煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用途徑及其重要意義分析

黃偉東

（窯街煤電集團有限公司技術創新中心，甘肅蘭州 730084）

1 概述

煤層氣作為一類以吸附形式貯存于煤層內的非常規氣體，在礦井中煤層氣又稱為“瓦斯”，其組成同普通天然氣體大致一樣，完全能夠同普通天然氣體混合運輸和使用，并可以成為同普通天然氣體同樣的優質能源和化工原料。只要有煤礦的地區就在一定程度上賦存著煤層氣。而我國的煤層氣資源儲量豐富，對于這一新型能源進行合理的開發和利用，將會有利于改善我國的能源結構，降低溫室氣體排放量，減少對大氣的污染，能夠從根源上解決煤礦的安全問題，促進我國經濟的長期、穩定發展。

2 煤層氣開發利用存在問題

2.1 煤層氣的空用量大，浪費現象嚴重

2.1.1 管網很難實現公平開放，集輸調峰能力差

對于煤層氣的開發而言，其運輸的管網通常被相關的壟斷公司所擁有的，并且其市場競爭力較大，對第三方的管線管理權利的下放不足，并沒有實現管網建設的資源共享，同時，在較多的競爭問題之下，導致管輸成本增加，管線修建運營效益偏低。除此之外，地方的煤層氣運輸企業在基礎設施建設的能力上較弱，由于在不同的社會發展階段對煤層氣的供需要求不同，使得在煤層氣開發較為富足的階段并不能得到有效的長途運輸，因此，在此階段會造成煤層氣資源的大量浪費[1]。

2.1.2 受政策影響，小型撬裝液化站項目建設困難

在我國煤層氣發展初期，因為地方偏僻、在開采的初期產量較少、后期的產量不穩定，而在基礎的運輸設施建設上成本投入較大、建設的速度較為緩慢且在建設過程中具有一定的安全隱患，因此很難做到煤層氣的開采與運輸管道施工的同時運轉，從而出現了氣體富足而無法被使用的局面。對于中小型的撬裝液化站建設而言，具有建設力度小、速度快、設施運用靈活、重復性利用高等優點，但由于其建設場地為臨時地塊，因此并不能獲得有效的相關經營證書，同時在監管、質量檢測等部門都不能進行合理的登記，使得目前仍不能正常開展充裝工作，進而導致企業不能準確有效使用新增資源。

2.1.3 采空區開發不穩定，瓦斯很難實現有效利用

對于采空區的瓦斯氣體開發，就有可能存在現行礦井的原始資源并不確切，井底積水情況不明，分布分散，抽采含量變動較大；且設置井坑的密度遠不及常規的地面礦井，集輸費比較高昂；抽出的瓦斯濃度并不穩定，且加壓液化后需要提濃處置，投入高；而地面抽采裝置價格貴，投入風險也很大等問題。

2.2 煤礦瓦斯利用率整體偏低，利用提升空間大

2.2.1 不能統一規劃瓦斯利用，加大利用的難度

就大部分的瓦斯開發區而言，在建設開發利用瓦斯的工程中，并沒有將其配套設施的建設進行充分的考慮，使得在后續的開發和利用的計劃、選擇等環節中出現較大的困難，同時也使得對瓦斯綜合利用的工程建設進度較為緩慢。此外，由于目前大部分的真空泵設備的體型較大，在對開發系統的控制上缺乏有效的控制能力，并且，在開發瓦斯中，甲烷的體積分數并沒有達到30%，在增壓設備和運輸管道的建設上存在缺失，因此，這種瓦斯的開發主要應用在低壓發電中，并且發電的效率極低。

2.2.2 不同開發區的聯網能力較弱，不具備調節峰期的能力

部分濃度較高的瓦斯開發區在進行甲烷的開采中，體積分數超過30%的高濃度氣體，與煤層氣的開發存在較大的差異，并且在開發完這種氣體后，沒有構建起針對性的運輸管道系統，同時在調節利用峰期上存在能力缺失的問題，造成大量的高濃度氣體浪費現象。

2.3 瓦斯發電受較多因素的影響，發電能力受到限制

2.3.1 自采自用政策落實性不強，限制瓦斯發電的開展

自采自用的瓦斯發電方式能夠極大地降低對不合理運輸線路的建設投入，節約建設用地和接入點。供電企業支持煤炭企業發展自發的積極性并不高，電網接入系統也較難得到國家批準，而且接入國網的程序比較繁雜，且多數瓦斯保護電廠距離國家網變電站較遠，因此接入網絡的工程整體投入成本度較大，在一定程度上阻礙了瓦斯發電工程建設的順利進行。

2.3.2 相關手續辦理周期較長，阻礙工程施工進度

在進行瓦斯利用工程項目的建設中，需要與用地、環境、電價等相關部門進行有效的協作，而這些多樣且復雜的審核流程使得瓦斯利用工程項目的建設出現因審核時間較長、過程較為復雜等問題而出現阻礙工程施工進度，最終會造成大量瓦斯資源的浪費。

2.4 煤層氣利用市場不完善，欠缺高附加值企業

我國煤層氣工業上下游產業鏈的不完善，煤層氣應用行業競爭力較差，用氣行業接受氣價的上升動力較弱，以及缺少高附加值產品的應用，使得大量煤層氣經由通道運輸方式向鄰近地區出現低價出售的現象，進一步限制了我國煤層氣開發利用的建設進度。

2.5 缺乏相關標準的協調性，項目驗收標準差異較大

在瓦斯開發利用工程的建設上，其所使用的標準來源于眾多的單位，這些單位之間的相關標準并不能構建成一個完整的系統，如瓦斯保護發電廠和抽采泵站的位置、發電低的瓦斯保護運輸管線的保護設施設置等規定的沖突，工程在實施驗收階段易產生認識錯誤、實施困難的現象，干擾工程施工。

2.6 科技創新能力不足，利用途徑單一

由于煤層氣開發利用的支持能力欠缺，支持措施薄弱，使新型資源方式開發不足。煤層氣生產甲醇工程受到技術、工藝等諸多因素影響，操作復雜，尚未大面積普及使用[2]。

3 煤層氣的利用途徑和特征

在對煤層氣的運輸模式上，通常有管道、液化槽、壓縮槽車、吸附儲運等運輸形式，其利用途徑及特點如表1所示。

表1 煤層氣主要利用途徑及特點匯

4 煤層氣開發利用的重要意義

4.1 能夠保障能源供應的有效性

全球能源發展已經歷了兩個主要變化。在工業革命之前，人們主要使用柴油為燃料，首次工業革命中，蒸汽機的誕生推動燃煤逐漸代替柴油。在第二次工業革命中，內燃機的誕生推動石油逐漸代替煤。而目前，全球能源發展也正處在第三個變化期，可再生能源正在蓬勃發展，最后將代替眾多不可再生能源。而煤層氣在點燃后基本不會產生任何廢物，是世界上好的工業、化學、發電和居家生活能源。在20世紀末，由于美國首次實現了對煤層氣地面開發獲得了成功，因此全球各地也逐步開始關注煤層氣資源。在煤層氣開發利用的開發與使用等方面，也獲得了較大的進展。進一步加強對我國煤層氣資源的開發利用力度，是解決我國能源需求問題的可行選擇之一。

4.2 能夠優化我國能源格局

改革開放后，國內經濟一直維持著高速經濟發展，資源消費也隨之提高。我國能源消費相當于目前全球資源消耗總額的一半。即使能持續實現下降，也仍然會占目前世界能耗的大部分。但是，由于國內的巨大資源存量等客觀情況已經確定了在比較長的一段時間里，煤炭作為國內的重要基礎資源而難以取代。將“貫徹以煤炭資源為主體、電能為中樞、油氣和新動能全面提升的能耗策略”。據預測，2050年我國將可以完全把煤轉變為國有基本資源，但仍有約30億t 的需要。在未來30 a 內，每年煤炭消耗達到全國煤礦總產量的一半以上，此局面將很難實現改善。

4.3 能夠保障煤礦的安全生產

當煤層氣中空氣含量超過一定比例時，遇到明火就會爆炸，這也是礦井瓦斯爆炸發生的主要原因。“十一五”時期，在我國的高度重視下，國家利用煤層氣事業獲得了明顯進展。在煤礦生產水平不斷提高的狀況下，礦井事故數量、礦井百萬噸死亡率均不斷減少，煤礦安全生產態勢也不斷平穩改善。至2010年，我國煤層氣抽采總量十分龐大，安全事故卻在逐漸減少。但是，由于受到煤炭地質、開發環境極為復雜，以及技術手段的成熟度不夠高等因素的影響，目前我國煤層氣發展速度仍滯后于發達國家。

4.4 能夠有效地對環境進行保護

當前，能源開發利用逐步向節約、有效、清潔、低碳方式轉變。煤層氣的主要成分為甲烷等氣體，直接釋放在大氣中產生的溫室效應約為超臨界二氧化碳的21～25倍，對自然環境破壞力極大。至2010年，我國煤層氣已生產了32.5億t，接近全球產量的一半，而使用煤氣后生成的超臨界二氧化碳則比使用原油和天然氣的高得多。

5 煤層氣開發利用策略

5.1 強化互通、儲氣調峰等能力，提高利用效率

5.1.1 加快煤層氣管網企業的公平改革開放進程

立足于能源管網的組建上，完善煤層氣管網公共接入體系，煤層氣干線管網、國內和省際管線等對第三方市場的平等放開。進一步完善開放市場監管制度，并實施更為精細、操作性更強的市場監管政策。制定推行煤層氣安全計價制度，體現平等的契約原則，加大對違法行為的管理和懲處力度，構建公平的市場競爭機制，避免出現重復開發和同質化競爭，形成差異化競爭參與體制，推動長途運輸管網互聯互通和外輸管網共建，增強煤層氣供給服務功能[3]。

5.1.2 加快儲氣調峰設施的建設進程，強化峰谷調節能力

加大對儲氣調峰的運營能力建設力度，實現對儲氣調峰運營方式的有效整合，引導社會各種投入的主體企業協同投資建造儲氣設施，因地制宜建立地下儲氣庫，并引導中石油、中國城市煤氣等在全國重點的礦場建立相關工廠，形成多元化的儲存系統，進而推動儲氣設施的規模化、集成化經營建設進程。

5.2 強化煤層氣利用的支持力度，推動行業的健康發展

按照煤層氣利用的市場規模和組織管理的架構，對政府在煤層氣的開發利用上的經費扶持進行有效的監督和管理，實現專款專用的目的，并且，經費要側重于對煤層氣開發利用相關配套設施的開發上，同時，需要由大型機構和社會資金全程介入并監管基金運作發展，依法設立、完善相應的體制機制，并進行市場化、規范化管理與運作。

5.3 建立環保發電補貼標準，推動行業持續發展

結合現階段我國瓦斯發電所需要面對的電費補償和煙氣脫硝等方面的問題，需要相關的政府部門全面考慮我國瓦斯發電的成本和電價的實際情況，并提出合理的瓦斯發電財政補貼政策，以激發行業投入的主動性，從而推動我國瓦斯發電產業的持續發展。

5.4 鼓勵企業自發自用，激發發電企業活力

強化監管能力，自發自用的瓦斯開發利用模式，加大對企業在政策資金和附加稅等方面的資金優惠力度，降低企業在環保理念下的生產成本，強化企業生產活力，加大企業生產的積極性。

5.5 精簡相關手續的審核流程，加快開發利用工程的建設進程

在針對煤層氣開發利用工程的建設上，需要精簡對用地、電價、監管等部門的審核流程，制定有利于瓦斯開發工程項目建設用地的規范措施，按照建設項目土地的狀況，靈活采用先租后讓、租讓結合、彈性轉讓、長期轉讓等各種方法進行項目的使用。

5.6 引進先進的科學技術，加大科技創新力度

相關政府部門需要繼續加強對煤層氣技術的扶持工作，采取科研的專項撥款、發展撥款或貸款等方式，加大對煤層氣開發利用的研究，結合采動區、采空區的煤層氣開發體積分數，將各種先進的現代液化電站技術進行合理的應用，進而提升我國對煤層氣的利用率。

6 結束語

煤層氣的開發和利用應當結合具體的情況而定，保障煤層氣的安全高效環保利用。提高煤氣層開發利用率應當從政府政策規劃、提升企業積極性和加大新技術的研發力度等方面進行，才能有效地保障煤層氣的高效利用和開發過程中的安全性。