，会产生污水，增加垃圾处理负担。因此，在冻雨期间，填埋场打井区域必须做好清污分流工作，避免雨水与垃圾污水混合，造成外界环境污染；
同时还需减小作业区面积，以降低垃圾裸露概率。

针对该需求，本次打井过程中，首先在填埋区域周围设置了两条雨污沟，一条用来排雨水，一条用来排污水，做到清污分流。其次，是垃圾填埋达到预定阶段后，及时采取了覆盖措施，有效防止了地表水进入垃圾体，使得垃圾堆渗滤液产生量得以控制。另外，为了保证地表水能朝一个方向流动，便于集中收集管理，覆盖后的垃圾堆体表面还进行了整平和找坡处理，使整体坡度一致，最终定向汇入区域边缘的排水沟[4]。

4.1 监测计划及实施

项目成立专门的CDM小组，负责对项目进行过程中的各项数据进行收集，并跟踪确认数据记录过程，保证数据的真实性与完整性。监测机构主要由总负责人、CDM项目小组负责人、检测技术人员、设备技术人员以及财务人员等组成，各岗位分工执行各部分的信息收集和整理确认工作。

4.2 监测设备的安装

本项目一共配置有三块流量计，分别安装在主管道处、火炬管道处以及发电管道处，负责连续监测填埋堆气体温度、气体流量和压力值。与此同时，在三处管道内还安装有湿度计，用以监测相应管道内垃圾填埋气的湿度。管道尾气出口处则安装有一个温度计，用于监测垃圾填埋气燃烧尾气的温度。此外，项目还配置有一块电表，用于监测项目的上网电量。具体的仪表安装位置如图1所示。其中F1为主管流量计；
G为甲烷仪；
H为湿度仪；
F2为火炬管流量计；
T为尾气温度计；
F3为发电管流量计；
M为电表。

图1 CDM仪表安装示意图

4.3 数据收集、管理

本项目的数据收集和管理工作主要通过自动监测仪表实现，仪表数据可以全程自动记录并保存。CDM相关事务工作人员只需要定期对监测数据进行维护即可。根据维护内容的不同，管理周期分为每天和每月两种不同模式。其中每月末需将监测数据进行人工电子存档，用光盘备份电子文件。此外，相应的售电发票也需人工存档，所有数据信息存档记录在案。

4.4 CDM项目碳减排量计算方法学

本次 CDM项目碳减排量（CER）计算以方法学理论为基础，基准线排放数据来自本项目替代的化石燃料电厂所发电力产生的CO2排放。其计算公式为：BEy=(MDproject，y-MDBL，y)*GWPCH4+ELLFG，y*CEFelec，BL，y+ETLFG,y*CEFther，BL，y。

其中BEy代表第y年的基准线排放量（tCO2e/年）；
Dproject，y代表第y年项目活动情况下被燃烧/处理的甲烷量；
MDBL，y代表第y年基准线情况下由于监管/合同要求等被燃烧/处理的甲烷量；
GWPCH4代表甲烷的全球增温潜势，为25 tCO2e/tCH4；
ELLFG，y代表第y年由项目活动下填埋气产生的发电量，其中在基准线情况时这部分电量由以化石燃料为主的华北电网提供；
CEFelec，BL，y代表基准线下的电网排放因子，单位tCO2e/MWh；
ETLFG，y代表第y年项目活动下燃烧填埋气供热产生的热能，基准线情况下时这部分热能由当地燃烧化石燃料的锅炉提供，单位TJ；
CEFther，BL，y代表燃烧化石燃料供热锅炉的CO2排放因子，项目运行时这部分热能由填埋气燃烧产生的热能取代，单位为tCO2e/TJ[5]。

5.1 非经济分析

填埋气体收集量分为主管道、发电管道和火炬管道，其中火炬管道在2014年停用，在2016年短暂重新启用，后续完全关闭。从项目运行至2022年6月，主管道沼气收集153346048.2Nm3；
发电管道沼气收集148213619.2Nm3；
火炬管道沼气收集3798200.02Nm3。

从项目运行至今，共发电上网电量224520920kW/h。

最后，从项目运行至今，老虎坑CDM碳减排总1392983.884t，其中发电碳减排量为1193959.67t；
上网减排量174791.7435t；
火炬燃烧减排量23547.9141t。

5.2 经济分析

根据国家相关可再生能源发电价格管理条例要求，老虎坑项目建成后，上网电量单价收费标准为0.689元/度，截至2021年底企业收到发电补贴资金超过4000万元；
与此同时，项目可实现碳排放期货价值达到1.5美元/吨。项目各方面所表现出来的经济效益都十分突出，并且还大大节约了发电技术应用成本，在节能减排领域有着较高的技术应用价值。

本次老虎坑CDM项目最终取得了值得肯定的成绩，项目引进先进的清洁再生能源发电技术，通过收集垃圾填埋气燃烧发电，有效代替了部分化石燃料电厂的电量。年平均发电量23000MWh，可支持的年均净上网电量可达21000 MWh，年均减少3911t甲烷的排放，相当于碳减排96829tCO2e，充分体现了垃圾回收二次利用价值。不仅如此，本项目还针对垃圾渗滤液及地表溢流可能导致地下水和地表水质污染的问题以及垃圾堆逸出气体可能对周围环境造成的危害问题，采取了有效控制措施，且控制效果良好，这为日后其他类似项目工程的开展提供了可靠的参考案例，对于推动我国CDM事业的进一步发展意义重大。