清潔發展機制下我國煤礦乏風瓦斯處理項目的可行性分析

摘要：乏風是經過煤礦采掘工作面和其他用風地點最終從煤礦風井中排出的風流。乏風中的瓦斯一般濃度低于0.75%，雖然濃度很低，但總量十分巨大，長期直接排放不但造成資源浪費，也不符合全球溫室氣體減排的大趨勢，不利于實現我國對國際社會承諾的碳強度降低目標。聯合國氣候變化框架公約通過的《京都議定書》提出了清潔發展機制，對此類環保項目提供了支持。本文將結合CDM機制，通過分析煤礦乏風瓦斯處理項目在國內政策、瓦斯處理技術、經濟性等方面，達到研究我國煤礦乏風瓦斯處理項目可行性的目的。

關鍵詞：乏風瓦斯；CDM項目；可行性

中圖分類號：F426.21 文獻標識碼：A doi:10.3969/j.issn.1672-3309（s）.2011.11.11 文章編號：1672-3309（2011）11-60-03

近30年來，全球平均氣溫呈明顯上升趨勢，溫度上升的速度是地球有歷史以來前所未有的。由于地球人口的迅速增加，經濟的快速發展，人類在近幾十年中向大氣中排放了大量的溫室氣體，影響了地球環境本身的碳循環，造成了日益嚴重的溫室效應。為了應對氣候變化對人類發展帶來的不利影響，聯合國通過了《聯合國氣候變化框架公約》及《京都議定書》。《京都議定書》中引入了一種靈活履約機制——清潔發展機制。其核心內容是允許發達國家與發展中國家進行項目級的減排量抵消額的轉讓與獲得，在發展中國家實施溫室氣體減排項目。發達國家可以在發展中國家投資減排項目，從而獲得可以抵消其減排義務的減排指標。對于發達國家，通過這種機制降低了其減排成本；對于發展中國家，通過這種機制獲得了環境友好的項目資金和技術支持，是“雙贏”的國際合作機制。

一、 我國開展煤礦乏風瓦斯處理項目的背景

1、我國政府對國際社會的碳減排承諾

在全球保護大氣環境的緊迫形勢下，我國也在2009年丹麥哥本哈根舉行的《聯合國氣候變化框架公約》第15次締約方會議暨《京都議定書》第5次締約方會議之前作出了碳減排承諾：到2020年我國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。并在此承諾之后，通過“十二五”規劃以及各級政府政績量化考核等方式將總體目標下達到各級政府具體實施。

2、巨大的煤礦乏風瓦斯資源/排放量

我國煤層氣資源量約為31.46萬億立方米，與陸上常規天然氣相當，主要分布在中部的山西和西部地區的陜西、甘肅、云南等省。煤層氣是一種溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的21倍，在全球氣候變暖中的份額為15%，僅次于二氧化碳。目前，我國每年因采煤排放的甲烷在200億立方米以上，占世界采煤排放甲烷總量的45%，超過天然氣西氣東輸的總量。其中150多億立方米甲烷通過煤礦乏風排入大氣當中。如果乏風瓦斯全部得到處理，約可折合純甲烷2.317萬立方米。如此大量的甲烷長期直接排放而不加處理利用，不但造成資源浪費，而且造成大量溫室氣體排放，也不利于實現我國對國際社會承諾的碳強度降低目標。

二、國內政策的可行性分析

1、國民經濟和社會發展第十一個五年（2006-2010）規劃綱要

中華人民共和國《國民經濟和社會發展第十一個五年（2006-2010）規劃綱要》提出：“必須加快轉變經濟增長方式。要把節約資源作為基本國策，發展循環經濟，保護生態環境，加快建設資源節約型、環境友好型社會，促進經濟發展與人口、資源、環境相協調。推進國民經濟和社會信息化，切實走新型工業化道路，堅持節約發展、清潔發展、安全發展，實現可持續發展”，“加強煤礦瓦斯綜合治理，加快煤層氣開發利用。”煤礦乏風瓦斯處理項目是處理和利用煤礦乏風瓦斯中的甲烷，該項目符合溫室氣體減排要求的清潔發展機制項目要求，通過項目的實施，一方面瓦斯本身的資源性得到利用，避免了資源的浪費；另一方面瓦斯中甲烷的消除將減少了溫室氣體的排放，促進了環境保護。所以該項目完全符合《國民經濟和社會發展第十一個五年（2006-2010）規劃綱要》中的相關要求。

2、能源發展“十一五”規劃

國家發展和改革委員會發布的《能源發展“十一五”規劃》中提到：“引導企業增加投入，加快瓦斯抽采利用和安全改造，提高裝備水平，改善安全生產條件”，“十一五”期間“煤礦瓦斯利用量由10億立方米增加到87億立方米”，“發展循環經濟。鼓勵企業充分利用劣質煤、煤炭洗選加工副產品、煤礦瓦斯、礦井水等資源，因地制宜發展綜合利用產業”，“建立煤炭礦區生態環境恢復補償機制。制定煤炭清潔生產標準，明確企業和政府責任，加大生態環境保護和治理投入。”煤礦乏風瓦斯處理項目是處理乏風瓦斯中的甲烷，也就是把煤礦乏風瓦斯所帶來的潛在危險降到了最低，改善了安全生產條件；進一步提高了煤礦瓦斯的利用量，避免了資源的浪費；為煤炭礦區生態環境恢復做出了積極的修復措施。該項目的實施完全符合國家發展和改革委員會《能源發展“十一五”規劃》中相關的要求。

3、煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用“十一五”規劃

“加大煤礦瓦斯抽采與利用力度，加快煤層氣產業發展，保障煤礦生產安全，增加清潔能源供應，減少對生態環境的污染，促進煤炭工業可持續發展。”煤礦乏風瓦斯處理和利用項目正是在《煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用“十一五”規劃》的指導精神下投資開發的項目，屬于國家引導和鼓勵發展類項目。

三、處理技術的可行性分析

本項目擬采用蓄熱式氧化技術處理煤礦通風中的甲烷。自熱式氧化器是一種已應用于處理化工行業尾氣中幾十年的技術，長期大量應用于化工領域，處理揮發性有機化合物（VOCs），典型有機廢氣，包括烴、芳香烴、醇、酮、醛、醚、酚、酯、腈等及其衍生物。現隨著全球溫室氣體排放形勢越來越嚴峻，近幾年開始出現應用于處理煤礦低濃度瓦斯中。主要工作過程：先用外部能源將陶瓷床中心部分加熱到1000℃，然后礦井乏風瓦斯通過陶瓷床。當礦井乏風瓦斯通過陶瓷床中部的高溫區時甲烷迅速氧化，通過熱交換，氧化熱能被傳遞到陶瓷床材料的周圍。在一個平衡系統中，入口處和出口處氣體的溫差僅僅只有大約40℃，熱交換的效率較高。為了維持陶瓷床中央的高溫區域，氣流的方向必須在自上而下和自下而上之間來回調換。排氣側固定蓄熱，由換向閥實現乏風瓦斯逆流換向。

氧化過程只在陶瓷床內部發生，沒有火焰，溫度的水平分布非常均勻。乏風瓦斯中的甲烷在氧化床氧化后，一部分熱量維持氧化反應的環境，多余部分的熱量經熱交換器排出氧化床。氧化反應自動維持后，可以停掉外部加熱源供應。

本項目通過乏風瓦斯熱氧化器以去除煤礦目前排空的通風中的低濃度（低于0.75%）乏風瓦斯，減少甲烷的排放；同時，本項目一組乏風瓦斯氧化氣產生的熱能還向廠內提供生活熱水，用于替代廠內原來的化石燃料鍋爐供熱，實現了煤礦廢氣的處理和利用，變廢為寶，實現了資源的循環利用。

四、經濟性的可行性分析

為論證引入CDM機制是否可以解決煤礦乏風瓦斯處理項目的經濟性問題，特引入某煤礦的實際數據為例。該煤礦設計年產煤量300萬噸。經過一年對煤礦總回風處瓦斯濃度及風量的測量和記錄，煤礦平均乏風瓦斯濃度為0.53%，平均風量為500000 m3/h，煤礦年正常生產時間按330天計算，日工作時間24小時；根據對乏風瓦斯熱氧化器生產廠家的調查，設備甲烷氧化效率普遍為≥97%，設備運行年耗電量約1140萬度。

1、總投資及CDM減排量收益估算

根據項目初步設計估算，項目預計總投資6730萬元。

根據已獲得氣候變化框架公約組織批準的方法學ACM0008（第七版）考慮項目活動收集和銷毀甲烷過程中耗能引起的排放、甲烷銷毀過程的燃燒排放及未完全氧化的甲烷產生的項目排放，項目年減排量為239007噸二氧化碳當量。

2、經濟性評價指標

本文采用內部收益率和凈現值結合的方法評價項目的經濟性，同時，這也是已獲得氣候變化框架公約組織批準的“額外性論證評價工具”（第5.2版）論證項目額外性的方法。

根據CDM機制的相關規定及設備一般壽命的估計，該項目CDM計入期采用可更新模式（7年/次×3次），即該項目的經濟費用效益分析計入周期為21年。其經濟費用效益分析依據的基本數據如表1：

根據表1的數據，計算得出如下內部收益率及凈現值的結果（表2）。

由于乏風瓦斯項目處理項目處理的是濃度低于0.75%的低濃度甲烷，如沒有減排量收入，項目僅有少部分替代燃煤鍋爐從而節省燃煤的收入。但是由于項目總投資——主要是氧化處理設備價格以及項目年運營成本與節煤收入比非常大，即項目在計入周期內每年的經濟收益都小于經濟費用，表示項目在計入周期內不存在經濟費用（生產費用）與經濟收益（銷售收入）相等的時刻，不存在盈虧平衡點。無減排量收入時，項目在生命期內每年的現金流量都為負值，項目的累積凈現值為負值，項目內部收益率也為負值，該項目在計入周期內始終處于虧損的狀態，項目不具有經濟性。

計入項目減排量收入時，項目IRR為23.93%，NPV上升為6112.57萬元。根據《建設項目經濟評價方法與參數（第三版）》（2006年由國家發展與改革委員會及建設部共同簽發），當項目的內部收益率IRR比部門基準高時，本項目具有經濟性。乏風瓦斯的處理和使用屬于煤礦瓦斯生產業，因此適用煤礦瓦斯生產項目的部門基準項目IRR，即12%（稅前）。因此，項目考慮CDM機制減排量收益時，具有經濟可行性。

五、良好的環境和社會效應

1、提高能源綜合利用。乏風瓦斯中甲烷濃度雖然極低，但由于我國每年乏風瓦斯排放基數巨大，經測算我國每年通過乏風瓦斯直接排放的甲烷超過150億立方米，相當于西氣東輸工程輸送天然氣規模，乏風瓦斯的直接排放造成了較大的資源浪費。隨著能源價格的繼續攀升，以及乏風瓦斯利用技術的成熟，針對乏風瓦斯的能源利用方案具有較大的經濟意義，同時也促進了我國能源結構完善，實現能源綜合利用。

2、促進環境保護實施。項目在能源綜合利用的同時，減少了瓦斯中甲烷的排放量，減緩全球溫室氣體變暖速度，有利于降低全球氣候變暖的趨勢。我國政府越來越重視氣候變化的國內影響和國際政治影響，乏風瓦斯中甲烷的降解減排對于我國落實全球氣候變暖合作內容，促進國際合作具有較強正面意義。

3、落實循環經濟政策。項目處理和利用了煤礦原有直接排放到大氣中的乏風瓦斯，通過氧化乏風瓦斯中的溫室氣體——甲烷，實現能源梯級利用和環境保護，同時獲得能源利用效益和減排指標收益。這種變廢為寶的發展模式，實質上落實了我國循環經濟政策，實現了煤炭生產過程中瓦斯的近“零排放”，實現資源有效利用和煤礦健康有序生產。

4、保障煤礦安全生產。傳統的煤礦通風系統只是單向支出，是煤礦進行煤炭順利開采和煤礦安全生產的前提和保障。這種較大規模的單向系統投資和通風運行費用支出，往往會降低業主的通風積極性，從而降低通風運行支出，造成通風不力，從而影響煤礦安全生產。該項目通過清潔發展機制開發，突破了原有乏風瓦斯單項成本支出的局面；使得煤礦業主對煤礦生產中通風支出成為投資，而且還可以獲得豐厚收益，通過創效激勵機制的實施，提高了煤礦通風積極性，從而為煤礦的安全生產提供了保障。

5、解決地區部分就業。項目的實施為地區就業提供了一個平臺，預計可以解決13-15個工作崗位，同時增加關聯產業的就業，在一定程度上緩解地區就業壓力。項目公司通過制度完善和專業培訓，確保工程師職責明確、工人工作順暢。項目公司按照國家的勞動保障規定、衛生保健等相關制度進行落實，確保員工的利益。

6、帶動礦區經濟發展。項目的實施為礦區經濟做出一定的貢獻，帶動礦區周邊服務及配套產業發展，提高居民的收入水平，有利于提升礦區的整體發展水平。

7、行業發展示范作用。目前我國煤礦乏風瓦斯100%直接排空，造成了資源的浪費和環境的污染，煤礦業主也缺乏安全生產的投資積極性。該項目的開發將對我國煤礦乏風瓦斯的處理提供一種借鑒，為乏風瓦斯的綜合利用、溫室氣體減排和煤礦安全生產提供了一種全新的綜合解決思路。

六、結論與展望

從上述分析和計算中可以看出，引入CDM機制后，煤礦乏風瓦斯處理項目在政策、技術及經濟等方面均具有可行性，項目實施后將對環境和社會產生一系列積極作用。由于項目具備很好的額外性、符合CDM機制對于項目資金支持的要求，同時氧化處理技術成熟、設備運行穩定、操作維護簡單，此類項目可以在符合經濟性條件的煤礦中推廣復制，從而實現顯著的社會、環保效應與經濟效益。

參考文獻：

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