高晶霞

（山西晉環(huán)科源環(huán)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(yè)門類的國家，工業(yè)排放的二氧化碳量占了50%，電力行業(yè)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(yè)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(guān)，“富煤、缺氣、少油”的資源結(jié)構(gòu)，是我國二氧化碳排放量大的一個主要原因[1]。

圖1 各行業(yè)二氧化碳排放占比

要實現(xiàn)碳中和，首先要解決碳排放的問題。從全行業(yè)二氧化碳排放來看，工業(yè)、電力和移動源占據(jù)了二氧化碳排放總量的94%。從能源結(jié)構(gòu)分析，工業(yè)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(fā)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(yè)和電力領(lǐng)域中，目前煤炭占據(jù)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(huán)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(xiàn)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(yè)在“十四五”期間將會得到快速發(fā)展。對于天然氣行業(yè)來說，除了外部需求和政策推動外，還需要關(guān)注行業(yè)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(yè)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(chǎn)出的天然氣無法進入集輸管網(wǎng)，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(shù)的應用，能夠?qū)α闵⑻烊粴膺M行回收，減少資源浪費。在勘探井未投入生產(chǎn)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(chǎn)量低一直是制約我國天然氣高效開發(fā)的問題。針對開采區(qū)塊內(nèi)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(fā)展與地質(zhì)條件相適應壓裂增產(chǎn)技術(shù)，提高天然氣的產(chǎn)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(shè)備，減少閥門、接口個數(shù)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(shù)（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(huán)節(jié)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)量與消費量表

在天然氣和LNG“兩個市場”、國內(nèi)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(shè)天然氣管網(wǎng)，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(shè)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(qū)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(shè)將進一步完善天然氣管道基礎(chǔ)網(wǎng)絡，實現(xiàn)全國主干管網(wǎng)全覆蓋、全聯(lián)通，可進一步降低天然氣輸送環(huán)節(jié)的二氧化碳排放量，同時為擴大清潔氣體燃料利用規(guī)模，加速散煤替代提供了基礎(chǔ)[3]。

3 天然氣的利用

天然氣主要利用在工業(yè)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(yè)燃料被替代外，在工業(yè)領(lǐng)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(yè)副產(chǎn)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(yè)中占比較小，在工業(yè)領(lǐng)域天然氣在碳減排方面主要還是以燃煤替代為主。

在發(fā)電行業(yè)，2020 年發(fā)電量單位發(fā)電量為76 261 億kW·h，其中火力發(fā)電量為51 770 億kW·h，占比達到67.9%。但是我國在火力發(fā)電中，燃煤發(fā)電占火力發(fā)電中95%，天然氣發(fā)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(fā)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(fā)電替代燃煤發(fā)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(fā)電情況

在發(fā)電領(lǐng)域中，風能、太陽能發(fā)電有不連續(xù)、不穩(wěn)定的缺點，燃煤發(fā)電有效率低、污染物排放量大的問題，而天然氣發(fā)電具有啟?？?、應急能力強的特點，可以彌補新能源發(fā)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(yè)將會形成以風電、太陽能為主，燃氣發(fā)電作為補充，燃煤發(fā)電作為備用的多能互補的格局，天然氣發(fā)電為碳中和目標的實現(xiàn)提供保障和支持。

4 結(jié)語

實現(xiàn)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(zhàn)，還有機遇。天然氣行業(yè)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(huán)節(jié)重點的管網(wǎng)的建設(shè)，后期利用環(huán)節(jié)重點是利用效率，在每一個環(huán)節(jié)中都還存在需要攻克的技術(shù)難點和問題，相信隨著技術(shù)的不斷突破以及行業(yè)發(fā)展政策的支持，天然氣行業(yè)將實現(xiàn)高質(zhì)量快速發(fā)展。