作者：朱子涵，車明，朱瑞娟，李湘，黃麗麗

第一作者單位：北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)研究院

摘自《煤氣與熱力》2021年11月刊

 

截至目前，中國(guó)城市燃?xì)庑袠I(yè)有超過(guò)3 000家企業(yè)，多數(shù)企業(yè)還處于對(duì)甲烷減排知識(shí)的理解和消化階段，若想進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)甲烷排放管控與治理，需明確城市燃?xì)庑袠I(yè)甲烷減排的必要性，厘清主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)，同時(shí)立足現(xiàn)有基礎(chǔ)，發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)，有序推進(jìn)行業(yè)低碳發(fā)展。本文針對(duì)城市燃?xì)庑袠I(yè)甲烷減排意義及面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行闡述，并針對(duì)中國(guó)城市燃?xì)庑袠I(yè)甲烷排放綜合治理給出了建議。

 

2   我國(guó)城市燃?xì)庑袠I(yè)甲烷減排意義 

2.1  鞏固天然氣優(yōu)勢(shì)地位

 

實(shí)現(xiàn)我國(guó)“30·60”雙碳目標(biāo)，天然氣目前是替代煤炭的最現(xiàn)實(shí)能源，又是助力可再生能源發(fā)展的最佳伙伴。然而，天然氣全價(jià)值鏈的甲烷排放會(huì)增加天然氣利用的碳排放強(qiáng)度，削弱其帶來(lái)的氣候效益，影響天然氣在未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中扮演的角色。

 

城市燃?xì)庀到y(tǒng)是向客戶輸送天然氣的最后一步，其生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中設(shè)施腐蝕導(dǎo)致的泄漏、設(shè)備組件連接處的氣體逸散、切改線施工的作業(yè)放散及第三方破壞引發(fā)的漏氣等都是典型的甲烷排放源。與生產(chǎn)及儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)相比，城市燃?xì)庀到y(tǒng)甲烷排放占比較低，但也無(wú)法忽略不計(jì)。美國(guó)環(huán)境署（EPA）核算，2019年美國(guó)天然氣輸配系統(tǒng)甲烷排放占天然氣全產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放的8.8%，約為56×104 t，相當(dāng)于1 568×104 t的二氧化碳排放（以100 a計(jì)算）。作為天然氣產(chǎn)業(yè)鏈上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，城市燃?xì)馄髽I(yè)應(yīng)提高意識(shí)開展必要的治理行動(dòng)，鞏固天然氣在未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢(shì)地位［4］。

 

2.2  城市燃?xì)庑袠I(yè)減排的重要抓手

 

與天然氣產(chǎn)業(yè)鏈其他環(huán)節(jié)不同，城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)僅利用上游氣體壓力逐級(jí)調(diào)壓即可滿足輸送至客戶端的需求，沒(méi)有更多的能耗需求，其二氧化碳排放占比相對(duì)較小，溫室氣體種類主要以甲烷為主。EPA統(tǒng)計(jì)，2019年美國(guó)城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)產(chǎn)生1 300×104 t二氧化碳當(dāng)量溫室氣體排放，其中超過(guò)99%都是甲烷排放，因此甲烷是城市燃?xì)庑袠I(yè)碳減排重點(diǎn)對(duì)象［5］。

 

從經(jīng)濟(jì)效益角度來(lái)看，與開采和儲(chǔ)運(yùn)相比，城市燃?xì)庀到y(tǒng)甲烷排放源呈小而分散的特點(diǎn)，管控難度較大，減排成本相對(duì)較高。然而積極樂(lè)觀的一面是，下游燃?xì)鈨r(jià)格相對(duì)較高，因此部分減排技術(shù)及措施，例如泄漏檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)（LDAR）、機(jī)械作業(yè)代替手工作業(yè)、優(yōu)化維檢修計(jì)劃等，具備一定的經(jīng)濟(jì)效益，是減排重要的發(fā)力點(diǎn)。

 

從減排潛力來(lái)看，根據(jù)美國(guó)過(guò)去近20 a的甲烷減排實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，城市燃?xì)庑袠I(yè)甲烷排放歷史下降速度全產(chǎn)業(yè)鏈最快，對(duì)于油氣行業(yè)整體絕對(duì)減排量的貢獻(xiàn)最大。2019年美國(guó)天然氣全產(chǎn)業(yè)鏈（勘探、生產(chǎn)、處理、儲(chǔ)運(yùn)、配氣）甲烷排放量比1990年下降了117.3×104 t，其中上游環(huán)節(jié)（勘探、生產(chǎn)）增排了139.7×104 t，城市燃?xì)馀錃猸h(huán)節(jié)甲烷排放降低了125.9×104 t［6］。

 

因此，甲烷減排是城市燃?xì)庑袠I(yè)扎實(shí)開展降碳工作，彰顯氣候治理?yè)?dān)當(dāng)?shù)闹匾c(diǎn)。

 

2.3  有助于燃?xì)獍踩\(yùn)行

 

燃?xì)獍踩芾硎浅鞘邪踩\(yùn)行管理的重要內(nèi)容，直接關(guān)系人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，是擺在政府、燃?xì)馄髽I(yè)面前的核心問(wèn)題。甲烷排放治理在傳統(tǒng)燃?xì)庑孤z測(cè)及搶修的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)微小泄漏（即逸散）排放的管控。對(duì)檢測(cè)的精細(xì)度、風(fēng)險(xiǎn)管控的顆粒度、設(shè)施更新改造的標(biāo)準(zhǔn)等提出了更高的要求。微小的逸散源是發(fā)展成爆燃、爆炸等事故的隱患，是安全問(wèn)題的源頭。因此，在燃?xì)庑袠I(yè)全面樹立安全生產(chǎn)“紅線意識(shí)”的大局下，以更高的標(biāo)準(zhǔn)、更嚴(yán)的要求，抓早抓小，防患于未然，這是城市燃?xì)饧淄闇p排的協(xié)同效應(yīng)。

 

2.4  推動(dòng)行業(yè)技術(shù)革新

 

甲烷減排的核心是甲烷排放的量化管理，在傳統(tǒng)燃?xì)庑孤z測(cè)關(guān)注的有無(wú)泄漏、泄漏點(diǎn)定位基礎(chǔ)上，還要測(cè)算泄漏點(diǎn)的排放量及減排量。這不是簡(jiǎn)單對(duì)單點(diǎn)排放量的管理，而是對(duì)燃?xì)狻耙粡埦W(wǎng)”的排放量管控。目前還沒(méi)有一種解決方案能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量整個(gè)燃?xì)庀到y(tǒng)的甲烷排放量，必須結(jié)合使用衛(wèi)星、飛機(jī)、無(wú)人機(jī)、檢測(cè)車、現(xiàn)場(chǎng)傳感器及手持檢測(cè)設(shè)備等一系列檢測(cè)手段，通過(guò)交叉驗(yàn)證量化甲烷排放。一方面是多種技術(shù)軟硬件的創(chuàng)新和應(yīng)用，另一方面由于海量數(shù)據(jù)的出現(xiàn)需要信息化、數(shù)字化解決方案實(shí)現(xiàn)甲烷排放動(dòng)態(tài)監(jiān)管和預(yù)測(cè)預(yù)警。

 

燃?xì)庑袠I(yè)技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)力不足是行業(yè)發(fā)展存在瓶頸的主要原因之一。以甲烷減排為驅(qū)動(dòng)力和切入點(diǎn)，是燃?xì)庑袠I(yè)技術(shù)進(jìn)步，特別是數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的一次機(jī)遇。

 

2.5  確保行業(yè)可持續(xù)發(fā)展

 

天然氣是最低碳的化石能源，但終端利用還是會(huì)產(chǎn)生碳排放。在構(gòu)建碳中和社會(huì)的愿景下，傳統(tǒng)燃?xì)馄髽I(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需要確保其管網(wǎng)設(shè)施能夠適應(yīng)未來(lái)“零”碳能源的新要求。必須要接受的現(xiàn)實(shí)是，輸配系統(tǒng)中各種“零”碳?xì)怏w，特別是氫氣的比例很可能要增高。目前，將摻氫比例提高到20%已經(jīng)是歐洲部分燃?xì)馄髽I(yè)2030年要實(shí)現(xiàn)的階段性目標(biāo)［7］。與天然氣相比，氫氣在PE管道和鋼質(zhì)管道中的擴(kuò)散系數(shù)高5倍左右，更容易造成泄漏［8］。在人口密集的城市，氫氣泄漏引起的危害可能比在輸氣管道中更加嚴(yán)重，因此需要加倍封閉的系統(tǒng)，越發(fā)嚴(yán)苛的管道完整性管理。甲烷減排需要在現(xiàn)有泄漏檢測(cè)系統(tǒng)上增加更為頻繁的檢查，包括添加更多的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備及傳感器，形成更為高效、智能的輔助決策系統(tǒng)，能夠提高管控氣體無(wú)組織逃逸的能力。

 

3   我國(guó)城市燃?xì)饧淄闇p排面臨的挑戰(zhàn)

 

與輸氣管道相比，下游城市燃?xì)廨斉涔艿莱示W(wǎng)狀分布，根據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年全國(guó)城市燃?xì)夤艿篱L(zhǎng)度達(dá)76.8×104 km，約為輸氣管道的6~7倍。甲烷排放可能發(fā)生在任何一處管道，其單點(diǎn)排放量雖小，但從管道長(zhǎng)度來(lái)看，城市燃?xì)鉂撛诩淄榕欧旁摧^為分散。

 

甲烷的逸散排放多數(shù)發(fā)生在各組成件的連接處。城市燃?xì)夤艿乐?，彎頭、閥門、三通等管道組成件眾多。另外，城市燃?xì)夤艿肋B接千家萬(wàn)戶，據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年我國(guó)天然氣居民用戶已近1.67×108 戶，居民的燃?xì)庥?jì)量表及庭院管上的各類閥門、焊口都存在甲烷排放的可能。

 

因此，相比于上游勘探開發(fā)點(diǎn)式排放源、中游輸氣管道線式排放源，城市燃?xì)夤艿缹儆诿媸脚欧旁?，且處在?fù)雜的城市環(huán)境中，施工破壞、地鐵雜散電流腐蝕、土壤沉降引發(fā)的泄漏排放隨機(jī)且不確定，不同管材、管齡、施工質(zhì)量的管道普遍防腐層質(zhì)量缺陷較多，陰極保護(hù)加裝比例有限，這給及時(shí)、全面、準(zhǔn)確的甲烷排放管控和治理提出了前所未有的挑戰(zhàn)，亟待開展政策、技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)等多角度的創(chuàng)新，給出綜合治理的一體化解決方案。

 

4   我國(guó)城市燃?xì)饧淄榕欧胖卫斫ㄗh 

4.1  填補(bǔ)核算體系空白，積累排放實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

 

甲烷排放數(shù)據(jù)是管控和治理的重要根據(jù)，只有識(shí)別清楚排放源，摸清排放規(guī)律及現(xiàn)狀，才能制定合理的減排政策，設(shè)計(jì)階段性減排及控排目標(biāo)，布局可行的實(shí)施路徑。我國(guó)上游油氣生產(chǎn)行業(yè)由于較早與國(guó)際接軌，相關(guān)核算標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善。2015年由國(guó)家發(fā)改委組織編制的《中國(guó)石油和天然氣生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》，對(duì)油氣上游生產(chǎn)設(shè)施的甲烷排放給出了官方的核算方法指引。上游企業(yè)在此基礎(chǔ)上開展了活動(dòng)水平數(shù)據(jù)及排放因子的統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)及實(shí)測(cè)，并在我國(guó)“重點(diǎn)企業(yè)溫室氣體直報(bào)”工作中，積累了多年的“自下而上”的企業(yè)核算數(shù)據(jù)。

 

相比而言，下游城市燃?xì)庑袠I(yè)甲烷排放核算體系，包括對(duì)核算邊界、術(shù)語(yǔ)的定義，排放源的識(shí)別及分類、核算及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)、清單編制及指南等還處于空白，行業(yè)歷史排放數(shù)據(jù)也因此缺乏針對(duì)性的積累。應(yīng)該學(xué)習(xí)上游，基于國(guó)家清單編制方法及原則，加快形成行業(yè)特有的排放清單及編制指南，推動(dòng)企業(yè)排放數(shù)據(jù)直報(bào)，鼓勵(lì)采用多種檢測(cè)、監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)排放清單數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證。同時(shí)，制定甲烷排放測(cè)量、報(bào)告及核查的具體要求，建立全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確規(guī)范。

 

4.2  推進(jìn)多方面合作，加速成果轉(zhuǎn)化

 

上游油氣生產(chǎn)企業(yè)在甲烷減排領(lǐng)域積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其應(yīng)用場(chǎng)景與城市燃?xì)庀到y(tǒng)相比，雖存在差異，但有許多共同之處。很多技術(shù)及措施事實(shí)證明可以互通，例如城市燃?xì)饨陙?lái)的管道完整性管理、不停輸作業(yè)均源于上游成功經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)繼續(xù)向先進(jìn)的上游企業(yè)學(xué)習(xí)，緊跟油氣行業(yè)甲烷減排治理進(jìn)程，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)作用。

 

甲烷減排起源于國(guó)際，不僅是先進(jìn)的理念，還有配套的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)及管理體系，很多領(lǐng)先的國(guó)際組織已經(jīng)梳理并總結(jié)了城市燃?xì)庑袠I(yè)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，城市燃?xì)庑袠I(yè)應(yīng)加強(qiáng)國(guó)際交流與合作，將適用于國(guó)內(nèi)的好辦法加以引進(jìn)。

 

甲烷的量化及減排是國(guó)際前沿難題，城市燃?xì)庥质羌淄榭嘏艒湫碌膽?yīng)用場(chǎng)景，涉及多種學(xué)科的交叉融合。國(guó)內(nèi)科研院所近些年開始著手相關(guān)硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型的開發(fā)，城市燃?xì)庑袠I(yè)應(yīng)該加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研”合作，為科學(xué)研究提供實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，促進(jìn)成果的現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)化，提升我國(guó)在這一領(lǐng)域軟硬實(shí)力，為行業(yè)培育新技術(shù)、新市場(chǎng)。

 

4.3  及時(shí)總結(jié)提煉，促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)推廣

 

借鑒國(guó)外甲烷排放治理進(jìn)程，在沒(méi)有完全把握制定明確政策措施的條件下，先梳理并總結(jié)行業(yè)減排最佳實(shí)踐，逐步推廣試點(diǎn)示范，在獲得廣泛驗(yàn)證的前提下提升至行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)甚至強(qiáng)制性要求，是適用于我國(guó)城市燃?xì)庑袠I(yè)甲烷排放綜合治理的有效路徑。目前，行業(yè)內(nèi)較具影響力的甲烷減排最佳實(shí)踐均來(lái)自于國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，有些做法值得借鑒，但更多做法沒(méi)有考慮到我國(guó)城市燃?xì)庑袠I(yè)現(xiàn)狀，不符合我國(guó)的實(shí)際情況。

 

事實(shí)上，甲烷減排具體涉及的工作對(duì)于城市燃?xì)馄髽I(yè)來(lái)說(shuō)并不陌生，例如泄漏檢測(cè)及修復(fù)、更換老舊管道、加裝陰極保護(hù)、減少降壓放散等。我國(guó)城市燃?xì)馄髽I(yè)在這些方面開展過(guò)大量工作，甚至很多方面領(lǐng)先于國(guó)際，只是城市燃?xì)庑袠I(yè)過(guò)去沒(méi)有從甲烷減排的角度進(jìn)行梳理和總結(jié)。在全球低碳發(fā)展進(jìn)程下，碳排放成為未來(lái)與多方溝通的通用話術(shù)，建議城市燃?xì)馄髽I(yè)集思廣益，積極分享成功經(jīng)驗(yàn)，編制我國(guó)城市燃?xì)庑袠I(yè)甲烷減排實(shí)踐指南，推廣應(yīng)用，切實(shí)減少甲烷排放。

 

4.4  利用市場(chǎng)機(jī)制，激發(fā)內(nèi)生動(dòng)力

 

單靠領(lǐng)先企業(yè)自律引導(dǎo)，遠(yuǎn)做不到全行業(yè)的甲烷排放管控和治理。對(duì)于經(jīng)營(yíng)主體眾多的城市燃?xì)庑袠I(yè)，利用市場(chǎng)機(jī)制是激勵(lì)行業(yè)實(shí)施甲烷減排的有效工具。2021年7月16日，全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)上線交易正式啟動(dòng)，全國(guó)碳配額價(jià)格一直維持在50 元/t以上［9］。目前，中國(guó)自愿核證減排量（ccer）項(xiàng)目可抵消不超過(guò)5%的應(yīng)清繳碳排放配額，但新項(xiàng)目的核定簽發(fā)還處在暫停狀態(tài)。油氣行業(yè)的甲烷減排項(xiàng)目，無(wú)論在清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）和CCER都存在公認(rèn)的減排方法學(xué)，滿足減排項(xiàng)目額外性要求，建議將其納入到碳市場(chǎng)整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，利用“碳價(jià)”引導(dǎo)企業(yè)合理有效減排，鼓勵(lì)各類資本投資合作，推動(dòng)城市燃?xì)馄髽I(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)。

 

5   結(jié)語(yǔ)

 

城市燃?xì)庑袠I(yè)不可回避生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的甲烷排放問(wèn)題，短期內(nèi)排放的管控會(huì)帶來(lái)運(yùn)營(yíng)成本增加，承受經(jīng)濟(jì)上的壓力。但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，甲烷減排有助于鞏固行業(yè)優(yōu)勢(shì)地位，提高安全運(yùn)行管理的精細(xì)化程度，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)升級(jí)，保持可持續(xù)發(fā)展的生命力，是行業(yè)碳減排的重要發(fā)力點(diǎn)。我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)甲烷排放管控與治理剛剛起步，需要一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程。建議盡快建立適用于城市燃?xì)庑袠I(yè)的甲烷排放核算體系，積累實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，摸清排放現(xiàn)狀及水平，為制定行業(yè)甲烷減排政策及法規(guī)提供參考依據(jù)。燃?xì)馄髽I(yè)作為排放主體應(yīng)發(fā)揮自身基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，與產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)積極合作，推動(dòng)監(jiān)測(cè)及減排技術(shù)創(chuàng)新，及時(shí)總結(jié)、推廣甲烷減排最佳實(shí)踐，利用市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制推進(jìn)減排行動(dòng)，同時(shí)接受來(lái)自于政府、行業(yè)協(xié)會(huì)、合作伙伴、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及其他社會(huì)團(tuán)體的指導(dǎo)和幫助，共同實(shí)現(xiàn)降碳減排這一歷史使命。

圖片

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