瓦斯回收利用技术发展展望-RMI

/落基山研究所(RockyMountainInstitute,RMI)是一家于1982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（CUMTB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 应急管理部信息研究院能源安全研究 浙江亿扬能源科技有限公周建 TOC\o"1-2"\h\z\u前 一、瓦斯回收利用煤炭生产企业降碳减排的积极举 煤炭生产侧是温室气体排放的来源之 瓦斯回收利用是煤炭生产侧降碳减排的关键措 瓦斯回收利用兼具多重效 二、瓦斯回收利用现 我国瓦斯回收利用已具备政策基 我国瓦斯回收利用已初见成 瓦斯回收利用仍有极大的提升空 瓦斯回收利用技术成熟度和经济性有待提 瓦斯回收利用技术的应用潜力和成本效益分 四、瓦斯回收利用技术市场展 新政策新市场为瓦斯利用技术发展释放新机 瓦斯回收利用技术成熟度不断提升成本不断下 瓦斯回收利用技术的投资需求与市场规 五促进瓦斯回收利用的行动建 参考文 在“碳达峰、碳中和”的☑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，20231240%。在清洁能源快速202320247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。198055%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。223年48.3200577%67%，能源消费总量为相比，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20302020205COe2。1

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IPCC100潜势是二氧化碳的29.8倍，瓦斯回收利用可以大幅降低煤炭生产过程的逸散排放。与此同时，产生的电力和热力2

开采和矿后甲烷排放煤炭消耗电热消耗油气消来源：任世华等5，RMI分析进行直接使用，替代煤炭。每回收利用1000方的纯瓦斯气体，约等于节省1.2吨标煤。3所示)：电力/热力销售：瓦斯经过回收利用后进行发电或产生热蒸汽，电力通过发电上网进行销售，蒸汽通过管道输图表

6，造成资源浪费和温室气体排放的增加。15–907。抽采出的废弃井瓦斯气体可以与井工矿抽采瓦斯采用类似的70%（4），12%，上述来源是开展瓦斯回收利用最关键的环节。图表 展始于20世纪60年代，受到能源危机的推动，最早由美国、俄罗斯、澳大利亚等矿业较为发达的国家进行尝试。208090设瓦斯发电项目。进入21世纪，在温室气体减排的全球背景下，乏风瓦斯的利用逐渐受到重视，以澳大利亚研发不断增强，在清洁发展机制（CleanDevelopmentMechanism,CDM）等国际政策的推动下，抽采瓦斯和乏风瓦10（5。目前，瓦斯已经可以作为燃料氧化供热发电、用作民用和工乏风瓦斯（甲烷体积分数<0.75%）：一般浓度高于0.3%就可以回收利用，主要的技术类型为无焰氧化，即11。根据原理的不同又分为乏风蓄热氧化法和乏风催化氧化法，也可以与浓度更高的抽采瓦斯掺混后提高甲烷浓度，混合至1.2%左右后再进行低浓度抽采瓦斯（甲烷体积分数＜30%）：一般不适用于长距离的管道输送，主要采用直接燃烧的方式生产热蒸汽和电力。一般来说，浓度在8%以下的瓦斯可以通过超焓燃烧、多孔介质燃烧等技术氧化生产饱和蒸汽，浓度在8%以上的瓦斯可以采用内燃机组发电技术。除直接燃烧外，低浓度抽采瓦斯也可以采用变压吸附等技术高浓度抽采瓦斯（甲烷体积分数≥30%）：甲烷浓度高，利用方式灵活多样。可以直接用于燃气发电，也可LNGCNG，98%。图表

我国低浓度瓦斯回收利用技术的发展已走在国际前列。我国的瓦斯回收利用技术从21世纪初开始萌芽，尽管与欧美国家相比起步较晚，通过20余年的持续努力与积极尝试，我国瓦斯回收利用技术已经达到国际领先水平。目前，者的角色（如图表6所示）。我国在废弃煤矿的瓦斯回收利用方面的发展较晚，但已经对部分废弃矿井的瓦斯来源12。图表 瓦斯作为煤的伴生矿产资源，其甲烷浓度达到5%–16%时遇明火会爆炸，对煤矿安全生产造成威胁。与此同时，洁能源供应（如图表7所示）。“十二五”和“十三五”规划为主，其中明确了2010、2015和2020年度的瓦斯抽采及利用目标，对重点区域煤标准（暂行）》（GB21522—2008），禁止浓度高于30%的煤矿瓦斯直接排放到大气中。近年来，我国加快推动甲烷排放控制，制定、修订政策措施以助力煤矿瓦斯回收利用。2023等11部委联合发布了《甲烷排放控制行动方案》，并针对能源领域制定了一系列甲烷控排重点任务，提出“鼓励2008）3088图表

（）战略规 监督管 税收补

在政策的促进下，我国煤矿瓦斯抽采利用量大幅度上升。轻利用”的现象较为普遍。20051020平均瓦斯抽采利用率在30%13。随着各项国家和地方层面支持政策的落地实施，不断推动完善煤矿瓦斯产业政策体系，煤矿瓦斯资源勘探投入逐渐增加，瓦斯回收利用技术体系愈发成熟，越来越多的瓦斯利用项目建成投产，井下瓦斯抽采和利用规模得到快速增长。202030005年增长近5582005年增长4.84%提16%（如图表810），有效地控制了我国甲烷排放增长。图表

抽采量利用图表

图表

煤矿瓦斯回收利用有助于增加我国能源供给。煤矿瓦斯的热值是煤炭的2–5倍，每1立方米煤矿瓦斯（折纯），全国天然气消费量为3917亿立方米，较2022年增加6.6%，其中城市燃气增长8.2%，发电用气增长9.6%，工业用气增长6.1%。在我国天然气的供应结构中，国产气占比仅为58%，进口LNG和进口管道气分别占25%和我国煤炭行业的瓦斯逸散量约为358亿方，占当年全国天然气产量的19%、天然气进口量的27%、天然气消费量11%（11）3066/年的瓦斯利用量，相当于降低当年天然气进口量5%，或节约800万吨标准煤。图表 瓦斯逸散量瓦斯利用量瓦斯总产生注：瓦斯总产生量指在不考虑瓦斯回收利用的情况下，煤炭生产侧每年排放到大气中的瓦斯总量；瓦斯逸散量即煤炭行业年度甲烷净排放量图表 年度瓦斯逸散(万吨 内蒙

瓦斯利用量的增长空间主要集中在乏风瓦斯、低浓度瓦斯和废弃井瓦斯。以我国山西省为例：山西省是我国煤炭产量最高的省份，井工煤矿数量众多，煤矿瓦斯资源十分丰富。山西省已经实现煤层气（煤矿瓦斯）产业化发展，建成了沁水盆地和鄂尔多斯东缘两个煤层气（煤矿瓦斯）产业化基地，形成勘探开发、装备制造、工程服务、瓦斯20181401600M。从瓦5%，主要利用方式有瓦斯发电、民用、矿井瓦斯锅炉67.81.7%13.5%23,24。本报告对山西省井工煤矿的瓦斯整体利用情况进行了分析。山西省回收利用的瓦斯绝大部分为高浓度抽采瓦斯，主要作为城市燃气、工业用气和瓦斯锅炉燃料，其余主要来自低浓度瓦斯，全部用于瓦斯发电。不同浓度和来源的瓦斯利用30%60%8%-30%35%8%1（13），考虑到低浓度、乏风和废弃井产生的瓦斯能够通过技术手段进行回收利用，预计未来上述来源将成为我国瓦斯利用的关键增长点。图表

利用未利

低浓度和乏风瓦斯的发展仍处于示范阶段，废弃井技术仍处于起步阶段，高熟度进行了分析整理（14）：管道气和提纯等等，技术成熟度等级（TechnologyReadinessLevel,TRL）均在7以上，其中高浓度瓦斯发电技术TRL已经达到9级，是目前应用最广泛的瓦斯回收利用技术。低浓度瓦斯：甲烷浓度在5–16%之间容易爆炸，同时还会产生巨大的能量，低浓度瓦斯发电技术正是利用这26TRL7–9。瓦斯直燃供热类技术（如多孔介质燃烧和超焓燃烧技术）的适用浓度在4%–8%之间，由于瓦斯能量密度更低，技术研发时间较晚，目前多处于中试阶段和工业示范阶段，TRL在3–5。乏风瓦斯：乏风瓦斯的回收利用技术以催化氧化和蓄热氧化为主，在国家政策和市场机制，如我国国家核证自愿减排量（ChinaCertifiedEmissionReduction,CCER）以及清洁发展机制（CleanDevelopmentMechanismCDM）的推动下，在“十一五”至“十三五”期间建成了一批回收利用项目，催化氧化、蓄热氧化等技术的TRL在4–6。废弃矿井采空区抽采利用，淮河能源集团也在安徽省潘二煤矿开展废弃井利用，技术TRL在1–3。14

高浓度瓦斯制备高浓度瓦斯制备TRL0–1

TRL2

TRL4–6

TRL7–9

高浓度瓦斯

低浓度瓦斯

乏风瓦斯

低浓度、乏风瓦斯和废弃井回收利用技术的经济性不佳。由于甲烷浓度不同产生的能量密度差异，低浓度和乏风瓦斯经过回收后产生的能量更低，因此出售电力和热力所获得的利润更少（15）。同时，低浓度的甲烷进行利用往往需要更复杂的技术，建设和维护成本更高，目前乏风瓦斯利用技术、低浓度瓦斯直燃技术的技术成熟度和市场接受度有限，也限制了技术的推广和应用。本报告对各类技术的成本效益开展了分析，经济性最好的技100~500/70~100/吨甲烷，而乏风瓦斯利用、废弃井瓦斯回收利用，以及低浓度瓦斯提纯技术平均回收每吨甲烷则需要高达2700（16）。15

图表 最 最

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益与瓦斯利用收益进行对比，煤矿每生产销售1000万吨的煤炭，可以获得的利润在1.1–1.7亿元之间。即使该煤图表

左右，一般来说，3MW9.927，也为回收利用带来了一定挑战。边际成本曲线（如图表18所示）。在边际成本曲线中，瓦斯回收利用技术按照单位回收净成本（元/吨甲烷，考虑成本和收益）由低到高进行排列。当前，4111或零成本进行回收利用的潜力，30%18万吨--在战略目标方面，2035我国《甲烷明”）2035（煤矿瓦斯）8%10方米/30%2022交易市场于2021年启动上线交易，目前已经成为全球覆盖温室气体排放量最大的市场，纳入重点排放单位2257514028。2024CCER5CCER2.55CCER2030CCER150（如图表19所示），煤炭行业开展瓦斯回收利用产生的气候价值有望通过CCER市场体现，从而大幅提升项目经济性，调图表 配额成交均价CCER成交均和探索型四大类（如图表20所示）。在政策引导和市场推动下，各类技术将展现出不同的发展潜力：8%，不受现有政策的强制监管，同时采用带火焰的直18003220图表

低2025–2027在此阶段，成熟型技术稳定运营，瓦斯回收利用项目仍以高浓度和低浓批新建乏风瓦斯利用项目落地并参与CCER交易，瓦斯回收利用量以及减排成交量初步形成规模。同时，探索2028–2030在此阶段，成长型技术的应用范围进一步扩大，乏风瓦斯催技术的科研攻关持续推进，废弃矿井瓦斯发电技术建成试点，对探索型技术纳入CCER市场开展可行性分析与2031–2035年，市场机制覆盖范围增强，实现瓦斯多元化利用。随着全国碳市场扩容完成，CCER市场规模增方法学等逐渐完善。CCER市场扩大覆盖范围，推动低浓度瓦斯提浓技术在2035年实现规模化，废弃井瓦斯回收利用技术在2040年前实现规模化。图表 技术种 技术发展时间 高浓度瓦斯制备高浓度瓦斯制备试点项目工程示范项目规模化参与市场机制随着累计瓦斯回收利用量及累计甲烷减排量的增加，单位回收利用成本将按照0%–10%的学习率下降。以2024年作为基年通过对各类技术设定不同的学习率还预测未来的平均成本变化情况，本报告认为，到2035年各类瓦斯其中：效益型技术（低浓度瓦斯超焓燃烧、多孔介质燃烧技术）的成本下降空间最大，2035年EAC可在2024年基础上下降30%以上。乏风瓦斯回收利用技术和废弃井瓦斯利用技术的成本下降空间在25%–27%，其余类型的技术由于技术已经较为成熟或回收利用量有限，下降空间在6–10%之间。在不考虑补贴、碳市场以及产品销售收图表 瓦斯回收利用技术年度平均成本（EquivalentAnnualCost,未考虑项目收益------

提

超焓燃

制备

2024成本2035成注：EAC（包括设备、土建安装、仪表安防等成本）和运营成本（包括人员工资、燃料费、修理费、水费和考虑能源销售和CCER收益，关键技术的经济性得到大幅提升。经本报告估算，每回收利用1吨瓦斯（折纯），成熟型和效益型技术能够获得1800–4000元的能源销售收益，成长型和探索型技术的单位收益大多在600–1600元/吨（如图表23所示）。如果同时考虑资本成本、运营成本，以及能源销售收益，2035年效益型技术的利润能够65（24）CCER，成长型技术和探索型技术也能够CCER25（如图表25），CCER图表

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图表

提

超焓燃

制备

图表

1000瓦斯回收利用是煤炭生产侧降碳减排、促进资源回净收益为正）的减排技术，瓦斯回收利用的新增直接投资需求约为210亿元。如果进一步考虑瓦斯回收利用的降用项目（如图表26所示）。图表

经济可行情 技术可行情

瓦斯回收利用能够带来320亿元/年的经济收益。本报告对各类技术的终端产品年度市场销售规模进行测算，在技术可行情景下开展瓦斯回收利用每年能够带来约150亿元的能源销售收入，其中销售饱和热蒸汽是最主要的收入来源，约占能源销售收入的70%以上，其余为发电和燃气收入（如图表27所示）。在此基础上，瓦斯回收利用还能通过CCER市场获取175亿元/年的绿色收益，对于高成本的瓦斯回收利用技术而言，市场机制对于项目盈利性十分关键，CCER40（28），CCER能源替代：5420232.4%；瓦斯发电项目每年能够产生74亿千瓦时的电力供应，相当于满足五分之一的北京市城乡居民年度用电量；增加饱和热蒸汽供应7500万吨，如果按照代替燃煤锅炉计算，相当于年度节约1000万吨标煤。收利用项目能够增加约8400个就业岗位，每年增加10亿元的工作收入。来2.5亿吨二氧化碳当量的减排效果。相当于当前我国交通行业减排28%，钢铁行业减排15%，电力行业减5.5200导致的16亿元经济损失。图表 发电供热售气图表

CCER收益贡献能源销售收益贡8强化转型金融工具支持，优化项目管理模式。1000适用浓 技术名 技术原

（排名不分先后，非穷尽列举

ThermalOxidizer，RTO），在约进行供热，或带动发电机组发电国Harworth公司TRL度（350℃左右）进行氧化释放热能，ScientificandIndustrialResearchCANMET（CanadianC