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英國的煤和煤層氣資源及規劃問題

2009/3/18 15:49:51       
    英國能源政策的核心目標是保證安全、多樣、可持續和在價格上有競爭力的能源供應。這個目標包含著政府對所有消費者在環境、健康、安全和公平交易各方面的關注,以及對可持續發展的全面承諾。
    煤炭是英國的可用資源,為英國能源多樣化和能源安全做出了巨大貢獻。雖然煤炭在英國能源結構中的重要性已經下降,目前仍占有17%的總能源消費份額和1/3的發電能源消費份額,電力工業將繼續選擇使用它。
    英國的煤炭生產歷史悠久,在1971年石油消費超過煤炭消費以前,煤炭一直是英國最重要的一次能源來源。英國曾經是20世紀20年代和30年代世界最大的煤炭出口國。煤炭工業的蓬勃發展為推進英國工業化進程做出了重要貢獻。隨著英國石油工業的崛起,煤炭工業逐漸走出高峰時期,并逐漸從煤炭出口國轉變為煤炭進口大國。2000-2007年英國煤炭消費在持續減少幾十年之后重呈現持續增長狀態,年均消費增長率為3%,其中2006年的增長率高達12%。隨著煤炭市場價格上漲,給英國本土煤炭開發增加了競爭力,與進口煤炭的競爭中占有優勢。但在嚴格的環境限制下和規劃的總體考慮中,英國的煤炭開發必須全面兼顧社區、社會、環境和經濟利益,并符合可持續發展的原則。
    一、需求和替代
    英國煤炭在一次能源需求中主要用作發電的燃料和鋼鐵工業的還原劑。上世紀70年代以前,英國能源消費以煤炭為主,煤炭主要來自國內煤礦。自上世紀70年代以后,英國發電用的煤炭消費量持續增長,但煤炭總消費量在減少。到1994年煤炭工業私有化前后,煤炭在發電燃料中約占3/4。隨著煤炭工業的私有化,英國的電力供應用煤不再由本土煤炭壟斷。而且,隨著天然氣和少量核能發電迅速替代煤發電,煤在電力供應領域的消費量迅速降低。到2007年,發電工業中煤炭消費量約為5300萬噸,占全英發電用燃料的1/3,這其中2/3由進口煤供應。表1和表2分別介紹英國煤炭消費與供應、英國各時期煤炭消費的行業分布。
    2008年生效的歐盟《大型燃燒廠限制令》限制發電廠氧化氮和氧化硫的排放量,尤其是大型發電廠的排放量。在英國75%的燃煤電力裝機安裝了煙氣脫硫(FGD)設施,因此至少到2015年還能遵守指令的要求繼續發電。英國國內生產的煤炭占有一定的市場份額,隨著世界煤炭價格大幅度上漲,使英國煤炭更具有競爭力與進口煤炭競爭,由于天然氣價格也在同步上漲,使煤炭成為更具有成本效益的選擇。英國煤炭管理局認為,本土煤炭應該成為安全、多樣和可持續的能源供應的部分來源。英國工貿部在2006年7月的報告《能源挑戰》中建議,政府應組織煤炭論壇召集有興趣的各方,幫助他們尋求解決保證英國未來長期的煤炭生產和燃煤發電問題的方法。
    煉焦用煤主要消費在原鋼工業,煉焦用于高爐,這是不可替代的。目前,英國焦煤礦床沒有開采,煉焦用煤的需求全部來自進口煤。民用、工業、專利燃料制造(如無煙燃料)和直接進入高爐等煤炭消費量比較少。英國煤炭需求在長期上將呈現下降趨勢,但年年都有些變化。
    英國煤炭主要用于發電,燃煤發電具有電力輸出穩定的特點,因此在發電燃料中具有優勢,對于滿足高峰需求和彌補其他燃料供應困難特別有用。本土煤炭的主要競爭對手是進口煤、天然氣、核電、水電、風能以及少量石油。由于目前沒有規劃未來的核電和水電,因此煤炭主要競爭對手是天然氣。北海及其他油田生產的天然氣提供了清潔的和到目前為止廉價的和穩定的可用燃料。隨著天然氣私有化、歐盟天然氣燃燒限令廢止、電力供應業私有化和環境方面的考慮,國內煤炭開采業經歷了市場的不斷萎縮,天然氣迅速占領市場,天然氣在發電燃料中的份額急劇增長,1992年時為2%,到2005年已增長為38%。但是,英國由于海上天然氣產量正在迅速減少,從2004年成為天然氣凈進口國。根據規劃,替代煤炭和假設也替代核能的未來天然氣供應將來自挪威和荷蘭,可能也有通過管道來自俄羅斯的天然氣和阿爾及利亞的液化天然氣。這樣的情景設計引出了為供應安全而維持國內煤炭生產的重要意見,即供應安全問題。
    二、供應和貿易
    雖然英國煤炭需求仍比較大,但英國本土煤炭存在著生產成本高,含硫份高于進口煤2倍等一些明顯劣勢。英國的煤炭供應中70%來自進口,英國國內煤炭產量來自英格蘭、威爾士和蘇格蘭的深部礦和地表礦。1900-1939年是英國煤炭產量的高峰期,這時期煤炭全部采自地下煤礦,供應全國煤炭消費,也是世界最大的煤炭出口國。此后煤炭產量逐漸減少(表3),消費量也持續減少。到2006年9月,地下煤炭生產僅限于東部奔寧煤田的4個深部礦區,一個在沃里克郡,一個在南威爾士,年產量分別為600萬噸和300萬噸。還有5個小型地下煤礦在開采,2個在英格蘭,3個在威爾士。深部煤礦產量通常受到地質學方面問題的影響,導致嚴重減產,甚至永久性閉坑,例如約克郡北部Selby煤礦公司和Asfordby礦。Harworth煤礦于2006年8月停工擱置,其中部分原因也是地質條件造成。
    煤礦大規模露天開采開始于第二次世界大戰期間,到2006年累計供應量7.92億噸。隨著深部煤礦產量減少,2005年露天煤礦產量首次超過深部煤產量(表4),占煤炭產量51%。到2006年12月,開采的和在建的露天煤礦26個,分布在英格蘭(5個)、蘇格蘭(16個)和威爾士(5個)。2007年英國煤炭產量1700萬噸,比2006年下降8%,深部煤礦產量減少18%,露采煤礦產量減少3%。
    目前深部開采的煤礦數量迅速減少,這只是過去50年煤礦數持續減少的繼續,只不過隨著1994年開始的私有化進程,并伴隨著上世紀90年代期間對煤炭行業強制實施嚴格的商業標準管理,使煤礦數量減少的發展趨勢加速進行。已經關閉了一些沒有經濟效益的礦山,并在繼續關閉,如2004年10月被關閉的 Selby煤礦聯合公司,該煤礦投產僅22年,煤炭總產量僅為1.21億噸。近期關閉的其他煤礦已有上百年的服務年限。
    英國生產少量煤層氣,是產自生產礦區的煤井氣(CMM)和廢棄礦區的廢井氣(AMM)。煤井氣產量低于陸上天然氣產量(見表5)。地面煤層氣鉆探于 1992年開始實施,在蘇格蘭福斯河河谷地區為實現商業開采積極推進開發活動,英格蘭西北地區也在2006年底進入開發階段,但目前地面煤層氣(VCBM)生產區沒有進行大規模生產。隨著煤井氣(CMM)和廢井氣(AMM)產量增長,英國向大氣排放煤層氣將大幅減少,預計2010年的排放量比 1990年排放量減少55%。
    到1983年,雖然英國煤炭出口量很少,仍是個煤炭凈出口國。此后,煤礦關閉導致煤產量迅速下降,特別是上世紀90年代,煤進口量迅速上升,2001年煤炭進口量首次超過國內產量。2003年,英國成為煤炭凈進口國,2005年進口煤炭金額達到18.34億英鎊。英國國產煤面臨與進口煤在價格上和質量上的雙重競爭。隨著2004年和2005年以來國際煤炭市場價格持續上漲,國產煤炭在銷售競爭上處于有利的地位,盡管進口煤含硫份較低(<1%),由于使用煙氣脫硫(FGD)技術,使含硫份較高的國產煤的使用不再受到限制。英國煤炭進口從上世紀70年代開始,最初由于煤炭種類上的短缺由進口調劑,隨著進口量增長,到上世紀90年代末期,年進口量達到2000萬噸。據英國商務企業和調整改革部(BERR)資料,目前英國進口煤中主要的氣煤和少量焦煤及無煙煤,氣煤主要來自俄羅斯和南非。2005年4390萬噸煤炭進口量中,氣煤3720萬噸,占進口煤總量84.7%。54%的煉焦用煤來自澳大利亞。各類煤炭進口總值2005年為18.73億英鎊,比2003年的進口額增長一倍,出口煤炭5.36萬噸,出口值為3860萬英鎊。2006年由于電力部門和鋼鐵業對煤炭需求增長強勁,煤炭進口量達到5050萬噸,2007年又回落到4340萬噸。
    三、資源
    英國大規模開采煤炭已有160年的歷史,因此易于開采的常規地下煤炭資源已經嚴重耗竭。調查研究表明,新建大型深部煤礦開采未動用煤炭資源在經濟上是不可行的,可以選擇通過現有礦山進入這種未動用資源。未來煤炭開采的興趣可能主要針對可用地表開采的方法獲得的資源。露天開采是開采淺層煤炭資源的有效方法,在不能用地下開采的薄層煤和因需要在采區內留作支撐柱而部分開采的煤炭方面具有優勢。但由于露天開采方法受到環境和土地利用規劃方面考慮的嚴格限制,大量可用地表開采方法開發的煤炭資源尚未進行開發。
    英國的煤炭資源主要產于石炭紀地層,豐富的石炭系煤炭資源深藏在1200米以下(常規采礦的限定標準),特別是英國東奔寧煤田(East Pennine Coalfield)向東延伸在陸上和海域的北海之下的部分。在英國大陸架其他地區的石炭紀、中生代和早第三紀地層中豐富的煤炭資源尚未進行詳細的勘查,其中大部分是褐煤。
    英格蘭和蘇格蘭供應煤炭幾乎全部用于發電站的供氣鍋爐,只有少量焦煤用于生產焦炭。深部開采煤炭含硫、氯等有害元素的量變化大,而露采煤炭中這些元素含量比較少。為了使供電站發電用的煤炭降低硫、氯等有害元素的含量,通常采用混合煤炭的方法。在南威爾士煤田煤階自東向東北方向升高,東北部蘊藏著無煙煤,是英國無煙煤的唯一來源地。無煙煤被銷售給工業、民用和當地專用發電站使用。愛爾蘭北部的褐煤尚未進行商業開發,盡管在Lough Neagh 附近蘊藏著豐富的褐煤資源,并已經為發電做過評價。
    新技術將最終利用英國大型深部煤炭資源使之成為能源來源,這些技術包括地面層氣(VCBM)開采和地下煤炭氣化(UGG),另外還包括廢井氣回收的潛力。
    地面煤層氣勘查的基本要求是埋深200-1200米,厚度大于0.4米的未開發煤層。目前由于低滲透性和高鉆井成本使較深的煤層氣靶區缺少吸引力。具有良好勘查前景的靶區應該具有足夠的甲烷含量(>7立方米/噸),且通常隨著煤階增高而增長。但是滲透性是比甲烷含量更關鍵的因素,英國煤層表現為低滲透性,限制了地面煤層氣開發的可能性。
    根據英國工貿部近來的研究,符合地下煤炭氣化標準的煤炭資源包括大于2米的煤層厚度和600-1200米的埋藏深度;必須遠離生產井和廢棄井開采場地、城市地區、斷層發育區和主要含水層。有潛力的地區具有開闊地帶和一系列地下煤田,最大的煤層氣區位于約克郡、林肯郡和沃里克郡,較小區域位于蘇格蘭中部和南威爾士等,在福斯河口(Firth of Forth)、迪伊(Dee)河口和亨伯河(River Humber)周圍也具有可能性。澳大利亞目前商業性地下煤炭氣化生產的深度比英國工貿部建議的深度淺得多,這些方法也適用于英國。
    據Creedy等人的資料,英國陸地煤層氣預測資源量約為2.66萬億立方米,其中可采儲量約為0.14萬億立方米(表6)。此項研究表明,廢井氣“儲量”比其它來源更重要。但這些數據還需進行更詳細的評估。
    煤炭工業國有化的時代(1947-1994),宣布的煤炭儲量很大,但這些煤炭儲量中大部分不符合嚴格的經濟意義,只表示被認為在技術上可開采的煤炭資源的量,其中只有少部分目前可以進行經濟開采,還必須獲得許可證和規劃批準,才能進行地下或地表開采。目前獲得煤炭管理局發放的許可證的地下開采煤礦和露天煤礦的煤炭剩余儲量見表6,其中包括獲得規劃批準的開采和尚未開采的煤炭儲量、有許可證的關閉礦山的煤炭儲量和沒有獲得規劃批準的有條件的許可證內的儲量。有條件露采許可證構成了私有化時轉移到私人部門的部分資產,其中大部分于2004年年底到期,因此,這類儲量從1.54億噸降到0.7億噸。他們普遍代表著未通過規劃批準的標準儲量。為未來保護剩余淺層煤炭資源的機制應進行考慮。
    據《能源挑戰》報告,英國剩余地下煤礦中深部煤儲量2006年估計為1.1億噸,到2010年為1億噸,到2020年為0.7億噸,這期間規劃批準開采的露采煤礦的有效益煤炭儲量從0.45億噸減少為零。但煤炭管理局向英國政府提出的建議說露采或深部煤礦遠景儲量中至少有6億噸可采儲量。
    四、規劃問題
    英國工貿部2006年能源政策評述報告《能源挑戰》提議,采取行動保證英國煤炭生產和電力生產在長遠未來的安全。這就要求依照規劃程序做出政策反應,但目前還不能確定反應的形式和標準。目前英國對煤炭和煤層氣開采的政策建議顯然不同于對開采其他礦產的政策,對英格蘭、蘇格蘭和威爾士實施的政策也略有不同。根本的區別是,對煤炭開采(包括地下和露天開采)和煤礦廢石處理實行可持續發展的主要原則中,政策要求不論地點在哪里,如果開發建議不能滿足多項評估測試,都做一個標準的開發設想,而對其他礦產沒有這樣的要求。
    英國的礦產規劃指導方針中對可持續開發礦產規劃的目標是:
    1)盡最大可能保護礦產,同時保證充足的供應,滿足社會對礦產的需求;
    2) 最大限度減少廢物排放量,鼓勵高效地利用材料,包括適當利用優質材料和循環使用廢棄物;
    3)鼓勵在開采期間使用靈敏的工作方法,保護環境并在開采結束后盡快提高整體環境質量;
    4)未經證明礦產開發是符合民眾利益的特殊情況,不得在指定的景觀區或自然保護區內進行礦產開發;
    5)最大限度減少礦產運輸帶來的影響。
    對煤炭資源(深部開采和露天開采)和對煤礦廢石處理的可持續開發原則,政府認為,如能滿足下列測試評估的開發建議,通常可以進行開發:
    開發建議應該是環境上可以接受的,或依照規劃條件或義務條款提出的,不能對環境產生持續性破壞;
    開發建議如果不能被環境上接受,或者沒有依照規劃條件或義務條款制定,必須能為當地或社區帶來明顯超過其可能造成的不利影響的利益,以證明有理由獲得規劃方面批準。
    在國家公園和國家自然風景區(AONBs)等保護區內,開發建議還必須滿足特別檢驗評估。評估內容包括:按照英國對礦產供應的考慮是否需要開發;批準開發建議或拒絕是否將影響地方經濟;能否用其他合理成本并滿足需求規模的可用替代資源以其他方法供應;建議不能對環境和景觀產生明顯的破壞作用;建議擴建現有開采礦區和其他礦產開采區的情況下,在開發建議范圍內應能讓當地景觀得到加強,為保護自然和生物多樣性做好準備。
    在特殊科學意義的地質遺跡(SSSIs)、國家自然保護區(NNRs)、特別保護區(SPAs)、特別保護地(SACs)內或可能對其產生影響的開發建議必須受到最嚴格的查驗評估,對礦產的需求必須平衡環境及其它考慮間的關系。特別要評估的內容包括:沒有替代解決方案;英國礦產供應意見中為發展所需要的;批準開發或拒絕開發對地方經濟產生影響的;替代供應能否以合理成本可用;以其他方法達到怎樣的規模才能滿足需求;對棲息地、保護物種、生物多樣性、環境和景觀等具有自然保護意義的場址帶來負面影響的建議,其影響程度應該是有節制的;在現有的開采煤礦及其他礦產開采礦山的擴建情況下,建議應能增加開發區域的自然保護和生物多樣的意義。
    如果建議的煤炭開采或煤礦廢石處理地點位于綠化帶內,必須按照最高環境標準查驗,如果開發申請獲得批準,必須附以嚴格條件,以保證在采場合理作業,并恢復達到最高標準。
    修改后的“礦產規劃指南說明之三——煤炭開采和煤礦廢石處理”為英格蘭礦產規劃局(MPAs)和煤炭工業規定了政策框架,為保證煤炭開采和煤礦廢石處理能夠全面兼顧社區、社會、環境和經濟利益,并符合可持續發展的原則。“蘇格蘭規劃政策16——露采煤礦”為蘇格蘭開采的露天煤礦建立了規劃政策框架,如果是環境上不能接受的或者沒有給當地和社區帶來效益的開發,則反對開發。“礦產規劃指南——威爾士”要求開發建議應該是環境上可接受的,不會對環境造成持久性傷害,而且如果不能得到成功開發,當地或社區所獲得的利益必須超過有可能受到的影響所帶來的不利。
    煤炭是具有經濟價值的資源,因此地表上的開發建設必須保證煤炭資源的安全,例如要避免房屋建筑或工業開發等地表開發活動造成非必需“被覆蓋”資源被永久封存地下,或造成嚴重阻礙未來煤炭開采等,這主要針對露天開采的煤炭資源,也針對淺層地下開采煤炭資源。因此煤炭資源區在開發規劃文件中必須對礦產開采和地區發展做出明確識別,并在規劃文件中提出為防止被這些證實的資源變為非必需的“被覆蓋”資源的政策。英國地調局完成了對剩余煤炭資源的評價工作,能為確定保證煤炭資源安全提供基礎信息。
    對于深部煤礦而言,可能出現許多規劃問題需考慮,其中重要有:要求工業實體擁有抵達礦區的交通基礎設施、煤礦廢石堆放并綜合形成和諧景觀等。深部開采還可能引發地面沉降,但采用現代采礦方法可能得到謹慎控制;深部采礦的舊址停止泵水后產生酸性礦山廢水的問題,需要進行補救工作。投入一座深部礦山相應的資本費用是巨大的,需要有長期穩定的燃煤發電市場保證,目前由于經濟上和環境上的不確定性,這是難以保證的,因此在可見的未來不可能進行深部煤礦開發。但開發轉向煉焦用煤的礦山是有可能的。
    可露天開采的煤炭資源是英國允許煤炭開采新規劃申請的資源。煤炭業感到越來越難以保證申請新資源被批準,而資源申請不被批準則生產難以持續。露采煤礦生產與其他地表采掘作業在設施發出的噪音、灰塵、污染和運輸等方面很相似,主要不同是生產的規模大和進度,這些可能被認為是當地不能忍受的持續影響,特別是出現的廢石堆放覆蓋,有些被利用作為屏蔽物,更多的通常將被回填采空區,幫助進行土地恢復。但是,露天開采煤炭活動的規模引起的問題必須要得到徹底解決。
    地面煤層氣(VCBM)、廢井煤層氣(AMM)和煤炭地下氣化(UCG)的規劃政策指導方針在《礦產政策報告1》附件4——石油和天然氣中公布。地面煤層氣(VCBM)和廢井煤層氣(AMM)的采收在規劃細則中是一項與其他方法的煤炭開采有很大不同的作業,它包含許多用于石油和天然氣勘查和開發的工作方法,生產階段主要由處理天然氣和發電等工業用綜合性建筑物構成,建筑物的位置可具有適當的靈活性,如果需要靠近地下資源就意味著開發活動必須位于開放的鄉下。到目前為止,地面煤層氣和廢井氣和采收和發電已經進入適度規模的生產經營,產生負面影響十分有限。大規模采收作業可能包括更大量的施工和建筑物,有可能會帶來較大的影響問題。
    地下煤炭氣化也面臨著與煤層氣相似的問題,而且開采作業和儲存/發電的設施可能比煤層氣大得多,必需考慮后者這些設施或者協同定位或者遠離開采作業。民眾對煤炭氣化的關注重點可能集中在燃燒失控、污染物逃逸、地下水污染和地面塌陷。在淺海水域進行地下煤炭氣化的開發可能是最好的早期開發方案,以便證實此項技術在英國是可用的。
    在英國的煤礦廢石堆有些已經得到恢復,但還有一些仍然存在,與環境景觀十分不協調,很可能產生污染,長期上其穩定性還存在問題。有些老的煤礦廢石堆中含有大量煤炭(超過25%),可以進行再利用。處理這些煤礦廢石堆和回收其中的煤炭可滿足可持續發展的目標,但有必要由于可進行處理的廢石堆資源已經大量減少。對這些廢石堆進行再開發引起規劃問題與建設新的礦產采場的問題相似,因此規劃問題應該仔細地考慮,特別是南威爾士高山臺地的現有礦山廢石堆,這里大量進入和引發其他規劃困難和限制。

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