煤层气(煤矿瓦斯)成为近年来国际甲烷减排领域的“新兵蛋子”。
“煤矿瓦斯的主要成分为甲烷,国际能源署发布的《全球甲烷追踪》显示,2023年全球能源部门的甲烷排放量接近1.3亿吨,占人为源排放量的1/3以上,仅次于农业部门,主要来自煤炭开采的瓦斯逃逸以及油气领域的无组织排放。在我国,煤矿瓦斯逃逸排放是最主要的人为甲烷排放源,约占全国甲烷排放总量的40%。
煤矿瓦斯有着两副面孔,在矿井里待着的时候,它属于有毒气体,挖矿工作进行时,若没有将其抽采,很有可能发生爆炸风险。当有效抽采后,它则摇身一变,成为一种高效的能源资源,可以用于发电、发热等制造业,为人类生产生活带来积极影响。
煤矿瓦斯的形成与分布受成煤条件、煤的碳化程度、煤层赋存条件、地质构造以及水文地质条件等因素影响。
因此,对于企业主来说,抢占资源固然重要,但不可盲目开采。我们理应先梳理清楚一些基础条件,以免“家里有矿” 的美好希望最终变成“掏空积蓄” 的失望结局。
三问煤矿瓦斯开采的基础条件,你是否掌握具备?
一、瓦斯有哪些分类,这些类别又能以什么样的方式利用?
前文说到,煤矿瓦斯的形成和分布受多因素的影响,根据甲烷体积分数,煤矿瓦斯分类及利用方式有五种,如下图所示:
二、抽采煤矿瓦斯的技术分别有哪些?
由于甲烷浓度差异,高浓度瓦斯和低浓度瓦斯的抽采和利用涉及不同的技术路径和解决方案。如下图所示:
此外,部分创新企业正在探索通过低温等离子体或其他新兴技术提升排风瓦斯的回收效率。
当前,高浓度瓦斯的开采利用技术相对成熟,发电、液化等利用方式也较为广泛。低浓度瓦斯则因燃烧难度较大,需通过氧化、浓缩和专用燃烧设备等技术来提高利用率。随着碳排放权交易市场的发展,低浓度瓦斯和排风瓦斯的利用技术逐渐受到重视,其市场前景也将变得更加广阔。
三、瓦斯开采的费用类别及占比情况如何?
煤矿瓦斯开采费用主要分为煤矿的前期勘探,设备的采购以及项目的运营及设备维护,如下图所示:
为何说CCER只是煤矿瓦斯的冰山一角呢?对碳圈新朋友而言,大伙是先知道中国核证自愿减排量,然后才知道有煤矿瓦斯低浓度利用可以开发出CCER,用于碳配额不足时抵扣交易,实现碳抵消。
作为一个富煤贫油少气的国家,我国的资源禀赋决定了我们的煤炭开采历史,开采历史要追溯到3000多年前的商代时期,而煤矿瓦斯开采则是从1996年开始的,比旧CCER早了近16年。因此笔者得出CCER仅是煤矿瓦斯开采利用的冰山一角,我们要往“冰山之下”看。不同浓度抽采和利用涉及不同的技术路径和解决方案,均是布局瓦斯利用产业的企业主们所必须高度重视的。
在征求意见稿文件中对煤矿瓦斯和风排瓦斯的定义分别为,煤矿瓦斯:在矿井中,从煤和围岩中逸出的烃类气体,主要成分为甲烷;风排瓦斯:矿井采用通风方式排出的煤矿瓦斯。
在CCER项目开发过程中,煤矿低浓度瓦斯与风排瓦斯的开采乃是最为关键的环节之一。其当归属于瓦斯开采范畴,且需开采浓度低于8%的瓦斯。虽然煤矿瓦斯的抽采泵及前端并不在项目边界之内,但它却如同建房子时的地基一般至关重要。
前期准备涉及地质勘探和瓦斯含量检测,以此来确定瓦斯的分布和浓度。根据检测结果设计抽采方案,包括选址和钻孔的位置和数量。此外,还需要安装必要的安全设备,如阻火器和监测系统,以确保开采过程的安全。
大众所认为的煤矿瓦斯开采与实际的煤矿瓦斯开采大相径庭。理论和实践往往差了“十万八千里”。在涉足这一领域时,我们既要保持敏锐的判断,又要做到有相应的知识储备。目前,风排瓦斯和煤矿瓦斯无焰氧化技术正处于项目产业发展初期,其投资建设成本与后期运维成本相对较高,仅前期投入这一项就足以让企业主望而却步。平衡收益是每个项目得以成功推进的基石。
经估算,当前已建项目可产生的年减排量约为450万吨二氧化碳当量(CO₂e),到2030年减排量可增加至约2000万吨 CO₂e。若按当前碳价每吨100元估算,收益最低值在20亿元左右。
近期,《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准》(修订GB 21522—2008)(以下简称《标准》)送审稿已通过专家审查会,《标准》修订对于加强国内煤矿瓦斯排放控制和资源回收利用、控制甲烷排放、积极应对气候变化、促进经济社会绿色低碳高质量发展具有重要意义。
笔者有充分理由预测,煤矿瓦斯利用领域将于2030年达到高峰期。原因在于,国家碳排放达峰目标仅要求二氧化碳排放进行达峰,而碳排放中和则是针对七种温室气体(二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫、三氟化氮)的中和。其中,甲烷已然成为全球应对气候变化的第二大关注点,据统计,我国每年以直接排空形式排放的瓦斯中的纯甲烷量有200 亿m3,此类能源基本未被开发利用。因此,无论是从碳排放权交易市场中的温室气体自愿减排现状来看,还是从瓦斯发电本身的利用率而言,这都将是减少甲烷排放的关键突破口。