煤炭开采的温室气体逸散排放估算研...
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１１５
乏对废弃 煤 矿、 矿 后 活 动 温 室 气 体 排 放 数 据 的 调
估算煤炭开采温室气体逸散排放,相关方法有
查,导致数据完整性受到影响.中国煤炭工业统计
排放因子、实 测、 地 质 统 计 方 法, 各 方 法 的 用 途、
采取自 下 而 上 的 逐 级 上 报 方 式 进 行, 分 省 市、 煤
因子法,瓦斯赋存 和 扰 动 有 较 大 的 地 域 不 一 致 性,
有小样本瓦斯逸散调研报道.
排放因子地域细化不够,国家层面提供的排放因子
２.２.２ 方法学
数据尚不能满足区域 (省级)层次的快速评估.
表 １ 煤炭开采温室气体逸散排放估算的相关方法学
方法
使用
排放因子
IPCC 推荐方法,主要产 煤 国 均 将 其 用 于 国 家 温 室 气
２ ００ ５ 年 CH ４ 排放量为 １ ２.９ ２ Mt ,国 家 瓦 斯 等 级 鉴
煤炭开采的温室气体逸散排放估算研究 ∗
据, IPCC 提供了 国 家 层 面 的 排 放 因 子 数 据 库, 然
而 IPCC 提供的排放因子不能适用于 各 国 的 实 际 煤
了适用于本国煤田的数据,但全球范围内,仍然缺
源特性.编制该项清单的目标在于控制温室气体和
保护利用资源,其作用可用于国家清单编制、组织
层次上温室气体排 放 和 清 除 量 化 及 环 境 影 响 评 估、
煤层气市场化.组织实施清单编制的单位主要有能
图 １ 煤炭开采温室气体逸散排放源及其过程
目前成熟的温室气体清单主要关注的是采掘活
动、废弃煤矿排放源,对于采出煤体中的低温氧化
逸散排放及其清单编制的相关研究工作.
本文通过概述世界主要产煤国逸散排放估算的
相关情况,研究分析国内外逸散排放估算的目标组
织、数据与方法学、质量控制,探索逸散排放估算
过程中存在的主要问题和困难,并在此基础上,结
合我国估算研究现状,针对估算过程中存在的问题
中国煤炭第 ４０ 卷第 １ 期 ２ ０ １ ４ 年 １ 月
气体清单,其他如中国、印度等提交了国家信息通
报,按照 IPCC 提供的方法核算了 煤 炭 开 采 温 室 气
体逸散量.同时,«全球 １ ９ ９ ０ －２ ０ ３ ０ 年人为非 CO ２
温室气体排 放 报 告» 显 示,我 国 ２ ０ １ ０ 年 煤 炭 开 采
温室 气 体 逸 散 排 放 量 约 ２ ９ ５.５ Mt CO ２ (约 １ ４.０ ７
和非受控燃烧和废弃露天煤矿尚没有估算方法.然
而,由于低温氧化、煤层自燃、煤炭堆放源产生的
温室气体也不容忽视,可利用遥感监测、数据实测
源管理、环境保护、煤矿安监部门,面向国家清单
编制实施采用 “自上而下”的数据调查方法;面向
煤层气市场化的实施采用 “煤层气抽放利用专项上
报或调查”;面向瓦 斯 管 理 的 瓦 斯 等 级 鉴 定 实 施 采
su gg estions ,such as an inte g ral basic data s y stem should be established ,the mixed estimation
method should be em p lo y ed were p ut forward.
Key words coal minin g ,carbon effect ,fu g itive emissions ,inventor y estimate
上,国家 能 源 局 将 中 国 分 为 华 北、 东 北 等 六 个 大
区,分别确定 排 放 因 子,但 我 国 缺 乏 对 废 弃 煤 矿、
对排放因子的细化程度不一样.从已有的估算案例
来看,中国国家、区域 (省级)温室气体清单编制
和矿井尺度的温室气体排放估算均主要采用了排放
露天煤矿、矿后活动温室气体排放的数据调查,仅
Yan g Yon gj un １ ,Zhan g Shaolian g ２ ,Hou Hu p in g １
,３
(１.School of Environment Science and S p atial Informatics ,China Universit y of Mining
and Technolo gy ,Xuzhou ,Jiang su ２ ２ １ １ １ ６ ,China ;
２.２ 数据与方法学
２.２.１ 数据
主要产煤国在编制煤炭开采温室气体逸散排放
时广泛采用了能源统计数据,如煤炭及煤层气赋存
与产量,美国煤 矿 安 全 健 康 局 (MSHA )、 澳 大 利
亚建设了煤炭生产数据库或数据上报系统;温室气
体逸散排放数据依赖于各国的矿井调查或瓦斯安全
Mt CH ４ ),居世界第一,约 占 世 界 总 量 的 ５ ０.２ ％ ,
开采温室气体逸散造成温室效应的同时,表现出较
大的资源利用机会和节能减排潜力.
１.１ 逸散排放源及其过程
煤炭开采温室气体逸散排放主要包括:采掘活
动扰动 煤 岩 层, 赋 存 瓦 斯 (主 要 是 CH ４ ) 通 过 地
下煤矿的通风和抽放系统、露天煤矿的边坡和地面
直接逸散;采出煤体在后处理过程中,如加工、储
２. Low Carbon Energy Institute ,China Universit y of Mining and Technolo gy ,Xuzhou ,Jiang su ２ ２ １ １ １ ６ ,China ;
３. Jiang su Ke y Laborator y of Resources and Environmental Information Eng ineering ,Xuzhou ,Jiang su ２ ２ １ １ １ ６ ,China)
Abstract This p a p er introduces the source and p rocess of g reenhouse g as emission fu g itive
from coal minin g. The anal y sis of fu g itive emissions estimate tar g et ,tissue ,data ,methodolo gy ,
and q ualit y control at home and abroad show that ,g eolo g ical differentiation ,data non-inte g ralit y
and other ori g in have caused difficult data or g anization and indeterminate estimate results. Some
★ 节能与环保 ★
煤炭开采的温室气体逸散排放估算研究 ∗
杨永均 １ 张绍良 ２ 侯湖平 １ ,３
(１. 中国矿业大学环境与测绘学院,江苏省徐州市, ２ ２ １ １ １ ６ ;
２. 中国矿业大学低碳能源研究院,江苏省徐州市, ２ ２ １ １ １ ６ ;
３. 江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏省徐州市, ２ ２ １ １ １ ６ )
运过程中会继续解析出瓦斯,低温氧化、非受控燃
烧也会排放温室气体;废弃的地下、露天煤矿可能
会通过自然或人为通道继续排放 温 室 气 体,如 图 １
所示.
图 ２ 主要产煤国煤炭开采温室气体逸散情况
２ 国内外逸散排放估算分析
２.１ 目标与组织
煤炭开采 逸 散 排 放 的 CH ４ 兼 具 温 室 气 体、 资
摘 要 研 究 分 析 了 煤 炭 开 采 温 室 气 体 逸 散 排 放 源 及 其 过 程、排 放 量、估 算 目 标 与 组
织、数据与方法学、质量控制,结果表明逸散排放的地质分异性、数据非完整性等自然和人
为原因造成估算过程数据组织困难,估算结果不确定性较大;针对我国估算过程中存在的问
排放量,主要用于矿井瓦 斯 等 级 鉴 定 和 煤 层 气 利 用,
辅助用于温室气体清单编制
露天煤矿面积或 长 度 因 子 法、 点 位 测 量 煤 堆 低 温 氧
化逸散 量、 遥 感 监 测 统 计 自 燃 逸 散 量, 美 国、 澳 大
利亚、中国等国将其辅助用于温室气体排放估算
地质统计
构建与埋深、瓦斯含量等 参 数 相 关 的 地 质 统 计 模 型, 数据需求量大,估算结 果 精 度 较 高 (相 关 文 献 中 精 度 可
适用条件不一样,其估算过程和结果也存在较大的
种、隶属统计煤炭产量数据,复旦大学尝试建立中
差异,如表 １ 所示.主要产煤国采用了排放因子和
实测统计相结合的方法编制国家温室气体清单,但
国煤炭 流 向 与 潜 在 碳 排 放 因 子 数 据 库 (CCEF ),
矿井瓦斯等级鉴定提供了排放因子数据,在此基础
资助项目
１１４
值 CO ２ 排放比 ２ ０ １ ０ 年下降 １ ７ ％ ,因此,煤炭开 采
温室气体逸散排放估算结果对于节能减排评估、温
室气体控制、资 源 保 护 利 用 有 积 极 的 意 义.然 而,
在估算过程中存在煤炭开采瓦斯逸散和产量数据统
计薄弱、排放因子数据不确定性较大、能源活动数
据缺乏等问题,因此亟待开展煤炭开采的温室气体
提出了建议,展望未来逸散排放估算研究趋势,以
期对中国煤炭开采温室气体逸散排放估算及其研究
提供借鉴.
１ 煤炭开采的温室气体逸散
所文献 报 道 中 国 ２ ０００ 年 排 放 CH ４ ６.５ ３ Mt , 煤 炭
信息研究院文献报道中国 ２ ００４ 年煤矿通风 CH ４ 的
排放量为 １ ４０ 亿 m ３ (约 １ ００.２ ４ Mt ).可见,煤 炭
题和挑战,提出了建设基础数据体系、构建混合估算方法、加强质量控制等建议.
关键词 煤炭开采 碳效应 逸散排放 清单估算
中图分类号 TD７ １ ２ 文献标识码 A
The research on the estimation of fugitive greenhouse gas
emissions from coal minin g
体清单编制
评价
国家 (煤 田 ) 平 均 排 放 系 数 与 煤 炭 产 量 之 乘 积, 数据较易获取,方 法 简 单, 易 建 立 时 间 序 列; 排 放 因 子
对估算结果影响较大,不确定性较高 (至少 ±５ ０ ％ ),需
要对排放因子进行分地域细化
实测统计
地下、废弃煤矿实 测 通 风 抽 放 或 通 道 系 统 温 室 气 体
用 “自下而上”的数据逐级上报方法.从中国的多
次估算结果来看,由于评估时点和目标、数据内容
等方法进行温室气体排放估算.
存在不一致性,估算结果有较大差异,清单编制体
１.２ 主要产煤国温室气体逸散排放量
截至 ２ ０ １ ３ 年, 世 界 主 要 产 煤 国 中, 美、 澳、
系尚不能兼顾目标.
俄、哈、波五国提 供 了 １ ９ ９ ０ － ２ ０ １ ０ 煤 炭 开 采 温 室
主要用于地下和 露 天 煤 矿 瓦 斯 防 治 与 利 用, 辅 助 用 达 ± ６ ％ ),适用于单个 矿 井 瓦 斯 涌 出 预 测 或 温 室 气 体 逸
瓦斯伴煤而生,煤炭采掘、采后过程中温室气
体 (CH ４ 、 CO ２ )逸散排放,其中 CH ４ 排放量约占
到全球人类活动排放源的 ５ ％ ,受 到 气 候 变 化 和 资
源利用的普遍关注,被 IPCC 单列 为 能 源 部 分 的 排
放源之一,世界上主要产煤国进行了煤炭开采的国
家温室气体编制和煤层气市场化调查.据 «煤层气
见图 ２ . 中 国 国 家 信 息 通 报 温 室 气 体 清 单 中 估 算
管理,如通风速率、瓦斯含量和等级、瓦斯组分数
定结果 估 算 中 国 ２ ００ ８ 年 煤 矿 瓦 斯 排 放 量 为 １ ４.５
Mt (未扣除抽放利用部分),国家发改委 能 源 研 究
炭生产情况,在国家温室气体清单编制过程中采用
(煤矿瓦斯)开发利用 “十二五”规划»和 «“十二
五”控制温室气体排放工作方案»,到 ２ ０ １ ５ 年煤矿
瓦斯利用率 达 到 ６ ０ ％ 以 上, 全 国 单 位 国 内 生 产 总
∗ 基金项目:国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 “煤 炭 开 采
的碳效应研究” (５ １ ０ ７ ４ １ ５ １ ), 江 苏 高 பைடு நூலகம் 优 势 学 科 建 设 工 程
乏对废弃 煤 矿、 矿 后 活 动 温 室 气 体 排 放 数 据 的 调
估算煤炭开采温室气体逸散排放,相关方法有
查,导致数据完整性受到影响.中国煤炭工业统计
排放因子、实 测、 地 质 统 计 方 法, 各 方 法 的 用 途、
采取自 下 而 上 的 逐 级 上 报 方 式 进 行, 分 省 市、 煤
因子法,瓦斯赋存 和 扰 动 有 较 大 的 地 域 不 一 致 性,
有小样本瓦斯逸散调研报道.
排放因子地域细化不够,国家层面提供的排放因子
２.２.２ 方法学
数据尚不能满足区域 (省级)层次的快速评估.
表 １ 煤炭开采温室气体逸散排放估算的相关方法学
方法
使用
排放因子
IPCC 推荐方法,主要产 煤 国 均 将 其 用 于 国 家 温 室 气
２ ００ ５ 年 CH ４ 排放量为 １ ２.９ ２ Mt ,国 家 瓦 斯 等 级 鉴
煤炭开采的温室气体逸散排放估算研究 ∗
据, IPCC 提供了 国 家 层 面 的 排 放 因 子 数 据 库, 然
而 IPCC 提供的排放因子不能适用于 各 国 的 实 际 煤
了适用于本国煤田的数据,但全球范围内,仍然缺
源特性.编制该项清单的目标在于控制温室气体和
保护利用资源,其作用可用于国家清单编制、组织
层次上温室气体排 放 和 清 除 量 化 及 环 境 影 响 评 估、
煤层气市场化.组织实施清单编制的单位主要有能
图 １ 煤炭开采温室气体逸散排放源及其过程
目前成熟的温室气体清单主要关注的是采掘活
动、废弃煤矿排放源,对于采出煤体中的低温氧化
逸散排放及其清单编制的相关研究工作.
本文通过概述世界主要产煤国逸散排放估算的
相关情况,研究分析国内外逸散排放估算的目标组
织、数据与方法学、质量控制,探索逸散排放估算
过程中存在的主要问题和困难,并在此基础上,结
合我国估算研究现状,针对估算过程中存在的问题
中国煤炭第 ４０ 卷第 １ 期 ２ ０ １ ４ 年 １ 月
气体清单,其他如中国、印度等提交了国家信息通
报,按照 IPCC 提供的方法核算了 煤 炭 开 采 温 室 气
体逸散量.同时,«全球 １ ９ ９ ０ －２ ０ ３ ０ 年人为非 CO ２
温室气体排 放 报 告» 显 示,我 国 ２ ０ １ ０ 年 煤 炭 开 采
温室 气 体 逸 散 排 放 量 约 ２ ９ ５.５ Mt CO ２ (约 １ ４.０ ７
和非受控燃烧和废弃露天煤矿尚没有估算方法.然
而,由于低温氧化、煤层自燃、煤炭堆放源产生的
温室气体也不容忽视,可利用遥感监测、数据实测
源管理、环境保护、煤矿安监部门,面向国家清单
编制实施采用 “自上而下”的数据调查方法;面向
煤层气市场化的实施采用 “煤层气抽放利用专项上
报或调查”;面向瓦 斯 管 理 的 瓦 斯 等 级 鉴 定 实 施 采
su gg estions ,such as an inte g ral basic data s y stem should be established ,the mixed estimation
method should be em p lo y ed were p ut forward.
Key words coal minin g ,carbon effect ,fu g itive emissions ,inventor y estimate
上,国家 能 源 局 将 中 国 分 为 华 北、 东 北 等 六 个 大
区,分别确定 排 放 因 子,但 我 国 缺 乏 对 废 弃 煤 矿、
对排放因子的细化程度不一样.从已有的估算案例
来看,中国国家、区域 (省级)温室气体清单编制
和矿井尺度的温室气体排放估算均主要采用了排放
露天煤矿、矿后活动温室气体排放的数据调查,仅
Yan g Yon gj un １ ,Zhan g Shaolian g ２ ,Hou Hu p in g １
,３
(１.School of Environment Science and S p atial Informatics ,China Universit y of Mining
and Technolo gy ,Xuzhou ,Jiang su ２ ２ １ １ １ ６ ,China ;
２.２ 数据与方法学
２.２.１ 数据
主要产煤国在编制煤炭开采温室气体逸散排放
时广泛采用了能源统计数据,如煤炭及煤层气赋存
与产量,美国煤 矿 安 全 健 康 局 (MSHA )、 澳 大 利
亚建设了煤炭生产数据库或数据上报系统;温室气
体逸散排放数据依赖于各国的矿井调查或瓦斯安全
Mt CH ４ ),居世界第一,约 占 世 界 总 量 的 ５ ０.２ ％ ,
开采温室气体逸散造成温室效应的同时,表现出较
大的资源利用机会和节能减排潜力.
１.１ 逸散排放源及其过程
煤炭开采温室气体逸散排放主要包括:采掘活
动扰动 煤 岩 层, 赋 存 瓦 斯 (主 要 是 CH ４ ) 通 过 地
下煤矿的通风和抽放系统、露天煤矿的边坡和地面
直接逸散;采出煤体在后处理过程中,如加工、储
２. Low Carbon Energy Institute ,China Universit y of Mining and Technolo gy ,Xuzhou ,Jiang su ２ ２ １ １ １ ６ ,China ;
３. Jiang su Ke y Laborator y of Resources and Environmental Information Eng ineering ,Xuzhou ,Jiang su ２ ２ １ １ １ ６ ,China)
Abstract This p a p er introduces the source and p rocess of g reenhouse g as emission fu g itive
from coal minin g. The anal y sis of fu g itive emissions estimate tar g et ,tissue ,data ,methodolo gy ,
and q ualit y control at home and abroad show that ,g eolo g ical differentiation ,data non-inte g ralit y
and other ori g in have caused difficult data or g anization and indeterminate estimate results. Some
★ 节能与环保 ★
煤炭开采的温室气体逸散排放估算研究 ∗
杨永均 １ 张绍良 ２ 侯湖平 １ ,３
(１. 中国矿业大学环境与测绘学院,江苏省徐州市, ２ ２ １ １ １ ６ ;
２. 中国矿业大学低碳能源研究院,江苏省徐州市, ２ ２ １ １ １ ６ ;
３. 江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏省徐州市, ２ ２ １ １ １ ６ )
运过程中会继续解析出瓦斯,低温氧化、非受控燃
烧也会排放温室气体;废弃的地下、露天煤矿可能
会通过自然或人为通道继续排放 温 室 气 体,如 图 １
所示.
图 ２ 主要产煤国煤炭开采温室气体逸散情况
２ 国内外逸散排放估算分析
２.１ 目标与组织
煤炭开采 逸 散 排 放 的 CH ４ 兼 具 温 室 气 体、 资
摘 要 研 究 分 析 了 煤 炭 开 采 温 室 气 体 逸 散 排 放 源 及 其 过 程、排 放 量、估 算 目 标 与 组
织、数据与方法学、质量控制,结果表明逸散排放的地质分异性、数据非完整性等自然和人
为原因造成估算过程数据组织困难,估算结果不确定性较大;针对我国估算过程中存在的问
排放量,主要用于矿井瓦 斯 等 级 鉴 定 和 煤 层 气 利 用,
辅助用于温室气体清单编制
露天煤矿面积或 长 度 因 子 法、 点 位 测 量 煤 堆 低 温 氧
化逸散 量、 遥 感 监 测 统 计 自 燃 逸 散 量, 美 国、 澳 大
利亚、中国等国将其辅助用于温室气体排放估算
地质统计
构建与埋深、瓦斯含量等 参 数 相 关 的 地 质 统 计 模 型, 数据需求量大,估算结 果 精 度 较 高 (相 关 文 献 中 精 度 可
适用条件不一样,其估算过程和结果也存在较大的
种、隶属统计煤炭产量数据,复旦大学尝试建立中
差异,如表 １ 所示.主要产煤国采用了排放因子和
实测统计相结合的方法编制国家温室气体清单,但
国煤炭 流 向 与 潜 在 碳 排 放 因 子 数 据 库 (CCEF ),
矿井瓦斯等级鉴定提供了排放因子数据,在此基础
资助项目
１１４
值 CO ２ 排放比 ２ ０ １ ０ 年下降 １ ７ ％ ,因此,煤炭开 采
温室气体逸散排放估算结果对于节能减排评估、温
室气体控制、资 源 保 护 利 用 有 积 极 的 意 义.然 而,
在估算过程中存在煤炭开采瓦斯逸散和产量数据统
计薄弱、排放因子数据不确定性较大、能源活动数
据缺乏等问题,因此亟待开展煤炭开采的温室气体
提出了建议,展望未来逸散排放估算研究趋势,以
期对中国煤炭开采温室气体逸散排放估算及其研究
提供借鉴.
１ 煤炭开采的温室气体逸散
所文献 报 道 中 国 ２ ０００ 年 排 放 CH ４ ６.５ ３ Mt , 煤 炭
信息研究院文献报道中国 ２ ００４ 年煤矿通风 CH ４ 的
排放量为 １ ４０ 亿 m ３ (约 １ ００.２ ４ Mt ).可见,煤 炭
题和挑战,提出了建设基础数据体系、构建混合估算方法、加强质量控制等建议.
关键词 煤炭开采 碳效应 逸散排放 清单估算
中图分类号 TD７ １ ２ 文献标识码 A
The research on the estimation of fugitive greenhouse gas
emissions from coal minin g
体清单编制
评价
国家 (煤 田 ) 平 均 排 放 系 数 与 煤 炭 产 量 之 乘 积, 数据较易获取,方 法 简 单, 易 建 立 时 间 序 列; 排 放 因 子
对估算结果影响较大,不确定性较高 (至少 ±５ ０ ％ ),需
要对排放因子进行分地域细化
实测统计
地下、废弃煤矿实 测 通 风 抽 放 或 通 道 系 统 温 室 气 体
用 “自下而上”的数据逐级上报方法.从中国的多
次估算结果来看,由于评估时点和目标、数据内容
等方法进行温室气体排放估算.
存在不一致性,估算结果有较大差异,清单编制体
１.２ 主要产煤国温室气体逸散排放量
截至 ２ ０ １ ３ 年, 世 界 主 要 产 煤 国 中, 美、 澳、
系尚不能兼顾目标.
俄、哈、波五国提 供 了 １ ９ ９ ０ － ２ ０ １ ０ 煤 炭 开 采 温 室
主要用于地下和 露 天 煤 矿 瓦 斯 防 治 与 利 用, 辅 助 用 达 ± ６ ％ ),适用于单个 矿 井 瓦 斯 涌 出 预 测 或 温 室 气 体 逸
瓦斯伴煤而生,煤炭采掘、采后过程中温室气
体 (CH ４ 、 CO ２ )逸散排放,其中 CH ４ 排放量约占
到全球人类活动排放源的 ５ ％ ,受 到 气 候 变 化 和 资
源利用的普遍关注,被 IPCC 单列 为 能 源 部 分 的 排
放源之一,世界上主要产煤国进行了煤炭开采的国
家温室气体编制和煤层气市场化调查.据 «煤层气
见图 ２ . 中 国 国 家 信 息 通 报 温 室 气 体 清 单 中 估 算
管理,如通风速率、瓦斯含量和等级、瓦斯组分数
定结果 估 算 中 国 ２ ００ ８ 年 煤 矿 瓦 斯 排 放 量 为 １ ４.５
Mt (未扣除抽放利用部分),国家发改委 能 源 研 究
炭生产情况,在国家温室气体清单编制过程中采用
(煤矿瓦斯)开发利用 “十二五”规划»和 «“十二
五”控制温室气体排放工作方案»,到 ２ ０ １ ５ 年煤矿
瓦斯利用率 达 到 ６ ０ ％ 以 上, 全 国 单 位 国 内 生 产 总
∗ 基金项目:国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 “煤 炭 开 采
的碳效应研究” (５ １ ０ ７ ４ １ ５ １ ), 江 苏 高 பைடு நூலகம் 优 势 学 科 建 设 工 程