楊永均 張紹良 侯湖平，3

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇省徐州市，221116；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)低碳能源研究院，江蘇省徐州市，221116；3.江蘇省資源環(huán)境信息工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省徐州市，221116)

瓦斯伴煤而生，煤炭采掘、采后過(guò)程中溫室氣體 (CH4、CO2)逸散排放，其中CH4排放量約占到全球人類活動(dòng)排放源的5%，受到氣候變化和資源利用的普遍關(guān)注，被IPCC單列為能源部分的排放源之一，世界上主要產(chǎn)煤國(guó)進(jìn)行了煤炭開(kāi)采的國(guó)家溫室氣體編制和煤層氣市場(chǎng)化調(diào)查。據(jù) 《煤層氣(煤礦瓦斯)開(kāi)發(fā)利用 “十二五”規(guī)劃》和 《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》，到2015年煤礦瓦斯利用率達(dá)到60%以上，全國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2010年下降17%，因此，煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放估算結(jié)果對(duì)于節(jié)能減排評(píng)估、溫室氣體控制、資源保護(hù)利用有積極的意義。然而，在估算過(guò)程中存在煤炭開(kāi)采瓦斯逸散和產(chǎn)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)薄弱、排放因子數(shù)據(jù)不確定性較大、能源活動(dòng)數(shù)據(jù)缺乏等問(wèn)題，因此亟待開(kāi)展煤炭開(kāi)采的溫室氣體逸散排放及其清單編制的相關(guān)研究工作。

本文通過(guò)概述世界主要產(chǎn)煤國(guó)逸散排放估算的相關(guān)情況，研究分析國(guó)內(nèi)外逸散排放估算的目標(biāo)組織、數(shù)據(jù)與方法學(xué)、質(zhì)量控制，探索逸散排放估算過(guò)程中存在的主要問(wèn)題和困難，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)估算研究現(xiàn)狀，針對(duì)估算過(guò)程中存在的問(wèn)題提出了建議，展望未來(lái)逸散排放估算研究趨勢(shì)，以期對(duì)中國(guó)煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放估算及其研究提供借鑒。

1 煤炭開(kāi)采的溫室氣體逸散

1.1 逸散排放源及其過(guò)程

煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放主要包括:采掘活動(dòng)擾動(dòng)煤巖層，賦存瓦斯 (主要是CH4)通過(guò)地下煤礦的通風(fēng)和抽放系統(tǒng)、露天煤礦的邊坡和地面直接逸散；采出煤體在后處理過(guò)程中，如加工、儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中會(huì)繼續(xù)解析出瓦斯，低溫氧化、非受控燃燒也會(huì)排放溫室氣體；廢棄的地下、露天煤礦可能會(huì)通過(guò)自然或人為通道繼續(xù)排放溫室氣體，如圖1所示。

圖1 煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放源及其過(guò)程

目前成熟的溫室氣體清單主要關(guān)注的是采掘活動(dòng)、廢棄煤礦排放源，對(duì)于采出煤體中的低溫氧化和非受控燃燒和廢棄露天煤礦尚沒(méi)有估算方法。然而，由于低溫氧化、煤層自燃、煤炭堆放源產(chǎn)生的溫室氣體也不容忽視，可利用遙感監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)等方法進(jìn)行溫室氣體排放估算。

1.2 主要產(chǎn)煤國(guó)溫室氣體逸散排放量

截至2013年，世界主要產(chǎn)煤國(guó)中，美、澳、俄、哈、波五國(guó)提供了1990-2010煤炭開(kāi)采溫室氣體清單，其他如中國(guó)、印度等提交了國(guó)家信息通報(bào)，按照IPCC提供的方法核算了煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散量。同時(shí)，《全球1990-2030年人為非CO2溫室氣體排放報(bào)告》顯示，我國(guó)2010年煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放量約295.5Mt CO2(約14.07 Mt CH4)，居世界第一，約占世界總量的50.2%，見(jiàn)圖2。中國(guó)國(guó)家信息通報(bào)溫室氣體清單中估算2005年CH4排放量為12.92Mt，國(guó)家瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果估算中國(guó)2008年煤礦瓦斯排放量為14.5 Mt(未扣除抽放利用部分)，國(guó)家發(fā)改委能源研究所文獻(xiàn)報(bào)道中國(guó)2000年排放CH46.53Mt，煤炭信息研究院文獻(xiàn)報(bào)道中國(guó)2004年煤礦通風(fēng)CH4的排放量為140億m3(約100.24Mt)?？梢?jiàn)，煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散造成溫室效應(yīng)的同時(shí)，表現(xiàn)出較大的資源利用機(jī)會(huì)和節(jié)能減排潛力。

圖2 主要產(chǎn)煤國(guó)煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散情況

2 國(guó)內(nèi)外逸散排放估算分析

2.1 目標(biāo)與組織

煤炭開(kāi)采逸散排放的CH4兼具溫室氣體、資源特性。編制該項(xiàng)清單的目標(biāo)在于控制溫室氣體和保護(hù)利用資源，其作用可用于國(guó)家清單編制、組織層次上溫室氣體排放和清除量化及環(huán)境影響評(píng)估、煤層氣市場(chǎng)化。組織實(shí)施清單編制的單位主要有能源管理、環(huán)境保護(hù)、煤礦安監(jiān)部門(mén)，面向國(guó)家清單編制實(shí)施采用 “自上而下”的數(shù)據(jù)調(diào)查方法；面向煤層氣市場(chǎng)化的實(shí)施采用 “煤層氣抽放利用專項(xiàng)上報(bào)或調(diào)查”；面向瓦斯管理的瓦斯等級(jí)鑒定實(shí)施采用 “自下而上”的數(shù)據(jù)逐級(jí)上報(bào)方法。從中國(guó)的多次估算結(jié)果來(lái)看，由于評(píng)估時(shí)點(diǎn)和目標(biāo)、數(shù)據(jù)內(nèi)容存在不一致性，估算結(jié)果有較大差異，清單編制體系尚不能兼顧目標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)與方法學(xué)

2.2.1 數(shù)據(jù)

主要產(chǎn)煤國(guó)在編制煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放時(shí)廣泛采用了能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如煤炭及煤層氣賦存與產(chǎn)量，美國(guó)煤礦安全健康局 (MSHA)、澳大利亞建設(shè)了煤炭生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)上報(bào)系統(tǒng)；溫室氣體逸散排放數(shù)據(jù)依賴于各國(guó)的礦井調(diào)查或瓦斯安全管理，如通風(fēng)速率、瓦斯含量和等級(jí)、瓦斯組分?jǐn)?shù)據(jù)，IPCC提供了國(guó)家層面的排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)，然而IPCC提供的排放因子不能適用于各國(guó)的實(shí)際煤炭生產(chǎn)情況，在國(guó)家溫室氣體清單編制過(guò)程中采用了適用于本國(guó)煤田的數(shù)據(jù)，但全球范圍內(nèi)，仍然缺乏對(duì)廢棄煤礦、礦后活動(dòng)溫室氣體排放數(shù)據(jù)的調(diào)查，導(dǎo)致數(shù)據(jù)完整性受到影響。中國(guó)煤炭工業(yè)統(tǒng)計(jì)采取自下而上的逐級(jí)上報(bào)方式進(jìn)行，分省市、煤種、隸屬統(tǒng)計(jì)煤炭產(chǎn)量數(shù)據(jù)，復(fù)旦大學(xué)嘗試建立中國(guó)煤炭流向與潛在碳排放因子數(shù)據(jù)庫(kù) (CCEF)，礦井瓦斯等級(jí)鑒定提供了排放因子數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，國(guó)家能源局將中國(guó)分為華北、東北等六個(gè)大區(qū)，分別確定排放因子，但我國(guó)缺乏對(duì)廢棄煤礦、露天煤礦、礦后活動(dòng)溫室氣體排放的數(shù)據(jù)調(diào)查，僅有小樣本瓦斯逸散調(diào)研報(bào)道。

2.2.2 方法學(xué)

估算煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放，相關(guān)方法有排放因子、實(shí)測(cè)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法，各方法的用途、適用條件不一樣，其估算過(guò)程和結(jié)果也存在較大的差異，如表1所示。主要產(chǎn)煤國(guó)采用了排放因子和實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法編制國(guó)家溫室氣體清單，但對(duì)排放因子的細(xì)化程度不一樣。從已有的估算案例來(lái)看，中國(guó)國(guó)家、區(qū)域 (省級(jí))溫室氣體清單編制和礦井尺度的溫室氣體排放估算均主要采用了排放因子法，瓦斯賦存和擾動(dòng)有較大的地域不一致性，排放因子地域細(xì)化不夠，國(guó)家層面提供的排放因子數(shù)據(jù)尚不能滿足區(qū)域 (省級(jí))層次的快速評(píng)估。

表1 煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放估算的相關(guān)方法學(xué)

2.3 質(zhì)量控制

在評(píng)估過(guò)程中組織目標(biāo)、數(shù)據(jù)方法等容易造成評(píng)估清單不確定，如不同的估算目標(biāo)選擇性估算逸散排放源，造成數(shù)據(jù)內(nèi)容不一致，帶來(lái)估算結(jié)果具有非完整性，不同評(píng)估方法帶來(lái)不同層級(jí)的不確定性，時(shí)間序列保證也存在差異。此外，煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散本身也具有不確定性，受地質(zhì)、采礦等多種條件的影響，礦井內(nèi)瓦斯涌出在時(shí)間上具有較大的不確定性，而在空間上又存在地質(zhì)分異性和分區(qū)特征，美國(guó)、南非等主要產(chǎn)煤國(guó)在評(píng)估本國(guó)溫室氣體逸散排放量時(shí)，不同地域礦井、不同逸散排放時(shí)間上的調(diào)研數(shù)據(jù)也都反應(yīng)了這一問(wèn)題，其影響到清單估算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

因此，煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散清單質(zhì)量，一方面受到組織和目標(biāo)、數(shù)據(jù)和方法學(xué)等人為因素的影響，另一方面，估算結(jié)果還受到瓦斯涌出自然規(guī)律的較大影響。控制清單質(zhì)量，需要優(yōu)化評(píng)估體系，維護(hù)數(shù)據(jù)完整性和方法準(zhǔn)確性，還需要兼顧煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律，利用其分區(qū)特征和涌出規(guī)律降低清單總體不確定性。

3 我國(guó)煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放估算建議

由于自然和人為因素帶來(lái)的數(shù)據(jù)非完整性、方法不確定性等造成煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散清單估算過(guò)程數(shù)據(jù)組織困難、估算結(jié)果不確定性較大，針對(duì)這種問(wèn)題，我國(guó)煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放估算可在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)探索。

3.1 建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系

增加我國(guó)廢棄、露天煤礦、礦后活動(dòng)的溫室氣體逸散情況調(diào)研，實(shí)測(cè)溫室氣體組分、排放系數(shù)等，維持逸散源的數(shù)據(jù)完整性；對(duì)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)，維持?jǐn)?shù)據(jù)的時(shí)間序列性。為克服瓦斯涌出的地質(zhì)分異性，可以利用我國(guó)編制的三級(jí)瓦斯地質(zhì)圖和瓦斯地質(zhì)分區(qū)理論，細(xì)化區(qū)域 (煤田)排放因子缺省值；充分利用能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和瓦斯等級(jí)鑒定資料建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系，引入GIS(地理信息系統(tǒng))進(jìn)行數(shù)據(jù)組織和管理。

3.2 構(gòu)建混合估算方法

實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法，對(duì)地下煤礦進(jìn)行瓦斯監(jiān)測(cè)能獲取較為準(zhǔn)確的溫室氣體排放數(shù)據(jù)。但針對(duì)新建礦井、露天煤礦、礦后活動(dòng)、廢棄煤礦，常沒(méi)有可用的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，則可以利用排放因子法和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行逸散排放量進(jìn)行評(píng)估。因此，優(yōu)先考慮礦井實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法，混合運(yùn)用缺省排放因子和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法，有助于完整評(píng)估我國(guó)煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放量。

3.3 加強(qiáng)估算的質(zhì)量控制

由于煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放估算結(jié)果對(duì)于溫室氣體清單編制、節(jié)能減排評(píng)估、資源利用有著重要作用，又涉及到國(guó)家、組織 (區(qū)域或省級(jí))、礦井等不同的估算組織邊界。因此，估算質(zhì)量控制應(yīng)統(tǒng)一溫室氣體 (CH4和CO2)與資源利用(CH4)數(shù)據(jù)內(nèi)涵、明確估算組織邊界、評(píng)估所選用的估算方法的不確定性。

4 結(jié)論與展望

在全球IPCC清單編制和煤層氣市場(chǎng)化背景下，編制煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放清單對(duì)于資源保護(hù)利用、節(jié)能減排評(píng)估和溫室氣體控制有著積極的意義，但由于受到組織目標(biāo)不兼顧、數(shù)據(jù)非完整性、方法學(xué)等人為原因和瓦斯涌出規(guī)律等自然原因的影響，估算結(jié)果不確定性大，不利于國(guó)家、區(qū)域(省級(jí))層面的清單編制。我國(guó)可在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系、混合估算方法、質(zhì)量控制方面加強(qiáng)探索，從而完善煤炭開(kāi)采溫室氣體逸散排放估算，探索逸散排放的時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)節(jié)能減排潛力，促進(jìn)是在國(guó)家和企業(yè)溫室氣體控制、節(jié)能減排的低碳發(fā)展目標(biāo)。

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