井工煤礦企業溫室氣體排放核算研究

王莉，何勝，張洋洋，剛良，魏雅娟，陳仕國，王靜，劉亦芳

（華電電力科學研究院有限公司，杭州 310000）

我國是世界第一產煤大國，產煤量占世界總產量的35%以上[1，2]。煤炭在我國一次能源生產和消費構成中的占比為70%左右[3]。煤礦企業既是能源生產企業，也是能源消耗大戶，還是主要的碳排放部門[4]。煤炭企業溫室氣體排放主要來源于化石能源的燃燒和電能的使用，以及地下開采過程中產生的大量瓦斯[5]。《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》顯示，我國甲烷（CH4）排放量占溫室氣體排放總量的10%，其中煤炭開采導致的CH4排放量占全國CH4排放總量的38%[6]。其產生的溫室效應不容忽視。我國對煤礦企業溫室氣體排放核算的研究較少，相關標準的制定較為滯后，存在核算邊界不全、監測和統計數據薄弱、排放因子不確定性較大等問題[5]。隨著碳排放管理被納入環評、碳交易市場的建立及國際上對碳邊境稅的征收，開展井工煤礦企業溫室氣體排放核算研究具有一定的實際指導意義。

1 核算依據

1.1 國際核算標準

國際碳排放核算標準主要有由世界資源研究所等制定的《溫室氣體議定書（GHG Protocol）：企業核算與報告準則》和由國際標準化組織制定的《組織層面溫室氣體排放與清除的量化與報告》[8]，其核算流程可通用，但將排放源分為靜止源和移動源，不適用于煤礦企業實際的分類。聯合國政府間氣候變化專門委員會制定的《IPCC 2006 國家溫室氣體清單指南》（以下簡稱《IPCC 2006 指南》），推薦了對煤礦CH4逃逸和二氧化碳（CO2）逃逸排放源的界定和核算方法，可為本文研究提供參考。

1.2 國內標準要求

2014 年印發的《煤炭生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》（以下簡稱《2014 版指南》），初步明確了核算邊界和排放源，但其推薦的瓦斯逃逸實測法不易實施。2018 年發布的《溫室氣體排放核算與報告要求 第11 部分：煤炭生產企業》（GB/T 32151.11—2018）（以下簡稱2018 版國標）調整了排放因子，但未詳細規定化石能源指標檢測要求。2021 年印發的《企業溫室氣體排放核算方法與報告指南 發電設施（2021 年修訂版）》（以下簡稱《指南》）明確了發電企業碳排放權交易的監測與核算要求，煤礦企業的化石能源和電能消耗與發電企業相同，可結合《指南》開展研究。

2 核算邊界與排放源

本文研究對象為某煤業集團所轄的具備獨立法人資格的煤礦企業。核算邊界為煤礦企業在煤炭開采和洗選等生產活動中所有生產設施產生的溫室氣體排放量。其中，生產系統包括主要生產系統（原煤開采）、輔助生產系統（通風、抽放、運輸、提升、排水系統等）和附屬生產系統（職工食堂、車間浴室等）。

排放源主要包括：燃料燃燒CO2排放、CH4逃逸排放、井工開采CO2逃逸排放、凈購入電力和熱力對應的CO2排放等四大類。本文研究的煤礦企業均無熱力外購、無瓦斯火炬燃燒，煤炭銷售運輸服務外包，不計入核算邊界。參考《IPCC 2006 指南》推薦方法，CH4逃逸排放僅考慮井工開采、礦后活動環節，忽略低溫氧化和自燃等非控制燃燒環節。因此，核算邊界及排放源如圖1 所示。

3 核算方法

3.1 排放總量

根據排放源的界定，煤礦企業的溫室氣體排放總量等于燃料燃燒CO2排放量、CH4和CO2逃逸排放量、凈購入電力對應的CO2排放量之和，計算公式如下：

式中，E為煤礦企業溫室氣體排放總量；E燃燒為化石燃料燃燒的CO2排放量；為CH4逃逸排放量；為CO2逃逸排放量；E購入電為企業購入電力對應的CO2排放量。

3.2 燃料燃燒CO2 排放量

燃料燃燒CO2排放量是基于企業邊界內各個燃燒設施分品種的化石燃料燃燒量，乘以相應的燃料含碳量和碳氧化率，再逐層累加匯總得到，公式如下：

式中，ADi為第i種化石燃料消費量；CCi為化石燃料i的含碳量；OFi為化石燃料i的碳氧化率；為CO2與碳的相對分子質量之比。

圖1 核算邊界及排放源示意圖

3.3 CH4 逃逸排放量

CH4逃逸排放量等于井工開采和礦后活動CH4逃逸排放量之和扣除CH4回收利用量，計算公式如下：

3.3.1 井工開采CH4逃逸排放量

井工開采的CH4逃逸排放量按下式計算：

式中，AD井工i為礦井當年原煤產量；為礦井當年相對瓦斯涌出量。

3.3.2 礦后活動CH4逃逸排放量

礦后活動的CH4逃逸排放量按下式計算：

式中，AD礦后i為礦井當年原煤產量；EF礦后i為礦后活動CH4排放因子。

3.3.3 礦后活動CH4逃逸排放量

CH4逃逸排放量按下式計算：

式中，QCH4利用為企業回收利用的瓦斯氣體量；為回收利用的瓦斯氣體中CH4的體積濃度。

3.4 CO2 逃逸排放量

井工開采CO2逃逸排放量按下式計算。

式中，1.84kg/m3為一個標準大氣壓、20℃下的CO2密度；為井工開采的CO2逃逸排放體積量；AD井工i為礦井當年原煤產量；為礦井的相對CO2涌出量。

3.5 購入電力對應的CO2 排放量

企業購入的電力對應的CO2排放量按下式計算：

式中，AD購入電為購入電力量；EF電力為電力的平均CO2排放因子。

4 活動數據與排放因子

4.1 活動數據獲取

井工煤礦企業燃料燃燒CO2排放活動數據主要包括燃煤、燃氣、汽油和柴油消耗量，可采用生產統計臺賬數據。井工開采CH4和CO2逃逸排放、礦后活動CH4排放活動數據為礦井當年原煤產量，可采用原煤產量統計臺賬數據。CH4回收利用活動數據可采用CH4回收利用量統計臺賬數據。購入電力對應的CO2排放活動數據可從企業財務部門的購入電量結算憑證中獲取。

4.2 排放因子選取

4.2.1 燃料燃燒CO2排放因子

煤礦企業應按標準對化石燃料的含碳量等指標開展檢測，而實際上大部分煤礦企業未開展檢測或檢測方法和頻次不滿足要求。因此，對含碳量、低位發熱量和碳氧化率等排放因子可采用《指南》中最新的缺省值，有條件時，應按《指南》中的最新要求開展檢測，以和我國碳排放權交易體系銜接。

4.2.2 井工開采CH4和CO2排放因子

IPCC 推薦三種方法進行排放因子的測算，分別為全球平均排放因子法、國家或特定煤田排放因子法和實測法。實測法最優，《2014 版指南》推薦實測法，但不易實施。相關學者建議，可采用礦井瓦斯等級鑒定報告的“相對瓦斯涌出量”和“相對二氧化碳涌出量”作為排放因子，其值雖為全年最大排放量月份數據，但接近于實測值[6]。2018 版國標亦推薦使用礦井瓦斯等級鑒定數據。在無實測的條件下，可選擇使用瓦斯等級鑒定報告數據。

4.2.3 礦后活動CH4排放因子

《IPCC 2006 指南》推薦的排放因子為0.9—4m3/t，該值不具備中國代表性，而且未區分高瓦斯與低瓦斯。《2014 版指南》數據較早，不適用于近年的核算。近年來，有學者對2010—2016 年我國煤礦數據進行科學測算，得到高瓦斯和低瓦斯煤礦礦后活動CH4排放因子分別約為3m3/t 和0.94m3/t[6]，該研究結果與2018 版國標的缺省值數據一致，具備中國代表性，可考慮采納。

4.2.4 購入電力對應的CO2排放因子

電力供應排放因子應選取能代表本地電網排放因子的數據，但我國未公布東北、西北、華北、華東、華中等區域的電網溫室氣體排放因子。因此，選取2015 年全國電網平均供電CO2排放因子0.6101tCO2/MWh。

5 結果與分析

5.1 排放總量

本文選取位于內蒙古、山西、陜西、甘肅的6 家年產煤量在百萬噸至千萬噸級別的井工煤礦企業進行研究，包括5 家低瓦斯煤礦企業和1 家高瓦斯煤礦企業（位于山西）。按照上述方法對煤礦企業2019—2021 年的溫室氣體排放量年均值進行核算（以tCO2計算），結果如表1 所示。由表1 可知，這6 家井工煤礦企業的年均溫室氣體排放量為20 萬—40 萬t。

5.2 排放源占比

分析排放源占比構成（以年均值計），結果如表2 所示。由表2 可知，對于低瓦斯礦井，最大排放源是礦后活動CH4逃逸排放，占比為38.72%—57.06%，其次是凈購入電力對應的CO2排放，占比為19.15%—34.56%；對于高瓦斯礦井，最大排放源是井工開采CH4逃逸排放，占比高達84.59%，其次是礦后活動CH4逃逸排放，占比為13.67%。

5.3 單位產品溫室氣體排放量

本文設定單位原煤溫室氣體排放量作為煤礦企業溫室氣體排放水平的評價指標，2019—2021 年某6 家煤礦企業計算結果如圖2 所示。由圖2 可知，低瓦斯煤礦的單位原煤溫室氣體排放量為0.023—0.037tCO2/t，高瓦斯煤礦的單位原煤溫室氣體排放量為0.28—0.35tCO2/t，高瓦斯煤礦的溫室氣體排放水平是低瓦斯煤礦的10 倍左右。

5.4 研究結果分析

（1）對影響煤礦企業溫室氣體排放量的主要因素進行分析

有研究數據顯示，當前我國90%煤炭產量來自井工開采煤礦，其中高瓦斯煤礦占30%左右，其產生的CH4排放量占煤礦CH4排放總量的80%以上[6]。本文研究結果顯示，煤礦井工開采和礦后活動CH4排放是影響溫室氣體排放總量的主要因素。可見，煤礦的開采方式、瓦斯類型和原煤年產量是影響煤礦企業溫室氣體排放量的主要因素。

表1 2019-2021 年6 家煤礦企業溫室氣體排放匯總

表2 2019-2021 年6 家煤礦企業溫室氣體排放源占比

圖2 煤礦企業單位原煤溫室氣體排放量

（2）對井工煤礦企業溫室氣體排放的主要排放源進行分析

有研究資料顯示，低瓦斯礦井瓦斯排放占比最高，為62.89%，其次為電能消耗對應的CO2排放，占比為32.51%[1]。另有研究資料顯示，高瓦斯礦井的瓦斯排放占比最高，為81.04%，其次為電能消耗對應的CO2排放，占比為17.61%[4]。以上研究資料未對瓦斯排放按井工開采和礦后活動瓦斯排放區分，但與本文研究結果基本一致，說明煤礦企業溫室氣體第一排放源為瓦斯排放、第二排放源為電能消耗對應的CO2排放。

（3）對單位原煤溫室氣體排放量進行驗證

某研究將整個礦區生態系統（包括生產、生活和植被碳匯等）作為核算邊界，得到單位原煤溫室氣體排放量的計算結果為0.045tCO2/t[11]。有資料顯示，國內某些井工開采的低瓦斯礦井的單位原煤溫室氣體排放量為0.022—0.038tCO2/t[3,8]，某些高瓦斯礦井的單位原煤溫室氣體排放量的計算結果為0.198tCO2/t 左右[4]。上述研究的核算邊界和核算方法有所不同，但研究結果與本文核算結果的數量級一致，數值區間較為接近。

綜上所述，本文核算依據和核算方法的選擇較為科學合理，核算結果能較客觀地反映當前我國井工煤礦企業溫室氣體排放的基本情況。

6 結論與建議

6.1 結論

本文通過梳理國內外溫室氣體排放核算標準，從當前我國碳排放管理的角度，開展井工煤礦企業的溫室氣體排放核算研究。本文核算的井工煤礦企業的年平均溫室氣體排放量為20 萬—40 萬tCO2，低瓦斯礦井和高瓦斯礦井的單位原煤溫室氣體排放量分別為0.023—0.037tCO2/t 和0.28—0.35tCO2/t。通過分析，得出影響井工煤礦企業溫室氣體排放量的主要因素有開采方式、瓦斯類型和年產煤量，年產煤量越高、CH4濃度越高，溫室氣體排放總量越大；井工煤礦企業溫室氣體第一排放源為井工開采CH4逃逸和礦后活動CH4逃逸排放，第二排放源為凈購入電力對應的CO2排放。本文研究結果可為煤礦企業開展碳排放管理工作提供參考。

6.2 建議

對數據統計與監測工作提出以下建議：（1）嚴格區分原煤、商品煤和煤矸石，分類統計產煤量和化石燃料消耗量；（2）按標準檢測化石燃料含碳量等指標，避免因采用缺省值導致核算結果偏大；（3）研究提高CH4和CO2逃逸排放因子監測方法和儀表精度，避免因使用瓦斯等級鑒定數據導致核算值偏大；（4）建立溫室氣體排放管理制度體系，設定專職人員歸口管理統計數據，加強學習培訓，樹立低碳理念。

對煤礦企業提出以下建議：（1）選擇適宜的低濃度瓦斯發電技術和利用技術，減少CH4排放[12，13]；（2）優化用電，優選低能耗設備，降低用電量；（3）開發太陽能、光伏等可再生新能源，降低外購電；（4）使用低含碳量化石燃料，提高鍋爐效率，采用余熱利用等技術，減少燃料燃燒；（5）結合綠色礦山建設基礎，提高礦井水、煤矸石等副產物綜合利用率，實施塌陷區治理、土地復墾和生態修復碳匯協同，達到整體節能減排、協同降碳的目標。