某油田低碳示范區建設工程碳排放影響評估

廉軍豹 周大新 袁良慶 馬天怡 張鑫 鄭重 劉宏彬 李世熙

大慶油田設計院有限公司

為了響應和貫徹落實上級部門關于“碳達峰、碳中和”相關決策部署和文件精神，某油田以區塊為單元打造油氣生產低碳排放示范工程，依據建設條件、資源稟賦和用能情況，采用“優化簡化、清潔能源利用、負碳”三步法實現低碳，采用先進、成熟、可靠的清潔能源利用及負碳技術，力爭實現示范區低碳排放。為了解已確定建設方案的低碳示范區建設項目碳排放影響程度，開展碳排放影響評估工作，并在參照國際[1]、國家[2]、地方[3-4]及油氣田企業[5]標準或指南以及充分領會上級相關文件精神的基礎上進行。

1 示范區碳排放現狀

該示范區2020 年在運油井1 335 口，轉油放水站12 座，聯合站1 座，產液量2 163.43×104t，產油量70.55×104t，產氣量9 225×104m3，油氣當量78.0×104t，消耗天然氣4 324×104m3、電 力3.26×108kWh、汽油158 t、柴油378 t，采暖面積35 819.95 m2。碳排放計算參照《中國石油天然氣生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》（以下簡稱行業指南）及JGJ 26—2018《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》附錄A中工程所在地對應采暖供熱能耗參數。示范區碳排放現狀見表1。

表1 示范區碳排放現狀（2020年）Tab.1 Carbon emission status of the demonstration area(2020)

2 示范區項目未實施情況下碳排放預測

2.1 活動數據預測

通過工程設計文件獲取2021—2030 年天然氣消耗量、凈購入電力消耗量、油氣當量等活動數據（表2）。汽柴油消耗量、運行油井數、轉油站數、聯合站數、采暖數參照示范區2020年現狀。

表2 項目未實施情況下活動數據預測Tab.2 Activity data forecast without project implementation

2.2 碳排放預測

根據活動數據預測結果，并參照行業指南及采暖相關參數，預測計算得到項目未實施情況下的碳排放情況（表3）。在項目未實施情況下，2021—2030 年碳排放總量呈整體穩定略有下降的趨勢，但由于年油氣當量逐年下降較為顯著，碳排放強度從2022 年的0.451 tCO2e/t 油氣當量逐年增加至2030 年的0.730 tCO2e/t油氣當量。

表3 項目未實施情況下碳排放預測Tab.3 Carbon emission forecast without project implementation

3 示范區項目實施后碳排放預測

3.1 建設工程概況

該建設工程包括優化簡化工程、清潔熱力替代工程、清潔電力替代工程、負碳工程4個部分。

優化簡化工程采用了“油藏系統+采油系統+地面系統”立體化節能的技術路線。油藏系統通過細分注水、油井堵水等措施，控制無效注采118.8×104m3；采油系統采用了塔架式抽油機、超長沖程抽油機、碳纖維連續抽油桿和內噴涂油管等技術；地面系統對甲轉油站管轄油井集油系統進行單管集輸工藝改造，取消摻水熱洗工藝，將甲轉油站降級為增壓站，更新高耗能老化機泵，將站場機泵進行變頻化改造。

清潔熱力替代工程包含余熱利用、光熱利用以及3 個應用試驗。余熱利用工程規劃建設熱泵站6 座，新建15 臺熱泵機組，總裝機規模62.4 MW，供生產及采暖用熱；光熱利用工程將新建太陽能集熱場一座，采用菲涅爾太陽能集熱器代替原熱水站，最大功率2.4 MW，年均功率1.03 MW；地熱利用試驗是在聯合站熱泵站新建熱泵機組1 臺，利用探井1 口，供熱能力2.2 MW（地熱能0.81 MW）；電加熱鍋爐應用試驗是在乙轉油站采用電加熱爐替代原燃氣加熱爐，新建2.0 MW 摻水爐、1.5 MW 熱洗爐、0.35 MW 采暖爐各1 臺；配注站場超變頻采暖應用試驗采用超變頻電采暖裝置對站庫中存在問題的電采暖及聚能加熱裝置進行更新。

清潔電力替代工程包含清潔能源發電項目及電儲熱應用試驗。清潔能源發電項目包含風電105 MW、光伏85 MW、儲能裝置20 MWh；電儲熱應用試驗將新建固體電蓄熱爐1 臺，儲熱功率3.0 MW；放熱功率1.0 MW。

負碳工程將在項目區西北部選取面積約0.533 km2區域建設碳匯林，栽種喬木、亞喬木20 000株。

3.2 建設工程活動數據

通過建設工程設計文件獲取活動數據預測見表4～表7。

表4 優化簡化工程活動數據預測Tab.4 Activity data forecast of optimizing and simplifying engineering

表5 清潔熱力替代工程活動數據預測Tab.5 Activity data forecast of clean thermal replacing engineering

表6 清潔電力替代工程活動數據預測Tab.6 Activity data forecast of clean electric power replacing engineering

表7 負碳工程活動數據Tab.7 Activity data of negative carbon engineering

3.3 減排量計算方法

參照行業指南，節約燃料天然氣、節約電力、清潔電力碳減排量計算方法見表8，碳減排因子見表9。負碳工程碳減排計算采用國家發改委備案的溫室氣體自愿減排交易方法學AR-CM-001-V01《碳匯造林項目方法學》，僅考慮地上地下生物量碳匯量，忽略枯死木、枯落物、土壤有機碳、木產品產生的碳匯量。采用的材積量/生物量方程見表10。計算參數取值來源于中國第二次國家信息通報林業溫室氣體清單數據庫[6-10]。

表8 節約天然氣、節約電力、清潔電力碳減排計算方法Tab.8 Calculation method for carbon emission reduction of saving natural gas，saving electricity and using clean electricity

表10 碳匯造林負碳工程材積量/生物量方程Tab.10 Volume/biomass equation of carbon sink afforestation negative carbon project

3.4 碳減排效果預測

減排效果預測見表11。項目實施后，示范區碳總排放量由2021 年的36.60×104tCO2e 降至2030年的21.230×104tCO2e，2025 年項目完全建成后年均碳排放量降低了13.68×104tCO2e，降幅39.3%。

表11 碳減排效果預測Tab.11 Prediction of carbon emission reduction effect

4 碳排放影響分析

4.1 項目能耗結構分析

根據活動數據，項目建成后（2025—2030 年）能耗結構比較穩定，按照GB/T 2589—2020《綜合能耗計算通則》 計算項目的能耗結構結果（表12）。

表12 項目能耗結構Tab.12 Energy consumption structure of the project

4.2 碳排放強度分析

項目實施前后示范區碳排放強度如圖1 所示。由圖1 可知，碳排放強度由2021 年的0.470 tCO2e/t油氣當量逐年下降至2025 年的0.307 tCO2e/t 油氣當量。因油氣產量逐年降低，碳排放強度從2025 年的0.307 tCO2e/t 油氣當量逐年增加到2030 年的0.443 tCO2e/t 油氣當量，碳排放強度下降量從2022年的0.022 tCO2e/t 油氣當量上升到2030 年的0.286 tCO2e/t 油氣當量。項目完全建成后（2025—2030年）碳排放強度年均降幅約為39.4%。

圖1 項目實施前后示范區碳排放強度Fig.1 Carbon emission intensity of the demonstration area before and after project implementation

4.3 碳配額盈虧試算及經濟影響預測

參考已被納入碳配額管控的大港油田的碳配額分配方法，確定配額盈虧計算方法如下：

式中：E碳市場為項目年度納入碳市場的碳排放量，tCO2e；E歷史為歷史年度碳排放量，tCO2e，此處按低碳示范區2020 年核算排放量；η為年度下降系數，參考大港油田的碳配額分配方法，此處為2%；n為計算期內計算年。

碳配額單價預測參考《2060 年碳中和目標下的低碳能源轉型情景分析》（清華大學張希良教授），通過插值法預測計算2021—2030 年各年的國內碳交易價格。計算期內碳配額盈虧總量試算及其經濟總影響預測結果見表13。

表13 計算期內碳配額盈虧總量試算及經濟總體影響預測(不考慮資金折現）Tab.13 Trial calculation of total profit and loss of carbon quota during the calculation period and prediction of total economic impact(excluding the discount of funds)

4.4 自愿減排項目碳資產開發潛力評估

擬開發碳資產的自愿減排項目應同時具備以下條件：①建成后應能穩定運行；②具有適用開發機制方法學；③需產生至少1×104t/a 減排量。本項目的自愿減排項目主要有余熱利用、風電、光伏等。經篩選只有風電和光伏發電項目具備碳資產開發價值，適用方法學：AMS-I.F.Renewable electricity generation for captive use and mini-grid。為滿足“總裝機容量不超過15 MW”的要求，裝機容量以15 MW 為一個開發項目，項目間邊界最近距離大于1 km。經適用方法學估算，風電和光伏發電項目逐年滾動開發，到2025 年項目建成將累計產生約12.97×104tCO2e 的碳資產（項目基準線排放因子通過Tool to calculate the emission factor for an electricity system 參考“2021 年減排項目中國區域電網基準線排放因子”計算，為0.847 775 tCO2/MWh），建議開發為UER（德國上游減排機制）項目，按單價50美元/tCO2e計算，項目開發碳資產價值為648.5萬美元。

5 結束語

該油田低碳示范區建設工程將在很多方面產生積極影響：項目完全建成后示范區清潔能耗年均占比54.18%，碳排放量年均降低13.68×104tCO2e，年均降幅39.3%，碳排放強度年均降幅39.4%；參考大港油田的碳配額分配方法試算，計算期內碳配額總缺口減少86.08×104tCO2e，總盈余增加72.05×104tCO2e，經濟總體影響增加6 397 萬元（不考慮資金折現）；風電和光伏發電自愿減排項目碳資產開發潛力為12.97×104tCO2e，開發UER 機制項目碳資產開發價值約648.5萬美元。

本次碳排放影響評估還存在一些問題：有待制定項目的碳排放監測計劃，尤其是擬進行自愿減排項目碳資產開發的風電、光伏發電項目的監測計劃；油氣生產碳排放強度相關基準值尚未發布，碳排放強度分析未進行橫向比較；本項目所在油田公司未納入碳配額管控范圍，產生的碳配額盈虧及其經濟影響僅進行參考試算與預測；有待進行碳減排措施分析，包括碳減排措施碳減排占比分析、全壽命周期的投資成本分析、投資結構優化分析、節氣產生的油氣當量增加預測等。