天然氣行業碳減排對策分析

高晶霞

（山西晉環科源環境資源科技有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

目前，我國碳排放量接近100 億t，占到全世界碳排放總量的1/4。作為一個擁有全世界所有工業門類的國家，工業排放的二氧化碳量占了50%，電力行業二氧化碳排放量占35%，移動源（汽油車、燃油車和非道路機械）二氧化碳排放占比9%；最后是民用行業排放二氧化碳占比6%（圖1）。碳排放的主要來源就是化石燃料的使用，我國的能源消費總量約為50 億t標準煤，其中煤炭、石油和天然氣三者合起來占比接近85%。在煤炭、石油、天然氣三大類化石能源中，煤炭占比接近70%。這主要是與我國的資源稟賦有關，“富煤、缺氣、少油”的資源結構，是我國二氧化碳排放量大的一個主要原因[1]。

圖1 各行業二氧化碳排放占比

要實現碳中和，首先要解決碳排放的問題。從全行業二氧化碳排放來看，工業、電力和移動源占據了二氧化碳排放總量的94%。從能源結構分析，工業和電力主要使用的是燃煤，移動源主要使用的是石油。隨著新能源汽車的發展，電動汽車逐步替代燃油汽車，在移動源中所主要使用的石油會被新能源電池所替代，二氧化碳的排放也將會減少。雖然早期有部分車輛燃用天然氣，但是從長遠來看除長途運輸車輛外，其他車輛用會使用電力而非天然氣。在工業和電力領域中，目前煤炭占據著主導地位，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高于天然氣。從清潔環保和碳減排的方向來看，未來將有很大一部分煤炭消費量會被天然氣所替代，要實現碳中和的目標，“煤改氣”“煤改電”的進程將會進一步加快，天然氣行業在“十四五”期間將會得到快速發展。對于天然氣行業來說，除了外部需求和政策推動外，還需要關注行業自身碳排放的問題。文章從天然氣的勘探開采、儲存和運輸以及天然氣的利用，三個方面來進行分析天然氣行業的碳減排途徑。

1 天然氣勘探開采的碳減排途徑

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，甲烷屬于強溫室氣體，甲烷的溫室效應是二氧化碳的20～25 倍，天然氣在勘探開采過程中的無組織排放不容忽視[2]。

天然氣在勘探時，一些邊遠、偏僻的勘探井產出的天然氣無法進入集輸管網，只能將其放空或者直接燃燒。這不僅造成資源浪費，而且排放出大量的溫室氣體排放。隨著高壓分離器、天然氣壓縮機增壓技術的應用，能夠對零散天然氣進行回收，減少資源浪費。在勘探井未投入生產前利用移動式撬裝裝置收集貯存天然氣，減少天然氣的浪費。

在天然氣開采方面，單井產量低一直是制約我國天然氣高效開發的問題。針對開采區塊內造縫難度大、深層天然氣難以開采、厚巖層壓裂工藝效率低等難題，發展與地質條件相適應壓裂增產技術，提高天然氣的產量必不可少。同時需要加強天然氣開采的無組織管控，通過采用先進的設備，減少閥門、接口個數減少甲烷的逸散。

另外，還可以推廣開展碳捕集利用與封存技術（CCUS）的應用，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，以達到碳中和目的。

2 天然氣儲運環節的碳減排途徑

天然氣輸送主要有罐車、輪船和管道三種方式。在這三種方式中要實現碳減排，最主要的途徑就是增加天然氣管道輸送。2020 年我國天然氣產量為1 888.5 億m3，消費量為3 250.4 億m3，進口依存度為42%，有大量的天然氣需要進口（具體見圖2）。

圖2 2018—2020 年天然氣產量與消費量表

在天然氣和LNG“兩個市場”、國內和國際“兩種資源”、管道和海運“兩種方式”的格局下，按照“西氣東輸、北氣南下、海氣登陸”的原則建設天然氣管網，截至2020 年12 月，我國天然氣長輸管道總里程近8.3 萬km。進口天然氣以及塔里木盆地、準噶爾盆地、鄂爾多斯盆地和四川盆地天然氣資源，建設西氣東輸、川氣東送、陜京等天然氣主干線，滿足我國中東部地區用氣需求。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將進一步完善天然氣管道基礎網絡，實現全國主干管網全覆蓋、全聯通，可進一步降低天然氣輸送環節的二氧化碳排放量，同時為擴大清潔氣體燃料利用規模，加速散煤替代提供了基礎[3]。

3 天然氣的利用

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

除了工業燃料被替代外，在工業領域另外一個就是天然氣制氫。氫氣制取主要有以煤炭、天然氣為代表的化石能源制氫、以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副產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中占比較小，在工業領域天然氣在碳減排方面主要還是以燃煤替代為主。

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

表1 2018—2020 年我國能源發電情況

在發電領域中，風能、太陽能發電有不連續、不穩定的缺點，燃煤發電有效率低、污染物排放量大的問題，而天然氣發電具有啟停快、應急能力強的特點，可以彌補新能源發電間歇、波動等短板和燃煤污染物排放的問題。未來電力行業將會形成以風電、太陽能為主，燃氣發電作為補充，燃煤發電作為備用的多能互補的格局，天然氣發電為碳中和目標的實現提供保障和支持。

4 結語

實現碳中和是一個長期過程，第一階段達峰，第二階段減碳，第三階段中和。我國在2030 年碳達峰后到2060 年碳中和，只有短短30 年時間，這里面不僅有挑戰，還有機遇。天然氣行業在“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程中來看碳排放，前期勘探和開采重點是控制資源浪費，中間輸送環節重點的管網的建設，后期利用環節重點是利用效率，在每一個環節中都還存在需要攻克的技術難點和問題，相信隨著技術的不斷突破以及行業發展政策的支持，天然氣行業將實現高質量快速發展。