关键词 煤层气抽放 煤层气利用 甲烷市场化机制
我国煤矿抽放瓦斯（又称煤层气或煤矿甲烷）已有很长历史，有成熟的技术和经验。特别是最近几年来，随着国家对煤矿安全的重视，加大投入，改善井下煤层气抽放系统，煤层气抽放量逐年增加，煤层气利用特别是煤层气发电取得新进展。但是，煤矿瓦斯爆炸事故依然是煤矿安全生产的最大威胁。最近，国务院领导指示，要从根本上防治煤矿瓦斯事故，把瓦斯作为资源与煤层气开发利用结合起来。总结煤矿瓦斯抽放经验，实施“以利用促抽放，以抽放保安全”的战略。2004年11月15~17日，在美国华盛顿召开了“甲烷市场化”部长级会议，笔者作为技术专家应邀出席会议并当选为“煤炭分委员会”副主席。甲烷市场化合作计划把煤矿煤层气列为三大主要领域之一，为发展煤矿煤层气项目提供了新机会。
1 甲烷市场化合作计划框架及核心内容
国际甲烷市场化合作计划是注重采取实际行动减少全球甲烷排放量的合作计划，有利于促进能源安全和经济发展，改善全球环境，减少温室气体排放。带来的其他益处还包括改进煤矿安全、减少城市垃圾，改进当地大气质量。这项计划的核心是在近期用更经济、更有效的方法回收和利用甲烷。通过发达国家、发展中国家和经济转型国家及私营公司的广泛合作实施这一计划。甲烷市场化合作计划包括三个主要领域：煤矿、城市垃圾、石油和天然气。
甲烷是一种有强烈温室效应的温室气体，按同等重量气体计算，其温室效应是CO2的23倍，甲烷在大气中的寿命周期比CO2短，约12年，减少甲烷排放量在近期对减缓大气变暖有重要意义，而且减排成本比CO2低得多。
全球甲烷排放量占温室气体总排放量的16％。煤矿开采、城市垃圾填埋场、农业和石油天然气泄漏是主要甲烷排放源。
美国首先倡导甲烷市场化合作计划。2004年7月28日美国总统正式对外宣布这一计划，并承诺在今后5年中提供5300万美元支持实施这项计划，主要用于援助发展中国家和经济转型国家开发甲烷项目，包括开发甲烷数据库，加强有关机构能力建设，开展项目可行性研究和技术示范项目。目前，同意加入甲烷市场化计划的已有14个国家，包括美国、阿根廷、澳大利亚、巴西、中国、哥伦比亚、印度、意大利、日本、墨西哥、尼日利亚、俄罗斯、乌克兰和英国。
2004年11月15~17日在华盛顿召开“甲烷市场化部长级会议”，参加甲烷市场化合作计划的14个成员国签署了有关合作计划的框架性文件,明确这项计划的目的、组织机构和主要作用，其核心内容包括：
（1） 确定甲烷回收利用的双边、多边及私营公司共同参与的合作领域；
（2） 计算甲烷排放量，确定最大的甲烷排放源，以便决定甲烷开发项目；
（3） 研究确定建立低成本、高效益的甲烷回收利用项目，建立融资机制；
（4） 采取法律、经济、组织手段和其他手段吸引投资，开展甲烷回收利用项目。
（5） 通过开展合作项目，以解决回收甲烷面临的挑战，包括提高各国对回收甲烷意义的认识、克服项目实施中所遇到的障碍，确定项目机会，对回收甲烷技术进行示范和推广。
（6） 研究制定合作行动计划，制定一系列具体活动措施，以支持实现甲烷市场化合作计划的目标和作用。
在这次会议上，还决定成立合作计划指导委员会，并按煤炭、垃圾填埋场、石油天然气三大领域成立分委员会。实施甲烷市场化合作计划的目标是，到2015年减排5000万吨CO2当量，或相当于回收5000亿立方英尺天然气。
2 甲烷减排主要领域及其发展
2.1 全球甲烷排放源
全世界甲烷排放量占温室气体总排放量的16%。煤炭开采、石油天然气生产和输送、垃圾填埋场和农业是主要甲烷排放源，占全球甲烷总排放量的60%，其余为自然界排放源（如湿地等）。目前，能够经济有效地回收利用甲烷的3大主要领域是：① 煤矿煤层气；② 城市垃圾填埋气；③ 石油天然气泄漏。
2.2 城市垃圾填埋场甲烷回收利用
全世界城市产生的生活垃圾总量多达数百万吨。垃圾填埋场产生的沼气中甲烷成分约为50％，CO2占50％，还含有少量其他气体。全世界每年垃圾填埋场排放甲烷量达8.18亿t。美国垃圾填埋场甲烷排放量占世界总排放量的26％，其次是中国，占11％，排放量较大的其他国家有俄罗斯、加拿大、澳大利亚、英国、乌克兰和巴西等国。
在垃圾填埋场可以安装垂直管道和负压真空泵抽取甲烷并用于发电。美国共有350座垃圾填埋场发电厂，总装机容量达2600MW。加拿大有72座垃圾填埋厂，总装机106MW。欧洲国家有720座，总装机1400MW。
世界银行利用GEF基金和碳减排基金帮助许多国家建设垃圾填埋场发电厂。据世界银行估计，一个100万人口的城市每天产生生活垃圾740t，可供建设5.9MW发电厂。世界银行专门对拉丁美洲进行调查，超过50万人口的城市有117个，每年产生垃圾总量达7400万t,可供建设810MW发电厂。世界银行已经筛选了10个垃圾填埋场发电项目，并已进行项目可行性研究。目前正在建设巴西诺瓦吉拉尔（Nova Gerar）垃圾填埋场发电厂，装机容量为12MW,投资为2000万美元，按生产年限21年计算，总减排量为11.6Mt CO2，减排成本为$1.8/t CO2，而减排指标售价为$3.35/t CO2，有很大的利润空间。
2.3 石油天然气泄漏
石油天然气在生产、加工和输配过程中发生的泄漏在全世界甲烷排放量中占第二位，每年排放量约12.56亿t CO2当量。俄罗斯和美国是世界石油、天然气甲烷排放量最大的国家，分别为2.53亿t和1.38亿t CO2当量。其他排放量较大的国家有乌克兰、委内瑞拉、乌兹别克斯坦、印度和加拿大等。
乌克兰天然气输送管道总长为3.5万km，是欧洲第二大输气系统，有171个压缩站。美国国际开发署向俄罗斯切尔卡斯天然气管道公司（Cherkasy trans gas）公司提供了50万美元援助项目，用于检查和维修该公司天然气压缩站甲烷泄漏。该公司有23个增压站，根据对其中2个增压站检测结果发现，每年甲烷泄漏量达300万m3。通过维修，2个增压站每年可减少泄漏量200万m3。
2.4 煤矿煤层气回收和利用
据估计，2000年全世界煤矿甲烷排放量为308亿m3(约4.4亿t CO2当量)，约占全世界甲烷总排放量的8%。到2020年，全世界煤矿甲烷排放量将达到393亿m3（约5.61亿t CO2当量）。中国和美国是世界最大的产煤国，也是煤矿甲烷排放大国。煤矿甲烷排放量较大的其他国家和地区有澳大利亚、东欧、德国、印度、俄罗斯。
在煤矿生产中为了安全的需要，通常采用通风方法将瓦斯（也称煤矿甲烷或煤层气）排出矿井。虽然煤矿安全了，但大量煤层气排到大气中，对大气环境造成了严重影响。此外，高瓦斯矿井采用井下钻孔抽放方法或地面钻井抽放煤层气。将抽出的煤层气加以回收利用，可以作为城市燃气，用于发电、生产化肥和化工原料或作为天然气汽车燃料。
2003年美国煤矿煤层气排放量为49亿m3，井下钻孔抽放量为11亿m3，原始煤田及煤矿地面钻井煤层气产量超过400亿m3。无论是井下抽放或地面开采技术均居世界最前列，总抽放量世界第一，并且都进入天然气管道作为燃气供应市场。澳大利亚的阿平和陶尔矿将井下抽出的煤层气用于发电，安装了94台1000kW燃气发动机，是世界上最大最先进的煤层气发电厂。同时还正在开发利用低浓度通风瓦斯（甲烷含量1％以下）的发电装置。德国和英国抽放报废矿井的煤层气，并用于发电。德国报废矿井煤层气发电厂总装机规模超过了120MW。
2003年中国煤矿井下抽放量达15.12亿m3,居世界第一位。许多煤矿抽放历史较长，近年来随着对煤矿安全的重视，井下煤层气抽放有较大发展,抽出的煤层气主要用作城镇居民燃气或发电。但是抽出的煤层气利用量不足一半，大量抽出的煤层气被排放到大气中。从上世纪90年代初，引进地面钻井技术开发煤层气，但目前仍处于试验开发阶段，还没有形成商业化生产规模。
印度煤矿基本上都不进行煤层气抽放和利用。最近印度开始重视煤层气开发，联合国相关机构提供GEF基金1300万美元，开展煤层气开发示范项目。
目前，煤矿煤层气井下抽放或地面钻井开放已有成熟的技术，但针对具体煤矿煤层气储层地质条件，技术上仍需要进一步研究和改进。就市场竞争性而言，尚不具备与天然气工业竞争的条件，主要是生产成本高，而且生产规模一般较小。
3 中国煤矿煤层气回收利用潜力
中国是世界第一产煤大国，2004年煤炭产量达到195亿t。中国煤层气资源量十分丰富，据估算约30万亿m3。中国国有重点煤矿中高瓦斯和突出瓦斯矿井占48％，每年煤矿开采过程中排放的煤层气达100多亿m3。回收利用煤层气有利于改善煤矿安全，增加洁净能源产量和保护全球环境。
3.1 煤层气抽放利用现状
抽放煤层气是煤矿安全的重要措施。我国煤矿从上世纪五十年代开始抽放煤层气，有成熟的技术和经验，煤层气抽放量迅速增加，为利用煤层气提供了条件。在上世纪80年代和90年代初，国家利用节能投资资金，建设了56项煤层气利用项目，将抽放的煤层气用于居民燃气、生产碳黑和甲醛等化工原料。最近几年，随着对煤矿安全的重视，国家拨给58亿国债资金用于煤矿安全改善项目，大部分用于改善煤层气抽放系统，煤层气抽放量迅速增加，2003年抽放量达到15.12亿m3，其中如淮南矿业（集团）公司煤层气抽放量由1998年的2260万m3增加到2003年的1.3亿m3。但是，目前全国煤矿抽出的煤层气利用量仅为6亿m3，大量的煤层气被排放到大气中，既浪费能源，又对大气环境造成破坏。主要原因是缺乏管道输配设施，并且在矿区城市没有形成燃气市场价格机制，建设煤层气利用工程投资效益较差，煤矿企业不愿投资。最近几年，煤层气发电取得新的进展，晋城煤层气发电项目已投入商业性运行，目前装机规模为12MW，同时正在利用亚洲开发银行贷款建设120MW煤层气发电厂。晋城煤层气发电项目运行成功并显示了很好的经济效益，对全国其他煤矿发展煤层气发电项目起到很好的示范和推动作用。目前，在山西、贵州、辽宁、安徽、重庆、甘肃、河南和河北等省煤矿已建设或计划建设一批小型煤层气发电项目。
3.2 我国煤矿甲烷市场化行动计划和发展战略
我国煤矿甲烷排放量居世界首位，回收利用煤矿甲烷，是甲烷市场化计划国家战略的重要组成部分，既具有政治、外交、经济方面的意义，同时又是温室气体减排活动中最经济有效的减排途径。因此必须重视和研究制定我国煤矿甲烷市场化行动计划和发展目标，具体应包括如下重要内容。
321 编制煤矿甲烷排放量清单
确定煤矿甲烷排放源，进行排放量估算，编制煤矿甲烷排放量清单，既是国家气候变化信息通报的重要内容，也是研究确定煤矿甲烷回收利用项目的重要依据。我国现行瓦斯排放源和排放量计算方法,主要用于确定矿井通风设计和瓦斯抽放方案,不能准确反映煤矿生产过程中向大气排放的甲烷总量。此外对地方小煤矿和乡镇煤矿缺乏统计数据。因此,急需研究建立科学的甲烷排放量的计算方法,准确计算煤炭开采过程中释放的甲烷量和煤炭采出到地面以后运输和存储至使用前的甲烷排放量,以及煤炭采出后采空区的保有甲烷量。
322 研究低成本高效益的煤层气回收利用技术
煤矿井下煤层气抽放方法有本层抽放、邻近层抽放和采空区抽放。抽放方式有钻孔抽放法和巷道式抽放法。最近十年在铁法和其他矿区采用国产钻机或澳大利亚定向长孔钻机的试验表明，定向长孔抽放能够大大提高抽放率，抽放时间长，并且能够避免与工作面采煤作业相干扰，是井下钻孔抽放技术的发展方向。从上世纪90年代初以来，引进美国地面钻井技术，在生产矿井和原始煤田进行煤层气勘探开发试验，个别单井产气量达到16000m3/d，但至今仍处于试验开发阶段，急需要研究开发适合我国煤层气储存条件的采气技术和工艺，尽快形成商业化生产规模。美国阿拉巴马州黑勇士矿区矿井生产条件与我国煤矿相似，都是用长壁式开采方法，采用地面矿井抽放煤层气，利用采动区煤层破裂增加透气性，进行采前抽放和采后抽放，有效提高产量，使黑勇士矿区煤层气年产量达到26亿m3。建议引进美国煤矿采动区地面钻井开发技术，在我国煤矿区进行煤层气开发试验，迅速形成商业化生产规模。
煤层气利用方法主要是民用和发电，此外还用于生产碳黑和甲醛，近年来煤层气发电有较大发展，此外生产甲醇以及用作天然气汽车燃料也有市场前景。
323 研究制定经济政策支持煤层气开发利用项目
煤矿瓦斯利用属国家鼓励的资源综合利用项目。财政部和国家税务总局颁发的《关于进一步开展资源综合利用的意见》文件中明确煤矿瓦斯利用可享受有关优惠政策：① 免征所得税5年；② 煤层气电厂单机容量在500kW以上并符合并网调度条件的，电力部门应允许并网，免交小火电上网配套费。但这些政策对煤层气回收利用项目的支持力度还远远不够。
井下煤层气抽放是煤矿安全生产的需要，主要靠煤矿企业投资建设。但是，由于长期以来许多煤矿只重视采煤，对抽放系统建设投入严重不足，地面钻井开发作为能源生产的组成部分，目前尚处于起步阶段，并且由于其特殊性，与天然气生产缺乏经济竞争能力。美国在煤层气工业发展的初期阶段，给予退税补贴，促进了煤层气工业的迅速发展。我国已经制定了鼓励可再生能源的法规，主要适用于风能发电，不适用于煤层气项目。煤层气回收利用项目有利于减少温室气体排放，应该给予类似的鼓励政策。
我国天然气工业规模很小，在全国范围内缺乏输气管道设施。因此，在建设煤层气项目的同时，投资建设输气管道系统，将会大大增加投资和生产成本，是煤层气项目的又一主要障碍。
因此，建议国家研究制定煤层气回收利用项目经济鼓励政策：① 安排专项资金重点支持煤矿煤层气回收利用项目；② 对煤矿煤层气抽放利用给予财政补贴，如每抽放1m3煤层气，给予0.2元补贴，同样每利用1m3煤层气，再给予0.1~02元补贴。补贴款从企业上交税款中返还，也不会增加国家财政负担；③ 对并网煤层气电厂按发电量优价收购；④ 国家投资建设区域性煤层气输配管网工程。
最近，国务院有关领导指示，要重视煤层气利用，把煤层气作为能源进行开发利用。以利用促进抽放，这将从根本上预防煤矿瓦斯爆炸事故，改善煤矿安全生产条件。
324 研究制定煤层气回收利用项目发展规划
要研究制定煤矿区煤层气回收利用中长期专项规划，明确近期目标，重点项目和保障措施。根据煤层气资源分布、储层地质条件、矿井开采条件、煤层气排放量和煤层气市场条件，选择确定一批具体的煤层气回收利用项目，并优先发展若干个示范项目，包括3个方面：① 井下煤层气抽放示范项目；② 煤矿区采动区地面钻井煤层气开发示范项目；② 煤层气发电示范项目。
325 利用甲烷市场化机制发展国际合作项目
目前，已经有14国家宣布加入甲烷市场化合作计划。要充分利用甲烷市场化机制，争取国际机构的援助，同时吸引国际金融机构和外国公司到我国投资开发煤层气项目，促进煤层气开发利用产业化。
4 结论
综合上述讨论要点，可以得出如下结论：
（1） 甲烷是仅次于CO2的主要温室气体。目前，最经济和有效地回收利用甲烷的主要领域是煤矿、城市垃圾填埋场、石油天然气。
（2） “甲烷市场化合作计划”已经启动，这一新的国际合作机制，为煤矿煤层气回收利用项目提供了新的机会。
（3） 中国煤矿煤层气回收利用取得新的进展。但仍面临许多障碍，技术上有待改进，同时缺乏经济竞争能力。
（4） 国家应制定煤层气回收利用项目发展计划和经济鼓励政策。
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