杨罕玲 赵一炜

(1.美国环保协会纽约办公室；2.石油石化污染物控制与处理国家重点实验室；3.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司)

0 引 言

甲烷是一种强势的短寿命温室气体，其100年尺度下的全球增温潜势(GWP100)是二氧化碳的25倍，而其20年尺度下的全球增温潜势(GWP20)是二氧化碳的84倍。目前，大气中的甲烷浓度已升至80万年以来最高水平[1]，对全球变暖贡献率高达25%[2]。2021年8月，政府间气候变化专门委员会(IPCC)的第六次评估报告第一工作组报告首次强调了甲烷减排对减缓全球升温速率的重要性[3]。在第26届联合国气候变化大会上，近110个国家加入甲烷减排承诺，中美气候联合宣言也将甲烷减排作为双边合作的重点领域。

美国是世界上主要的甲烷排放国之一。2019年甲烷占美国全年温室气体排放总量的10%(约6.6亿t二氧化碳当量)[4]。石油和天然气行业是最大的工业甲烷排放源，约占人为排放总量的30%[4]。美国温室气体排放数据主要集中于由联邦环境保护署(U.S.EPA)负责管理的两个报告系统：①国家温室气体清单和碳汇(U.S.Greenhouse Gas Emissions and Sinks，以下简称“国家清单”)；②大型设施温室气体强制报送制度(Greenhouse Gas Reporting Program，“GHGRP”，以下简称“报送制度”)[4]。国家清单描述了温室气体排放趋势，为宏观减排政策制定提供参考。报送制度则提供了大型污染源(如油气设施)的标准化排放数据，便于公众理解，为州、地方政府和企业减排提供支持，也为更新国家清单排放因子和活动水平数据提供依据。

1 美国国家温室气体清单和碳汇

美国自20世纪90年代初开始编制国家清单，覆盖二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟氯碳化物(HFCs、CFCs)、全氟碳化物(PFC)、六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)七种温室气体，涵盖了所有的人为排放源和通过碳汇(森林、植被和土壤中的碳存储)从大气中移除的二氧化碳。根据《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)的要求，1994年美国向联合国提交了第一份国家清单(1990—1993年)，随后每年都提交更新报告[4]。2021年4月公布的清单包含了1990—2019年的排放信息[5]。

国家清单的编制和更新由U.S.EPA牵头多个部门、研究机构和专家共同完成。清单草案在定稿前须经过30天公示，根据公众意见进一步完善修改。清单主要采用IPCC2006年指南的排放估算方法，同时参考IPCC后续增补指南、官方经济统计数据、设施报送数据、科研文献和专家评判等，对排放量进行自下而上的汇总和估算。IPCC 2006年指南将能源行业排放的计算方法分为三级，层级越高对数据的要求越高。层级1采用国际默认排放因子，层级2采用国家级的排放因子，层级3采用组件级(component-level)排放因子或设施级(facility-level)排放估算和直接测量[6]。针对油气系统，清单主要涵盖三种温室气体(CO2、CH4和N2O)，并采用层级2、3方法进行排放统计[7]。通过公开会议和文件，U.S.EPA及时向公众说明排放因子和方法学的更新进展[8]。参照国家清单框架，U.S.EPA还开发了“州清单工具”(State Inventory Tool)[9]供各州自愿使用，各州自行决定是否编制州级温室气体清单。美国国家清单覆盖的油气系统环节[7]见表1。

表1 美国国家清单覆盖的油气系统环节

2 大型设施温室气体强制报送制度

2009年，按照联邦《综合拨款法案》(Consolidated Appropriations Act)的要求，U.S.EPA制定了温室气体报送制度，主要适用于年排放超过(含)25 000 t二氧化碳当量的大型设施[10]。报送制度涵盖了41种固定排放源类别，共计8 000余个设施，其中包括油气设施2 000余个，燃料和工业气体供应商900余个以及二氧化碳捕获/供应和地下注入设施200余个[10-12]。自2010年起，受控设施每年通过“温室气体线上报告平台”(e-GGRT)提交数据，U.S.EPA则通过“设施级温室气体信息”(FLIGHT)等网站公开相关排放信息[10]。

3 国家清单和报送制度之间的差异

尽管国家清单和报送制度互为补充，但两者之间仍然存在一定的差异[13]。

1)覆盖范围的差异：清单覆盖所有的人为排放源和碳汇。报送制度涵盖的主要是年排放超过25 000 t二氧化碳当量的设施，占清单排放总量的85%～90%，不包括小型排放源、农业/土地利用和碳汇。

2)燃料划分类别的差异：清单依据美国能源信息管理局(U.S.Energy Information Administration)的燃料分类和消耗数据计算燃料排放。而报送制度关注的是具体设施的燃料排放。设施的燃料分类可能异于清单，导致该类设施在两个体系中的排放总量存在差异。

3)能源和生产工艺排放划分的差异：清单中燃料燃烧排放归属能源章节，工艺排放则另设章节。工艺排放包括非燃料燃烧排放或制造和终端消费使用温室气体所造成的排放[14]。而在报送制度中，燃料燃烧和工艺排放均被纳入设施的排放总量。

4)估算方法学的差异：清单针对小型排放源通常使用IPCC缺省数据，而报送制度则采用更加细化的设施级或组件级的排放因子和活动数据。

国家清单与报送制度的比较[15]见表2。

表2 国家清单与报送制度的比较

4 油气行业大型设施温室气体报送制度

4.1 油气行业的温室气体报告编制说明

报送制度针对油气行业制定了一系列的报送编制说明(如表3[15]所示)，其中Subpart W章节详细介绍了油气供应链三种温室气体的排放核算要求。

表3 油气行业温室气体报送编制说明分类

4.2 Subpart W章节覆盖的油气供应链环节

油气行业温室气体报送的相关环节[16]见图1。

图1 规范中涉及油气行业温室气体排放报送的相关环节

Subpart W章节规定了油气供应链10个环节的温室气体报告要求。2019年相关报送设施总计2 300余个。由于石油运输环节排放相对较小，未被纳入排名前80%的排放源，因此不受Subpart W约束。另外，住宅和商业用户燃气表及调压器也不在强制报告范围内。2019年Subpart W覆盖的油气供应链设施数量见表4[17]。

表4 2019年Subpart W覆盖的油气供应链设施数量

4.3 Subpart W章节对油气供应链设施的定义

鉴于企业报送以设施为单位，如何界定“设施”直接关系到排放源的覆盖范围和控排绩效比较。对于边界清晰的作业区，例如海上油气生产、陆上天然气加工、陆上天然气长输和压缩、地下储气库以及LNG进出口设备，Subpart W采用美国清洁空气法案(Clean Air Act)对“设施”的定义，即相邻区域内受同一业主(包括运营商)控制的一组排放源为一个设施[18]。但针对陆上油气生产环节以及集输和加压环节，同一家公司的运营活动可能跨越若干彼此毗邻的盆地，涉及多个油气井和集输站点。

如果将“设施”定义为业主公司，则可能无法体现不同盆地的排放差异。将“设施”定义为单个井场和集输站也不理想，因为很多单个站点的年排放量低于25 000 t二氧化碳当量的门槛，由此可能会导致大量排放源不受报送制度的约束。基于以上考虑，Subpart W以“盆地”(basin)为范围对生产、集输环节的设施进行定义。油气盆地的划分参照美国石油地质学家协会(American Association of Petroleum Geologists)对地质省(geological province)的划分[19]。同一盆地中由同一业主运营的多口生产井被视为一个“设施”；同一盆地中由同一业主运营的集输、加压设备和管道(无论管道是否连通)都属于同一个设施。基于“盆地”范围的生产设施定义有助于比较因地域和公司运营差异造成的排放差异，而且可以覆盖小型排放源。

Subpart W中天然气输配“设施”指的是一州内本地输配公司运营的所有输配管道和调压计量站的集合[20]。

5 国家清单和Subpart W报送系统的油气供应链甲烷排放因子和活动数据

国家清单和报送制度对甲烷排放的估算均采用排放因子(设备/组件或活动的排放速率)与活动水平(设备/组件数量或活动频率)的乘积。美国于1990年代开展的早期油气排放因子研究奠定了国家清单的数据基础。之后，油气企业的报送数据和甲烷科研文献也成为因子更新的重要来源[5]。

5.1 国家清单中油气供应链的甲烷排放因子和活动数据

国家清单天然气供应链的甲烷排放因子的一个早期主要来源是1996年U.S.EPA/天然气技术研究院(Gas Research Institute，现称Gas Technology Institute)开展的天然气行业甲烷排放研究(简称GRI/EPA研究)。通过工程估算和对少数代表性设施的测量，该研究开发了80多个排放因子，并为后期的一系列项目所借鉴，例如U.S.EPA“天然气之星”计划(Natural Gas STAR Program)、“国际甲烷市场化合作”计划(Methane to Market Partnership)、州的天然气甲烷排放清单、美国石油学会(API)纲要、美国州际天然气协会(INGAA)长输和输配环节甲烷排放计算方法学等。GRI/EPA研究也是IPCC指南中多个排放因子的来源[5]。

石油系统的早期因子来源于1992年API的全球石油行业甲烷排放数据(简称API1992)和1999年U.S.EPA和Radian公司开展的石油行业甲烷排放研究(简称EPA1999)[5]。随着2010年设施报送制度的建立，Subpart W的甲烷数据成为清单因子更新的重要依据。另外，甲烷科学研究的拓展也为因子更新提供了参考。为提高数据的准确性，国家清单针对油气井完井和修井分设了常规和非常规水力压裂排放因子。同时也针对重质原油和轻质原油的生产和处理分设了不同的因子[21-22]。

油气系统活动数据的来源主要包括上述提到的早期研究、Subpart W报送系统、海洋能源管理局、联邦能源监管委员会(FERC)、能源信息局、交通部的管道和有害材料安全管理局(PHMSA)、美国陆军工程兵团(Army Corps of Engineers)、州际油气协定委员会(IOGCC)、“天然气之星计划”、Enverus公司数据和《油气杂志》(Oil and Gas Journal)等[5]。

清单中油气行业三种温室气体(含甲烷)的历年排放因子和活动数据可在网上下载[21-22]。国家清单天然气供应链甲烷年排放量示例[23]见表5，国家清单石油系统甲烷年排放量示例[24]见表6。

表5 国家清单天然气供应链甲烷年排放量示例 万t甲烷

表6 国家清单石油系统甲烷年排放量示例 万t甲烷

5.2 Subpart W油气设施报送系统的甲烷排放因子和活动数据

与国家清单设立的设备级(例如压缩机、分离器)排放因子不同，Subpart W依据美国东部和西部产区的区域条件和运营特征，制定了更细化的组件级(如法兰、阀门)排放因子和设备的组件缺省参数。同时针对不同的监测方法和泄漏定义(10 000 μg/g和500 μg/g)，增设了相应的组件级泄漏因子。这些因子及组件数据最初来源于U.S.EPA、美国石油学会、天然气研究院和加拿大Clearstone工程公司的相关研究[25-35]，并随着科研进步得到更新。Subpart W油气设施温室气体排放核算表[36]和数据报送表[37]可在网上下载。

6 质量保证/控制及验证(QA/QC and Verification)

U.S.EPA负责国家清单和设施数据的审查和评估，对数据收集、输入、记录和计算进行QA/QC分析，通过电脑程序自动检查以及开展人工审核。如发现问题，U.S.EPA须联系相关设施纠正错误。同时，根据最新数据和信息，U.S.EPA对排放因子和活动数据的假设是否符合当前行业惯例进行评估和更新。出于对清单时效性和经费的考虑，U.S.EPA尚未采用第三方核证[38]，但设施报告的签字人须对填报信息的合规性负法律责任。

然而，近年来众多的科学研究表明基于排放因子估算的清单数据存在很大的不准确性。2012—2018年，美国环保协会(Environmental Defense Fund)针对美国天然气供应链的甲烷排放组织开展了大量的实测研究，得出的排放量超过国家清单数据的60%[39]。斯坦福大学的最新科学研究认为排放差异主要来源于天然气凝液和液化石油气储罐的泄漏和闪蒸、设备泄漏、火炬不完全燃烧排放和返排液卸载排放，进一步说明了开展实测和结合“自上而下”和“自下而上”的估算方法[4](见表7)对改进排放因子和清单质量的重要性[40]。

表7 “自上而下”和“自下而上”的甲烷排放估算方法

“自上而下”方法覆盖所有排放源(自然源和人为源)，但可能难以溯源。而“自下而上”方法可以提供某些排放源的信息，但可能无法做到全覆盖，并且采用的排放因子和活动数据也许不准确。因此，协调两种估算方法对改善数据质量至关重要。越来越多的企业和政府利益相关方意识到了这一点。2014年，联合国环境规划署(UNEP)、欧盟委员会(European Comission)和美国环保协会牵头发起油气甲烷伙伴关系(OGMP)，目前成员公司已超过70多家，公司资产覆盖五大洲，油气产量占全球总量的50%[41]。新出台的OGMP2.0框架被视为当前最佳甲烷排放报告框架，制定了五个层级的数据估算标准。其中第五层级(最高级)要求企业提供每个排放源的特定排放因子和活动数据，并开展场站实测。欧盟委员会计划参考OGMP 2.0框架，制定能源甲烷强制性监测、报告和核查(MRV)的立法[41]。

7 结论及建议

在中国，甲烷也是仅次于二氧化碳的第二大温室气体。中国“十四五”规划首次将甲烷管控写入五年规划，2060年碳中和是指所有温室气体的中和。目前，七家中国油气企业已联手创建甲烷控排联盟，力争实现2025年天然气生产过程甲烷平均排放强度降到0.25%以下[42]。十家城市燃气企业也签署了甲烷倡议，推动行业排放数据的标准化、透明化[43]。在中美格拉斯哥气候联合宣言中，中国宣布将制定国家甲烷行动计划。生态环境部明确表示未来的工作重点之一是完善重点领域甲烷数据的报告制度和加强MRV的国家合作[44]。

结合美国国家清单编制和设施排放数据管理制度，本文对中国油气甲烷数据完善工作提出以下建议：

一是加快建立常态化的温室气体报送制度。美国自1994年以来每年发布国家清单，通过设施报送制度和大量的油气甲烷排放研究，积累了丰富的数据和经验。中国作为《气候公约》非附件一国家不承担年度报告的义务，目前清单核算的是2014年数据。建立连续年份的国家清单有助于及时反映温室气体排放趋势，对减排政策制定至关重要。

二是完善油气供应链的甲烷数据报送机制。2015年《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)》[45]制定了上游设施的甲烷排放核算方法，但目前对下游城市燃气行业的排放报送不设要求。上游排放也未区分常规和非常规生产、没有纳入火炬排放和废弃油气井排放等[46]。因此，有必要扩大报送机制的覆盖范围，提高数据完整性。

三是开展实测，细化排放因子和活动数据。中国基础排放因子采用加拿大油气排放因子(2005)[46]，难以反映真实情况。并且设施报送以场站为单位[45]，数据颗粒度大，比较粗糙。建议开发组件级和设备级的排放因子，更新活动数据。同时结合“自上而下”和“自下而上”方法对排放进行估算。

四是建立数据公开制度，提高透明度。美国各油气设施的甲烷报送信息均可在U.S.EPA的网站上查阅。中国目前尚未建立数据公布平台，企业的温室气体披露以二氧化碳当量为单位，并没有单独列出甲烷的排放量。推动数据发布可以激发公众参与和监督减排政策的制定及实施。

五是在甲烷减排法规制定、排放监测和泄漏检测等方面加强国际合作。美国已经发布甲烷减排行动计划，U.S.EPA也出台了油气新建和现有排放源的甲烷法规修订草案。鉴于美国在油气甲烷管控方面已经积累了丰富的经验，中美可以在排放标准、甲烷测量和减排等领域加强合作，探索大尺度卫星遥感甲烷监测，建立天地空一体化监测体系，支持国家清单编制工作。