李 孥，孫 齊，王建良,3,4，鄧 輝，劉 睿

(1.中國石油大學(xué)(北京)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 102249；2.中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售分公司，北京 102299；3.中國石油大學(xué)(北京)中國油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心，北京 102249；4.中國石油大學(xué)(北京)碳中和與創(chuàng)新能源發(fā)展研究院，北京 102249；5.昆侖數(shù)智科技有限公司，北京 102206)

甲烷是一種比二氧化碳具有更強(qiáng)增溫潛勢的溫室氣體，根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告數(shù)據(jù)，甲烷20年水平的全球增溫潛勢是二氧化碳的84倍，100年水平則是二氧化碳的28倍，對當(dāng)前全球變暖的貢獻(xiàn)率約為四分之一，是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體[1]。根據(jù)IPCC國家溫室氣體清單指南數(shù)據(jù)，全球人類活動導(dǎo)致的甲烷排放源主要來自能源活動、工業(yè)生產(chǎn)過程、農(nóng)業(yè)活動、土地利用和廢棄物處理五個部分。其中，農(nóng)業(yè)活動和能源活動排放的甲烷最多，分別占總排放量的40%和35%[2]。但相比于農(nóng)田及動物排放等相對固定的排放源，能源活動與能源戰(zhàn)略規(guī)劃密切相關(guān)，具有較高的人為可控性，由此對能源活動導(dǎo)致的甲烷排放進(jìn)行減排控制具有更為現(xiàn)實的可行性及可操作性，成為當(dāng)前甲烷減排以及在短期內(nèi)扭轉(zhuǎn)氣候變化態(tài)勢的有效途徑之一。

在能源活動中，煤炭及油氣開采過程是甲烷排放相對集中的領(lǐng)域。天然氣作為當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型過程中的主力清潔能源，肩負(fù)著推動能源供給革命發(fā)展的重要使命，其需求量短期內(nèi)仍將持續(xù)上漲，隨之而來的甲烷排放也會成為能源活動中甲烷排放的最主要來源。大力發(fā)展天然氣的目的是讓其代替高碳能源(主要是煤炭)，由此促進(jìn)能源體系的整體低碳化[3]。但天然氣產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放所造成的溫室效應(yīng)會在相當(dāng)程度上抵消天然氣消費所減排的二氧化碳，使得天然氣的低碳效果大打折扣[4]。因此，如何深入認(rèn)識天然氣行業(yè)的甲烷排放源，并充分掌握其排放規(guī)模，由此進(jìn)行有效的減排，成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點。

在Web of Science核心數(shù)據(jù)庫以“天然氣行業(yè)甲烷排放(methane emissions from the natural gas)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，得到3 107條相關(guān)文獻(xiàn)。在BIBLIOMETRIC平臺(bibliometric.com)中，對3 107條文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)計量分析，得到的歷年文章數(shù)量變化情況以及歷年關(guān)鍵詞數(shù)量變化情況，如圖1和圖2所示。

由圖1可知，研究天然氣行業(yè)甲烷排放的文獻(xiàn)整體上不斷增多，表明國內(nèi)外學(xué)者對該話題的關(guān)注度在逐年攀升。2021年的文獻(xiàn)數(shù)量為歷年最高，可能是因為在2021年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第26次締約方會議上，105個國家共同簽署了“全球甲烷承諾”，此舉推動甲烷正式站在了應(yīng)對氣候變化的舞臺之上，甲烷成為社會各界關(guān)注的焦點，與甲烷相關(guān)的研究相應(yīng)增多。天然氣行業(yè)是甲烷排放的重要來源，因此天然氣行業(yè)甲烷排放相關(guān)的文章數(shù)量在2021年激增，這也是業(yè)內(nèi)對該話題關(guān)注度提升的直接體現(xiàn)。

圖1 歷年天然氣行業(yè)甲烷排放相關(guān)文章數(shù)量變化情況

由圖2可知，除了在檢索時輸入的關(guān)鍵詞“methane”“natural gas”“emissions”外，近五年天然氣行業(yè)甲烷排放相關(guān)研究的關(guān)鍵詞主要集中于“greenhouse gas”“greenhouse gases”“carbon dioxide”“climate change”。這表明天然氣行業(yè)甲烷排放與溫室氣體及氣候變化相關(guān)的研究關(guān)聯(lián)程度較高，是研究溫室氣體排放及氣候變化的重要切入點。

圖2 歷年天然氣行業(yè)甲烷排放相關(guān)關(guān)鍵詞數(shù)量變化情況

通過梳理國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，現(xiàn)有對天然氣行業(yè)甲烷排放問題的研究可被分為三類：一是通過定性的理論分析或?qū)嵗治稣J(rèn)識天然氣行業(yè)的甲烷排放，屬于發(fā)現(xiàn)問題的范疇；二是通過核算的方式定量評估天然氣行業(yè)的甲烷排放，屬于認(rèn)識問題的范疇；三是通過定性的建議方式或定量的優(yōu)化方式減少天然氣行業(yè)的甲烷排放，屬于解決問題的范疇。各研究環(huán)節(jié)關(guān)系及要點如圖3所示。研究天然氣行業(yè)甲烷排放相關(guān)問題，目的在于使決策者及從業(yè)者意識到該問題并制定相應(yīng)的解決方案，由此促進(jìn)天然氣行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、提升能源結(jié)構(gòu)調(diào)整升級的效果，并有效減緩氣候變化。

圖3 各研究環(huán)節(jié)關(guān)系及要點

1 天然氣行業(yè)甲烷排放來源認(rèn)識研究

認(rèn)識甲烷排放來源的相關(guān)研究，是天然氣行業(yè)甲烷排放研究系統(tǒng)的基礎(chǔ)。作為一個新興的研究方向，公眾與業(yè)界對該問題的關(guān)注是從近十年才開始的，但已產(chǎn)出了較為豐富的研究成果，有效提高了社會各界對天然氣行業(yè)甲烷排放的重視程度。目前，此類研究主要圍繞認(rèn)識不同類型天然氣的甲烷排放源和認(rèn)識產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)的甲烷排放源展開。

1.1 認(rèn)識不同類型天然氣甲烷排放源方面

按照氣源，天然氣可分為常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣，典型的非常規(guī)氣包括煤層氣、頁巖氣和致密氣。常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣在地質(zhì)特征、賦存狀態(tài)及聚集機(jī)理等方面均有明顯不同[5]，由此導(dǎo)致其開采條件及開發(fā)工藝也存在差異，致使其甲烷排放源也有所不同。因此，現(xiàn)有天然氣行業(yè)甲烷排放源識別的文獻(xiàn)也根據(jù)氣源的不同，分為以下幾類。

1) 常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放源的識別[6-7]。此類研究主要是基于多個產(chǎn)區(qū)或一個產(chǎn)區(qū)的多個站點的生產(chǎn)實踐，分析所研究區(qū)塊的主要排放源。且大多研究局限于單個組件或環(huán)節(jié)，如井口套管[8]、采出水[9]等，對整個系統(tǒng)的全面性研究很少。

2) 頁巖氣產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放源的識別。對于頁巖氣產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放源的識別是天然氣行業(yè)甲烷排放關(guān)注度最高的一個研究領(lǐng)域，且由于頁巖氣在美國的蓬勃發(fā)展，也致使美國成為頁巖氣產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放研究的核心區(qū)域[10-11]。頁巖氣開發(fā)與常規(guī)天然氣的顯著區(qū)別是在勘探開發(fā)階段使用了水力壓裂技術(shù)，根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)公布的有關(guān)數(shù)據(jù)，勘探開發(fā)階段使用水力壓裂技術(shù)的甲烷排放是未使用該技術(shù)的20多倍，成為頁巖氣產(chǎn)業(yè)鏈最大的排放源點[12]。

3) 煤層氣產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放源的識別。煤層氣俗稱煤礦瓦斯，是煤的伴生資源，此類甲烷排放是中國最大的甲烷排放源[13]?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中，專門針對煤層氣開發(fā)甲烷排放的研究較為缺乏，大多是以煤礦開采和礦后活動的甲烷逃逸為切入點來認(rèn)識和研究煤層氣，且研究重點是以煤礦安全生產(chǎn)為導(dǎo)向，控制及回收煤層氣，從而減少甲烷的逸散[14-15]。

4) 致密氣產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放源的識別。致密氣即致密砂巖氣，一般歸為非常規(guī)天然氣，早期被中國歸為常規(guī)天然氣[16]，但由于其與頁巖氣類似，儲層滲透率極低，因此，伴隨著水力壓裂技術(shù)在頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域的普遍推廣應(yīng)用，致密氣的開發(fā)技術(shù)也由常規(guī)方式轉(zhuǎn)向水力壓裂等非常規(guī)方式，這也是其現(xiàn)在被視為非常規(guī)天然氣的主要原因，基于這一原因，致密氣產(chǎn)業(yè)鏈的甲烷排放源點早期與常規(guī)天然氣類似，如今與頁巖氣相似，目前沒有致密氣產(chǎn)業(yè)鏈甲烷排放的相關(guān)研究。

1.2 認(rèn)識產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)甲烷排放源方面

天然氣產(chǎn)業(yè)鏈分為上游、中游和下游三部分，其中，上游包括勘探開發(fā)、生產(chǎn)和收集處理三個環(huán)節(jié)，中游包括長距離儲氣運輸環(huán)節(jié)，下游則是分銷環(huán)節(jié)，上中下游因其涉及的活動不同，甲烷排放的源點也有所差異[17]。因此，現(xiàn)有與天然氣產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)排放源認(rèn)識相關(guān)的文獻(xiàn)，也可以被分為三類。

1) 上游活動甲烷排放源的識別研究。上游是天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的起點，上游的勘探開發(fā)環(huán)節(jié)涉及鉆井、錄井、測井和完井等活動，由于水力壓裂技術(shù)的使用導(dǎo)致完井階段甲烷排放量劇增，因此現(xiàn)有研究對勘探開發(fā)階段甲烷排放源的識別主要集中在完井活動方面[18]。 生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及采氣、集氣等活動[19-20]；收集處理環(huán)節(jié)涉及原料氣的脫硫、脫水等活動[21]。根據(jù)相關(guān)研究，這兩個環(huán)節(jié)的主要排放源來自氣體處理設(shè)施如壓縮機(jī)、氣動控制器及儲罐等的甲烷逃逸排放[22]。

2) 中游活動甲烷排放源的識別研究。中游主要涵蓋天然氣存儲及長距離管道運輸?shù)然顒覽23]，相關(guān)研究顯示甲烷排放源主要來自加壓管道、儲氣設(shè)施等設(shè)備的放空與泄露[24]，維修作業(yè)或設(shè)備故障也會釋放大量甲烷[25]。

3) 下游活動甲烷排放源的識別研究。下游主要涉及天然氣分配和銷售等活動，其排放源與中游相似，主要來自管道及儲氣設(shè)施[26]。除此之外，下游還有一項重要排放源，即客戶計量表的維護(hù)檢修過程[27]。

除了上述三類以產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)為切入點的源點識別研究外，還有部分文獻(xiàn)關(guān)注貫穿于多個環(huán)節(jié)的排放源，即由閥門、連接件及管件等組成各項設(shè)備的密封部位的甲烷逃逸[28]。

2 天然氣行業(yè)甲烷排放核算評估研究

甲烷排放的核算研究是天然氣行業(yè)甲烷排放研究系統(tǒng)的核心。目前對天然氣行業(yè)甲烷排放核算評估的研究主要有兩類：一是利用自底向上估算法進(jìn)行的核算研究，即確定排放源的排放因子和活動因子，然后采用插值計算法對設(shè)施級、地區(qū)級甚至國家級的甲烷排放量進(jìn)行估算；二是利用自頂向下估算法進(jìn)行的核算研究，即通過測量有界區(qū)域的甲烷濃度來量化該區(qū)域的甲烷排放量[29]。

2.1 利用自底向上估算法進(jìn)行核算的研究方面

自底向上估算法是甲烷排放核算應(yīng)用較為廣泛的一種方法，主要是依據(jù)溫室氣體清單展開?，F(xiàn)有天然氣系統(tǒng)甲烷清單編制主要依據(jù)《IPCC國家溫室氣體清單編制指南(1996年修訂版)》[30]以及《IPCC 2006年國家溫室氣體清單指南(2019修訂版)》[31]。IPCC為天然氣系統(tǒng)甲烷核算提供了三個層級的方法。第一層級的方法是基于活動數(shù)據(jù)和IPCC推薦的缺省排放因子估算天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的甲烷排放量。第二層級的方法與第一層級的計算公式相同，采用同樣的活動數(shù)據(jù)，但排放因子選擇擬研究國家的排放因子。利用這兩種方法核算甲烷排放的文獻(xiàn)中，研究區(qū)域一般為全球[32]或中國[33-35]，且多以產(chǎn)業(yè)鏈的大環(huán)節(jié)為單位進(jìn)行核算，如H?GLUND[36]利用一種新型的自底向上方法估計了1980—2002年間全球油氣系統(tǒng)生產(chǎn)過程累計釋放甲烷3 047 Tg，其中，26%來自天然氣生產(chǎn)、輸送和分配；楊梓誠等[37]利用IPCC提供的清單數(shù)據(jù)核算了2000—2017年中國油氣行業(yè)甲烷逃逸排放量，計算結(jié)果顯示，天然氣系統(tǒng)的甲烷排放量從2000年的141.7～322.5 Gg增長到2017年的1 000.7～2 505.3 Gg。

天然氣系統(tǒng)設(shè)備多、工藝繁雜、不確定性問題突出[38]，但上述文獻(xiàn)對相關(guān)問題考慮不足。工藝技術(shù)的更新迭代也必然會對排放因子產(chǎn)生影響，采用過時的排放因子會對核算準(zhǔn)確性造成很大影響。為了解決這一問題，IPCC給出了第三層級的核算方法，即針對單個或多個工廠，對產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)設(shè)備級的排放源進(jìn)行直接測量，從而核算排放總量，更新排放清單。這一方法對監(jiān)測、測量等技術(shù)要求較高，目前的研究區(qū)域都集中在天然氣產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)的美國，部分研究是對全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行核算，如JIANG等[39]利用第三層級方法估計了Marcellus頁巖氣全生命周期溫室氣體排放量為63～75 gCO2e/MJ；部分研究是對某些環(huán)節(jié)進(jìn)行核算，如LAMB等[27]測量了美國13個城市分配系統(tǒng)的甲烷排放量，排放因子來自于對230個地下管道泄漏和229個計量和調(diào)節(jié)設(shè)施的直接測量，核算結(jié)果為393 Gg/a；部分研究還考慮了核算過程中的不確定性問題[40]，如BRANDT等[41]通過分析18項先前研究中15 000個天然氣甲烷泄露測量值，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有清單所公布的甲烷排放不確定性范圍太窄，在未來的研究中需要更大樣本量以達(dá)到目標(biāo)置信區(qū)間。 此外，美國氣體研究院(GRI)與美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)共同編制了基于本國情況的溫室氣體清單，也有部分文獻(xiàn)將現(xiàn)場測量得到的結(jié)果與該清單進(jìn)行對比[42]，為清單中排放因子的更新提供建議[19]。

2.2 利用自頂向下估算法進(jìn)行核算的研究方面

現(xiàn)有研究中，常用的自頂向下估算法包括質(zhì)量平衡飛行測量[43]和固定傳感器測量[44]。根據(jù)測量區(qū)域的不同，甲烷排放量核算又可分為設(shè)施級、地區(qū)級、大陸級和全球級[45]，學(xué)者們針對不同級別區(qū)域核算采用的方法也有所不同。

1) 設(shè)施級核算。對設(shè)施級甲烷排放量核算常用的自頂向下方法有OTM33A測量方法和示蹤劑釋放技術(shù)，常用于氣井[46]、礦井集輸系統(tǒng)[47]及處理廠[48]等設(shè)施。MAAZALLAHI等[49]采用示蹤劑釋放方法來測量德國漢堡等18個城市燃?xì)饩W(wǎng)泄漏產(chǎn)生的甲烷排放量。

2) 地區(qū)級核算。地區(qū)級核算常用的方法有機(jī)載測量、地面固定監(jiān)測網(wǎng)測量和車載測量。KARION等[50]利用機(jī)載測量核算了猶他州某個油氣田1 h內(nèi)的甲烷排放量為55±15×103kg；SARGENT等[51]使用大氣測量和地面固定監(jiān)測網(wǎng)測量核算了波士頓地區(qū)8年內(nèi)的甲烷年平均排放量為198±47 Gg，其中，有127±24 Gg來自天然氣逃逸；PHILLIPS等[52]使用車載測量核算了美國波士頓地區(qū)天然氣分配系統(tǒng)785 m管線的甲烷排放，共發(fā)現(xiàn)3 356個甲烷泄漏點，其濃度超過全球平均水平的15倍。

3) 大陸級、全球級核算。大陸級、全球級的核算常采用衛(wèi)星觀測法測量大空間范圍內(nèi)的甲烷濃度。TURNER等[53]通過反演大氣制圖掃描成像吸收光譜儀觀測的數(shù)據(jù)，對北美地區(qū)的甲烷排放量進(jìn)行了估算，估算結(jié)果顯示，2009—2011年美國人為甲烷排放量為每年30.0～44.5 Tg，且有22%～31%來源于油氣系統(tǒng)；SHEN等[54]利用衛(wèi)星觀測的甲烷數(shù)據(jù)，通過大氣反演分析量化了美國和加拿大單個石油和天然氣盆地的甲烷排放量，將其結(jié)果匯總到國家尺度上，得到美國與油氣相關(guān)的甲烷排放量為每年12.6±2.1 Tg，加拿大為2.2±0.6 Tg，均高于其向聯(lián)合國報告的清單數(shù)據(jù)。

除此之外，還有部分研究關(guān)注自頂向下核算法與自底向上核算法的區(qū)別[55]，并分析區(qū)別產(chǎn)生的原因。對于差異原因的分析結(jié)果顯示，超級排放源[56]、間歇性排放源[57]、異常工況[58]以及測量方法[59]等都會造成核算結(jié)果的差異。

3 天然氣行業(yè)甲烷減排方式分析研究

有效減少甲烷排放，是天然氣行業(yè)甲烷排放研究系統(tǒng)的最終落腳點，而達(dá)成該目標(biāo)的前提，是找到甲烷減排的有效方式。但業(yè)界之前對甲烷的關(guān)注度較低，天然氣行業(yè)甲烷減排相關(guān)研究更為有限。通過梳理有限的文獻(xiàn)，將現(xiàn)有對天然氣行業(yè)甲烷減排的研究分為兩類：一是利用減排技術(shù)，此類方式是企業(yè)主體基于微觀的減排方式；二是利用政策管理，此類方式是政府管理者基于宏觀的減排方式。

3.1 甲烷減排技術(shù)研究方面

通過技術(shù)介入控制甲烷排放是最直接、最行之有效的減排途徑。現(xiàn)有研究中提到的天然氣行業(yè)甲烷減排技術(shù)都集中于泄露檢測與修復(fù)(leak detection and repair，LDAR)。該技術(shù)的應(yīng)用前提是精準(zhǔn)識別甲烷的排放源點，如ZHOU等通過應(yīng)用一種新型移動測量系統(tǒng)，以識別甲烷在生產(chǎn)過程中的意外泄漏，為LDAR的順利實施提供基礎(chǔ)[60]。LDAR的減排效果也在多項研究中得到證實：DATTA等[61]的研究表明，使用LDAR可以持續(xù)改進(jìn)甲烷的無組織排放，在減排案例中，僅對62%的泄露源進(jìn)行密封維修就減少了90%以上的甲烷排放；RAVIKUMAR等[62]通過量化36個非常規(guī)天然氣設(shè)施的甲烷排放，來衡量LDAR的有效性，研究結(jié)果表明，通過一次LDAR，總排放量減少了44%，在后續(xù)測量中有90%的泄露源沒有繼續(xù)排放，但出現(xiàn)了新的泄露源，說明了多次檢修的重要性。

除了探究技術(shù)應(yīng)用的有效性外，成本也是決定技術(shù)能否有效實施的重要因素[37]，F(xiàn)OX等[63]通過引入移動測量平臺、近距離便攜式系統(tǒng)等來提高甲烷泄漏檢測的速度和修復(fù)成本效益；FOX等[64]使用泄漏檢測和修復(fù)模擬器來檢查multi-visit LDAR相對于single-visit LDAR的性能和成本效益。上述研究依然圍繞美國的產(chǎn)業(yè)實踐展開，目前僅有一篇文獻(xiàn)關(guān)注了中國，WENG等[65]對天然氣生產(chǎn)過程中甲烷易泄露設(shè)施的排放源進(jìn)行了測量，基于實測數(shù)據(jù)利用模擬的方式分析了修復(fù)控制技術(shù)的減排潛力，并評估了所回收氣體可帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

但LDAR是適用于逃逸性泄露甲烷排放的減排技術(shù)，天然氣產(chǎn)業(yè)鏈中還有眾多其他類型的排放源，僅利用該技術(shù)難以進(jìn)行有效的系統(tǒng)性減排。除了LDAR外，也有學(xué)者在關(guān)注甲烷的負(fù)排放技術(shù)[66]，隨著碳捕集、封存及再利用技術(shù)的普及和使用[67]，甲烷捕獲將成為未來天然氣行業(yè)甲烷減排的重要途徑。

3.2 甲烷減排政策管理研究方面

通過政策管理方式進(jìn)行減排是宏觀層面解決甲烷排放的重要途徑。美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)早在20世紀(jì)90年代就已建立了甲烷減排的自愿項目，并頒布相關(guān)法規(guī)，MELVIN等[68]評估，該項目在1993—2009年間減少了127.9 Tg的甲烷排放，避免了0.006 ℃的全球升溫?？刂茰厥覛怏w總量的減排政策對甲烷減排也有明顯的促進(jìn)作用，ZHANG等[69]通過建立具有兩個狀態(tài)變量的動態(tài)規(guī)劃模型，評估得出對二氧化碳和甲烷同時征稅，或?qū)Χ趸颊鞫惒淄閷嵭信漕~的混合策略是控制溫室氣體總量下降的有效途徑。

天然氣行業(yè)現(xiàn)有的減排管理研究可分為三類。第一類是減排政策選擇建議的研究：RAVIKUMAR等[70]基于泄漏檢測項目的實測數(shù)據(jù)，提出了四種有效減排甲烷的政策，其中，建立資金補(bǔ)貼政策是一項重要的選擇。第二類是政策管理落實的路徑研究：EVANS等[71]以俄羅斯油氣行業(yè)為例，評估了俄羅斯如何通過環(huán)境罰款制度來影響甲烷排放；KONSCHNIK等[72]提出了一個科學(xué)和政策相結(jié)合的綜合框架，用于更有效地監(jiān)測與評估甲烷排放情況；INGELSO[73]研究表明，在美國和加拿大甲烷減排法規(guī)的約束下，油氣行業(yè)運營商愿意支付至少200萬美元用以實施減排新技術(shù)，以進(jìn)一步降低甲烷排放量。第三類是對政策的量化研究：JOHNSON等[74]對加拿大政府發(fā)布的油氣行業(yè)甲烷控制法規(guī)進(jìn)行了全面的技術(shù)比較，并評估得到該法規(guī)的全面實施對甲烷的減排貢獻(xiàn)將達(dá)到26%；RABE等[75]針對美國政府對天然氣行業(yè)甲烷排放征收排放稅的政策，采用基于市場的分析來評估該政策對甲烷定價的影響，由此得到對甲烷減排的影響；LACKNER等[76]為激勵石油和天然氣公司加大減排力度，分析了如何在現(xiàn)有法規(guī)的基礎(chǔ)上設(shè)計合理的油氣行業(yè)甲烷排放價格，并評估了所設(shè)計價格對甲烷排放的影響；MARKS[77]的研究則表明，對甲烷排放進(jìn)行定價將產(chǎn)生可觀的凈社會效益。從上述三類減排政策的研究可以看出，各國對甲烷減排政策的建立與實施均圍繞資金或價格展開，這表明，基于資金或價格的政策工具是一項重要的減排方式。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

作為清潔低碳的能源，天然氣在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用，但天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的甲烷排放卻成為制約其高質(zhì)量發(fā)展的桎梏。因此，對天然氣行業(yè)甲烷排放的相關(guān)問題進(jìn)行全面深入的研究迫在眉睫。本文從甲烷排放來源認(rèn)識、甲烷排放核算評估及甲烷減排方式三個方面，系統(tǒng)回顧了天然氣行業(yè)甲烷排放相關(guān)問題的研究現(xiàn)狀，并得出以下結(jié)論。

1) 在天然氣行業(yè)甲烷排放來源認(rèn)識的研究中，學(xué)者們從多個角度分析了天然氣行業(yè)的甲烷排放。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，不論是哪種類型的天然氣，以及天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的哪個階段，都存在一定程度的甲烷排放，學(xué)者們在多個角度的關(guān)注與研究也展現(xiàn)了該問題的重要性以及研究的必要性。但是，現(xiàn)有研究還是具有一定的局限性，仍有可完善之處：一是目前的研究大多是基于多個產(chǎn)區(qū)或一個產(chǎn)區(qū)的多個站點的研究數(shù)據(jù)展開，分析的多是某個區(qū)域的排放情況，缺乏國家層面的全面系統(tǒng)研究，難以揭示所研究國家整個天然氣行業(yè)甲烷排放的普適性規(guī)律；二是現(xiàn)有研究多是針對一種氣源的一個環(huán)節(jié)或多個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，缺乏對常規(guī)天然氣和各類非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)鏈全生命周期的系統(tǒng)性研究，不利于深入認(rèn)識天然氣行業(yè)整體的甲烷排放情況。

2) 在天然氣行業(yè)甲烷排放核算評估的研究中，學(xué)者們通過核算的方式加深了對天然氣行業(yè)甲烷排放的認(rèn)識，并由此掌握甲烷排放的規(guī)模。此部分研究較為成熟與全面，但依然有部分內(nèi)容沒有被關(guān)注到，比較突出的一點是：現(xiàn)有的甲烷排放核算研究僅關(guān)注了直接排放，忽略了因外購電力或熱力而產(chǎn)生的間接排放。除此之外，自底向上核算法和自頂向下核算法由于測量及計算系統(tǒng)的差異過大，使得核算結(jié)果的完整性和準(zhǔn)確性均不能得到有效保證，且自頂向下核算法的甲烷排放核算研究也均證實，自底向上核算法會嚴(yán)重低估天然氣系統(tǒng)的甲烷排放。兩類方法可互相驗證，以確定溫室氣體清單中缺少的甲烷排放源。但核算結(jié)果不準(zhǔn)確會影響天然氣系統(tǒng)氣候效應(yīng)的有效評估，對后續(xù)的減排應(yīng)對造成不利影響[45]。

3) 在天然氣行業(yè)甲烷減排方式分析的研究中，技術(shù)和政策是兩個最重要的減排途徑，該部分是在上述兩方面研究，即發(fā)現(xiàn)及認(rèn)識問題的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的管理應(yīng)對研究。但由于該研究方向起步較晚，現(xiàn)有研究仍具有一定的局限性，主要體現(xiàn)在以下三個方面：一是關(guān)于減排技術(shù)的研究都是圍繞LDAR展開，但除了LDAR外，還有眾多針對工藝流程及設(shè)備的甲烷減排技術(shù)，可以進(jìn)一步深入討論；二是LDAR所應(yīng)用的排放源主要來源于甲烷的逃逸性泄露，未關(guān)注到因工藝流程所需而導(dǎo)致的放空及其他排放，因此上述研究的甲烷治理是“點對點”的，沒有從技術(shù)布局或技術(shù)選擇的角度考慮系統(tǒng)性減排優(yōu)化問題；三是現(xiàn)有的研究都是通過技術(shù)或政策減排方式來促進(jìn)甲烷減排，兩類方式單線進(jìn)行，未形成技術(shù)與政策相結(jié)合的多層次治理體系。

通過梳理上述三方面文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有對天然氣行業(yè)甲烷排放問題的研究幾乎都是以美國的生產(chǎn)實踐展開，有少數(shù)文獻(xiàn)關(guān)注了加拿大，但是對中國及其他地區(qū)產(chǎn)業(yè)實踐的研究非常匱乏。不同國家和地區(qū)的地質(zhì)條件及開采條件是存在差異的，因此其生產(chǎn)處理過程中的工藝流程也不盡相同[54]，甲烷排放源會隨之不同，不同國家的研究經(jīng)驗難以完全契合。中國的天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，對其甲烷排放的研究尚未形成體系，中國需根據(jù)自身特點加快研究步伐，以有效應(yīng)對甲烷帶來的諸多挑戰(zhàn)。

4.2 建議

完善天然氣行業(yè)甲烷排放研究任重道遠(yuǎn)，本文針對梳理上述文獻(xiàn)所歸納的現(xiàn)有研究的不足之處，給出未來的研究建議如下所述。

1) 開展對天然氣行業(yè)甲烷排放的多類型、多層級、全周期的系統(tǒng)性認(rèn)識研究。對常規(guī)及非常規(guī)多個類型氣源全生命周期各個環(huán)節(jié)的甲烷排放源進(jìn)行全面系統(tǒng)的識別與梳理，并對其排放路徑及表現(xiàn)形態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的歸納與分析，由此形成清晰、成體系的認(rèn)識鏈條。同時，在站場級別(微觀)的認(rèn)識研究基礎(chǔ)上，開展區(qū)域級、國家級乃至全球級的宏觀性研究，揭示天然氣行業(yè)甲烷排放在不同層級下的排放規(guī)律與特征，為后續(xù)的核算及減排研究奠定重要基礎(chǔ)。

2) 推動甲烷排放清單編制的常態(tài)化、動態(tài)化及全面化研究。目前的甲烷排放清單不論是在質(zhì)量上還是效率上均難以滿足不同層面的核算需求，推動清單編制常態(tài)化、動態(tài)化成為保證清單核算準(zhǔn)確性及可靠性的關(guān)鍵。因此，需積極開展不同尺度的甲烷排放監(jiān)測與統(tǒng)計工作，構(gòu)建甲烷排放水平數(shù)據(jù)庫，實時動態(tài)更新。并推動“自頂向下”和“自底向上”清單編制方法的結(jié)合，整合關(guān)聯(lián)兩類排放因子數(shù)據(jù)，構(gòu)建全面完整的清單，強(qiáng)化清單研究的一致性。

3) 完善對所有類型排放源的全面治理，深化甲烷減排方式的統(tǒng)籌布局研究。對于天然氣行業(yè)甲烷排放的三類主要來源：設(shè)備逃逸、工藝放空和火炬燃燒，開展有針對性的治理研究，形成覆蓋全排放源的減排研究系統(tǒng)。對減排技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行管理性的統(tǒng)籌布局研究，促進(jìn)技術(shù)減排效果最大化。構(gòu)建政策與技術(shù)相結(jié)合的多元治理體系，通過宏觀調(diào)控與微觀干預(yù)，在達(dá)成減排目的的基礎(chǔ)上，滿足多方利益相關(guān)者的需求。