煤层气开发利用综合效益评估.pdf

煤层气是赋存于煤层中的非常规天然气， 也 称 “煤矿瓦斯”， 其主要成分是甲烷 （CH4）。 我国 煤层气资源丰富， 根据最新一轮全国油气资源评 价结果表明 我国42个主要含煤盆地埋深2 000m 以浅煤层气资源量为36.81012m3[1]。 开发利用这一 优质洁净的新型能源， 有利于人类生存环境的改 善， 有利于解决煤炭开采中的矿山安全问题， 同 时可以增加气体能源， 改善能源结构[2]。 自2006 年国务院办公厅出台 关于加快煤层气 （煤矿瓦 斯） 抽采利用的若干意见 以来， 我国煤层气产 业得以迅速发展,商业化进程急剧加快， 越来越多 的政府和企业对于开发煤层气产生的巨大效益形 成共识。 但长期以来， 煤层气开发利用效益的评 估一直停留在定性分析层面， 如何利用科学的方 法对煤层气开发利用的综合价值进行定量评估成 为当前一大难题。 本文依据煤层气开发利用的工 程实践， 将煤层气开发利用综合效益指标划分为 环境效益、 安全效益和能源效益三大评估指标， 构建了煤层气开发利用综合效益定量评估模型， 实现由定性分析向定量分析的转变， 为我国煤层 气资源开发提供积极的理论探索， 同时为政府和 企业评估煤层气项目提供依据和参考。 1煤层气开发利用环境效益评估 1.1煤层气直接排放对环境的危害 在进行煤炭资源开采的过程中， 大量的煤层 气以通风瓦斯的形式被排放到大气中， 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[3]。 煤层气的主要成分是甲烷 （CH4）， 是仅次于 CO2的重要温室气体。 甲烷和二氧化碳等主要温室 气体包裹在地球周围， 具有很强的吸收热辐射能 力， 在选择性吸收了地球的辐射能后， 部分会再 通过反射回到地球表面使得大气保存部分辐射能 量， 阻止了热辐射向外层空间的散射， 使大气中 的热能积聚越来越多， 最后造成了地球表面温度 比其辐射平衡时的温度高， 形成温室效应。 此外， 煤层气中还含有一定量的非烃类有毒气体， 例如 H2S、SO2、CO和CO2[4]。 如果将煤层气不加处理 直接排放到大气中， 会导致空气质量恶化， 当人 呼吸这些有毒气体达到某一临界当量时， 就会导 致直接死亡。 煤层气开发利用综合效益评估 冯立杰 1，2， 张胜有1，2， 姜光杰1， 安 岩 2 （1.河南省煤层气开发利用有限公司， 河南 郑州450016；2.郑州大学 管理工程研究所， 河南 郑州450001） 摘要 煤层气是当前我国大力发展的新型能源， 开发利用煤层气不仅可以优化我国的能源结构、 减少温室气体排放、 减轻大气污染， 而且还可以从根本上解决煤矿安全问题， 对于实现我国国民 经济的可持续发展具有重大意义。 长期以来， 煤层气开发利用效益的评估一直停留在定性分析层 面， 如何利用科学的方法对煤层气开发利用的综合价值进行定量评估成为当前一大难题。 笔者将 煤层气开发利用综合效益指标划分为环境效益、 安全效益和能源效益三大评估指标， 并结合煤层 气开发利用工程实践， 构建了煤层气开发利用综合效益评估的定量模型， 为我国煤层气资源的综 合价值评估提供了积极的理论探索， 同时也为政府和企业开发煤层气项目、 开展瓦斯综合治理提 供依据和参考。 关键词 煤层气； 综合效益； 环境效益； 安全效益； 能源效益 中图分类号F403.8文献标志码A 基金项目 国家自然科学基金资助项目 （70740002） 第30卷第1期煤 炭 经 济 研 究Vol.30No.1 2010年1月Coal Economic ResearchJan.2010 29 1.2煤层气开发利用环境效益评估模型 由于单独抽采利用煤矿瓦斯的不经济性， 所 以大量的煤层气都没经任何处理和利用就被直接 排放到了大气中。 如果煤层气能够得到充分的开 发利用， 实质上就可以有效地减少温室气体的排 放， 从而保护环境， 体现了煤层气资源的环境效 益。 但是， 煤层气资源的环境效益评估到目前尚 没有明确且统一的方法， 本文尝试采用CDM项目 方法保守地评估煤层气环境效益。 煤层气资源的环境效益体现为经证明的减排 量CERs的可转让收益， 即经核证的减排量乘以 当前每吨二氧化碳当量价格， 其计算公式为 VEERP（1） 式中ER某年温室气体减排量，tCO2e； P某年每吨二氧化碳当量价格， 元/t。 根据ACM0008第2版， 减排量是指因项目 活动而比基准线情景 （常规直接排空情景） 下减 少的温室气体排放量。 某年项目活动的减排量ER 就是基准线排放量 （BE） 和项目排放量 （PE）、 泄 漏量 （LE） 的差值。 计算公式为 ERBE-PE-LE（2） 式中BE某年的基准线排放量，tCO2e； PE某年的项目排放量，tCO2e； LE某年的泄漏量，tCO2e。 2煤层气开发利用的安全效益评估 煤层气资源的开发利用最重要的还体现在安 全效益方面。 如果单从经济账上看待煤层气资源 开发， 就会得出 “煤层气不如天然气合算”、“煤 层气不如煤炭开采价值高” 等扭曲结论。 实际上 煤层气不开发利用不仅会随着煤炭的开采白白浪 费,增加温室效应、 破坏环境； 更重要的它还是导 致煤矿灾害频发的头号元凶。 据统计， 从建国至 2009年8月， 我国煤矿共发生25起一次死亡百人 以上的特大事故， 共死亡3 957人， 其中19起是 瓦斯事故， 死亡2 643人， 事故起数和死亡人数分 别占76和66.8[5]。 实现煤矿安全生产的重点是 防治瓦斯,只有在煤炭生产中先采气后采煤,才能 有效地减少采煤过程中的矿井瓦斯涌出量， 最终 减少煤矿瓦斯事故的发生。 另外， 煤层气开发利 用安全效益还体现在降低煤矿职业病率、 减少煤 矿瓦斯治理费用、 提高煤矿开采效率等方面。 2.1煤层气开发利用使煤矿瓦斯事故减少 煤层气开发利用减少煤矿瓦斯事故的直接效 果是减少瓦斯事故所造成的损失， 主要包含事故 所造成的人员生命价值的损失和生产设施破坏损 失。 其计算方式为采用煤层气抽采利用的矿井本 年与同一矿井未采用煤层气抽采的效益比较。 其 计算公式为 VaVa1（ρ11-ρ21）Va2（ρ12-ρ22） Va3（ρ13-ρ23）Va4（ρ14-ρ24）（3） 式中Va为某年矿井事故所造成的损失减少总额， 元；Va1、Va2、Va3、Va4为某年矿井发生瓦斯特别 重大事故、 特大事故、 重大事故、 一般事故所造 成的损失， 元；ρ11、ρ12、ρ13、ρ14为某年未采用煤 层气抽采的矿井发生瓦斯特别重大事故、 特大事 故、 重大事故、 一般事故的概率， 次/a；ρ21、ρ22、 ρ23、ρ24为某年采用煤层气抽采的矿井发生瓦斯特 别重大事故、 特大事故、 重大事故、 一般事故的 概率， 次/a。 2.2煤层气开发利用减少职业病损失 随着我国对煤炭需求的增大， 不仅煤矿数量 增多， 综采、 综掘技术也在迅猛发展， 粉尘危害 已经成为煤炭行业最为严重的危害。 我国煤炭行 业采煤作业工人高达800万人， 但由于经济发展 的不平衡性、 产业技术和管理模式落后等原因， 煤炭行业职业危害的发生率在我国众多产业中长 期居高不下， 其中尘肺病的发病总人数占我国尘 肺病发病总人数的近58[6]。 对于尘肺病的防治， 应坚持 “预防为主、 防 治结合” 的方针， 预防主要是从粉尘的防治着手， 结合研究治疗尘肺病的辅助措施。 其中利用煤矿 瓦斯抽放钻孔进行综放面煤层注水防尘是一个非 常好的措施。 据项目统计， 将全部测尘数据整理 后与不注水 （静压） 区域的测尘数据进行比较可 知 其中呼吸尘降低70， 全尘降低80。 由此 可大大降低煤矿的尘肺病的发病概率， 有效的减 少因职业病而带给企业的赔偿支出。 其计算公式 为 VddVde（qd1-qd2）（4） 式中Vdd年矿井赔偿矿工职业病所造成的损 2010年第1期煤 炭 经 济 研 究第30卷 30 冯立杰等 煤层气开发利用综合效益评估2010年第1期 失减少总额， 元； Vde赔偿一次职业病的平均损失额， 元； qd1未实施煤层气抽采而发生的职业病 的平均数量， 次/a； qd2实施煤层气抽采而发生的职业病的 平均数量， 次/a。 2.3煤层气开发利用减少矿井安全投入费用 矿井安全投入费用是煤炭企业生产成本中很 重要的一部分， 一般煤炭安全投入占整个生产成 本的30以上。 煤层气开发利用采用了采前地面 预抽， 不仅降低了采煤时的煤层瓦斯含量， 提高 了瓦斯抽出率， 同时也为矿井减少了一定的矿井 安全建设投入。 减少矿井安全投入费用计算为 CdsCsalsaQρsCsalsaQ）（5） 式中Cds某年煤层气开发减少矿井的安全投 入费用， 元； Csa某年实施煤层气抽采条件下井下钻 孔单位长度所需费用， 元/m； lsa某年实施煤层气抽采条件下井下吨 煤钻孔长度，m； Q某年矿井的生产能力，t； ρs其他辅助费用与钻孔抽采瓦斯费用 的比例系数。 2.4提高煤矿生产效率 通过实施先抽后采、 煤气共采、 采煤采气一 体化， 变被动预防为主动治理， 矿井单个工作面 生产力得到彻底的解放， 综采工作面在回采前， 吨煤瓦斯含量降至国家安全开采要求水平。 单一 工作面产煤效率得到大幅度的提高， 为煤炭企业 创造了可观的价值。 其价值计算如下 ViePm（v2-v1）365whpm（6） 式中Vie某年实施煤层气抽采后生产能力提 升所创造的价值， 元； Pm1t煤市场价格， 元/t； v2某年实施煤层气抽采后工作面的掘 进速度，m/d； v1某年未实施煤层气抽采后工作面的 掘进速度，m/d； w某年掘进工作面的宽度，m； h某年掘进工作面的高度，m； pm煤炭密度，t/m3。 3煤层气开发利用能源效益评估 煤层气资源的能源效益主要是依据煤层气作 为一种新能源为社会创造的经济效益。 主要包含 两种情况 一种是能源替代效益， 将煤层气用于 发电、 工业原料、 居民直接使用等利用方面产生 的价值， 主要是指将其替代常规天然气资源的价 值； 另一种是能源安全效益， 作为一种新能源， 煤层气开发利用对国家的能源保障将做出重大的 贡献， 对保障我国能源供给， 维护我国能源安全 具有重要意义。 3.1煤层气资源的能源替代效益 我国能源结构与其他国家和世界能源结构相 比具有显著的不同。 我国能源结构中煤炭居于绝 对主导地位， 占到70.4以上， 石油占20.8， 天 然气占3.3， 能源结构十分单一， 这对国民经济 发展和国家能源战略都具有较大的负面影响。 2008年世界各国GDP排名中国名列第三， 在 世界大国中发展速度第一。 庞大的经济体系以及 高速发展的速度对我国能源供给提出了严峻的挑 战。1994年我国的石油进口依存度仅为1.9， 到 2010年将达到49， 而届时本土生产能力将不超 过2亿t。 我国将面临着2亿t的石油缺口。 我国 天 然 气 资 源 相 当 匮 乏 ，目 前 已 探 明 储 量 22 653.60亿m3， 占世界总储量1 750 752.89亿m3 的1.3 [7]。 2010年 我 国 天 然 气 需 求 将 达 1 100亿m3， 而国内每年能提供的只有900亿m3， 这就意味着还有200亿m3的缺口， 到2020年我 国的天然气缺口至少达800亿m3[8]。 我国能源短缺和结构性矛盾日渐突出， 迫切 需要从能源安全的战略高度， 实施以优质能源为 主的能源发展战略， 不断促进新型替代能源的研 发与利用。 煤层气作为天然气的重要补充， 是21 世纪新型能源， 它的开发利用将有效缓解我国当 前日趋紧张的能源供求局势， 促进能源结构优化， 从而实现我国能源、 经济、 环境的可持续发展。 我国煤层气资源位列世界前3位,占世界前12个 国家煤层气资源总量的13。 预计到2010年和 2020年我国煤层气产量将分别达到100108m3和 31 2010年第1期煤 炭 经 济 研 究第30卷 220108m3， 开发利用煤层气资源替代天然气资源 以弥补能源缺口， 将是我国当前比较现实的选 择[9]。 煤层气的直接经济效益的计算公式为 Vndpgvcbmλcg（7） 式中Vnd煤层气直接代替天然气利用所创造 的价值， 元； pg天然气市场价格， 元/m3； vcbm煤层气抽采计量的体积，m3； λcg开采的煤层气含CH4浓度与常规天 然气含CH4浓度之比。 3.2煤层气资源的能源安全效益 能源安全是实现一个国家或地区国民经济持续 发展和社会进步所必需的能源保障。 能源安全程 度取决于一个国家或地区经济发展和社会进步对 能源消耗的需求以及可供能源的保障程度。 我国 的能源需求不断扩大而产量持续下降， 决定国家 必须尽快地考虑对策来保障能源安全。 开发利用 煤层气资源是当前保障我国能源安全的重要战略 举措。 煤层气替代石油消费， 相当于增加了国内 原油供给， 减少了国际石油进口量。 所以规模化 开发利用煤层气， 客观上有助于缩减石油储备规 模， 从而节约储备成本。 节约的储备成本可视为 煤层气开发产生的石油安全效益， 因此从储备成 本入手， 估算出煤层气开发利用产生的能源安全 效益。 本文假定建设一个标准的战略石油储备库， 其储备能力为qt， 每天的供给量为qdt， 服务期限 为T年。 一个标准的战略石油储备库的成本主要 由四部分构成 资本 （基建） 成本、 经营和管理 成本、 充油和再充油成本、 抽油 （动用） 成本[10]。 其计算公式为 CCfCopTCpTN1CeTN2（8） 式中Cf标准石油储备库的基建成本； Cop标准石油储备库的经营和管理成本； Cp标准石油储备库充油和再充油成本； Ce标准石油储备库抽油 （动用） 成本； T标准石油储备库的服务期限； N1年标准石油储备库充油和再充油次 数； N2年标准石油储备库抽油（动用）次数。 煤层气一天的实际抽采利用量， 通过油气当 量折算成石油量。 这部分折算的石油量可以作为 标准石油库的每天供给量， 除以一个标准的战略 石油储备库供给量， 这样就可以得出同等规模的 标准石油库的数量。 由标准石油库的节约成本可 以推出单位煤层气资源的能源安全效益。 煤层气每天抽采利用所节约的总成本为 Cz QEC qd （9） 式中Q煤层气每天抽出利用量； E油气当量转换系数。 则单位煤层气的能源安全效益为 CaCz Q EC qd （10） 4煤层气开发利用综合效益评估模型 根据上述煤层气开发利用环境效益、 安全效 益以及能源效益的评估模型， 可以得出煤层气开 发利用综合效益评估模型为 V综VE VddVdsVie VndC（11） 其中，V综为煤层气开发利用综合效益， 元； 其他变量含义与前文表示一致。 因此， 煤层气开 发利用综合效益评估模型， 可以从不同角度更全 面、 更客观的考察煤层气开发利用的综合效益， 为企业和政府考察和决策煤层气项目提供一个方 法性依据。 5结论 本文通过建立煤层气开发利用综合效益评估 模型， 将煤层气开发利用综合效益指标划分为环 境效益、 安全效益和能源效益等指标， 使煤层气 的综合效益以货币的形式来表现， 这样就为全面 和科学的评价煤层气开发利用提供了一个有效的 途径。 但是， 本文对于煤层气开发利用的环境效 益、 安全效益和能源效益的评估还处于初始阶段， 很多指标的测算在工程实践中还存在一定的难度， 还有待更深入的研究和论证， 构建精度和准确性 更高的煤层气综合效益评估模型将是下一步研究 的方向。 32 （上接第10页） 用 “小业主、 大中介” 的模式， 在煤炭生产以及 与之紧密联系的机电、 运输等工作环节进行专业 化管理， 在设备维护、 地质测量特别是生活后勤 服务等环节实行市场化运作， 社会化管理。 三是在综合效益上突出一个 “好” 字。 根据 国家的循环经济指标体系， 制订出了30项园区指 标体系， 随着园区的建成， 园区的经济效益、 环 境效益和社会效益同步显现。2009年园区产值达 到85亿元， 实现利税近30亿元。 园区内所有项 目达产后， 产值将达到150亿元以上， 预计实现 利税50亿元以上， 并且拉动了当地的就业。 节能 减 排 显 著 ，园 区 单 位 生 产 总 值 能 耗 达 到 1.47tce/万元。 2.2.7塔山园区是一个现代文化融汇凝聚的园区 企业文化是企业重要的软实力， 同煤集团 “制度管企、 文化管人” 的企业文化精髓在塔山 “落地生根”， 与产业项目深度融合， 成为了塔山 园区的灵魂。 在大集团、 大文化的指引下， 各个 项目独具创新。 塔山煤矿按照 “瞄准先进目标， 塑造一流矿 井建设的典范； 弘扬时代精神， 塑造独特企业文 化的典范； 坚持率先垂范， 塑造优秀领导班子的 典范； 勇于开拓进取， 塑造创新管理模式的典范； 突出以人为本， 塑造本质安全矿井的典范； 树立 必胜信念， 塑造争创成功企业的典范” 这 “六个 典范” 的要求， 在矿井设计、 工艺、 装备、 效率、 安全等方面， 都达到了国际水平。 此外， 还有塔山电厂的 “六个一流”、 煤矸石 砖厂的 “四型” 标准、 水泥厂的 “四高” 要求， 等等， 这些理念既是对塔山模式的精辟总结， 又 是发展循环经济的行动纲领。 塔山的和谐繁荣， 彰显了同煤文化的无穷魅力 2.2.8塔山园区是一个各级领导高度厚爱的园区 塔山园区的建设， 得到了党中央、 国务院的 亲切关怀和高度厚爱， 得到了各级政府以及相关 部门、 社会各界的大力支持和鼎力相助。 近年来， 胡锦涛总书记、 温家宝总理、 贾庆林主席、 李克 强副总理等党和国家领导人先后亲临塔山， 视察 工作， 作出重要指示。 胡总书记称赞塔山园区建 设很好， 要加快推进。 温总理肯定塔山循环经济 园区的路子走对了， 高度赞扬塔山矿是最先进、 最现代化的矿井。 山西省委、 省政府领导对塔山园区高度重视。 从园区规划、 项目审批到开工建设都给予了大力 支持， 经常听取汇报， 并多次深入现场办公， 作 出重要指示， 有力推动了园区建设。 大同市委、 市政府以及市有关部门的领导都对园区给予了很 大支持。 塔山模式已经成为同煤集团发展循环经济的 一个标志、 一种象征， 发挥出了巨大的带动示范 作用， 塔山园区的建设， 引领带动了新同煤建设， 带动了区域经济社会发展， 在国内乃至国际上产 生了积极深远的影响。 塔山园区的成功实践彻底 改变了传统煤矿的形象， 唱响了发展循环经济的 主旋律， 我们将继续努力为中国乃至世界煤炭工 业的科学发展做出积极的贡献。 作者简介 吴永平， 男， 山西省怀仁县人， 高级工程师， 现 任大同煤矿集团公司董事长、 党委书记。Tel0352-7014642，E- mailldzh7014642 编辑 潘广涛 冯立杰等 煤层气开发利用综合效益评估2010年第1期 参考文献 [1]翟光明， 何文渊.抓住机遇， 加快中国煤层气产业的发展[J]. 天然气工业，2008 3 . [2]张胜有， 冯立杰， 王金凤.煤层气开发模式的比较分析及对策 建议[J].中国煤层气，2009 2 . [3]彭贤强， 张宝生.中国煤层气开发社会效益分析[G].第二届中 国能源战略国际论坛论文集, 2007 . [4]马玉贞， 陶明信， 张新民， 等.煤层气及天然气中的H2S与 SO2及其危害性[J].地质学报，2008 10 . [5]贾明山.工矿企业职业卫生现状分析与思考[J].职业卫生与应 急救援，2000 2 . [6]孙茂远， 刘贻军.中国煤层气产业崛起的新阶段[J].中外能 源，2008 6 . [7]张新安.战略石油储备的成本-效益分析[J].国土资源情报， 2000 3 . 作者简介 冯立杰 （1966-）， 男， 河南焦作人， 教授级高工， 博士， 从事管理科学与工程、 系统工程、 煤层气开发与决策研究。 Tel0371-67781828 编辑 柳妮 33