最新研究对“煤改气”的中短期气候减缓效应提出警醒

用天然气替代煤炭来发电或者供热被认为是减少温室气体排放最为有效和迅速的方式。美国过去十年页岩气(非传统天然气)的蓬勃发展、进而替代煤炭,是导致美国温室气体排放减少的主要原因之一。为了减少煤炭在能源结构中的过高比例,改善空气质量,应对气候变化挑战,中国也在采取各种举措增加天然气的消费,一方面加大国内开采天然气和页岩气的力度,另一方面,更多进口液化天然气,从美国进口页岩气也在考虑和计划之中。仅在燃烧阶段,天然气和页岩气替代煤炭,有很显著的温室气体减排效应。产生同等热量,煤炭燃烧排放的温室气体是天然气的1.8倍。[1]

 

煤改气的气候减缓效应是有条件的

然而从开采、运输和使用的整个供应链来看(甲烷泄漏主要分布在开采、收集、加工以及传输和储存等环节),甲烷泄漏成为影响天然气和页岩气的温室气体排放的最大因素。笔者在《磐石能源评论2016》中曾撰文分析了美国页岩气开发过程中甲烷泄漏的风险问题,[2]依据美国页岩气开发的数据(主要来自美国能源信息管理局, EIA)用案例分析的方式得出以下结论:以在整个供应链上的累计温室气体排放为参照,在20年尺度内(在这一时期内甲烷的全球变暖的影响潜力是二氧化碳的84倍)[3],当页岩气的泄漏率达到2.4%时,页岩气替代煤炭没有温室气体减排的效果;在100年尺度内(在这一时期内甲烷的全球变暖的影响潜力是二氧化碳的28倍)[4],当页岩气的泄漏率达到7.2%时,用页岩气替代煤炭没有温室气体减排的效果。

由此来看,控制页岩气的甲烷泄漏率对于煤改气这项应对气候变化的中短期策略具有重大影响,否则,仅从减少温室气体的角度来看,煤改气并不能有效减少温室气体排放。

 

美国EPA低估了天然气利用中的甲烷泄漏率

近年来,关于美国页岩气的甲烷泄漏率的研究很多,多数研究的结论指出,目前甲烷泄漏的水平并未影响到煤改气的合理性,但是有一个争论的问题,即美国环保署(EPA)在编制温室气体排放清单时所使用的甲烷泄漏率是否更接近事实。最近在美国学术期刊《科学》上发表的一篇论文,[5]用Meta-Analysis的方法、借助统计学工具系统性的综述了已有的关于美国天然气从开采到使用的整个供应链过程中甲烷泄漏的研究,文章对天然气甲烷泄漏率的估值约2.3%,比EPA的估值高大约60%。这一研究结果对于仍在持续增长的美国页岩气工业在应对气候变化过程中的作用有重要意义,如果泄漏率不能迅速降低,随着页岩气开采的增加,从排放绝对量来看,泄漏的甲烷的气候变化影响会逐渐膨胀。论文指出,按照2.3%的泄漏率来计算,如果评价20年尺度内的全球变暖影响潜力,美国天然气和页岩气开采中所泄漏的甲烷的气候变化影响已经超过了2015年煤炭总消费量所对应的气候变化影响。

 

低估的原因在哪里?

如果细分天然气供应链中的甲烷泄漏阶段,这篇论文的估值与EPA的估值差别幅度最大的在开采/生产环节,论文的估值要比EPA的估值高出117%。[6]为什么差这么多呢?分析这个差距的原因也有助于找到降低甲烷泄漏率的方法。

天然气和页岩气开采在美国是投资来源广、竞争者众多的市场,全国有几十万口天然气和页岩气井在服役,要充分、及时掌握这些开采现场的甲烷泄漏情况是个很大的困难。论文作者指出,EPA没有在估算中充分考虑到那些发生率虽然低,但甲烷泄漏量巨大的事件的影响,如井口操作故障或运转失灵等,甚至是阀门没有正常关闭的小失误,这些都会产生巨大的甲烷泄漏量。

利用新的甲烷探测技术(如甲烷传感器卫星)对甲烷泄漏进行全天候24小时监测和跟踪,第一时间找到异常泄漏的井口,及时干预,从而可以有效控制上述所谓发生几率低、但影响大的泄漏事件。当然,也可以邀请公众参与,请环保组织和社区居民参与到有效监测甲烷泄漏的行动中。

 

小结

与煤炭相比,天然气/页岩气是相对低碳的化石能源,但是天然气利用过程中的甲烷泄漏问题会影响这一判断是否始终成立。本文所介绍的一项新研究指出,目前美国天然气开发中的甲烷泄漏要比监管者估测的高出60%之多,由于天然气在美国能源结构中占比举足轻重,泄漏的甲烷总量所对应的二氧化碳排放量已经超过了2015年煤炭总消费所对应的二氧化碳排放量。显然,这项研究是一重要的提醒,在认可煤改气带来的气候减缓的作用的同时,也应该在政策激励和技术手段等方面,采取积极措施,控制和降低甲烷泄漏率。这样做,一方面可以减少温室气体排放,另一方面,也可以获得更高的天然气产出。这可谓是一项经济收益和环境效益双赢的有效措施。正如国际能源署的一份报告指出的,[7]全球范围内,在石油和天然气利用中降低40-50%的甲烷泄漏所带来的成本和收益会达到持平的状态。因此可以说,减少甲烷泄漏是气候减缓行动中最为成本有效的策略和行动之一。

 

尾注:
[1] “Carbon Dioxide Emissions Coefficients.” Energy Information Administration. 链接:https://www.eia.gov/environment/emissions/co2_vol_mass.cfm.[2] 页岩气开发的气候变化影响:甲烷泄漏的风险. 赵昂. 《磐石能源评论2016-能源转型问题系列分析》。

[3] 全球变暖影响潜力数据来自2014年出版的IPCC第五次评估报告。链接:https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg1/WG1AR5_Chapter08_FINAL.pdf.

[4] 同上。

[5] Alvarez, Ramón A., Daniel Zavala-Araiza, David R. Lyon, David T. Allen, Zachary R.Barkley, Adam R. Brandt, Kenneth J. Davis, et al. 2018. “Assessment of Methane Emissions from the U.S. Oil and Gas Supply Chain.” Science,June, eaar7204. https://doi.org/10.1126/science.aar7204.

[6] Understanding a New Study on Oil and Gas Methane Emissions. Daniel Raimi and Gloria Aldana.RFF Blog Post. 链接:http://www.rff.org/blog/2018/understanding-new-study-oil-and-gas-methane-emissions.

[7]Energy Snapshot. International Energy Agency. 链接:https://www.iea.org/newsroom/energysnapshots/marginal-abatement-cost-curve-for-oil-and-gas-methane-related-emissions.html.

 

作者:赵昂

 

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