14 综述——甲烷减排:另一个必须完成的任务

2021-12-31 11:18:00    字号:

  一、甲烷减排的背景
  甲烷是天然气、页岩气、煤层气、煤矿瓦斯的主要成分,是仅次于二氧化碳的重要温室气体。同样单位的甲烷产生的温室效应要比二氧化碳高25倍左右,主要原因是甲烷能吸收更多太阳光波段的辐射。在自然界中,甲烷大量存在,主要来源包括自然排放和人为排放。其中人为排放占据60%左右,比如垃圾处理以及煤、石油、天然气等的开采、生产和运输。此外,畜牧业和农业生产也是导致大气甲烷积累的因素。据联合国政府间气候变化委员会调查,从1750~1990年的240年间二氧化碳增加了30%,而同期甲烷增加了145%。在大气中,每千克甲烷的气候暖化效应是等量二氧化碳的120倍,且排放20年后,该数值仍高达84倍。国际能源署发布的《世界能源展望2019》显示,甲烷暖化效果与其开采出来的煤炭全部燃烧相当。
  2021年11月10日,中国和美国在格拉斯哥联合国气候变化大会期间发布《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》。中美回顾2021年4月17日发表的《中美应对气候危机联合声明》,双方计划在以下方面开展合作:1.回顾21世纪20年代减少温室气体排放的相关法规框架与环境标准;2.一致认同将清洁能源转型的社会效益最大化;3.推动终端用户行业脱碳和电气化的鼓励性政策实施;4.发展循环经济的关键领域,如绿色设计和可再生资源利用;5.部署和应用如碳捕集、利用、封存和直接空气捕集等技术。其中,针对加大行动控制和减少甲烷排放,两国计划将:1.合作加强甲烷排放的测量;交流各自加强甲烷管控政策和计划的信息;并促进有关甲烷减排挑战和解决方案的联合研究。2.美方已经宣布美国甲烷减排行动计划。3.双方将视情在《联合国气候变化框架公约》第二十七次缔约方会议前采取以下行动:(1)双方在国家和次国家层面制定强化甲烷排放控制的额外措施。(2)中方计划在其近期通报的国家自主贡献之外,制定一份全面、有力度的甲烷国家行动计划,争取在21世纪20年代取得控制和减少甲烷排放的显著效果。4.中美计划在2022年上半年共同召开会议,聚焦强化甲烷测量和减排具体事宜,包括通过标准减少来自化石能源和废弃物行业的甲烷排放,以及通过激励措施和项目减少农业甲烷排放。最后,两国计划在2025年通报2035年国家自主贡献。
  中国不仅是最大的二氧化碳排放国,也是最大的甲烷排放国;是能源生产消耗大国,也是煤炭生产大国。中国近一半甲烷排放来自能源生产活动。目前距离碳达峰只有10年时间;从碳达峰到碳中和的时间间隔也只有30年时间,而西方发达国家的时间间隔短则40年,长则70年。碳减排时间紧迫、任务艰巨。“十四五”规划和2035年远景目标纲要首次提出的甲烷排放控制,给甲烷排放大户——煤炭、油气企业提出了全新挑战。甲烷减排任务的确立,对于煤炭、油气等能源企业的影响极大。作为第二大温室气体,甲烷减排势在必行。面对绿色发展这一不可逆的大趋势,我国企业不能有任何侥幸心理,顺势而为,及早部署甲烷减排工作。
  二、我国甲烷治理现状
  (一)针对甲烷减排的实践行动
  我国已经积累了大量有效的甲烷治理经验,相关成功案例也不在少数。例如,在整治一度让煤炭生产成为高危行业代名词的“瓦斯事故”方面,我国于2005年成立了“煤矿瓦斯防治部际协调领导小组”,此后16年间瓦斯防治工作交出高分答卷,刚刚过去的2020年更是取得历史最佳成绩:新中国成立以来首次实现全年未发生一次死亡10人以上的重大煤矿瓦斯事故;全国24个产煤省区市中有18个实现瓦斯“零事故”,全国煤矿瓦斯事故起数、死亡人数比领导小组成立之初的2005年分别下降98.3%、98.6%。
  2019年生态环境部发布《关于进一步加强石油天然气行业环境影响评价管理的通知》,提出加强油气行业甲烷泄漏检测。生态环境部应对气候变化司司长李高在“2020中国甲烷论坛”上表示,我国将推动开展控制甲烷排放行动。生态环境部在2021年1月11日发布的《关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见》明确指出,要试点开展石油天然气、煤炭开采等重点行业甲烷排放监测。大幅削减天然气行业的甲烷排放,已经成为共识。
  2020年底,我国发布了《碳排放权交易管理办法(试行)》,今年全国碳排放交易将启动上线交易。国家核证自愿减排作为全国碳排放交易市场的抵消机制,将发挥比较重要的作用。通过碳排放交易市场上线交易的启动,利用市场机制助力甲烷排放控制。据悉,国家对温室气体自愿减排交易采取备案管理,经备案的减排量称为国家核证自愿减排量,在经国家主管部门备案的交易机构交易。将煤层气利用纳入到碳交易市场,可进一步体现碳减排的市场价值,反过来也能推动其开发利用。如近年来通过参与国际碳排放权交易,山西省寺河瓦斯发电有限公司就额外创收6亿元。这笔收益再用到煤层气开采利用上来,进而实现良性、可持续发展。
  2021年3月29日,中国石化作出承诺,到2025年将甲烷排放强度降低50%;中国石油也在此前表示,2025年甲烷排放强度比2017年降低62.3%,实现油气行业气候倡议组织提出的甲烷排放强度控制在0.2%的目标。
  (二)进一步减排对我国的潜在收益
  1.甲烷减排可带来经济、环境等多方面收益
  天然气的主要成分是甲烷(CH4),与煤和石油相比,天然气燃烧时产生的污染物极少,且具有明显的二氧化碳减排优势。天然气开发利用需要注意甲烷的逃逸排放。甲烷是第二大温室气体,其20年水平的全球增温潜势是二氧化碳的84倍,贡献了当前全球变暖的1/4。将全球平均升温控制在1.5摄氏度以下离不开甲烷的深度减排。《巴黎协定》明确在本世纪后半叶实现温室气体净零排放,其中,减少甲烷排放是温室气体减排的重要组成部分。与二氧化碳减排不同,甲烷回收后可以作为清洁能源利用,也可作为重要化工原料。油气行业通过技术或者设备升级,可以有效减少或消除设备泄漏和工艺排空,在实现甲烷减排的同时,协同控制挥发性有机物,可获得额外的天然气用于销售和使用。甲烷还是对流层臭氧的前体物,因此甲烷减排有助于控制空气污染,从而获得环境与健康效益。控制甲烷排放,不仅能更好地获得天然气作为燃料或原料,产生经济效益,而且能带来能源、安全、环境、气候等多方面收益。
  2.甲烷减排是应对气候变化的重要手段
  天然气行业的甲烷减排是全球应对气候变化的重要手段,对实现全球气候治理目标具有重要意义。国际能源署(IEA)发布的《世界能源展望2019》显示,2018年全球油气行业甲烷排放量达8000万吨,相当于67亿吨二氧化碳当量(按20年全球增温潜势计算)。国际能源署预测,要控制全球升温的幅度,到2025年,全球甲烷排放量应降至5000万吨以下,到2030年降至2500万吨以下。未来30年,甲烷排放若能减少50%,对全球温升的控制接近0.2摄氏度。看起来不起眼,但现在温升已经超过1.25摄氏度,减少0.2度是一个非常突出的贡献。
  3.提升企业的社会形象与国际声誉。
  甲烷排放控制不仅是能源企业履行社会责任的一种形象体现,而且已经对国际油气领域项目投资与贸易产生重要影响,这很可能成为相关能源企业今后销售天然气的前提约束条件。欧洲开发银行已经宣布,今年年底开始停止贷款给不采取甲烷减排措施的天然气项目。我国天然气对外依存度高,而进口的天然气在其生产和运输过程中都产生甲烷排放,天然气贸易各方均将面对全产业链甲烷减排的约束。甲烷排放评估结果将来可能影响我国天然气及相关化工产品的国际贸易以及对外天然气投资项目的开展
  (三)我国在甲烷减排领域存在的不足
  甲烷减排的顶层设计不足。现有管控措施多出于安全生产、能源利用等考量,缺乏促进减排行动的纲领性、可操作性制度。一旦煤矿关闭,原有采矿权随之注销,废弃矿井瓦斯抽采利用的矿权应如何申请、程序是什么等等,都无明确政策依据。
  甲烷回收利用水平不高。单就全国煤矿一年释放的瓦斯量在500亿立方米,抽采量只有180亿立方米,有300多亿立方米瓦斯被排掉了。即便停止生产,废弃矿井仍会持续排放甲烷。在生产过程中、矿井关闭后,采空区产生裂隙,井下瓦斯由此散发到地表,这就是一种甲烷排放。目前,我国对废弃矿井瓦斯利用尚处于摸索阶段。研究表明,到2030年,我国废弃矿井数量将达到1.5万处,若不加以控制,甲烷排放将随之大大增加。”
  甲烷减排面临技术、成本难题。国外公司多采取自上而下的减排方式,通过卫星、无人机等遥测来监控泄漏数据。中国要实现甲烷减排,需要对每口井精准管理。比如通过系统建设,测出每个点的泄漏情况,提高泄漏点修复率。但从实际来看,对那么多监测点进行投入,规模大、成本高,不太现实。油气行业甲烷减排相对容易,初期成本也较低。但到达一定阶段之后,减排成本会呈现非线性上升趋势。
  我国对人为源甲烷排放源的认识仍不完整,尤其是油气行业的企业,如果对这一巨大变化没有新认识、新对策,就将“逆水行舟”,不仅不利于温室气体减排目标的达成,更无助于企业培育市场竞争力。
  三、甲烷减排的国际经验及国际陷阱
  (一)美国甲烷相关法律法规
  1.减排法律法规
  美国从20世纪70年代开始开展油气行业的污染排放标准制定工作。1979年,EPA将油气生产列入《清洁空气法》(Clean Air Act)下的大气污染物重点排放源目录;1992年和1998年,油气生产及天然气运输被列入《清洁空气法》第112条下的有毒大气污染物重点排放源目录;1999年,油气生产及天然气运输、储存过程的有毒空气污染物国家排放标准(NESHAPs)出台。
  2004年,在新修订的《清洁空气法》中,美国规定各州政府2a内提交天然气开采过程中的甲烷排放情况及采用减排措施的经济性分析报告。2007年,在《能源独立和安全法案》(Energy Independence and Security Act)中,美国规定各州政府将甲烷列为每年必须统计的对象。
  在2008年的《综合拨款法案》(Consolidated Appropriations Act)中,美国政府提供了监管资金,规定了生产单位需要报告超额排放量。
  2009年,美国正式出台了第一部温室气体减排法案——《美国清洁能源安全法案》(American Clean Energy Security Act),建立了联邦温室气体统计系统,规定企业按季度向EPA提交温室气体排放数据,甲烷排放也囊括在内,例如,要求各企业向主管机关提交天然气燃烧导致的温室气体排放量,管理人员审核后要尽快把数据传输给各州环境保护部门。
  2014年,美国向联合国呈交的国家自主贡献承诺涵盖了甲烷和油气行业减排,并提出要制定控制法规,走在了世界甲烷减排的前列。在同年《甲烷减排气候行动战略规划》(Climate Action Plan-Strategy to Cut Methane Emissions)中,EPA评估了石油和天然气行业中甲烷和其他排放物的几种潜在重要来源。并将一系列关于排放和控制的技术白皮书征求独立专家的意见,重点关注油气井和联产井、液体卸载、气动装置和压缩机的泄漏问题。EPA通过这些文件的执行旨在实现2020年全国温室气体排放量比2005年降低17%的目标。2015年,联邦政府设立了油气行业的甲烷减排目标:到2025年末,实现比2012年甲烷减排40%~50%。
  2016年6月,EPA出台了第一个工业甲烷排放标准,覆盖了完井、气阀泄漏及逃逸泄漏等环节。同年修订的《清洁空气法》(Clean Air Act)中,EPA的新规定修订了2012年《石油和天然气新能源性能标准》(New Source Performance Standards),扩大了涵盖的排放源,并建立了温室气体的排放标准。同时EPA也制定了2012年《石油和天然气新能源性能标准》未规定的排放源和设备(包括水力压裂完井)的标准,包括气动泵以及从井场和压缩站排放的挥发性有机物(VOC)。据EPA估计,到2025年,新能源和改良能源标准预计将减少4.6×108kg甲烷排放,减排成本为5.3×108美元,气候效益能达到6.9×108美元。
  2.减排监管框架
  在美国,温室气体和传统大气污染物同属于《清洁空气法》的管辖范畴。2007年,在马萨诸塞州诉USEPA一案中,联邦最高法院裁定温室气体符合《清洁空气法》对“大气污染物”所赋予的宽泛定义,属于大气污染物。有鉴于此,根据法案的202(a)条款,USEPA有责任鉴别温室气体是否会对人类健康和公共福祉产生危害。如果有害,那么USEPA必须制定标准履行其监管职责。经过历时两年的严谨科学论证,2009年USEPA发表声明承认温室气体的有害影响。此后,USEPA和相关部门陆续出台了一系列针对温室气体包括油气行业甲烷排放在内的减排措施。需要说明的是,在现任政府上台后,这些减排政策及法规的实施受到了阻碍,但是任何削弱或撤销这些法规的行为也必须遵守相应的法律程序,并且通常会面临法律诉讼,所以要改变现行规定也并非易事。
  《清洁空气法》管制框架下的主要典型控制措施包括:制定和实施污染源排放标准和许可证制度;基于“合作型联邦制”原则,州政府有责任制定实施计划(SIP)落实联邦标准,或制定比联邦更严格的标准。
  (1)建立温室气体排放数据报告制度
  为打下政策法规基础,2009年USEPA启动了大型排放源(年二氧化碳排放当量超过25000t)温室气体排放年度报送制度(GHGRP),覆盖全国约90%的温室气体排放。在8000多个报送设施中,油气行业排名第一,占2400个,涵盖油气供应链的各个环节,如生产、处理、压缩、运输、储存、分销和使用等。
  (2)制定重点排放源目录和排放标准
  《清洁空气法》授权联邦政府对大气污染物(含温室气体)的新建和现有排放源进行管理。依据法案第111条,USEPA需针对危害人体健康和公众福祉的大气污染物编制重点固定排放源目录。然后,参考已得到商业化应用的最佳减排技术,制定各子目录的新源排放性能标准(NSPS),开展新源排放分析(NSR);法案第112条进一步要求USEPA制定有毒大气污染物的排放源目录和国家排放标准(NESHAPs),采用最大可达控制技术(MACT),并允许考虑成本及污染对健康和环境等的影响。在新源排放标准设立后,USEPA有权制定相应的现有排放源标准。
  美国开展油气行业的污染排放标准制定工作已有近40年的历史。早在1979年USEPA就将油气生产列入《清洁空气法》第111条下的大气污染物重点排放目录,并在1985年制定了天然气处理厂的挥发性有机化合物(VOCs)和二氧化硫的NSPS。1992年和1998年,油气生产及天然气运输/储存被相继列入第112条下的有毒大气污染物重点排放源目录。1999年,油气生产及天然气运输/储存的NESHAPs出台。2012年,USEPA更新了二氧化硫的NSPS和有毒大气污染物的NESHAPs,同时制定了针对非常规天然气生产VOCs排放的NSPS。
  2015年,联邦政府设立了油气行业的甲烷减排目标,即到2025年末较2012年实现甲烷减排40%~45%。2016年6月,USEPA出台了油气行业新建甲烷排放源的NSPS,这也是第一个工业甲烷排放标准,覆盖完井、气阀泄漏及逃逸泄漏等环节。同年11月,美国内政部土地管理局(BLM)出台了防止油气资源浪费的规定,对联邦土地上的油气开发造成的甲烷及VOCs排放进行监管。该规定要求油气企业实施泄漏检测(LDAR),钻井前先制订天然气捕获方案,采用新技术将放空和燃烧率降低约40%。目前这两部联邦法规都面临被削弱的危险,州政府和公民组织与联邦政府的对簿公堂将不可避免。
  (3)实施大气污染物排放许可制度
  美国大气污染物排放许可证包括两类:一类是针对新建和改建排放设施的建设许可证,另一类是针对现有排放设施的运营许可证。建设许可证要求新建排放设施在空气质量达标区域内,在经济成本可行时,采用针对特定污染物的最佳排放控制技术(BACT),从而确保新排放设施的出现不会导致空气和环境质量的严重恶化;而在空气质量不达标的地区,则要求采用最低可达排放率的控制技术(LAER),且不允许考虑经济成本。这些要求在运营许可证中也需要得到遵守。
  (4)加强州层面的污染物减排立法
  美国的联邦政府和州政府在政策和法律的制定实施方面都发挥着重要作用。尽管目前联邦管制出现放松趋势,但是一些主要油气生产州都相继出台了各自的油气行业污染物减排法规,对泄漏检测、气动装置、贮存箱等事项进行了相应规范。在联邦政府宣布准备削弱甲烷法规后,怀俄明州表态将进一步加强州层面的甲烷监管。
  (二)《欧盟甲烷减排战略》概况
  2020年10月14号,欧盟委员会(European Commission)出台了《欧盟甲烷减排战略》(以下简称《战略》),提出在欧盟和世界范围内应对全球第二大温室气体甲烷,并拟定欧盟减排步骤。同时,该战略还提出,要与中国等主要化石燃料使用国家就甲烷减排进行接触并展开合作。
  《战略》是属于《欧盟绿色新政》下推出的系列战略措施之一。从欧盟立法和政策法规制定的流程来看,欧盟委员会是为欧盟提出立法建议的执行机构,但是并没有决策权。欧盟委员会通常以通讯(Communication)的形式提出政策建议和问题解决方案,并将通讯提交给决策机构欧洲议会(European Parliament)和欧盟理事会(European Council)进行评议,最后由欧洲议会决议并通过法案。目前来看,《战略》主要是一个引导性的战略建议,向欧盟各国和全球传达政策讯号,其实施仍有赖于制定详细的政策和措施。
  1.总体目标
  《战略》服务于欧盟的中长期温室气体减排目标(2030年相比于1990年减排55%,2050年实现碳中和)。欧盟刚刚完成的《2030年气候目标计划影响评估》认为,甲烷仍将是欧盟主要的非二氧化碳温室气体。如果要实现2030年欧盟温室气体相比于1990年减排55%的目标,需要强化当前的甲烷减排政策,将甲烷减排目标从25%提高到35%~37%(相比于2005年)。在全球范围内,如果在未来30年内将人类活动所导致的甲烷排放量减少50%,到2050年全球温升可以降低0.18摄氏度。欧盟为了实现全部温室气体减排目标,建立针对甲烷减排的政策框架,制定了《战略》。
  2.主要措施
  欧盟甲烷排放约占全球的5%,其人为甲烷排放的98%来源于农业、废弃物处理和能源三大部门,其中农业部门排放占比最高(53%),废弃物处理部门排放次之(26%),能源活动排放占比略低(19%)。欧盟的第一份甲烷减排战略颁布于1996年,经过多年的发展,甲烷减排政策和环境已经非常完善。欧盟主要领域的甲烷排放早已实现了下降,与1990年相比,现在能源领域甲烷排放已经减少了一半,废弃物处理和农业领域的甲烷排放已经分别减少了三分之一和五分之一。
  针对甲烷排放源的特征,《战略》提出了覆盖五大领域共24条的行动方案。除了覆盖主要的甲烷排放部门(农业、废弃物处理、能源)之外,还增加了“跨部门行动”和“国际合作”两部分内容。总体来看,《战略》是一个非常全面的引导性的减排战略,主要通过市场和技术手段来评估、修订现有的与气候变化和环境相关的法案和标准,完善监测、报告和核查制度(MRV,Monitoring、Reporting、Verfication)和引导性政策,联合国际合作伙伴来推进甲烷减排行动。
  能源是欧盟减排成本效益最高的部门,而且数据基础较好。油气行业、煤炭行业和居民部门的甲烷排放分别占能源行业甲烷排放的54%、31%和11%。油气行业排放占比最高,减排技术较为成熟且成本最低,是欧盟及全球油气大国甲烷减排的优先领域。《战略》中设置了两个强制性的政策来完善能源部门的温室气体的监测、报告和核查制度,并禁止天然气放空和燃烧。
  农业是欧盟减少甲烷排放总体效益潜力最大的第二部门。欧盟农业领域的甲烷排放主要来自畜牧业,从农业排放构成来看,反刍动物的肠道发酵排放占比最高(80.7%),牲畜粪便管理排放次之(17.4%),水稻种植排放很低(1.2%)。1990年以来,欧盟农业领域的甲烷排放已经减少了22%。由于农业领域甲烷排放源非常分散,农业部门实现温室气体的监测、报告和核查很困难,因此该部门的减排措施主要是加强全生命周期甲烷排放核算和减排技术等方面研究,以及编制引导性的最佳减排实践和技术清单。
  在废弃物处理部门,甲烷排放主要来自垃圾填埋场的填埋气排放、沼气发电厂的污水和污泥处理。废弃物处理部门的主要措施是改善废弃物的管理,《战略》提出将垃圾填埋处理所占比例从24%(2018年)降低到不超过10%(2035年)的目标,以减少填埋气产生。关于废水和污水污泥的处理和使用,现行的监管框架《城市废水处理指令》和《污水污泥处理指令》中,没有具体处理温室气体排放问题。因此《战略》提出了修订这些指令和相关标准的措施。
  国际合作方面,欧盟希望联合中国、日本、韩国三个主要油气进口国(这四方共占全球油气进口总量的75%),建立买方联盟,支持建立全球性的监测、报告和核查标准,促进油气出口国和油气企业加入联合国环境规划署以及气候和清洁空气联盟成立的油气甲烷合作伙伴关系(OGMP)倡议,采用甲烷减排措施和技术。此外,《战略》还提出分享欧盟的甲烷超级排放源探测卫星数据等建议。
  欧盟希望能够借助这一战略来推动全球甲烷减排。尽管甲烷排放量占全球比重并不高,但欧盟是全球最大的化石燃料进口方,并且在全球农业领域有着很强的话语权,欧盟希望借此推动全球合作伙伴采取类似的行动。欧盟将于2025年启动哥白尼地球二氧化碳监测方案,将有三颗卫星服务于这一任务。该方案将显著改善全球甲烷排放监测水平,提供更加准确的自上而下的排放数据。此外,欧盟甲烷检测与减排技术方面全球领先,推出《战略》,有助于巩固欧盟在全球气候变化领域的领导地位,对于其相关技术的发展和出口也将具有良好的推动作用。
  (三)德国和英国重视甲烷减排
  德国、英国、法国、瑞典等4个国家在1990~2007年已提前实现《京都议定书》目标,以其中德国、英国为例探讨其甲烷减排情况。为完成《京都议定书》目标,德国和英国都十分重视非二氧化碳温室气体排放控制,并取得了显著成效。尽管两个国家甲烷和氧化亚氮等非二氧化碳温室气体排放仅占本国总排放量的10%左右,但减排率却远高于二氧化碳。根据统计数据可以得出,仅考虑二氧化碳减排,英国不可能提前实现京都既定减排目标。德国甲烷减排量主要来自燃料无组织排放(29%)和陆地固废处理(50%)两个部门,主要通过回收煤层气和减少垃圾填埋来实现的。德国十分重视能源开采过程的无组织排放,如增加煤矿瓦斯利用,将开采的煤矿瓦斯用于能源,降低甲烷排放;降低开采过程和天然气传输中的甲烷损失,其中封存和泄露检定技术改进促进了甲烷损失额降低。散逸性气体的减排对能源领域的甲烷排放量降低贡献很大。德国的废弃物管理,特别是在垃圾填埋场管理上减排成效显著,得益于德国一直以来良好的环境治理。废弃物处理是环境部门的重要职责之一,德国拥有先进的垃圾回收、废水处理及焚烧发电技术,加上民众拥有较高的环保意识,在这一领域实现了最高的温室气体减排率。另外,德国全面禁止未经处理的填埋行为大大降低了甲烷排放。英国有40%的甲烷排放来自垃圾填埋场,约占英国温室气体总排放量的3%。英国的废物政策包括减少填埋甲烷排放,源头削减和回收再利用预防废弃物产生,利用废物生产电力等。英国采取的甲烷回收系统推广应用促进了废弃物领域温室气体减排,该领域在1990~2007年期间的甲烷排放减少了58%。在2015年《巴黎协定》后,加拿大、墨西哥、日本、美国和澳大利亚等国家均对甲烷减排做出了承诺。加拿大、墨西哥、日本除承诺温室气体总体减排目标外,还对甲烷减排目标进行承诺。美国和澳大利亚并未对甲烷提出具体的减排目标,但将甲烷纳入温室气体总体排放。美国、加拿大、墨西哥将甲烷的减排重点放到了油气行业,出台了一些法规规范促进甲烷减排。另外,国际上一些大型油气开采企业加入了自愿减排行动。
  (四)主要甲烷减排技术介绍
  甲烷是天然气的主要组分,从钻井生产到加工、储存和运输,甲烷存在于天然气生产的各个过程。目前,在众多技术中减排效果较好的甲烷减排技术有10项:
  ①绿色完井技术:在井场使用临时处理设备,使液体和气体可以被输送到一个储罐进行分离,从而可以得到天然气和凝析油。
  ②柱塞举升系统技术:液体在井筒内积聚时,使用时间较长的老气井就会逐渐减缓流动速度,当操作人员打开气井清理液体并恢复气体流动时,会释放出一定量的甲烷。柱塞举升系统是一种在不排放甲烷的情况下排除液体并保持气体流动的方法,可以延长气井的生产寿命。
  ③三乙二醇脱水排放控制技术:三乙二醇(TEG)脱水器,通常用于去除天然气中的水分,将甲烷排放到大气中。通过对TEG脱水系统进行改造,控制甲烷排放,优化脱水过程,可以将甲烷排放量降至最低。
  ④干燥剂脱水技术:为了在不排放甲烷的情况下去除气体中的湿气,干燥剂脱水器将气体通过吸水盐床(干燥剂)进行干燥。当水分被吸收时,只有少量的甲烷会间歇地释放出来。
  ⑤离心式压缩机干密封技术:在油气行业,干密封技术可以用于减少离心式压缩机的排放,从而有效地将气体通过管道输送。目前大多数新型离心式压缩机都配有干密封技术,使用气体来制造高压屏障,防止甲烷泄漏。
  ⑥活塞杆密封技术:活塞杆密封技术是通过更换磨损的填料,作为改进压缩机维护方式的一部分,以防止甲烷泄漏。
  ⑦气动控制器技术:气动控制器可以控制压力、气体流量、液位,自动操作阀门。气动控制器正常运行时会将部分甲烷释放到大气中。通过将高排气量控制器替换为低排气量控制器或无排气量控制器、采用减少排气量组件进行改造、将基于甲烷的气动系统转换为基于空气的气动系统等技术,可以减少甲烷的排放量。
  ⑧管道维修技术:当管道被修复、更换或切断以安装新的连接点时,通常会有部分甲烷释放到大气中。该技术是当系统仍在运行且发生管道破裂等情况时,可以通过连接一根新管道,减压将天然气输送到附近的低压燃料系统来减少甲烷的排放量。
  ⑨蒸气回收装置技术:含有天然气或气液(冷凝物)的原油有时储存在储罐中,在液体搅拌、运输或混合时,甲烷会从容器中逸出。蒸气回收装置由洗涤器、压缩机和阀门组成,可以将从液面挥发的甲烷重新回收,回收率可达95%。
  ⑩泄漏监测与修复技术:甲烷泄漏可能发生在油气设施的阀门、排水管、泵、连接处、减压装置等多个位置。因为甲烷是一种无色无味的气体,所以甲烷泄漏时通常不会被发现。一个良好的定期监测和修复的技术可以显著减少逸散性排放。
  在以上10项技术中,技术⑧管道维修技术是对于甲烷减排的一个十分重要的技术,但由于管道范围较大,因此,对其数据暂未完全统计;投资回收总收益是指在投资回收期内的收益;减排技术③三乙二醇脱水排放控制技术的甲烷回收量是指该技术使用1次后,可以使甲烷排放量每年减少的量,单位为m3/(次•a),其他类似的量的单位以此类推。
  排放比例是指各个生产环节甲烷排放量与所统计的总甲烷排放量之比,减排比例是指应用甲烷减排技术之后的各个生产环节甲烷排放减少量与应用这些技术之前的甲烷排放量之比。这10项技术可以使生产、加工、储运、分销环节的甲烷排放量分别减少86.9%、77.6%、88.6%和97.1%,而这10项技术的综合使用则可以使整个天然气各生产环节的总甲烷减排比例达到89.1%。
  (五)需要警惕的国际陷阱
  《联合国气候变化框架公约》第二十六次缔约方大会(COP26)召开期间,美国与欧盟发起了由105个国家共同签署的“全球甲烷承诺”,参与承诺的各方同意采取自愿行动,共同努力,到2030年将全球甲烷排放量在2020年水平的基础上至少减少30%,预期在2050年可减少超过0.2摄氏度的温升。
  对于欧美发起的“全球甲烷承诺”,我们也要看到其背后的其他风险。
  一是美国重返《巴黎协定》后,急需在全球应对气候变化治理体系中重新找回主导权和话语权。美国特朗普政府无视国际规则及全球多年的谈判成果任意退出《巴黎协定》,严重耽搁全球应对气候变化多边进程。虽然拜登政府上台后重返了《巴黎协定》,但任意“退群”导致其在全球气候谈判和气候治理体系中的信誉度和话语权都大打折扣,同时也让长期追随其步伐的盟友深感“失望”。重返《巴黎协定》后美国急需在全球气候治理体系重立姿态,重掌“大局”,重搭“平台”,这也是“全球甲烷承诺”被美国总统拜登称赞为“改变游戏的承诺”的真实理由。
  二是欧盟去年10月发布“甲烷减排战略”矛头直指进口天然气,美国急需稳固和扩大其作为欧盟液化天然气(LNG)最大“供货商”的地位。2020年10月,欧盟委员会向欧洲议会、欧盟理事会提交了“甲烷减排战略”,旨在减少各领域甲烷排放,助力其顺利实现到2030年比1990年温室气体减排55%的更新国家自主贡献(NDC)目标。欧盟认为其消耗的化石燃料(主要是天然气)在欧盟界外的排放是界内的3倍-8倍,未来将在欧盟和国际上编制并发布“甲烷供应指数”,以此引导天然气生产端的甲烷排放控制。美国和俄罗斯目前分列欧盟LNG供货商的第一位和第二位,美国主动开展甲烷减排的承诺有望使其国内能源生产巨头借机扩大其在欧盟LNG进口的市场份额,今年9月埃克森美孚就宣布将对其二叠纪盆地的天然气生产进行“甲烷排放指数”认证并应用到其天然气出口贸易中。
  三是美欧等急需在气候变化问题上强化对发展中国家施压,并转嫁温室气体减排责任。《巴黎协定》第四条第四款中明确规定:“发达国家缔约方应当继续带头,努力实现全经济范围所有温室气体绝对减排目标。发展中国家缔约方应当继续加强它们的减缓努力,鼓励它们根据不同的国情,逐渐转向全经济范围减排或限排目标。”去年9月22日,中国国家主席习近平郑重宣布中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的目标,近期中国又陆续发布了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《2030年前碳达峰行动方案》,既展现了作为负责任大国言出必行的决心,也符合中国的国情和发展阶段。而重返《巴黎协定》的美国,其国内甲烷减排成效乏善可陈,意欲借助“全球甲烷承诺”,成为转嫁减排责任和施压发展中国家的平台和工具。
  四、未来我国应对甲烷减排的可行措施
  在双碳目标下,化石能源生产企业面临的生存发展压力必将越来越大,这对于实现甲烷减排的技术创新、项目建设等,既是巨大挑战,也是动力之源。
  (一)完善顶层设计
  高度重视甲烷减排工作,加强涵盖天然气行业在内的甲烷减排顶层设计。尽快研究制定“十四五”油气行业甲烷减排目标与具体指导性政策,强化制度设计与监管执行,明确甲烷减排方向与路径,建立甲烷与其他排放协同控制的工作机制。充分利用碳交易、自愿减排交易等市场机制进一步推动甲烷减排工作,鼓励建立多元的甲烷减排投融资机制。制定完善天然气行业甲烷排放技术标准。明确天然气行业甲烷排放监测、报告和核查的具体要求,引导相关企业合理设定减排目标,提高相关数据透明度。建议基于国家级、省市级、企业级清单编制方法,建立独立、可靠的实地监测机制,形成完整、准确的清单数据库和分析平台,提高数据透明度,积累甲烷排放监测、报告与核查经验。尤其是能源行业,减排潜力巨大,应作为前期减排对象与能力建设的关注重点。
  (二)夯实科学基础
  我国油气行业甲烷清单研究基础较为薄弱,所覆盖的排放源尚不完整,基础数据不确定性较大,排放因子的准确性有待提升。受核算方法与技术手段的限制,现有关于我国天然气(包括非常规天然气)生产和利用过程中甲烷泄漏程度的评估,还存在很大差异。泄漏、设备故障和其他“非正常”运行情况以及城市天然气输送环节的甲烷排放容易被低估。甲烷排放统计亟待结合“自下而上”与“自上而下”两种方法,加强大气级、场地级和设备级的甲烷排放监测、统计、校验、模拟等研究工作,提高准确度。随着无人机和飞机监测、固定连续监测、卫星高精度监测等监测技术的进步,有望对元件、场站、气田等排放环节采取直接测量的方法,进行重新评估。
  (三)加强能力建设
  我国油气企业尚未开展系统性的甲烷排放控制工作,亟须建立覆盖全产业链的测量与统计制度,编制企业级排放清单,积累监测、报告与核查经验,推进相关企业甲烷减排能力评估。例如,掌握城市燃气管网泄漏情况,及时检测、处置甲烷泄漏,可以优化运营、保障安全并获取经济效益。《世界能源展望2019》认为,油气行业50%的甲烷减排可以做到零成本。借鉴国外成熟经验,积极开展新技术的自主研发、推广应用与工程实践,识别适合国情具有成本效益的减排技术,并结合大数据分析管控平台建设,实现全过程甲烷排放控制,联动上下游及关联企业共建油气甲烷减排生态圈。
  (四)加大甲烷检测
  建立与国际接轨的甲烷质量管理体系,主要包括:为监测体系提供标准气体和进行质量传递的甲烷标准气系列配置和标校系统;仪器设备适用性检测,仪器智能接口开发,监测数据有效性判别专家系统,标准器物的供应、保存和溯源解决方案等在内的自动监测质量保证体系;与国际接轨并适合我国实际情况,涵盖采样、运输和分析等监测全过程的实验室分析方法和一整套与之相配套的质量保证/质量控制措施。在现有环境质量、污染源监测数据平台基础上,建立能够对监测数据进行收集、存储和分析,具有远程质量控制功能的高性能综合数据分析应用平台,借助地理信息系统和网络技术,建立各种反映空间信息的分析模块,能够直接对不同站点和系统相关数据进行查询;建立甲烷等温室气体综合数据库,进行甲烷排放因子、排放模式测算和评估;建立与相关部门数据交流和共享机制,开展甲烷数据的共享服务和交流。
  (五)农业甲烷减排
  由于水稻生产过程中淹水灌溉所形成的无氧环境,适宜产甲烷菌的生存,稻田CH4排放总量约占人为排放CH4总量的11%。玉米水稻轮作、稻田养鱼(虾)养鸭、适当的施氮水平(210~280kg N/ha)、减少有机肥或将有机肥堆肥发酵后还田、控释肥或配施生物抑制剂、适当的生物炭还田、非传统淹田灌溉模式以及免耕少耕等条件更有助于水稻季节温室气体CH4减排,从而实现水稻的低碳生产以及农业的可持续发展。
  (六)畜牧业甲烷减排
  畜牧业则是导致大气中甲烷累积的一个主要贡献者。应通过优化饲粮配方以改善瘤胃微生物区系,达到提高饲料利用率且降低甲烷产量的目的;通过基因选育等技术提高家畜生产性能,相对减少动物养殖数量,继而减少甲烷产量。未来加强反刍动物生长期、妊娠期、哺乳期甲烷排放的研究,对低碳畜牧业的发展具有重要意义。也应注意,甲烷是反刍家畜正常的代谢产物,任何减排措施只能相对减少,不能绝对抑制。所有措施,都需兼顾到动物健康及动物产品安全,也要考虑其在生产实践的应用。
  (七)促进国际合作
  积极倡议并参与包括油气甲烷在内的全球甲烷减排行动,是履行国际减排承诺的一种负责任体现。充分掌握全球油气行业温室气体减排动态,研究其对我国油气贸易和投资及国际能源市场的影响。加强与贸易国在甲烷减排领域的协调和配合,强化国际先进甲烷检测与控制技术的交流合作,与贸易伙伴共同开展技术装备研发,协同“一带一路”沿线国家油气甲烷减排。提升油气甲烷减排领域的国际参与度、话语权和主动权,进一步提升我国油气行业和企业积极应对气候变化的国际形象。
  五、结语
  未来20年,天然气是实现我国能源绿色低碳转型的现实选择,在满足能源需求、应对气候变化中将持续发挥重要作用,有望迎来重要的发展机遇期。我国天然气行业加强甲烷排放控制,强化甲烷减排能力建设,有助于天然气高质量发展,同时为其他行业示范甲烷减排,助力实现我国2060年“碳中和”目标!
   
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