煤层气利用——压舱石的双碳变革

在刚刚结束的两会上,习主席参加十三届全国人大五次会议内蒙古代表团的审议时提到:“绿色转型是一个过程,不是一蹴而就的事情。要先立后破,而不能够未立先破。富煤贫油少气是我国的国情,以煤为主的能源结构短期内难以根本改变。实现‘双碳’目标,必须立足国情,坚持稳中求进、逐步实现,不能脱离实际、急于求成,搞运动式‘降碳’、踩‘急刹车’。不能把手里吃饭的家伙先扔了,结果新的吃饭家伙还没拿到手,这不行。既要有一个绿色清洁的环境,也要保证我们的生产生活正常进行。”

我国作为世界上最大的煤炭生产国,以煤为主的能源资源禀赋和经济社会发展所处的阶段,决定了未来很长时间,我国的经济社会发展仍然离不开煤炭,2021年的能源供应紧张问题也再一次凸显了煤炭作为保障能源的重要地位。2021年11月,国务院常务会议决定设立支持煤炭清洁高效利用专项贷款,专项支持包含煤层气开发利用在内的煤炭清洁高效利用相关领域。2021年12月,中央经济工作会议提出要立足以煤为主的基本国情。全国能源工作会议定调,要继续发挥煤炭压舱石作用。

煤的伴生矿产资源—煤层气,主要成分是甲烷,其温室效应是二氧化碳的20多倍,在浓度达到5%-16%时,遇明火会爆炸,是煤矿安全生产的主要威胁;另一方面,煤层气是发电、工业、化工和居民生活不可或缺的燃料,燃烧后几乎不产生任何废气,是当之无愧的优质清洁能源。

我国煤层气开发利用已有50多年的历史,煤层气勘探开发领域取得了举世瞩目的成就,一系列技术突破为先导,煤层气产业从无到有、从小到大迅速发展,大幅改善了煤矿安全生产环境,大大提高了采煤效率,率先发展成为大规模商业化开采和使用的非常规天然气之一。在“双碳”目标的大背景下,要解决我国以煤为主的“基本国情”与甲烷减排压力之间的矛盾,煤矿瓦斯综合利用就成为了关键路径:

上述利用途径中,瓦斯发电是煤矿瓦斯利用的主要方式,在所有瓦斯利用方式中占比达到80%以上,其在促进煤矿安全、节能减排、控制环境污染等方面起着至关重要的作用:

一是促进煤矿安全。煤矿瓦斯是赋存在煤层和煤系地层的烃类气体,其在空气浓度达到5%-16%时,遇明火会爆炸,是煤矿安全生产的主要威胁,煤矿瓦斯发电通过对瓦斯的充分利用减少事故的发生。瓦斯发电机组的建成投产,不仅解决了瓦斯抽放系统的运行费用,带来良好的经济效益,并且改变了瓦斯抽放系统只投入不产出的状况,促进瓦斯抽采积极性,形成“以利用促抽采,以抽采促安全”的良性循环,显著提高煤矿生产的安全性。

二是提供清洁能源、实现节能减排。1立方米的纯瓦斯热量相当于1.22公斤标准原煤,可发电3.5度。在同等装机规模下,瓦斯发电项目的碳减排量约是风电光伏的几十倍。瓦斯发电不仅提供清洁能源,而且有效地减少瓦斯排放对环境的危害,实现碳减排、环境保护及温室效应防治等多重积极效益。

三是促进科技发展。在瓦斯利用技术领域,我国取得了不错的成绩,其中超低浓度瓦斯氧化技术已经逐步实现国产替代进口。其技术发展需要政府给予更多关注和扶持,从而实现核心领域、关键技术的突破,最终引导整个行业的发展。

煤矿瓦斯发电的优势不胜枚举,国家能源局也在其发布的《煤层气勘探开发行动计划》中专门强调“推广低浓度瓦斯发电”。

随着全国碳排放权交易市场的开启,甲烷减排也站到了舞台中央。根据公开渠道查询和多方调研所得信息,了解到民营企业是我国瓦斯发电的重要力量,以下是我国主要民营瓦斯发电企业截至2021年底的电站总装机容量等情况,并对其年碳减排当量进行概算[年碳减排当量(吨)=瓦斯电站年发电量(千瓦时)÷1000×5.5]:

北京扬德环保能源科技股份有限公司成立于2007年,在山西、贵州、四川等地投资建设了多个瓦斯电站,是国内最大的民营瓦斯发电投资运营商。其总装机容量约为150MW,相应年碳减排当量约为413万吨。

广东力宇控股是力宇集团瓦斯发电项目投资运营的核心平台,在山西投资有数个瓦斯发电站,总装机容量约为77MW,相应年碳减排当量约为212万吨。

山西都宝清洁能源投资有限公司成立于2009年,在晋城、晋中、长治、临汾等地投建运营多个瓦斯电站项目。公司总装机容量约为66MW,相应年碳减排当量约为182万吨。

彬州山能煤层气发电有限责任公司成立于2016年,主营瓦斯发电,在晋城、长治、临汾等地投建运营有多个瓦斯电站项目。公司总装机容量约为36MW,相应年碳减排当量约为99万吨。

山西兰能煤层气开发有限公司成立于2006年,主营瓦斯发电,在晋城阳城等地投建运营有多个瓦斯电站项目。公司总装机容量约约为33MW,相应年碳减排当量约为91万吨。

晋城市润宏新能源发电股份有限公司成立于2008年,主营瓦斯发电,在晋城沁水、阳城、泽州等地投建运营有多个瓦斯电站项目。公司总装机容量约为33MW,相应年碳减排当量约为91万吨。

从全国范围来看,我国煤矿瓦斯发电装机容量约为2550MW,相应全行业年碳减排当量约为70125000吨,是当之无愧的碳减排大行业。

煤矿瓦斯的综合开发利用是一个“变废为宝”的过程,既能提高煤矿安全生产系数,又能实现社会效益、环境效益和经济效益的统一。随着中国碳市场运行机制的逐步完善、碳减排相关政策的陆续推出,甲烷利用将成为CCER不可或缺的重要一环,煤矿瓦斯综合利用企业取得发电与碳资产双重收益的同时,还将为我国2030年碳达峰、2060年碳中和打下坚实的基础。