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煤矿瓦斯气体治理-引领全球减排 落实双碳行动

发布时间:2025-05-10 来源:爱游戏平台网页版

  中国以双碳目标引领全球减排,煤矿瓦斯治理成为关键战场。甲烷控排潜力巨大,减排成本仅5美元/吨,年市场规模可达120亿元,驱动绿色转型与经济效益双赢。政策明确2025年瓦斯利用量达60亿立方米,蓄热氧化技术将低浓度瓦斯转化为清洁能源,CCER机制助力企业掘金碳市场

  在全球携手应对气候平均状态随时间的变化的大格局下,我国以大国担当积极践行减碳承诺。2020 年 9 月 22 日,国家主席习在第 75 届联合国大会上郑重宣告,中国将努力在 2030 年前实现二氧化碳排放达峰,2060 年前达成碳中和目标。“双碳” 目标的提出,彰显了我国在全球可持续发展进程中的坚定决心,也为各行业的绿色转型指明了方向。在此宏观目标框架下,煤矿瓦斯的有效利用,作为煤炭行业甲烷减排的核心路径,对我国如期实现碳达峰碳中和目标具有举足轻重的意义。

  2021 年 9 月 22 日,中央、国务院印发的《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》明确强调,要强化能源消费强度与总量双控,加大对甲烷等非二氧化碳温室气体的管控力度。这一顶层政策设计,为煤矿瓦斯治理工作提供了战略指引。

  2023 年 11 月 7 日,生态环境部等 11 部门联合发布了我国首个针对甲烷排放控制的顶层设计文件 ——《甲烷排放控制行动方案》。该方案积极鼓励煤炭企业加大煤矿瓦斯抽采利用力度,并设定了到 2025 年煤矿瓦斯年利用量达到 60 亿立方米的具体目标。同时,大力推动温室气体自愿减排交易机制的完善,支持合乎条件的甲烷利用和减排项目去参加了,为煤矿瓦斯治理开拓了全新的发展机遇。

  2024 年 7 月 24 日,为进一步健全温室气体自愿减排项目方法学体系,生态环境部依据《温室气体自愿减排交易管理办法(试行)》,组织编制了《温室气体自愿减排项目方法学 煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用》(征求意见稿)。文件明确规定,煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用项目旨在将甲烷体积浓度不超过 8% 的煤矿瓦斯和风排瓦斯进行无焰氧化分解销毁,分解产生的热能用于发电,以此避免甲烷直接排放。此外,还对项目计入期做出规定,从项目业主申请登记的项目减排量产生时间起,最长不超过 10 年。

  早在 2011 年 10 月 16 日,国家安全生产监督管理总局等四部门发布的《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》就已明确要求,煤矿企业应加强抽采瓦斯的综合利用,有效控制瓦斯向大气排放。2024 年 7 月 30 日,为强化国内温室气体排放控制和资源回收利用,生态环境部发布《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准(修订征求意见稿)》(强制标准)。相较于 2008 年的暂行标准,此次修订新增了禁止排放项目,即浓度高于或等于 8% 的低浓度瓦斯(8%≤甲烷体积分数 30%)且抽采纯量≥10 立方米每分钟。

  各省市积极做出响应国家政策号召。2024 年 1 月 15 日,山西省发展和改革委员会等部门发布《关于进一步加快煤矿低浓度瓦斯综合利用的通知》,明确要求煤矿企业对甲烷体积浓度不小于 8%的抽采瓦斯,在确保安全的前提下进行综合利用;对于甲烷体积浓度在 2%(含)至 8%的抽采瓦斯以及乏风瓦斯,鼓励企业积极探索综合利用途径。同时,全力支持瓦斯利用项目参与碳市场交易,支持低浓度煤矿瓦斯减排项目纳入 CCER(国家核证自愿减排量)。

  煤矿瓦斯,即煤层气,是煤矿开采过程中从煤、岩层中涌出的以甲烷(CH4)为主的有害化学气体。由于在未得到一定效果利用时,常被直接从井下抽采至地面排空或燃烧,不仅对煤矿安全生产构成严重威胁,还会污染空气,加剧温室效应,因此被称为 “煤矿第一杀手”。

  近年来,温室气体排放引发的气候平均状态随时间的变化导致暴雨、洪涝、干旱等极端天气事件频繁发生。世界气象组织(WMO)发布的《WMO 全球年度至十年气候最新通报》显示,未来 5 年,至少有一年的全球年平均温度比工业化前水平暂时高出 1.5℃的可能性高达 80%。这表明《巴黎协定》设定的气候平均状态随时间的变化风险阈值上限正日益逼近。

  在温室气体减排工作中,甲烷控排具备极其重大意义。尽管甲烷的生命周期相对较短,但其温室效应极强,对全球变暖的贡献率约达 1/4。就我国而言,甲烷在温室气体排放总量中占比较高。其中,能源部门是最大的甲烷排放源,占总量的 44.7%,而煤炭开采过程中的甲烷排放又在能源部门中占比 39.2%(2018 年数据)。根据联合国政府间气候平均状态随时间的变化专门委员会(IPCC)的研究报告,若要将升温目标控制在 1.5℃以内,到 2030 年甲烷排放量需削减 40% - 45%。

  加强甲烷排放监测、报告和核查(MRV)体系建设,是应对气候平均状态随时间的变化、实施减排行动以及评估减排绩效的重要基石。核算体系的确立,作为甲烷排放数据质量管理的首要且核心环节,从碳市场的角度来看,已成为建立具有市场信誉与可信度的碳排放交易质量控制的关键手段。

  只有精准掌握甲烷排放动态及其演变趋势,明确排放路径,有关部门和企业才能制定出更具针对性的减排措施,为国家实现碳达峰碳中和目标提供有力支撑。过去半年,我国为推动《甲烷排放控制行动方案》的落地实施,在基础体系、重点领域、政策实施、监督实施等多个角度取得了显著进展。

  在基础体系建设方面,重点强化 MRV 体系建设,加快研究制定甲烷温室气体排放报告、核算、监测工作方案,提升甲烷排放数据信息化管理上的水准。在重点领域,着重强化甲烷综合利用,《方案》提出到 2025 年煤矿瓦斯利用量要达到 60 亿立方米,截至去年底,煤矿瓦斯利用量已达 57 亿立方米。在政策实施上,积极开展煤矿瓦斯自愿减排方法学论证。在监管实施方面,《方案》明确全面落实煤矿瓦斯排放限值标准。2024 年 7 月 31 日,生态环境部发布《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准(修订征求意见稿)》,对煤矿瓦斯排放标准做出详细规定:对于浓度高于或等于 8% 且抽采纯量不小于 10 立方米每分钟的低浓度瓦斯,一律禁止排放,能利用的用于发电,无法利用的予以销毁;对于浓度低于 8% 或抽采纯量小于 10 立方米每分钟的低浓度瓦斯和风排瓦斯,在确保安全的前提下,鼓励探索综合利用。

  我国作为全球最大的煤炭生产和消费国,拥有丰富的煤层气资源,总量约为 36.81 万亿立方米,甲烷排放量巨大。目前,我国有超 4300 个煤矿,其中符合低浓度瓦斯和风排瓦斯利用条件的近 1000 个,主要分布在山西、陕西、内蒙古等地。这些地区煤层气资源丰富,为煤矿瓦斯利用项目奠定了坚实基础。

  煤矿瓦斯作为温室气体甲烷的大多数来自之一,其全球变暖潜势是二氧化碳的 28 - 36 倍。有效利用煤矿瓦斯,既能大幅度减少温室气体排放,又能提升矿井安全性。据国际能源署(IEA)数据,2030 年煤矿瓦斯减排潜力可达 223 百万吨二氧化碳当量(MtCO2e),平均减排成本仅 5 美元 / 吨 CO2e,经济效益显著。通过开发 CCER 项目,煤矿瓦斯利用可大幅度提高企业投资回报率。

  在煤矿瓦斯回收利用方面,目前全国投入运行的煤矿瓦斯无焰氧化项目仅约 20 个,年减排量约 450 万吨二氧化碳当量,预计 2030 年减排量可增至约 2000 万吨二氧化碳当量。仅从需减排量来看,煤矿开采中风排瓦斯年排放量约达 2 亿吨二氧化碳当量,按自愿碳市场交易价 60 元 / 吨计算,可形成 120 亿元 / 年的市场规模,未来减排市场潜力巨大。

  适用 CCER 开发的项目:井工煤矿(不包括废弃或关闭的井工煤矿)采用以下减排技术的项目适用于煤矿瓦斯 CCER 的开发利用。一是利用收集的风排瓦斯,通过无焰氧化分解销毁,或分解销毁后将产生的热能用于发电;二是将从瓦斯抽采泵站输出的甲烷体积浓度不超过 8% 的煤矿瓦斯,与收集的风排瓦斯和 / 或空气进行掺混,再通过无焰氧化分解销毁,或利用分解销毁产生的热能发电。

  不适用 CCER 开发的项目:存在两种情形的项目不进行煤矿瓦斯的 CCER 开发利用。其一,《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准》要求禁止排放的煤层气和煤矿瓦斯,即甲烷体积分数≥30% 的高浓度瓦斯,以及浓度≥8% 的低浓度瓦斯(8%≤甲烷体积分数 30%)且抽采纯量≥10 立方米每分钟;其二,若任意一小时监测到煤矿瓦斯安全输送系统入口处煤矿瓦斯常温常压平均流量,大于地面瓦斯抽采泵出口端抽采瓦斯常温常压平均流量之和,即输送管路一直存在瓦斯泄漏的项目。

  存在减排量扣除的项目:若出现以下情况,将按规定扣除减排量。某小时监测到煤矿瓦斯安全输送系统入口处煤矿瓦斯常温常压平均流量,大于地面瓦斯抽采泵出口端抽采瓦斯常温常压平均流量之和,即输送管路存在偶发泄漏,按整小时扣除;当甲烷体积浓度超过 8% 时,同样按整小时扣除。

  通常,大于 30% 的高浓度瓦斯多作为化工原料、燃料使用,或用于高浓度瓦斯发电;抽采浓度在 8% - 30% 的低浓度瓦斯,可通过往复式内燃机发电机组(瓦斯发电机组)加以利用。而针对煤矿低浓度瓦斯(<8%)及乏风的利用,蓄热氧化燃烧技术是现阶段较为有效的措施之一。

  本方案拟采用乏风与低浓抽排瓦斯掺混、蓄热式氧化炉(RTO,Regenerative Thermal Oxidizer)、余热蒸汽锅炉相结合的处理技术,建设低浓度瓦斯氧化站。每套装置建成后占地面积为 320 m²(40m×8m)。

  蓄热式氧化技术对低浓度瓦斯进行氧化摧毁的原理为:将煤矿抽采浓度 8% 以下的低浓度瓦斯,与风排瓦斯或空气掺混至 1.0% - 1.2% 浓度后,送入已被外界热源预热至 850 - 1000℃的蓄热氧化装置(RTO)中。此时,瓦斯气体中的甲烷与氧气发生氧化反应,释放出大量能量。同时,配套余热锅炉回收高温烟气余热,可产生蒸汽,供暖季用于煤矿清洁供热,非供暖季则带动汽轮机组发电。

  项目业主或投资方与煤矿签订合同能源管理协议后,需到当地发改委来投资项目备案。备案审批通过并赋码,项目即立项成功。

  随后,针对本建设项目开展《环境影响评价》,评估项目对环境的影响,并提出对应环保措施,取得环评批复。在项目设计阶段,进行《能源效率评估》,评估项目能源使用效率与可持续性能,提出节能措施与建议。在项目初步设计和施工图设计阶段,开展《安全评价》,评估项目建设和运营过程中的安全风险,提出安全措施与建议。

  完成上述三评后,依据项目设计相关文件,进行设施安装与运行调试,同时建立监测系统,定期监测项目减排效果并加以验证。项目建设周期为 1 - 2 个月,以 9×10⁴ Nm³ 测算,投资预算在 500 - 600 万。

  低浓度瓦斯氧化站 CCER 项目开发流程如下:(此处可插入 CCRE 开发流程图,清晰呈现各步骤)

  编制项目设计文件:项目业主在注册与登记系统(国家应对气候变化战略研究和国际合作中心)进行账户注册。注册成功后,按照《温室气体自愿减排项目方法学 煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用》项目方法学有关技术规范要求,编制项目设计文件,并通过注册登记系统公示项目设计文件及所委托的审定与核查机构名称,公示期为二十个工作日。

  项目审定与登记:审定与核查机构出具项目审定报告,并上传至注册登记系统。最后,项目业主提交项目申请表、项目设计文件、项目审定报告以及承诺书,向注册登记机构申请温室气体自愿减排项目登记。注册登记机构对项目业主提交材料的完整性、规范性进行审核,在收到申请材料之日起十五个工作日内,对审核通过的温室气体自愿减排项目进行登记。

  编制减排量核算报告:经注册登记机构登记的温室气体自愿减排项目可申请项目减排量登记。项目业主按照相关项目方法学技术规范要求,编制减排量核算报告,并委托审定与核查机构对减排量进行核查。同时,通过注册登记系统公示减排量核算报告以及所委托的审定与核查机构名称,公示期为二十个工作日。

  减排量核查与登记:审定与核查机构出具减排量核查报告,并上传至注册登记系统。最后,项目业主提交项目减排量申请表、减排量核算报告、减排量核查报告以及承诺书,向注册登记机构申请项目减排量登记。注册登记机构对项目业主提交材料的完整性、规范性进行审核,在收到申请材料之日起十五个工作日内,对审核通过的项目减排量进行登记。

  煤矿瓦斯项目 CCER 认证与开发时间周期为 3 - 6 个月,投入成本在 40 - 60 万。

  项目业主完成温室气体自愿减排项目登记以及减排量登记后,注册登记机构向项目业主账户发放 CCER,单位为 “吨二氧化碳当量”。交易主体需符合交易机构规定条件,在交易机构开户并签署入场交易协议,且每个交易主体只能开设一个交易账户。交易主要采取挂牌协议、大宗协议、单向竞价及其他符合相关规定的交易方式。

  2023 年 10 月 24 日,生态环境部发布《关于全国温室气体自愿减排交易市场有关工作事项安排的通告》,明确北京绿色交易所有限公司提供核证自愿减排量的集中统一交易与结算服务,负责全国温室气体自愿减排交易系统的运行和管理。

  北京绿色交易所有限公司(简称北京绿色交易所)前身为北京环境交易所有限公司,成立于 2008 年 8 月,是经北京市人民政府批准设立的综合性环境权益交易机构。北京绿色交易所是国家主管部门备案的首批中国自愿减排交易机构、北京市政府指定的北京市碳排放权交易试点交易买卖平台,也是全国极具影响力的综合性环境权益交易市场之一。

  我国煤层气资源量位居世界前三,超 30 万亿立方米。当前,浓度 8% 的超低浓度瓦斯占总瓦斯排放量的 60% - 70%,由于缺乏有效利用方式,通常直接排入大气,既导致非常严重环境污染,又导致能源浪费,不符合绿色发展理念。

  低浓度瓦斯(<8%)利用蓄热无焰氧化技术是现阶段有效的利用手段之一。通过该技术销毁大量甲烷气体并实现资源综合利用,不仅能创造显著经济效益,还符合国内自愿减排项目要求,拥有非常良好环境效益。

  以年产 120 万吨的煤矿为例,其风排瓦斯浓度 0.3%,风量 5300 Nm³/min。通过蓄热氧化技术处理风排瓦斯,年销毁瓦斯纯量为 8,357,040m³,换算成质量为 5599 吨。

  项目实施后,每年可通过认证获得 14.14 万吨 CCER。项目计入期 10 年,按自愿碳市场交易价 60 元 / 吨计算,每年可获 848 万元收益。

  本风排瓦斯处理项目需投入建设 3 套 10 万风量的蓄热氧化装置,总投资约 1800 万元。设备正常运行成本为电费 177.39 万元 / 年,其他运维成本 30 万元 / 年,合计 207.39 万元 / 年。经测算,本项目 3 年可收回投资所需成本,10 年的内部收益率是 38%。(此处可插入投资收益计算表,使数据更直观)

  煤矿瓦斯 CCER 项目的开发有助于降低温室气体排放,树立煤矿企业良好的社会责任形象。燃烧同等热值的煤矿瓦斯,其释放的二氧化碳量比石油少一半,比煤炭少四分之三;且煤矿瓦斯燃烧产生的污染物一般仅为石油的四十分之一、煤炭的八百分之一。由此可见,煤矿瓦斯是优质洁净能源。粗略估算,每利用 1 亿 m³ 纯甲烷,相当于减排 169 万吨 CO₂。

  本项目可从以下 3 个方面实现温室气体减排:一是通过 RTO 蓄热氧化装置高温分解原本直接排入大气的甲烷;二是发电可替代国家电网中火电发电部分的电量;三是余热回收可替代原有燃煤、燃气供热。返回搜狐,查看更加多

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