现在正是采用富燃发动机的好时机

自2011年以来，美国环保署的温室气体排放监测项目（GHGRP）已收集了近8000家大型工业设施的年度排放数据。（图片：Adobe）

美国天然气日均产量在10月和11月超过1000亿立方英尺（Bcf/d），2022年有望创下980亿立方英尺/日的年均产量纪录，载入史册。美国能源信息署（EIA）预测，2023年天然气产量将增长约2%，日均产量将在1000亿立方英尺至1010亿立方英尺之间。

美国承诺向欧洲国家额外供应5300亿立方英尺液化天然气（LNG），以支持欧洲扩大天然气供应来源的努力，这使得2022年美国LNG输往欧洲的流量达到创纪录水平。美国石油学会（API）和国际油气生产商协会（IOGP）发布的一项研究发现，预计2021年至2040年欧洲对LNG的需求将增长150%。

与此同时，人们越来越认识到世界需要限制气候变化的影响，而甲烷作为仅次于二氧化碳的第二大温室气体，成为重点关注对象。投资者、股东、政府和社区都在密切关注化石燃料生产相关的碳排放强度，这促使能源生产商寻求创新方法来减少甲烷排放。

天然气发动机，也称为原动机，为遍布美国本土48个州、总长300万英里的管道上的压缩机提供机械动力。这些发动机通常分为三种不同的类型：二冲程稀燃发动机、四冲程稀燃发动机和四冲程浓燃发动机，使用寿命为50-60年。为什么这三种不同的类型如此重要？

温室气体报告计划（GHGRP）

这些提议之所以重要，是因为美国环境保护署 (EPA) 正提议修订温室气体报告计划 (GHGRP) 的特定条款，以提高该计划下收集的数据质量。自 2011 年以来，EPA 的 GHGRP 已收集了美国近 8000 家大型工业设施和其他排放源的年度排放数据，这些设施和其他排放源每年排放 25,000 公吨二氧化碳当量 (mtCO2e) 或以上。根据 EPA 的说法，拟议的修订将进一步提高石油和天然气系统排放源类别（W 子部分）的数据质量，从而使 GHGRP 继续作为 EPA 和公众了解该行业排放情况的工具。

拟议的温室气体排放控制计划（GHGRP）规则中引用的研究表明，相当一部分排放可能源于天然气压缩机发动机废气中夹带的未燃烧甲烷——也称为“燃烧逃逸”或“甲烷逃逸”。这些研究还指出，由于GHGRP未考虑燃烧逃逸，因此其对天然气压缩机发动机排放量的估算严重偏低。

因此，美国环保署 (EPA) 提议修订压缩机发动机燃烧排放的测定方法，以考虑燃烧逃逸。报告者将使用拟议的新表 W-9 中按发动机设计类别（例如，二冲程稀燃、四冲程稀燃、四冲程浓燃或其他）划分的 W 子部分特定排放因子。在最初的提案中，EPA 表示修订将于 2023 年 1 月 1 日生效，报告者将从 2023 报告年度编制并于 2024 年 4 月 1 日提交的报告开始实施这些变更。截至本文发布时，尚不清楚新的排放因子何时生效。有关当前排放因子与拟议排放因子的比较，请参见图 1。

图 1：当前 GHGRP 排放因子与第 98 部分 W 子部分表 W-9 中天然气燃烧压缩机驱动器的拟议默认甲烷排放因子的比较。

从拟议的排放因子可以看出，四冲程富燃发动机的甲烷排放量自然更低。富燃发动机的空燃比接近化学计量比（16:1），理论上，此时燃料和氧气在燃烧过程中100%被消耗。实际上，燃烧效率约为99.7%，甲烷排放量减少超过90%。通过适当的尾气后处理系统，排放值趋于稳定，使得稀燃和富燃发动机几乎可以达到相同的运行条件。

通货膨胀抑制法案（IRA）

另一个类似的例子是，2022年8月，乔·拜登总统签署了《通货膨胀削减法案》（IRA），该法案包含一项针对石油和天然气行业特定实体甲烷排放的费用。这项甲烷排放费适用于需要向温室气体报告计划（GHGRP）报告温室气体排放的设施。自2024年1月1日起，甲烷排放费起价为每吨900美元，两年后增至每吨1500美元，分别相当于每吨二氧化碳当量36美元和60美元。

IRA 甲烷收费适用于需要报告温室气体排放的石油和天然气系统设施的一个子集，包括多个中游应用：陆上和海上石油和天然气生产、陆上天然气加工、陆上天然气输送压缩、地下储存、陆上石油和天然气收集和增压以及输送管道。

需缴纳费用的排放范围取决于设施根据美国环保署温室气体减排计划 (GHGRP) 报告的排放量以及因设施类型而异的排放阈值：

• 对于石油和天然气生产设施，该费用仅适用于超过该设施销售天然气总量的 0.2% 的甲烷报告吨数。
• 对于非生产设施，如集气和增压设施，该费用适用于超过该设施出售天然气总量的 0.05% 的甲烷排放量。
• 对于天然气输送设施，该费用适用于甲烷排放量超过该设施输送销售天然气总量0.11%的部分。

随着温室气体减排计划 (GHGRP) 的拟议变更，可以更准确地计算发动机尾气中的甲烷泄漏，再加上 IRA 的甲烷收费，甲烷排放量降低了 90%，富燃发动机能够可持续地满足化石燃料生产日益增长的需求，这使得现在成为“富燃发动机的正确时机”。