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P2M通常由水电解、CO2源(电力、工业、发酵沼气等)、及甲烷化装置组成。当可再生电力富余时,利用电解装置首先将水电解成为氢气和氧气,氢气输送至甲烷化装置中和CO2反应生成CH4和水,从而实现将电能转化为CH4的过程,在此过程中生成的天然气由于源自可再生能源所产生的电力,因此称其为可再生天然气。可再生天然气通过调压、过滤和计量等处理后,可直接就近注入当地天然气管网,而后通过天然气管网输送至千家万户。
从上世纪90年代开始,P2H/P2M从概念研究、项目示范及商业应用已有二十多年历史,从2014年起,逐渐推广至商业应用,其中以欧洲的德国、丹麦、意大利及法国为主,目前已有超过50个示范项目建成运营,另外,欧盟也设立宏伟目标,到2050年,每年可利用当地可再生资源经济地生产1200亿立方米可再生天然气,大大提高能源自主性与安全性,同时,每年可为欧盟节约1380亿欧元。以位于丹麦哥本哈根郊区的Avedøre 1 MW BioCat Plant 为例,项目利用污水处理厂的沼气为CO2来源,1MWh电力可制成200Nm3/h的氢气,与污水发酵产生的50Nm3/h CO2以生物催化方式在常温常压下合成可再生天然气50Nm3/h,同时还可对外供热320kW。当然,由于该技术目前处于商业化初期,单位可再生天然气成本(含初投资、运行成本、电力成本等)还是较高,但若考虑CO2减排效益、氧气及热力收益后,以及随着商业规模化推广初投资降低后,可再生天然气成本预计在2030年可降低至1.5~2元/m3。
P2H/P2M对我国可再生能源利用、高比例可再生能源消纳及碳减排等具有重要的现实和战略意义。据初步测算,每年的弃风弃光弃水电量若用于制成可再生天然气,可满足整个上海市全年的天然气需求,同时每年可减排CO2 2000万吨以上。
本文作者:郭甲生博士
航天智慧能源研究院副院长
上海航天智慧能源技术有限公司副总经理
亚洲开发银行(ADB)能源咨询专家
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