高晶霞

（山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

目前，我國(guó)碳排放量接近100 億t，占到全世界碳排放總量的1/4。作為一個(gè)擁有全世界所有工業(yè)門(mén)類的國(guó)家，工業(yè)排放的二氧化碳量占了50%，電力行業(yè)二氧化碳排放量占35%，移動(dòng)源（汽油車(chē)、燃油車(chē)和非道路機(jī)械）二氧化碳排放占比9%；最后是民用行業(yè)排放二氧化碳占比6%（圖1）。碳排放的主要來(lái)源就是化石燃料的使用，我國(guó)的能源消費(fèi)總量約為50 億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭、石油和天然氣三者合起來(lái)占比接近85%。在煤炭、石油、天然氣三大類化石能源中，煤炭占比接近70%。這主要是與我國(guó)的資源稟賦有關(guān)，“富煤、缺氣、少油”的資源結(jié)構(gòu)，是我國(guó)二氧化碳排放量大的一個(gè)主要原因[1]。

圖1 各行業(yè)二氧化碳排放占比

要實(shí)現(xiàn)碳中和，首先要解決碳排放的問(wèn)題。從全行業(yè)二氧化碳排放來(lái)看，工業(yè)、電力和移動(dòng)源占據(jù)了二氧化碳排放總量的94%。從能源結(jié)構(gòu)分析，工業(yè)和電力主要使用的是燃煤，移動(dòng)源主要使用的是石油。隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)逐步替代燃油汽車(chē)，在移動(dòng)源中所主要使用的石油會(huì)被新能源電池所替代，二氧化碳的排放也將會(huì)減少。雖然早期有部分車(chē)輛燃用天然氣，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看除長(zhǎng)途運(yùn)輸車(chē)輛外，其他車(chē)輛用會(huì)使用電力而非天然氣。在工業(yè)和電力領(lǐng)域中，目前煤炭占據(jù)著主導(dǎo)地位，但是煤炭燃燒所釋放的二氧化碳、煙塵、二氧化硫以及氮氧化物遠(yuǎn)高于天然氣。從清潔環(huán)保和碳減排的方向來(lái)看，未來(lái)將有很大一部分煤炭消費(fèi)量會(huì)被天然氣所替代，要實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，“煤改氣”“煤改電”的進(jìn)程將會(huì)進(jìn)一步加快，天然氣行業(yè)在“十四五”期間將會(huì)得到快速發(fā)展。對(duì)于天然氣行業(yè)來(lái)說(shuō)，除了外部需求和政策推動(dòng)外，還需要關(guān)注行業(yè)自身碳排放的問(wèn)題。文章從天然氣的勘探開(kāi)采、儲(chǔ)存和運(yùn)輸以及天然氣的利用，三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析天然氣行業(yè)的碳減排途徑。

1 天然氣勘探開(kāi)采的碳減排途徑

天然氣的主要成分是甲烷，相比于煤炭和石油，天然氣燃燒更完全，而且天然氣的碳飽和度較高，因此單位碳排放較小，污染水平較低，是清潔低碳的化石能源。但值得注意的是，甲烷屬于強(qiáng)溫室氣體，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的20～25 倍，天然氣在勘探開(kāi)采過(guò)程中的無(wú)組織排放不容忽視[2]。

天然氣在勘探時(shí)，一些邊遠(yuǎn)、偏僻的勘探井產(chǎn)出的天然氣無(wú)法進(jìn)入集輸管網(wǎng)，只能將其放空或者直接燃燒。這不僅造成資源浪費(fèi)，而且排放出大量的溫室氣體排放。隨著高壓分離器、天然氣壓縮機(jī)增壓技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)α闵⑻烊粴膺M(jìn)行回收，減少資源浪費(fèi)。在勘探井未投入生產(chǎn)前利用移動(dòng)式撬裝裝置收集貯存天然氣，減少天然氣的浪費(fèi)。

在天然氣開(kāi)采方面，單井產(chǎn)量低一直是制約我國(guó)天然氣高效開(kāi)發(fā)的問(wèn)題。針對(duì)開(kāi)采區(qū)塊內(nèi)造縫難度大、深層天然氣難以開(kāi)采、厚巖層壓裂工藝效率低等難題，發(fā)展與地質(zhì)條件相適應(yīng)壓裂增產(chǎn)技術(shù)，提高天然氣的產(chǎn)量必不可少。同時(shí)需要加強(qiáng)天然氣開(kāi)采的無(wú)組織管控，通過(guò)采用先進(jìn)的設(shè)備，減少閥門(mén)、接口個(gè)數(shù)減少甲烷的逸散。

另外，還可以推廣開(kāi)展碳捕集利用與封存技術(shù)（CCUS）的應(yīng)用，將尾氣中的二氧化碳收集后注入地下，用于提升采收率，或永久封存與地下，以達(dá)到碳中和目的。

2 天然氣儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的碳減排途徑

天然氣輸送主要有罐車(chē)、輪船和管道三種方式。在這三種方式中要實(shí)現(xiàn)碳減排，最主要的途徑就是增加天然氣管道輸送。2020 年我國(guó)天然氣產(chǎn)量為1 888.5 億m3，消費(fèi)量為3 250.4 億m3，進(jìn)口依存度為42%，有大量的天然氣需要進(jìn)口（具體見(jiàn)圖2）。

圖2 2018—2020 年天然氣產(chǎn)量與消費(fèi)量表

在天然氣和LNG“兩個(gè)市場(chǎng)”、國(guó)內(nèi)和國(guó)際“兩種資源”、管道和海運(yùn)“兩種方式”的格局下，按照“西氣東輸、北氣南下、海氣登陸”的原則建設(shè)天然氣管網(wǎng)，截至2020 年12 月，我國(guó)天然氣長(zhǎng)輸管道總里程近8.3 萬(wàn)km。進(jìn)口天然氣以及塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地和四川盆地天然氣資源，建設(shè)西氣東輸、川氣東送、陜京等天然氣主干線，滿足我國(guó)中東部地區(qū)用氣需求。西氣東輸三線、陜京四線、新疆煤制氣外送管道，以及西氣東輸四線、五線、川氣東送二線等主干管道的建設(shè)將進(jìn)一步完善天然氣管道基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)主干管網(wǎng)全覆蓋、全聯(lián)通，可進(jìn)一步降低天然氣輸送環(huán)節(jié)的二氧化碳排放量，同時(shí)為擴(kuò)大清潔氣體燃料利用規(guī)模，加速散煤替代提供了基礎(chǔ)[3]。

3 天然氣的利用

天然氣主要利用在工業(yè)和電力兩個(gè)方面，歸根到底是能源燃料的替代，主要是用天然氣來(lái)代替煤炭。

除了工業(yè)燃料被替代外，在工業(yè)領(lǐng)域另外一個(gè)就是天然氣制氫。氫氣制取主要有以煤炭、天然氣為代表的化石能源制氫、以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫和電解水制氫，三種制氫方式。由于天然氣制氫在制氫行業(yè)中占比較小，在工業(yè)領(lǐng)域天然氣在碳減排方面主要還是以燃煤替代為主。

在發(fā)電行業(yè)，2020 年發(fā)電量單位發(fā)電量為76 261 億kW·h，其中火力發(fā)電量為51 770 億kW·h，占比達(dá)到67.9%。但是我國(guó)在火力發(fā)電中，燃煤發(fā)電占火力發(fā)電中95%，天然氣發(fā)電僅5%。而全球天然氣在一次能源消費(fèi)中占比為20%左右。在發(fā)電量相同的情況下，天然氣的二氧化碳排放僅為煤炭的一半。用天然氣發(fā)電替代燃煤發(fā)電，也可降低二氧化碳的排放量（見(jiàn)表1）。

表1 2018—2020 年我國(guó)能源發(fā)電情況

在發(fā)電領(lǐng)域中，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電有不連續(xù)、不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，燃煤發(fā)電有效率低、污染物排放量大的問(wèn)題，而天然氣發(fā)電具有啟?？?、應(yīng)急能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)新能源發(fā)電間歇、波動(dòng)等短板和燃煤污染物排放的問(wèn)題。未來(lái)電力行業(yè)將會(huì)形成以風(fēng)電、太陽(yáng)能為主，燃?xì)獍l(fā)電作為補(bǔ)充，燃煤發(fā)電作為備用的多能互補(bǔ)的格局，天然氣發(fā)電為碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供保障和支持。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)碳中和是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，第一階段達(dá)峰，第二階段減碳，第三階段中和。我國(guó)在2030 年碳達(dá)峰后到2060 年碳中和，只有短短30 年時(shí)間，這里面不僅有挑戰(zhàn)，還有機(jī)遇。天然氣行業(yè)在“碳中和”中起著不可或缺的重要作用，從天然氣全生命周期過(guò)程中來(lái)看碳排放，前期勘探和開(kāi)采重點(diǎn)是控制資源浪費(fèi)，中間輸送環(huán)節(jié)重點(diǎn)的管網(wǎng)的建設(shè)，后期利用環(huán)節(jié)重點(diǎn)是利用效率，在每一個(gè)環(huán)節(jié)中都還存在需要攻克的技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題，相信隨著技術(shù)的不斷突破以及行業(yè)發(fā)展政策的支持，天然氣行業(yè)將實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量快速發(fā)展。