长输管道企业甲烷减排目标及策略研究

《长输管道企业甲烷减排目标及策略研究》（C系列-2024C01） 中国石油大学（北京）中国油气产业发展研究中心中国石油大学（北京）碳中和与能源创新发展研究院 中国石油大学（北京）中国油气产业发展研究中心成立于2010年，并挂靠在经济管理学院。中心定位为“国际知名、国内一流的油气产业发展研究基地”，围绕五大研究方向和五大应用领域，重点承担和开展一批基础理论与实践应用研究课题。自成立以来，中心学术影响力和社会影响力在不断提升，已经累计承担课题100多项，其中国家社科基金重大项目1项、教育部人文社科基金重大项目1项、国家自然科学/社会科学基金项目9项、国际合作基金2项、国家部委项目31项、企业项目75项；出版了学术专著19部、教材4部。近5年 ， 中 心 发 表 学 术 论 文100多 篇 ， 多 数 被SCI/SSCI/CSSCI/CSCD收录；获得国家能源局、商务部、中国石油和化学工业联合会等省部级科技奖励16项。目前中心有研究人员12名，其中教授5名，博士生导师5人。 中国石油大学（北京）碳中和与能源创新发展研究院（简称“中石大碳能院”）是在国家碳达峰和碳中和目标（简称“双碳”目标）下，中国石油大学（北京）主动服务国家需求，积极响应国家建设高校特色智库的要求，结合学校自身优势，于2021年9月成立的智库性质的研究机构，也是支持中国石油大学（北京）“一带一路”能源合作伙伴关系合作网络高校（青年）工作组组长单位业务开展的主要研究机构。中石大碳能院为应对气候变化和“双碳”目标下的国际、国家、行业、企业在能源与油气领域的发展提供第三方分析、评价与政策建议。通过每年向社会公众发布指数类、研究类、专题类系列报告，并向国家决策部门和行业决策者提供政策建议，定期举办相关特色论坛等，逐步打造“立足中国、面向世界”、“聚焦油气、辐射能源”的特色鲜明的能源类高校“双碳”政策类研究智库。 长输管道企业甲烷减排目标及策略研究 核心摘要 在全球温室气体排放中，甲烷作为一种强效温室气体，其在大气中的滞留时间虽短，但单位质量产生的温室效应远超二氧化碳，对全球气候变暖的贡献显著。因此，甲烷减排不仅是减缓气候变化的关键一环，也是实现全球气候治理目标的重要途径。主要结果表明：（1）欧洲长输管道企业，以意大利SNAM和西班牙燃气公司为代表。两家公司都计划在2040年达到0排放。并将采取ESG计分卡测量和监控，多个相关领域设置KPI，对设备进行更新改造，关注可再生气体开发等减排策略。（2）北美长输管道企业，以加拿大恩桥和加拿大TC能源公司为代表。前者计划到2025年将甲烷排放量减少到1%或更低；后者计划到2050年实现温室气体净零排放。并将通过运营可再生的“自发电”设施，使用航空红外成像和实施泄漏检测和修复计划（LDAR）来检测和减少甲烷排放。（3）构建了面向长输管道企业的甲烷减排策略库和成本效益模型，为长输管道企业以成本最优形式在2050年前将甲烷排放强度下降至0.005提出了合理化建议。 1.研究背景与目的 放眼全球，甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，在增温潜势方面，甲烷对温室效应的影响远高于二氧化碳，由此，近年来世界各国对甲烷减排的重视度与日俱增。在2021年的联合国气候大会（COP26）期间，中美两国发布《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》。其中明确提到，两国特别认识到，甲烷排放对于升温的显著影响，认为加大行动控制和减少甲烷排放是21世纪20年代的必要事项。COP28首次对《巴黎协定》签署以来的气候行动进展进行了“全球盘点”，从而了解全球气候行动进展，并持续推动各国气候行动取得进展。会议中指出，对于全球减排承诺，各国仍需继续努力。根据联合国气候变化框架公约今年9月8日发布的全球盘点综合报告，目前全球的减排承诺和努力还远远不足以应对气候危机。到本世纪末，全球气温预计升温幅度为2.4—2.6℃，远超“控温在2℃、并努力控温在1.5℃之内”这一全球目标。 2021年5月18日，由中石油、中石化、中海油等7家中国油气企业联合发起的“中国油气企业甲烷控排联盟”正式成立，该联盟旨在推进全产业链甲烷控排行动，力争实现2025年天然气生产过程甲烷平均排放强度降到0.25%以下。2023年11月7日我国生态环境部等11部门印发《甲烷排放控制行动方案》，积极稳妥有序控制甲烷排放，兼具减缓全球温升的气候效益、能源资源化利用的经济效益、协同控制污染物的环境效益和减少生产事故的安全效益。由此可以看出，甲烷减排已经成为全球的一个重大议题。 本报告通过对期刊论文，国内外主要长输管道公司以及石油生产运输企业的可持续发展报告、ESG报告等进行系统调研，深入分析了国内外油气管道公司及减排组织的甲烷排控情况，运用对标分析法和大数据词云图分析对这些文献进行梳理和归纳，深入分析国内外长输管道公司及减排组织的甲烷排控现状以及甲烷管控策略，提出了适合大型长输管道企业的甲烷减排措施库。梳理并分析了大型长输管道企业的甲烷排放源和排放数量，了解各类排放源的排放强度、分布情况和具体原因，对各类排放源进行综合评价。在此基础上，进一步构建了线性优化模型、最小二乘支持向量机模型、LSTM、成本效益等多个分析模型，对公司未来的甲烷排放情况进行预测，进而提出大型长输管道企业甲烷排放的总体目标、分阶段目标以及甲烷排放总量和强度“双控”目标。 2.研究思路与方法 首先，本报告对国内外油气管道相关公司及减排组织的甲烷排控策略进行调研；其次，对国内外油气管道相关公司及减排组织的甲烷排控策略进行对标和适用性分析；最后，根据大型长输管道企业实际和甲烷减排进程，提出甲烷减排行动计划建议和保障措施。 2.1文献及企业调研 报告对3家国内油公司、5家国外油公司、8家国外管道公司和7个全球甲烷排控相关国际组织进行文献调研，并对美国环保协会、意大利SNAM公司、西班牙燃气公司和科罗拉多州立大学进行访谈调研，内容涉及减排目标、技术、措施、减排策略、管理体系、标准 以及应用情况七个方面。 2.2建模分析 梳理并分析了大型长输管道企业的甲烷排放源和排放数量，了解各类排放源的排放强度、分布情况和具体原因，对各类排放源进行综合评价。在此基础上利用机器学习算法构建甲烷排放量、甲烷减排量、天然气回收量和参与碳交易总量等指标的预测模型；构建成本效益模型来规划甲烷排放总量及强度的总体和分阶段目标；利用“自上而下”与“自下而上”相结合的方法构建了甲烷减排策略库，并提出了对应的甲烷管控策略。分析框架如图1。 3.主要研究结果与结论 3.1甲烷减排路径策略 本报告构建了成本效益分析模型、排放预测模型、天然气价格预测模型、甲烷排放强度预测模型等。针对甲烷控排目标制订了由“自上而下”和“自下而上”相结合的减排方案，双管齐下高效完成甲烷减排工作。自上而下减排方案的核心原则是在保证减排效果的前提下，利用线性优化方案使甲烷减排的成本最小化。具体减排优化方案选 择依据如下公式： 其中i代表技术措施库中每一种技术方案；Ci代表每一种技术方案的减排成本；ei代表每一种技术方案的减排量；E代表计划减排总量；Ti代表每一种技术方案需要使用的总次数。根据“自上而下”减排方案可以确认各减排技术的总减排次数，进一步结合“自下而上”减排方案进行减排技术的选择与编排，接着分析不同类型地区相关技术部署时间，从而得出完整的甲烷减排策略。 首先是减排技术筛选原则，对于存在互斥选择的技术选择依据是单位成本效率最高的技术优先选择，效率较低的次之。 其次，对于入选备用技术库的技术措施，将根据技术的成熟度来选择其实施阶段。在2028年之前，选用完全成熟与成熟技术，而在2035年前加入比较成熟的技术，到2040年，所有技术都将纳入减排方案。 最后，在确定了技术实施阶段后，便可以确定技术实施地点。针对各个关键甲烷减排技术节点都规划了完整的甲烷技术实施方案，以保证及时完成甲烷减排任务。 本文构建了未来排放量，减排量，回收量，相关成本以及排放强度的机器学习预测模型。针对其中部分变量还将设置未采取减排措施和采取减排措施两个情景进行对比研究。 例如甲烷排放强度变化，实施减排措施情景下强度下降趋势更加稳定，波动程度大幅减少。相比未实施情景下，各关键节点的排放强度均提前达到。并且最终甲烷排放强度累计下降比率强于未实施情景。 在实施减排措施情景下，排放总量未来趋势实现了先增后减，并且各场景的排放量都在下降。2028年目标排放总量直线上升至10000万方；2040年随着减排压力增大，且是前期不成熟先进技术攻关关键期，因此目标减排总量保持在到11700万方水平；2050年随着各类减排技术日渐成熟，大量减排设备规模化铺开，目标排放总量将持续下降至3300万方。 作为最清洁的化石燃料，天然气在能源转型过程中扮演了兼顾低碳和经济性的重要角色，因此天然气的价格预计将会保持上升态势。 3.2国内外油气公司甲烷减排分析 本报告调研对比了国内外10个国家16家油气公司及7个减排组织的甲烷排放管控的策略、目标、技术、措施、管理体系、标准以及应用情况。从减排目标、甲烷减排投资力度、甲烷排放强度变化率、基础设施四个层面对国内外油气公司在甲烷排控方面进行调研分析，其中基础设施包括管道长度、储存单元、液化气站三个方面。 在本报告中基于减排目标指标的评分主要来源于五个依据：是否有中期目标（定性）；是否有长期目标（定性）；是否明确提出净零排放的年限（定性）；是否有减排量（或强度）的具体数值目标（定性）以及具体数值目标大小（定量）。定性指标根据有无赋值为1或0，具体数值目标大小主要衡量甲烷目标减排强度，利用熵值法对数据进行归一化处理，目标最高的公司赋值为1，目标最低的公司赋值为0，其余公司根据目标具体数值与极大极小值的相对大小进行赋值，计算公式为： 其中T代表目标设定值。五个指标各赋权重20%进行加权，可以得到“甲烷减排目标设定”评分。 本报告将各公司设置的2030年减排目标的具体数值作为衡量各公司甲烷排控水平的指标之一。各公司设定的2030年甲烷减排目标如下图5所示。 由图5可知，在2030年，道达尔、法国燃气、荷兰能源气体、BP、壳牌以及中石油等公司的甲烷排放强度目标设定在了0.2%以下，说明这些公司对自己的甲烷减排效果有充足的信心；加拿大恩乔、埃克森美孚、中石化、中海油等公司的甲烷排放强度目标设定在了0.25%以下，说明这些公司对自己的甲烷减排效果有一定的信心，也说明近年来这些公司的甲烷减排行动取得了一定的成效；加拿大TC能源和雪佛龙的甲烷排放强度目标分别为0.3%和0.5%，说明相对来说这两个公司在短期内甲烷减排行动还存在着些许阻力，亦或是现阶段甲烷排放强度过大，无法在短期内使甲烷排放强度降低至较低水平。 在本报告中基于甲烷减排投资力度指标的评分计算方法如下：依据各公司在甲烷减排方面的投资额，以熵值法对数据进行归一化处理，投资额最多的公司赋值为1，投资额最少的公司赋值为0，其余公司根据与投资额极大值极小值的相对大小进行赋值，计算公式为： 其中I代表公司在甲烷减排方面的投资额。 该甲烷减排投资力度指标以2021年为标准年，统计了标准年内各公司投资于甲烷减排方面的金额总和，并以此作为甲烷减排指数的量化指标之一。2021年各公司的甲烷减排方面的投资力度如下图6所示。 由图6可知，加拿大恩乔、壳牌和埃克森美孚的投资力度最大，这些数据背后也反映出这些公司对甲烷减排行动极为重视；道达尔、法国燃气、bp也都在甲烷减排领域有着可观的投资量；中石油、加拿大TC能源、荷兰能源气体和雪佛龙在甲烷减排领域同样有着颇具规模的投资力度；中石化、中海油在甲烷减排领域的投资力度明显低于这些公司的甲烷减排投资平均水平，应该提起对甲烷减排的重视，可以根据实际情况适当加大投资力度。 在本报告中基于甲烷排放强度变化率指标的评分计算方法如下：取2017-2021年这五年的各公司甲烷排放强度变化率的平均数值，以熵值法对数据进行归一化处理，变化率最大的公司赋值为1，变化率最小