瓦斯回收利用技术发展展望

关于落基山研究所（RMI） 落基山研究所(Rocky Mountain Institute, RMI)是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库，与政府部门、企业、科研机构及创业者协作，推动全球能源变革，以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山研究所着重借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市及华盛顿特区和尼日利亚设有办事处。 关于中国矿业大学 中国矿业大学（北京）（CUMTB）是教育部直属的全国重点高校，入选“双一流”建设高校，同时也是全国首批产业技术创新战略联盟高校。学校历史可以追溯到1909年，聚焦国家能源科技需求，特别是在采矿工程与安全科学领域处于领先地位，取得了大批高水平创新性科研成果，推出了中国首个采掘机器人等重大创新成果，并在煤炭相关领域取得多项重大技术突破。学校与国内外多个合作伙伴密切协作，积极支持能源领域的高质量发展。 作者与鸣谢 作者 作者姓名按姓氏首字母排列。除非另有说明，所有作者均来自落基山研究所。 其他作者 高俊莲，中国矿业大学（北京）管理科学与工程系副教授 联系方式 汪维，wwang@rmi.org 引用建议 落基山研究所，瓦斯回收利用技术发展展望，2024，https://rmi.org.cn/insights/coal-mine-methane-recovery-and-utilization-technologies-development-trends-and-outlook/ 鸣谢 本报告作者特别感谢以下专家对报告撰写提供的洞见与建议。 徐鑫应急管理部信息研究院能源安全研究所陈菁浙江亿扬能源科技有限公司周 建 军山西高创能源新技术有限公司 特别感谢 Global Methane Hub 对本报告的支持。本报告所述内容不代表以上专家和所在机构，以及项目支持方的观点。 目录 前言......................................................................................................... 5 一、.瓦斯回收利用：煤炭生产企业降碳减排的积极举措...................................... 6 1. 煤炭生产侧是温室气体排放的来源之一............................................................................ 62. 瓦斯回收利用是煤炭生产侧降碳减排的关键措施.............................................................. 73. 瓦斯回收利用兼具多重效益............................................................................................. 8 二、.瓦斯回收利用现状.................................................................................9 1. 我国瓦斯回收利用已形成技术体系................................................................................... 92. 我国瓦斯回收利用已具备政策基础................................................................................. 123. 我国瓦斯回收利用已初见成效....................................................................................... 14 三、.瓦斯回收利用的发展潜力与技术进步......................................................16 1. 瓦斯回收利用仍有极大的提升空间................................................................................ 162. 瓦斯回收利用技术成熟度和经济性有待提升................................................................... 183. 瓦斯回收利用技术的应用潜力和成本效益分析................................................................ 21 四、.瓦斯回收利用技术市场展望...................................................................22 1. 新政策、新市场为瓦斯利用技术发展释放新机遇............................................................. 222. 瓦斯回收利用技术成熟度不断提升、成本不断下降.......................................................... 243. 瓦斯回收利用技术的投资需求与市场规模...................................................................... 28 五、促进瓦斯回收利用的行动建议.................................................................31 附录：瓦斯回收利用技术清单........................................................................32 参考文献..................................................................................................34 前言 在“碳达峰、碳中和”的宏伟目标下，我国各行业正在实施积极举措推动能源转型与产业升级，2023 年我国清洁能源消费比重达到 26.4%，相较于 10 年前提高了 10.9 个百分点。截至 2024 年 7 月底，我国风电光伏装机合计达到 12 亿千瓦，提前六年实现规划目标，新能源装机规模连续多年稳居世界第一，约占全球 40%。在清洁能源快速发展的同时，传统化石能源继续发挥着保障能源安全、维护市场平稳的重要作用。与此同时，化石能源行业也在积极推进低碳转型。煤炭生产企业通过推动绿色技术创新、优化能源管理、开展生态修复与资源化利用等方式，逐步从过去增量式开发迈向绿色、低碳、高质量发展与转型阶段。 瓦斯回收利用作为煤炭生产侧降碳减排的关键举措之一，在我国政策支持下成效凸显。煤炭生产过程的伴生气体俗称瓦斯，与常规的天然气类似，主要成分为甲烷。瓦斯作为能源进行回收利用，不仅能够补充能源供给、实现资源化利用、提供经济价值，还能够直接减少煤炭生产侧的甲烷逸散，是短期内减少温室气体排放的有效手段之一。考虑到瓦斯回收利用可观的气候、环境、经济和安全效益，“十一五”时期以来我国采取了一系列政策持续推动瓦斯回收利用技术的发展，瓦斯利用量稳步上升，对我国温室气体排放控制起到了积极作用。 近年来，我国甲烷控排力度不断提升，甲烷排放控制目标和政策持续出台，为瓦斯回收利用创造了进一步发展的空间。2023 年，多部委联合发布了《甲烷排放控制行动方案》，将瓦斯回收利用列为能源行业甲烷控排的关键行动之一。2024 年 7 月，生态环境部就《温室气体自愿减排项目方法学 煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用》征求意见。这一系列政策为瓦斯回收利用市场注入了新活力，也为回收利用潜力大但经济性不足、成熟度不佳、市场接受度不高的低浓度瓦斯回收利用技术创造了新的发展机遇。 为使政策制定者、行业企业、投资者等利益相关方更好地识别瓦斯回收利用的潜力和发展空间，落基山研究所与中国矿业大学（北京）共同研究并撰写完成了本报告，针对我国瓦斯回收利用技术的发展现状、回收利用潜力进行了深入的分析和探讨，同时也对我国瓦斯回收利用技术的成熟度、成本，以及投资需求等进行了展望，并提出了下一步行动建议，以期为相关市场参与者和政策制定者提供参考。 一、瓦斯回收利用：煤炭生产企业降碳减排的积极举措 1..煤炭生产侧是温室气体排放的来源之一 煤炭作为主体能源，长期为我国经济社会发展提供坚实保障。我国经济社会发展对煤炭需求较大，煤炭生产和消费一直维持在较高水平。1980 年至今，煤炭一次能源生产占比和能源消费总量占比均维持在 55% 以上，支撑着电力、钢铁、建材、化工等各行各业的生产活动。碳中和背景下，我国积极推动能源转型，大力发展新能源和清洁能源，同时严格合理控制煤炭消费总量，目前重点行业的煤炭消费已经达到平台期，煤炭生产消费占比稳中有降。2023年我国一次能源生产总量为 48.3 亿吨标准煤，其中原煤产量占比由 2005 年的 77% 下降至 67%，能源消费总量为57.2 亿吨标准煤，煤炭消费占比由 2005 年的 72% 下降至 55%1。 煤炭生产侧是我国温室气体排放的来源之一。在煤炭生产过程中，涉及到煤炭开采、加工、储存和运输等环节，其中固定和移动设备燃烧化石燃料时会产生二氧化碳排放，在煤炭开采和矿后活动中也会产生甲烷逸散。据估算，2023 年我国煤炭生产侧温室气体排放总量约为 6 亿吨二氧化碳当量（CO2e）（如图表 1 所示）。与重点耗能行业相比，煤炭生产侧排放比电解铝行业高 50%，比合成氨行业高 220%，是我国水泥行业排放的 47%、钢铁行业排放的 40%。鉴于煤炭生产侧在我国温室气体排放的较大占比，其降碳减排对支撑我国“碳达峰、碳中和”目标实现具有非常重要的意义。 未来，煤炭生产侧排放将持续下降。受资源禀赋和国家战略影响，未来我国煤炭生产将不断集中，煤炭生产调运格局将不断优化，预计到 2030 年我国煤炭生产侧排放将在 2020 年基础上下降约 20%，排放量约为 5 亿吨 CO2e2。在煤炭生产过程中有必要持续实施降碳减排行动，不断推进煤炭行业低碳化，为我国“碳达峰、碳中和”目标做出积极贡献。 2..瓦斯回收利用是煤炭生产侧降碳减排的关键措施 甲烷是煤炭生产侧排放的主要温室气体，是煤炭生产侧减排的重点之一。煤炭生产过程的温室气体排放主要来自能源消耗和甲烷逃逸两大部分（如图表 2 所示）。能源消耗主要为煤矿生产过程消耗的原煤、油、气，以及外购电力和热力，上述排放主要为二氧化碳，约占煤炭生产侧排放的 40% 左右。煤矿逃逸产生的温室气体排放主要为甲烷，随着煤炭生产过程的开采、洗选、运输和储存等活动以瓦斯的形式不断释放到大气。据统计，煤炭生产侧的甲烷排放占比高达 57%3，是降碳减排的重点之一。除上述排放外，井工煤矿仍会在关闭和废弃后的 10–30 年内缓慢释放甲烷。我国目前已关闭煤矿高达 10000 处，到 2030 年关闭煤矿的数量可能增加至 15000 处4，废弃井的甲烷减排同样值得关注。 瓦斯回收利用是煤炭生产侧降碳减排的关键措施。目前，煤炭生产侧的大部分甲烷排放已经能够通过技术手段进行回收和利用。其方法与传统天然气的利用方式类似，即将瓦斯气体作为燃料进行燃烧，其中的甲烷将被氧化为二氧化碳和水，同时释放热量用于发电和供热。根据 IPCC 第六次评估报告，化石来源甲烷在 100 年尺度下的全球增温潜势是二氧化