1   概述

我国提出的实现碳中和目标的措施，包括降低全经济领域温室气体的排放［1］。甲烷是仅次于二氧化碳的温室气体，其在大气中的浓度虽然不高，但具有极强的增温潜势。按100 a计算，甲烷的增温潜势是二氧化碳的28倍，按20 a计算则为二氧化碳的84倍。甲烷减排不仅对近期控制温度升高速度的影响和作用更大，而且对改善环境质量有重要协同作用，因此近年来受到社会的广泛关注。

 

全球范围内，油气行业是重要的甲烷人为排放源，相比其他人为排放源，其排放治理被认为是最快和最有经济性的。国际能源署（IEA）预估，利用现有技术可以减少油气系统约75%的甲烷排放，近50%的排放可实现净零成本的减排［2］。

 

在这一结论下，国内外油气公司纷纷宣布甲烷减排计划，制定明确的减排、控排目标几乎成为油气企业可持续发展的标配［3］。自愿性的甲烷减排联盟及倡议的国际影响力日益增强。

 

由联合国环境署与欧盟委员会、美国环保协会共同发起的油气甲烷伙伴关系（OGMP）倡议，涵盖62家油气企业代表近30%的全球油气产量，承诺将致力于2025年前将甲烷排放减少40%，在2030年前减少60%~75%。

 

一方面受行业整体趋势影响，另一方面对标国际一流企业，下游城市燃气企业近年来陆续加入甲烷减排阵营。北京燃气、新奥能源先后加入天然气全价值链“甲烷减排指导原则”（MGP），中国燃气控股加入OGMP2.0倡议。2021年，中国油气企业甲烷控排联盟成立，除中国石油、中国石化、中国海油、国家管网公司外，成员还包含北京燃气、华润燃气和新奥能源3家城市燃气公司。

 

截至目前，中国城市燃气行业有超过3 000家企业，多数企业还处于对甲烷减排知识的理解和消化阶段，若想进一步推动行业甲烷排放管控与治理，需明确城市燃气行业甲烷减排的必要性，厘清主要问题和挑战，同时立足现有基础，发挥最大优势，有序推进行业低碳发展。本文针对城市燃气行业甲烷减排意义及面临的挑战进行阐述，并针对中国城市燃气行业甲烷排放综合治理给出了建议。

 

2   我国城市燃气行业甲烷减排意义 

2.1  巩固天然气优势地位

 

实现我国“30·60”双碳目标，天然气目前是替代煤炭的最现实能源，又是助力可再生能源发展的最佳伙伴。然而，天然气全价值链的甲烷排放会增加天然气利用的碳排放强度，削弱其带来的气候效益，影响天然气在未来能源结构中扮演的角色。

 

城市燃气系统是向客户输送天然气的最后一步，其生产运行过程中设施腐蚀导致的泄漏、设备组件连接处的气体逸散、切改线施工的作业放散及第三方破坏引发的漏气等都是典型的甲烷排放源。与生产及储运环节相比，城市燃气系统甲烷排放占比较低，但也无法忽略不计。美国环境署（EPA）核算，2019年美国天然气输配系统甲烷排放占天然气全产业链甲烷排放的8.8%，约为56×104 t，相当于1 568×104 t的二氧化碳排放（以100 a计算）。作为天然气产业链上的关键环节，城市燃气企业应提高意识开展必要的治理行动，巩固天然气在未来能源结构中的优势地位［4］。

 

2.2  城市燃气行业减排的重要抓手

 

与天然气产业链其他环节不同，城市燃气输配系统仅利用上游气体压力逐级调压即可满足输送至客户端的需求，没有更多的能耗需求，其二氧化碳排放占比相对较小，温室气体种类主要以甲烷为主。EPA统计，2019年美国城市燃气输配系统产生1 300×104 t二氧化碳当量温室气体排放，其中超过99%都是甲烷排放，因此甲烷是城市燃气行业碳减排重点对象［5］。

 

从经济效益角度来看，与开采和储运相比，城市燃气系统甲烷排放源呈小而分散的特点，管控难度较大，减排成本相对较高。然而积极乐观的一面是，下游燃气价格相对较高，因此部分减排技术及措施，例如泄漏检测与修复技术（LDAR）、机械作业代替手工作业、优化维检修计划等，具备一定的经济效益，是减排重要的发力点。

 

从减排潜力来看，根据美国过去近20 a的甲烷减排实践经验，城市燃气行业甲烷排放历史下降速度全产业链最快，对于油气行业整体绝对减排量的贡献最大。2019年美国天然气全产业链（勘探、生产、处理、储运、配气）甲烷排放量比1990年下降了117.3×104 t，其中上游环节（勘探、生产）增排了139.7×104 t，城市燃气配气环节甲烷排放降低了125.9×104 t［6］。

 

因此，甲烷减排是城市燃气行业扎实开展降碳工作，彰显气候治理担当的重要着力点。

 

2.3  有助于燃气安全运行

 

燃气安全管理是城市安全运行管理的重要内容，直接关系人民群众生命财产安全，是摆在政府、燃气企业面前的核心问题。甲烷排放治理在传统燃气泄漏检测及抢修的基础上，增加了对微小泄漏（即逸散）排放的管控。对检测的精细度、风险管控的颗粒度、设施更新改造的标准等提出了更高的要求。微小的逸散源是发展成爆燃、爆炸等事故的隐患，是安全问题的源头。因此，在燃气行业全面树立安全生产“红线意识”的大局下，以更高的标准、更严的要求，抓早抓小，防患于未然，这是城市燃气甲烷减排的协同效应。

 

2.4  推动行业技术革新

 

甲烷减排的核心是甲烷排放的量化管理，在传统燃气泄漏检测关注的有无泄漏、泄漏点定位基础上，还要测算泄漏点的排放量及减排量。这不是简单对单点排放量的管理，而是对燃气“一张网”的排放量管控。目前还没有一种解决方案能够及时、准确地测量整个燃气系统的甲烷排放量，必须结合使用卫星、飞机、无人机、检测车、现场传感器及手持检测设备等一系列检测手段，通过交叉验证量化甲烷排放。一方面是多种技术软硬件的创新和应用，另一方面由于海量数据的出现需要信息化、数字化解决方案实现甲烷排放动态监管和预测预警。

 

燃气行业技术创新动力不足是行业发展存在瓶颈的主要原因之一。以甲烷减排为驱动力和切入点，是燃气行业技术进步，特别是数字化转型升级的一次机遇。

 

2.5  确保行业可持续发展

 

天然气是最低碳的化石能源，但终端利用还是会产生碳排放。在构建碳中和社会的愿景下，传统燃气企业的可持续发展，需要确保其管网设施能够适应未来“零”碳能源的新要求。必须要接受的现实是，输配系统中各种“零”碳气体，特别是氢气的比例很可能要增高。目前，将掺氢比例提高到20%已经是欧洲部分燃气企业2030年要实现的阶段性目标［7］。与天然气相比，氢气在PE管道和钢质管道中的扩散系数高5倍左右，更容易造成泄漏［8］。在人口密集的城市，氢气泄漏引起的危害可能比在输气管道中更加严重，因此需要加倍封闭的系统，越发严苛的管道完整性管理。甲烷减排需要在现有泄漏检测系统上增加更为频繁的检查，包括添加更多的检测、监测设备及传感器，形成更为高效、智能的辅助决策系统，能够提高管控气体无组织逃逸的能力。

 

3   我国城市燃气甲烷减排面临的挑战

 

与输气管道相比，下游城市燃气输配管道呈网状分布，根据住建部统计数据，2019年全国城市燃气管道长度达76.8×104 km，约为输气管道的6~7倍。甲烷排放可能发生在任何一处管道，其单点排放量虽小，但从管道长度来看，城市燃气潜在甲烷排放源较为分散。

 

甲烷的逸散排放多数发生在各组成件的连接处。城市燃气管道中，弯头、阀门、三通等管道组成件众多。另外，城市燃气管道连接千家万户，据住建部统计数据，2019年我国天然气居民用户已近1.67×108 户，居民的燃气计量表及庭院管上的各类阀门、焊口都存在甲烷排放的可能。

 

因此，相比于上游勘探开发点式排放源、中游输气管道线式排放源，城市燃气管道属于面式排放源，且处在复杂的城市环境中，施工破坏、地铁杂散电流腐蚀、土壤沉降引发的泄漏排放随机且不确定，不同管材、管龄、施工质量的管道普遍防腐层质量缺陷较多，阴极保护加装比例有限，这给及时、全面、准确的甲烷排放管控和治理提出了前所未有的挑战，亟待开展政策、技术、管理、经济等多角度的创新，给出综合治理的一体化解决方案。

 

4   我国城市燃气甲烷排放治理建议 

4.1  填补核算体系空白，积累排放实测数据

 

甲烷排放数据是管控和治理的重要根据，只有识别清楚排放源，摸清排放规律及现状，才能制定合理的减排政策，设计阶段性减排及控排目标，布局可行的实施路径。我国上游油气生产行业由于较早与国际接轨，相关核算标准相对完善。2015年由国家发改委组织编制的《中国石油和天然气生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》，对油气上游生产设施的甲烷排放给出了官方的核算方法指引。上游企业在此基础上开展了活动水平数据及排放因子的统计、监测及实测，并在我国“重点企业温室气体直报”工作中，积累了多年的“自下而上”的企业核算数据。

 

相比而言，下游城市燃气行业甲烷排放核算体系，包括对核算边界、术语的定义，排放源的识别及分类、核算及检测标准、排放因子数据库、清单编制及指南等还处于空白，行业历史排放数据也因此缺乏针对性的积累。应该学习上游，基于国家清单编制方法及原则，加快形成行业特有的排放清单及编制指南，推动企业排放数据直报，鼓励采用多种检测、监测方法进行实测，对排放清单数据结果进行交叉验证。同时，制定甲烷排放测量、报告及核查的具体要求，建立全面、准确的数据分析平台，确保数据准确规范。

 

4.2  推进多方面合作，加速成果转化

 

上游油气生产企业在甲烷减排领域积累了大量的实践经验，其应用场景与城市燃气系统相比，虽存在差异，但有许多共同之处。很多技术及措施事实证明可以互通，例如城市燃气近年来的管道完整性管理、不停输作业均源于上游成功经验。应继续向先进的上游企业学习，紧跟油气行业甲烷减排治理进程，发挥产业链关键环节作用。

 

甲烷减排起源于国际，不仅是先进的理念，还有配套的技术、标准及管理体系，很多领先的国际组织已经梳理并总结了城市燃气行业相关实践经验，城市燃气行业应加强国际交流与合作，将适用于国内的好办法加以引进。

 

甲烷的量化及减排是国际前沿难题，城市燃气又是甲烷控排崭新的应用场景，涉及多种学科的交叉融合。国内科研院所近些年开始着手相关硬件设备、软件系统、数学模型的开发，城市燃气行业应该加强“产学研”合作，为科学研究提供实际的应用场景，促进成果的现实转化，提升我国在这一领域软硬实力，为行业培育新技术、新市场。

 

4.3  及时总结提炼，促进经验推广

 

借鉴国外甲烷排放治理进程，在没有完全把握制定明确政策措施的条件下，先梳理并总结行业减排最佳实践，逐步推广试点示范，在获得广泛验证的前提下提升至行业标准甚至强制性要求，是适用于我国城市燃气行业甲烷排放综合治理的有效路径。目前，行业内较具影响力的甲烷减排最佳实践均来自于国外经验，有些做法值得借鉴，但更多做法没有考虑到我国城市燃气行业现状，不符合我国的实际情况。

 

事实上，甲烷减排具体涉及的工作对于城市燃气企业来说并不陌生，例如泄漏检测及修复、更换老旧管道、加装阴极保护、减少降压放散等。我国城市燃气企业在这些方面开展过大量工作，甚至很多方面领先于国际，只是城市燃气行业过去没有从甲烷减排的角度进行梳理和总结。在全球低碳发展进程下，碳排放成为未来与多方沟通的通用话术，建议城市燃气企业集思广益，积极分享成功经验，编制我国城市燃气行业甲烷减排实践指南，推广应用，切实减少甲烷排放。

 

4.4  利用市场机制，激发内生动力

 

单靠领先企业自律引导，远做不到全行业的甲烷排放管控和治理。对于经营主体众多的城市燃气行业，利用市场机制是激励行业实施甲烷减排的有效工具。2021年7月16日，全国碳排放权交易市场上线交易正式启动，全国碳配额价格一直维持在50 元/t以上［9］。目前，中国自愿核证减排量（ccer）项目可抵消不超过5%的应清缴碳排放配额，但新项目的核定签发还处在暂停状态。油气行业的甲烷减排项目，无论在清洁发展机制（CDM）和CCER都存在公认的减排方法学，满足减排项目额外性要求，建议将其纳入到碳市场整体规划和设计中，利用“碳价”引导企业合理有效减排，鼓励各类资本投资合作，推动城市燃气企业应对气候变化行动。

 

5   结语

 

城市燃气行业不可回避生产运营过程中产生的甲烷排放问题，短期内排放的管控会带来运营成本增加，承受经济上的压力。但长远来看，甲烷减排有助于巩固行业优势地位，提高安全运行管理的精细化程度，促进行业技术的创新及产业升级，保持可持续发展的生命力，是行业碳减排的重要发力点。我国燃气行业甲烷排放管控与治理刚刚起步，需要一个学习的过程。建议尽快建立适用于城市燃气行业的甲烷排放核算体系，积累实测数据，摸清排放现状及水平，为制定行业甲烷减排政策及法规提供参考依据。燃气企业作为排放主体应发挥自身基础优势，与产业链各环节企业、学术机构积极合作，推动监测及减排技术创新，及时总结、推广甲烷减排最佳实践，利用市场激励机制推进减排行动，同时接受来自于政府、行业协会、合作伙伴、学术机构及其他社会团体的指导和帮助，共同实现降碳减排这一历史使命。

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参考文献：

［1］解振华. 中国碳达峰是二氧化碳达峰，碳中和包括全部温室气体［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//m.thepaper.cn/baijiahao_13746034.

 

［2］International Energy Agency.Methane tracker 2020： Reducing the environmental impact of oil and gas supply is apivotal element of global energy transitions［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.iea.org/reports/methane-tracker-2020.

 

［3］朱子涵. 国际油气公司甲烷减排及控制目标比较［J］. 国际石油经济，2021（4）：12-20.

 

［4］李雅兰. 落实“双碳”目标需巩固天然气基础能源地位［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//m.thepaper.cn/baijiahao_12455428.

 

［5］EPA.2011-2019 Greenhouse gas reporting program industrial profile： Petroleum and natural gas systems［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.epa.gov/sites/default/files/2020-11/documents/subpart_w_2019_industrial_profile.pdf.

 

［6］EPA. Natural gas and petroleum systems in the GHG inventory： Additional information on the 1990-2019 GHG inventory［DB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.epa.gov/ghgemissions/natural-gas-and-petroleum-systems-ghg-inventory-additional-information-1990-2019-ghg.

 

［7］MORGAN S.French gas networks could mix in green hydrogen in future， say operators［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.euractiv.com/section/energy/news/french-gas-networks-could-mix-in-green-hydrogen-in-future-say-operators/.

 

［8］刘自亮. 氢气管道与天然气管道的对比分析［J］. 压力容器，2020（2）：56-63.

 

［9］孙煜. 全国碳市场于2021年7月16日正式启动上线交易［EB/OL］. ［2021-08-20］. https：//www.163.com/dy/article/GF2CG2PG05199NPP.html.