天然气行业碳减排对策分析

高晶霞

（山西晋环科源环境资源科技有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

目前，我国碳排放量接近100 亿t，占到全世界碳排放总量的1/4。作为一个拥有全世界所有工业门类的国家，工业排放的二氧化碳量占了50%，电力行业二氧化碳排放量占35%，移动源（汽油车、燃油车和非道路机械）二氧化碳排放占比9%；最后是民用行业排放二氧化碳占比6%（图1）。碳排放的主要来源就是化石燃料的使用，我国的能源消费总量约为50 亿t标准煤，其中煤炭、石油和天然气三者合起来占比接近85%。在煤炭、石油、天然气三大类化石能源中，煤炭占比接近70%。这主要是与我国的资源禀赋有关，“富煤、缺气、少油”的资源结构，是我国二氧化碳排放量大的一个主要原因[1]。

图1 各行业二氧化碳排放占比

要实现碳中和，首先要解决碳排放的问题。从全行业二氧化碳排放来看，工业、电力和移动源占据了二氧化碳排放总量的94%。从能源结构分析，工业和电力主要使用的是燃煤，移动源主要使用的是石油。随着新能源汽车的发展，电动汽车逐步替代燃油汽车，在移动源中所主要使用的石油会被新能源电池所替代，二氧化碳的排放也将会减少。虽然早期有部分车辆燃用天然气，但是从长远来看除长途运输车辆外，其他车辆用会使用电力而非天然气。在工业和电力领域中，目前煤炭占据着主导地位，但是煤炭燃烧所释放的二氧化碳、烟尘、二氧化硫以及氮氧化物远高于天然气。从清洁环保和碳减排的方向来看，未来将有很大一部分煤炭消费量会被天然气所替代，要实现碳中和的目标，“煤改气”“煤改电”的进程将会进一步加快，天然气行业在“十四五”期间将会得到快速发展。对于天然气行业来说，除了外部需求和政策推动外，还需要关注行业自身碳排放的问题。文章从天然气的勘探开采、储存和运输以及天然气的利用，三个方面来进行分析天然气行业的碳减排途径。

1 天然气勘探开采的碳减排途径

天然气的主要成分是甲烷，相比于煤炭和石油，天然气燃烧更完全，而且天然气的碳饱和度较高，因此单位碳排放较小，污染水平较低，是清洁低碳的化石能源。但值得注意的是，甲烷属于强温室气体，甲烷的温室效应是二氧化碳的20～25 倍，天然气在勘探开采过程中的无组织排放不容忽视[2]。

天然气在勘探时，一些边远、偏僻的勘探井产出的天然气无法进入集输管网，只能将其放空或者直接燃烧。这不仅造成资源浪费，而且排放出大量的温室气体排放。随着高压分离器、天然气压缩机增压技术的应用，能够对零散天然气进行回收，减少资源浪费。在勘探井未投入生产前利用移动式撬装装置收集贮存天然气，减少天然气的浪费。

在天然气开采方面，单井产量低一直是制约我国天然气高效开发的问题。针对开采区块内造缝难度大、深层天然气难以开采、厚岩层压裂工艺效率低等难题，发展与地质条件相适应压裂增产技术，提高天然气的产量必不可少。同时需要加强天然气开采的无组织管控，通过采用先进的设备，减少阀门、接口个数减少甲烷的逸散。

另外，还可以推广开展碳捕集利用与封存技术（CCUS）的应用，将尾气中的二氧化碳收集后注入地下，用于提升采收率，或永久封存与地下，以达到碳中和目的。

2 天然气储运环节的碳减排途径

天然气输送主要有罐车、轮船和管道三种方式。在这三种方式中要实现碳减排，最主要的途径就是增加天然气管道输送。2020 年我国天然气产量为1 888.5 亿m3，消费量为3 250.4 亿m3，进口依存度为42%，有大量的天然气需要进口（具体见图2）。

图2 2018—2020 年天然气产量与消费量表

在天然气和LNG“两个市场”、国内和国际“两种资源”、管道和海运“两种方式”的格局下，按照“西气东输、北气南下、海气登陆”的原则建设天然气管网，截至2020 年12 月，我国天然气长输管道总里程近8.3 万km。进口天然气以及塔里木盆地、准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地和四川盆地天然气资源，建设西气东输、川气东送、陕京等天然气主干线，满足我国中东部地区用气需求。西气东输三线、陕京四线、新疆煤制气外送管道，以及西气东输四线、五线、川气东送二线等主干管道的建设将进一步完善天然气管道基础网络，实现全国主干管网全覆盖、全联通，可进一步降低天然气输送环节的二氧化碳排放量，同时为扩大清洁气体燃料利用规模，加速散煤替代提供了基础[3]。

3 天然气的利用

天然气主要利用在工业和电力两个方面，归根到底是能源燃料的替代，主要是用天然气来代替煤炭。

除了工业燃料被替代外，在工业领域另外一个就是天然气制氢。氢气制取主要有以煤炭、天然气为代表的化石能源制氢、以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢和电解水制氢，三种制氢方式。由于天然气制氢在制氢行业中占比较小，在工业领域天然气在碳减排方面主要还是以燃煤替代为主。

在发电行业，2020 年发电量单位发电量为76 261 亿kW·h，其中火力发电量为51 770 亿kW·h，占比达到67.9%。但是我国在火力发电中，燃煤发电占火力发电中95%，天然气发电仅5%。而全球天然气在一次能源消费中占比为20%左右。在发电量相同的情况下，天然气的二氧化碳排放仅为煤炭的一半。用天然气发电替代燃煤发电，也可降低二氧化碳的排放量（见表1）。

表1 2018—2020 年我国能源发电情况

在发电领域中，风能、太阳能发电有不连续、不稳定的缺点，燃煤发电有效率低、污染物排放量大的问题，而天然气发电具有启停快、应急能力强的特点，可以弥补新能源发电间歇、波动等短板和燃煤污染物排放的问题。未来电力行业将会形成以风电、太阳能为主，燃气发电作为补充，燃煤发电作为备用的多能互补的格局，天然气发电为碳中和目标的实现提供保障和支持。

4 结语

实现碳中和是一个长期过程，第一阶段达峰，第二阶段减碳，第三阶段中和。我国在2030 年碳达峰后到2060 年碳中和，只有短短30 年时间，这里面不仅有挑战，还有机遇。天然气行业在“碳中和”中起着不可或缺的重要作用，从天然气全生命周期过程中来看碳排放，前期勘探和开采重点是控制资源浪费，中间输送环节重点的管网的建设，后期利用环节重点是利用效率，在每一个环节中都还存在需要攻克的技术难点和问题，相信随着技术的不断突破以及行业发展政策的支持，天然气行业将实现高质量快速发展。