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1、0引言随着世界经济的快速发展和科技的突飞猛进，世界人口激增，人类活动加剧，使得环境的压力越来越大，大气污染，温室效应，臭氧层破坏等一系列的环境问题日益突出。以大气中的温室气体CH4、CO2为例：CO2的含量在工业革命前为28010-6（体积分数，下同），2000年为36710-6，增加了约31%；CH4从工业革命前的（0.60.8）10-6增加到1992年的1.7210-6，增加了大约145%1。这些变化直接导致全球气候变暖、海平面上升。据科学家推算，到2100年海平面将升高1m，全球表面温度将上升0.93.52。作为温室效应的始作俑者之一，甲烷是煤层气（俗称“瓦斯”）的主要成分，其含量可高达
2、90%以上，其温室效应是CO2的20多倍。同时，因其燃烧热值高，污染少，它又是一种高效、洁净的新型能源。煤层气（煤矿瓦斯）资源量在我国十分丰富，据资源评价结果显示，我国埋深2 000m以浅的煤层气资源量达到36.81万亿m3，仅次于常规天然气，是继俄罗斯、加拿大之后的第三储量国。开发利用煤层气，不仅能带来可观的经济效益，而且能改善我国的能源结构，缓解日益紧张的能源危机，有效降低煤矿瓦斯事故发生，促进煤矿安全生产，改善大气环境，减少大气污染，并在提倡“清洁发展机制（CDM）”的今天，带来一定的环境效益。1煤层气开发利用对环境的影响1.1减少大气污染实验表明：煤层气燃烧时所产生的污染物一般只有石油
3、的1/40，煤炭的1/800。燃烧同样热值的煤基金项目：国家科技重大专课题“煤矿区煤层气抽采产能预测技术”（编号：2011ZX05040003）部分成果。作者简介：刘娜娜，女，河南周口人，硕士，从事煤层气开发研究工作。收稿日期：2012-08-29责任编辑：樊小舟煤层气开发利用的环境效益评估方法刘娜娜，姜在炳，张培河（中煤科工集团西安研究院，陕西 西安710054）摘 要：我国煤层气的资源量丰富，是21世纪最有潜力的新型能源之一。煤层气的开发利用能减少对大气的污染和臭氧层的破坏，降低温室效应，在清洁发展机制（Clean Development Mechanism，简称CDM）背景下，有着可观的
4、经济效益。根据国际碳交易市场的情况，建立了煤层气开发利用环境效益评估的研究方法。结果表明，我国在煤层气抽采利用方面已经有了突破性的进展，年抽采量和利用量在不断攀升，在碳减排交易市场上所获得的环境效益在逐惭增加；但利用率并不高，平均利用量尚不足一半。最后指出，加快发展低浓度煤层气利用技术，是解决煤层气利用低的重要途径。该研究对我国的煤层气开发利用有一定的指导意义。关键词：煤层气开发；环境效益；CDM；温室效应；评估方法中图分类号：X141文献标识码：A中 国 煤 炭 地 质COAL GEOLOGY OF CHINAVol24 No11Nov2012第 24 卷 11 期2012 年 11 月文章
5、编号：16741803（2012）11005204doi：10.3969/j.issn.1674-1803.2012.11.13Environmental Benefit Assessment Methods in CBM Exploitation and UtilizationLiu Nana,Jiang Zaibing and Zhang Peihe(Xian Research Institute,China Coal Technology&Engineering Group,Xian,Shaanxi 710054)Abstract:China has abundant CBM resou
6、rces,one of the most potential new energies.The exploitation and utilization of CBM canreduce atmospheric pollution,ozone layer destruction,and lowering down greenhouse effect,under the background of the CleanDevelopment Mechanism(CDM)contains considerable economic benefits.Based on the condition of
7、 international carbon emissionright trading market,has established CBM exploitation and utilization environmental benefit assessment methods.The result hasdemonstrated that the country has a breakthrough in CBM drainage and utilization.Yearly extraction and utilization volumes areincreasingly rising
8、;environment benefits obtained in carbon emission right trading market are gradually increased.But the utilizationrate is not high,the average utilization still less than half.Finally the paper pointed out:to accelerate the development of lowconcentration CBM utilization technology is the important
9、way to solve the low utilization rate.The study has certain guidingsignificance in the countrys CBM exploitation and utilization.Keywords:CBM exploitation;environmental benefit;CDM;greenhouse effect;assessment method11期层气释放的二氧化碳要比石油少50%，比煤炭少75%3。据测算，用50亿m3煤层气来替代煤炭，可减少灰尘排放99万t，飞尘排放6300t。此外，煤层气中还含有一定量
10、的非烃类有毒气体，例如H2S、SO2、CO和CO24。使用煤层气作汽车燃料可使一氧化碳排放量减少97%，碳氢化合物减少72%，氮氧化合物减少39%，二氧化碳减少24%，二氧化硫减少90%，噪音减少40%，而且不含铅、苯等致癌的有毒物质。按照国家煤矿安全规程规定，甲烷浓度低于30%，特别是甲烷浓度范围在5%16%时，具有爆炸危险，出于安全考虑，被禁止直接利用。据统计，2007和2008年我国煤矿瓦斯抽采量分别为47和52亿m3，其中有50%60%为甲烷浓度低于30%的低浓度煤层气。若将煤层气不加处理而直接排放到大气中，会造成一定量的大气污染，严重时可危害人体健康。如若将煤层气（煤矿瓦斯）有效利用
11、于发电、民用、汽车燃料、化工等领域，可以减少其对大气的污染，同时也可以避免煤炭在加工、运输过程中产生的扬尘等对大气造成的污染，有利于大气环境的改善。1.2降低温室效应随着经济的快速发展，全球范围内的温室气体排放日益增多，其中煤层气（煤矿瓦斯）的排放量占据着举足轻重的地位。温室效应越来越严重，导致全球气候变暖、海平面上升和全球环境变化，对人类的生存环境产生了重大的影响，这引起了世界各国政府和科学界的极大关注5。据统计，2000年全世界煤矿甲烷排放量为308亿m3，约占全世界甲烷排放总量的8%6。而我国又是产煤和用煤大国，据联合国调查统计，我国仅采煤集中排放的甲烷量就达194亿m3，占世界总煤层甲
12、烷排放量的35%，相当于荷兰全国所有温室气体的排放量总和，且仍以每年1.7亿m3的速度增加7。为了减少全球温室气体排放，减缓温室效应，京都议定书 在为发达国家明确规定温室气体的具体减排目标与完成期限的同时，也引入了“清洁发展机制（CDM）”这一灵活机制，这对人们的各种生产和生活活动提出更高的要求。甲烷作为煤层气的主要成分，其温室效应在全球气候变暖中的份额为15%，仅次于CO28。然而，甲烷的温室效应强度要高于CO2的20倍之多，原因则是由于大气中已经存在了相当数量的二氧化碳，以至于许多波段的辐射早已被吸收殆尽了，因此使得大部分新增的二氧化碳只能在原有吸收波段的边缘发挥其吸收效应；相反地，大气中
13、一些数量较少的温室气体（比如甲烷），所吸收的是那些尚未被有效拦截的波段，所以每多一个分子都会增加新的吸收能力。并且，甲烷的C-H键比C-O键的红外吸收能力强的多，这也造就了甲烷更强的吸收能力。开发利用煤层气（煤矿瓦斯），可在一定程度上减少甲烷的排放，从而降低温室效应。同时，我国煤矿甲烷（煤层气）排放量居世界首位，回收利用煤矿甲烷，是甲烷市场化计划国家战略的重要组成部分，既具有政治、外交、经济方面的意义，同时又是温室气体减排活动中最经济有效的减排途径。加之甲烷在大气中的寿命期比CO2短，约12年，开发利用煤层气（煤矿甲烷），减少甲烷排放量在近期减缓大气变暖有重要的意义，而且减排成本要比CO2低的
14、多。1.3减弱臭氧层的破坏大气中的臭氧可以与许多物质起反应而被消耗和破坏，其中最简单而又最活泼的是含碳、氢、氯和氮几种元素的化学物质，甲烷便是其中之一。甲烷在平流层受紫外线照射活化后便会消耗平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的增加，从而破坏我们赖以生存的生态环境。2基于CDM的煤层气开发利用环境效益评估方法2.1环境效益评估方法清洁发展机制（CDM）是京都议定书规定的三个灵活履约机制之一。其主要内容是发达国家通过提供资金和技术的方式，与发展中国家开展项目级的合作，通过项目所实现的温室气体减排，可以由发达国家缔约方用于完成在京都议定书第三条件下的承诺。其中，CDM项目的重要实施
15、领域之一便是煤层气开发。在国际碳市场交易上，被碳化基金（PCF）收购的CER（指联合国执行理事会向实施清洁发展机制项目的企业颁发的经过制定经营实体核查证实的温室气体减排量。）收购价格维持在13欧/t左右。对于作为参与此项活动的发展中国家，开发利用煤层气，不仅仅能获得直接的经济效益，改善本国的能源结构，降低煤炭在本国能源结构中的比重，缓解本国日益严峻的能源危机。而且，在提倡节能减排的世界大环境中，一方面能为积极参与全球减排，为改善世界环境做贡献而赢得口碑，不断树立本国良好的世界形象；另一方面还能履行CDM的要求，为实现全球范围内温室气体减排的目标，将本国温室气体减排额度卖给发达国家，获得可观的环
16、境收益，并获得发达国家先进的煤层气开发技术指导和资金支持，还因利用煤层气来取代煤炭作为能源，间接地减少了刘娜娜，等：煤层气开发利用的环境效益评估方法53第24卷中 国 煤 炭 地 质二氧化碳的排放量，给保护生态环境做出了一定的贡献。以上种种对发达国家和发展中国家来说，都是一种“双赢”机制，都将成为本国煤炭企业新的经济增长点。在CDM条件下，根据国际碳减排交易的规定，每减排一吨碳可获得一定的经济收益。据计算，每利用1亿m3CH4，相当于减排150万tCO2，减排1t碳又相当于减排3.67t二氧化碳，故而，基于CDM条件下煤层气开发利用对温室气体减排所带来的效益可表述为：Ve=CO2QtEm-CO
17、2m，（1）式中，Ve为煤层气开发利用对温室气体减排的环境效益，欧元；CO2为国际碳减排交易价格，欧/t；为第t年的煤层气抽采量，m3；Qt为煤层气中甲烷含量，m3；为煤层气利用率，%；为1m3甲烷的二氧化碳当量，也即是每减排1t甲烷的二氧化碳减排量，取0.015t/m3；m为二氧化碳的碳排放系数，也即是每减排1t二氧化碳的碳减排量，取1/3.67。故式1可以表述为：Ve=0.004087CO2Qt，（2）从式2中可以看出，制约煤层气开发利用环境效益的主要因子有煤层气抽采量（Qt）、国际碳减排交易价格（CO2）、煤层气中甲烷含量（）和煤层气利用率（）。其中和CO2是制约环境效益的主要因子。煤层
18、气利用率取值的大小意味着国家对煤层气利用的技术和重视程度；国际碳减排交易价格CO2的取值大小则意味着国际上对节能减排，改善世界环境的关怀和投入力度。2.2我国煤层气开发利用的环境效益分析“十一五”期间，全国累计利用煤层气（煤矿瓦斯）95亿m3，相当于节约煤炭资源1 900万t，减少二氧化碳排放14250万t9。这对我们国家的节能减排具有很大的贡献。表1显示了我国2000-2012年全国煤层气（煤矿瓦斯）利用情况。根据表1提供的数据，利用式2来计算20002012年全国开发利用煤层气（煤矿瓦斯）所取得的环境效益，根据国际碳减排交易价格，在CO2取13欧/t，煤层气中瓦斯含量取93%的情况下，计算
19、结果详见表2。从表1和2中可以看出，经过多年的努力，我国在煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用方面已经有了突破性的进展，年抽采量和利用量在不断攀升，年抽采量已过百亿m3，利用量越来越高，在碳减排交易市场上所获得的环境效益在逐渐增加。这将预示着，在“CDM”这场战役中，我国煤层气的开发和利用将节节攀升，取得越来越多的环境效益。尽管我国煤层气的年抽采量和利用量在逐渐增加，但我国的煤层气（煤矿瓦斯）利用率并不高（图1），平均利用量尚不足一半，这既是制约我国煤层气开发利用环境效益形成的一个重要因素，也是我国发展煤层气产业亟待解决的关键问题。从煤层气在我国的发展情况来看，我国越来越重视发展新型能源和新型产业，越来
20、越注重能源开发和环境保护的一体化协调发展。然而，煤层气产业在我国的步伐相比较而言还是缓慢了些，道路艰辛了些。这一方面需要政府在资金和政策层面给予支持，给煤层气一个优越的开发利用环境，还需要不断地引进国外先进的技术和装备，加快煤层气开发利用的步伐。表1 2000-2012年全国煤层气（煤矿瓦斯）抽采与利用情况Table 1 2000-2012 CBM(coalmine gas)extraction andutilization in China年份抽采量/亿m3利用量/亿m3利用率/%200095.1572001105.4542002126.2522003156.241.35200419.39.
21、147200521.36.4530.3200626.19.13520074714.530.82008581831.03200971.8917.728.692010883640.920111155346.092012（预计）1558051.61表2 2000-2012年煤层气开发利用取得的碳减排量和环境效益变化表Table 2 Carbon emission reduction and environment benefitvariation during 2000-2012 from CBM exploitation andutilization年份减排碳量/104t环境效益/104欧2000
22、208.452 709.82001220.712 869.22002253.413 294.32003253.413 294.32004371.934 835.22005263.623 427.12006371.934 835.22007592.647 704.42008735.699 5642009723.439 404.620101 471.3919 128.0620112 166.2128 160.762012（预计）3 269.7542 506.815411期4.3混合影响型保护措施该类型主要分布在晋东煤炭基地石炭系下组煤，目前尚未大规模开采。一旦开采，将通过减少补给量和增加排泄量两种
23、方式减少岩溶水资源量，影响程度严重。该类型从顶板和底板两方面入手，既要做好地面变形的恢复治理，又要采取排-供-环三位一体技术、底板加固改造技术，尽可能减少地表水的渗入量和岩溶水向矿井的排泄量。4.4国家管理措施国家应制定具体的岩溶含水层保护政策，对单纯的与供水不相关的疏水降压应严格控制，对位于泉域水量重点保护区的煤矿区应限制开采。5结论随着我国对煤炭需求量的迅猛增长和开采深度的日益增加，煤炭开采对岩溶水的影响愈加严重，对岩溶水的保护已刻不容缓。笔者认为，应系统划分北方各岩溶大泉内煤矿区开采对岩溶水的影响方式，根据划分结果和影响机理，采取相适应的保护措施，使我国赖以生存的生命之水源远流长。参考文
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26、水层破坏方式影响研究J.中国煤炭地质，2012，24（7）：0038-0.3结论与建议从我国近十几年的煤层气开发利用情况可知，通过国家的技术、资金和政策支持，煤层气的年抽采量和利用量在不断增加，煤层气在我国已经初步产业化并迅速发展，并对煤层气开发利用提出了更高的要求。煤层气在我国的利用率还较低。我国每年煤矿瓦斯排放量的80%90%是以矿井通风方式排出的，既浪费了大量的清洁能源，又污染了环境。因此，加快发展低浓度煤层气（煤矿瓦斯）利用技术，是解决这一问题的重要途径。基于CDM的煤层气开发利用环境效益评估方法是一个简单评估环境效益的方法，但远远不能反映开发利用煤层气对环境影响的真正价值。参考文献：
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