1   概述

我國提出的實現碳中和目標的措施，包括降低全經濟領域溫室氣體的排放［1］。甲烷是僅次于二氧化碳的溫室氣體，其在大氣中的濃度雖然不高，但具有極強的增溫潛勢。按100 a計算，甲烷的增溫潛勢是二氧化碳的28倍，按20 a計算則為二氧化碳的84倍。甲烷減排不僅對近期控制溫度升高速度的影響和作用更大，而且對改善環境質量有重要協同作用，因此近年來受到社會的廣泛關注。

 

全球范圍內，油氣行業是重要的甲烷人為排放源，相比其他人為排放源，其排放治理被認為是最快和最有經濟性的。國際能源署（IEA）預估，利用現有技術可以減少油氣系統約75%的甲烷排放，近50%的排放可實現凈零成本的減排［2］。

 

在這一結論下，國內外油氣公司紛紛宣布甲烷減排計劃，制定明確的減排、控排目標幾乎成為油氣企業可持續發展的標配［3］。自愿性的甲烷減排聯盟及倡議的國際影響力日益增強。

 

由聯合國環境署與歐盟委員會、美國環保協會共同發起的油氣甲烷伙伴關系（OGMP）倡議，涵蓋62家油氣企業代表近30%的全球油氣產量，承諾將致力于2025年前將甲烷排放減少40%，在2030年前減少60%~75%。

 

一方面受行業整體趨勢影響，另一方面對標國際一流企業，下游城市燃氣企業近年來陸續加入甲烷減排陣營。北京燃氣、新奧能源先后加入天然氣全價值鏈“甲烷減排指導原則”（MGP），中國燃氣控股加入OGMP2.0倡議。2021年，中國油氣企業甲烷控排聯盟成立，除中國石油、中國石化、中國海油、國家管網公司外，成員還包含北京燃氣、華潤燃氣和新奧能源3家城市燃氣公司。

 

截至目前，中國城市燃氣行業有超過3 000家企業，多數企業還處于對甲烷減排知識的理解和消化階段，若想進一步推動行業甲烷排放管控與治理，需明確城市燃氣行業甲烷減排的必要性，厘清主要問題和挑戰，同時立足現有基礎，發揮最大優勢，有序推進行業低碳發展。本文針對城市燃氣行業甲烷減排意義及面臨的挑戰進行闡述，并針對中國城市燃氣行業甲烷排放綜合治理給出了建議。

 

2   我國城市燃氣行業甲烷減排意義 

2.1  鞏固天然氣優勢地位

 

實現我國“30·60”雙碳目標，天然氣目前是替代煤炭的最現實能源，又是助力可再生能源發展的最佳伙伴。然而，天然氣全價值鏈的甲烷排放會增加天然氣利用的碳排放強度，削弱其帶來的氣候效益，影響天然氣在未來能源結構中扮演的角色。

 

城市燃氣系統是向客戶輸送天然氣的最后一步，其生產運行過程中設施腐蝕導致的泄漏、設備組件連接處的氣體逸散、切改線施工的作業放散及第三方破壞引發的漏氣等都是典型的甲烷排放源。與生產及儲運環節相比，城市燃氣系統甲烷排放占比較低，但也無法忽略不計。美國環境署（EPA）核算，2019年美國天然氣輸配系統甲烷排放占天然氣全產業鏈甲烷排放的8.8%，約為56×104 t，相當于1 568×104 t的二氧化碳排放（以100 a計算）。作為天然氣產業鏈上的關鍵環節，城市燃氣企業應提高意識開展必要的治理行動，鞏固天然氣在未來能源結構中的優勢地位［4］。

 

2.2  城市燃氣行業減排的重要抓手

 

與天然氣產業鏈其他環節不同，城市燃氣輸配系統僅利用上游氣體壓力逐級調壓即可滿足輸送至客戶端的需求，沒有更多的能耗需求，其二氧化碳排放占比相對較小，溫室氣體種類主要以甲烷為主。EPA統計，2019年美國城市燃氣輸配系統產生1 300×104 t二氧化碳當量溫室氣體排放，其中超過99%都是甲烷排放，因此甲烷是城市燃氣行業碳減排重點對象［5］。

 

從經濟效益角度來看，與開采和儲運相比，城市燃氣系統甲烷排放源呈小而分散的特點，管控難度較大，減排成本相對較高。然而積極樂觀的一面是，下游燃氣價格相對較高，因此部分減排技術及措施，例如泄漏檢測與修復技術（LDAR）、機械作業代替手工作業、優化維檢修計劃等，具備一定的經濟效益，是減排重要的發力點。

 

從減排潛力來看，根據美國過去近20 a的甲烷減排實踐經驗，城市燃氣行業甲烷排放歷史下降速度全產業鏈最快，對于油氣行業整體絕對減排量的貢獻最大。2019年美國天然氣全產業鏈（勘探、生產、處理、儲運、配氣）甲烷排放量比1990年下降了117.3×104 t，其中上游環節（勘探、生產）增排了139.7×104 t，城市燃氣配氣環節甲烷排放降低了125.9×104 t［6］。

 

因此，甲烷減排是城市燃氣行業扎實開展降碳工作，彰顯氣候治理擔當的重要著力點。

 

2.3  有助于燃氣安全運行

 

燃氣安全管理是城市安全運行管理的重要內容，直接關系人民群眾生命財產安全，是擺在政府、燃氣企業面前的核心問題。甲烷排放治理在傳統燃氣泄漏檢測及搶修的基礎上，增加了對微小泄漏（即逸散）排放的管控。對檢測的精細度、風險管控的顆粒度、設施更新改造的標準等提出了更高的要求。微小的逸散源是發展成爆燃、爆炸等事故的隱患，是安全問題的源頭。因此，在燃氣行業全面樹立安全生產“紅線意識”的大局下，以更高的標準、更嚴的要求，抓早抓小，防患于未然，這是城市燃氣甲烷減排的協同效應。

 

2.4  推動行業技術革新

 

甲烷減排的核心是甲烷排放的量化管理，在傳統燃氣泄漏檢測關注的有無泄漏、泄漏點定位基礎上，還要測算泄漏點的排放量及減排量。這不是簡單對單點排放量的管理，而是對燃氣“一張網”的排放量管控。目前還沒有一種解決方案能夠及時、準確地測量整個燃氣系統的甲烷排放量，必須結合使用衛星、飛機、無人機、檢測車、現場傳感器及手持檢測設備等一系列檢測手段，通過交叉驗證量化甲烷排放。一方面是多種技術軟硬件的創新和應用，另一方面由于海量數據的出現需要信息化、數字化解決方案實現甲烷排放動態監管和預測預警。

 

燃氣行業技術創新動力不足是行業發展存在瓶頸的主要原因之一。以甲烷減排為驅動力和切入點，是燃氣行業技術進步，特別是數字化轉型升級的一次機遇。

 

2.5  確保行業可持續發展

 

天然氣是最低碳的化石能源，但終端利用還是會產生碳排放。在構建碳中和社會的愿景下，傳統燃氣企業的可持續發展，需要確保其管網設施能夠適應未來“零”碳能源的新要求。必須要接受的現實是，輸配系統中各種“零”碳氣體，特別是氫氣的比例很可能要增高。目前，將摻氫比例提高到20%已經是歐洲部分燃氣企業2030年要實現的階段性目標［7］。與天然氣相比，氫氣在PE管道和鋼質管道中的擴散系數高5倍左右，更容易造成泄漏［8］。在人口密集的城市，氫氣泄漏引起的危害可能比在輸氣管道中更加嚴重，因此需要加倍封閉的系統，越發嚴苛的管道完整性管理。甲烷減排需要在現有泄漏檢測系統上增加更為頻繁的檢查，包括添加更多的檢測、監測設備及傳感器，形成更為高效、智能的輔助決策系統，能夠提高管控氣體無組織逃逸的能力。

 

3   我國城市燃氣甲烷減排面臨的挑戰

 

與輸氣管道相比，下游城市燃氣輸配管道呈網狀分布，根據住建部統計數據，2019年全國城市燃氣管道長度達76.8×104 km，約為輸氣管道的6~7倍。甲烷排放可能發生在任何一處管道，其單點排放量雖小，但從管道長度來看，城市燃氣潛在甲烷排放源較為分散。

 

甲烷的逸散排放多數發生在各組成件的連接處。城市燃氣管道中，彎頭、閥門、三通等管道組成件眾多。另外，城市燃氣管道連接千家萬戶，據住建部統計數據，2019年我國天然氣居民用戶已近1.67×108 戶，居民的燃氣計量表及庭院管上的各類閥門、焊口都存在甲烷排放的可能。

 

因此，相比于上游勘探開發點式排放源、中游輸氣管道線式排放源，城市燃氣管道屬于面式排放源，且處在復雜的城市環境中，施工破壞、地鐵雜散電流腐蝕、土壤沉降引發的泄漏排放隨機且不確定，不同管材、管齡、施工質量的管道普遍防腐層質量缺陷較多，陰極保護加裝比例有限，這給及時、全面、準確的甲烷排放管控和治理提出了前所未有的挑戰，亟待開展政策、技術、管理、經濟等多角度的創新，給出綜合治理的一體化解決方案。

 

4   我國城市燃氣甲烷排放治理建議 

4.1  填補核算體系空白，積累排放實測數據

 

甲烷排放數據是管控和治理的重要根據，只有識別清楚排放源，摸清排放規律及現狀，才能制定合理的減排政策，設計階段性減排及控排目標，布局可行的實施路徑。我國上游油氣生產行業由于較早與國際接軌，相關核算標準相對完善。2015年由國家發改委組織編制的《中國石油和天然氣生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》，對油氣上游生產設施的甲烷排放給出了官方的核算方法指引。上游企業在此基礎上開展了活動水平數據及排放因子的統計、監測及實測，并在我國“重點企業溫室氣體直報”工作中，積累了多年的“自下而上”的企業核算數據。

 

相比而言，下游城市燃氣行業甲烷排放核算體系，包括對核算邊界、術語的定義，排放源的識別及分類、核算及檢測標準、排放因子數據庫、清單編制及指南等還處于空白，行業歷史排放數據也因此缺乏針對性的積累。應該學習上游，基于國家清單編制方法及原則，加快形成行業特有的排放清單及編制指南，推動企業排放數據直報，鼓勵采用多種檢測、監測方法進行實測，對排放清單數據結果進行交叉驗證。同時，制定甲烷排放測量、報告及核查的具體要求，建立全面、準確的數據分析平臺，確保數據準確規范。

 

4.2  推進多方面合作，加速成果轉化

 

上游油氣生產企業在甲烷減排領域積累了大量的實踐經驗，其應用場景與城市燃氣系統相比，雖存在差異，但有許多共同之處。很多技術及措施事實證明可以互通，例如城市燃氣近年來的管道完整性管理、不停輸作業均源于上游成功經驗。應繼續向先進的上游企業學習，緊跟油氣行業甲烷減排治理進程，發揮產業鏈關鍵環節作用。

 

甲烷減排起源于國際，不僅是先進的理念，還有配套的技術、標準及管理體系，很多領先的國際組織已經梳理并總結了城市燃氣行業相關實踐經驗，城市燃氣行業應加強國際交流與合作，將適用于國內的好辦法加以引進。

 

甲烷的量化及減排是國際前沿難題，城市燃氣又是甲烷控排嶄新的應用場景，涉及多種學科的交叉融合。國內科研院所近些年開始著手相關硬件設備、軟件系統、數學模型的開發，城市燃氣行業應該加強“產學研”合作，為科學研究提供實際的應用場景，促進成果的現實轉化，提升我國在這一領域軟硬實力，為行業培育新技術、新市場。

 

4.3  及時總結提煉，促進經驗推廣

 

借鑒國外甲烷排放治理進程，在沒有完全把握制定明確政策措施的條件下，先梳理并總結行業減排最佳實踐，逐步推廣試點示范，在獲得廣泛驗證的前提下提升至行業標準甚至強制性要求，是適用于我國城市燃氣行業甲烷排放綜合治理的有效路徑。目前，行業內較具影響力的甲烷減排最佳實踐均來自于國外經驗，有些做法值得借鑒，但更多做法沒有考慮到我國城市燃氣行業現狀，不符合我國的實際情況。

 

事實上，甲烷減排具體涉及的工作對于城市燃氣企業來說并不陌生，例如泄漏檢測及修復、更換老舊管道、加裝陰極保護、減少降壓放散等。我國城市燃氣企業在這些方面開展過大量工作，甚至很多方面領先于國際，只是城市燃氣行業過去沒有從甲烷減排的角度進行梳理和總結。在全球低碳發展進程下，碳排放成為未來與多方溝通的通用話術，建議城市燃氣企業集思廣益，積極分享成功經驗，編制我國城市燃氣行業甲烷減排實踐指南，推廣應用，切實減少甲烷排放。

 

4.4  利用市場機制，激發內生動力

 

單靠領先企業自律引導，遠做不到全行業的甲烷排放管控和治理。對于經營主體眾多的城市燃氣行業，利用市場機制是激勵行業實施甲烷減排的有效工具。2021年7月16日，全國碳排放權交易市場上線交易正式啟動，全國碳配額價格一直維持在50 元/t以上［9］。目前，中國自愿核證減排量（ccer）項目可抵消不超過5%的應清繳碳排放配額，但新項目的核定簽發還處在暫停狀態。油氣行業的甲烷減排項目，無論在清潔發展機制（CDM）和CCER都存在公認的減排方法學，滿足減排項目額外性要求，建議將其納入到碳市場整體規劃和設計中，利用“碳價”引導企業合理有效減排，鼓勵各類資本投資合作，推動城市燃氣企業應對氣候變化行動。

 

5   結語

 

城市燃氣行業不可回避生產運營過程中產生的甲烷排放問題，短期內排放的管控會帶來運營成本增加，承受經濟上的壓力。但長遠來看，甲烷減排有助于鞏固行業優勢地位，提高安全運行管理的精細化程度，促進行業技術的創新及產業升級，保持可持續發展的生命力，是行業碳減排的重要發力點。我國燃氣行業甲烷排放管控與治理剛剛起步，需要一個學習的過程。建議盡快建立適用于城市燃氣行業的甲烷排放核算體系，積累實測數據，摸清排放現狀及水平，為制定行業甲烷減排政策及法規提供參考依據。燃氣企業作為排放主體應發揮自身基礎優勢，與產業鏈各環節企業、學術機構積極合作，推動監測及減排技術創新，及時總結、推廣甲烷減排最佳實踐，利用市場激勵機制推進減排行動，同時接受來自于政府、行業協會、合作伙伴、學術機構及其他社會團體的指導和幫助，共同實現降碳減排這一歷史使命。

圖片

參考文獻：

［1］解振華. 中國碳達峰是二氧化碳達峰，碳中和包括全部溫室氣體［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//m.thepaper.cn/baijiahao_13746034.

 

［2］International Energy Agency.Methane tracker 2020： Reducing the environmental impact of oil and gas supply is apivotal element of global energy transitions［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.iea.org/reports/methane-tracker-2020.

 

［3］朱子涵. 國際油氣公司甲烷減排及控制目標比較［J］. 國際石油經濟，2021（4）：12-20.

 

［4］李雅蘭. 落實“雙碳”目標需鞏固天然氣基礎能源地位［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//m.thepaper.cn/baijiahao_12455428.

 

［5］EPA.2011-2019 Greenhouse gas reporting program industrial profile： Petroleum and natural gas systems［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.epa.gov/sites/default/files/2020-11/documents/subpart_w_2019_industrial_profile.pdf.

 

［6］EPA. Natural gas and petroleum systems in the GHG inventory： Additional information on the 1990-2019 GHG inventory［DB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.epa.gov/ghgemissions/natural-gas-and-petroleum-systems-ghg-inventory-additional-information-1990-2019-ghg.

 

［7］MORGAN S.French gas networks could mix in green hydrogen in future， say operators［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.euractiv.com/section/energy/news/french-gas-networks-could-mix-in-green-hydrogen-in-future-say-operators/.

 

［8］劉自亮. 氫氣管道與天然氣管道的對比分析［J］. 壓力容器，2020（2）：56-63.

 

［9］孫煜. 全國碳市場于2021年7月16日正式啟動上線交易［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.163.com/dy/article/GF2CG2PG05199NPP.html.