英国的煤和煤层气资源及规划问题

2009-03-19 14:59 来源: 我的钢铁

英国能源政策的核心目标是保证安全、多样、可持续和在价格上有竞争力的能源供应。这个目标包含着政府对所有消费者在环境、健康、安全和公平交易各方面的关注,以及对可持续发展的全面承诺。

煤炭是英国的可用资源,为英国能源多样化和能源安全做出了巨大贡献。虽然煤炭在英国能源结构中的重要性已经下降,目前仍占有17%的总能源消费份额和1/3的发电能源消费份额,电力工业将继续选择使用它。

英国的煤炭生产历史悠久,在1971年石油消费超过煤炭消费以前,煤炭一直是英国最重要的一次能源来源。英国曾经是20世纪20年代和30年代世界最大的煤炭出口国。煤炭工业的蓬勃发展为推进英国工业化进程做出了重要贡献。随着英国石油工业的崛起,煤炭工业逐渐走出高峰时期,并逐渐从煤炭出口国转变为煤炭进口大国。2000-2007年英国煤炭消费在持续减少几十年之后重呈现持续增长状态,年均消费增长率为3%,其中2006年的增长率高达12%。随着煤炭市场价格上涨,给英国本土煤炭开发增加了竞争力,与进口煤炭的竞争中占有优势。但在严格的环境限制下和规划的总体考虑中,英国的煤炭开发必须全面兼顾社区、社会、环境和经济利益,并符合可持续发展的原则。

一、需求和替代

英国煤炭在一次能源需求中主要用作发电的燃料和钢铁工业的还原剂。上世纪70年代以前,英国能源消费以煤炭为主,煤炭主要来自国内煤矿。自上世纪70年代以后,英国发电用的煤炭消费量持续增长,但煤炭总消费量在减少。到1994年煤炭工业私有化前后,煤炭在发电燃料中约占3/4。随着煤炭工业的私有化,英国的电力供应用煤不再由本土煤炭垄断。而且,随着天然气和少量核能发电迅速替代煤发电,煤在电力供应领域的消费量迅速降低。到2007年,发电工业中煤炭消费量约为5300万吨,占全英发电用燃料的1/3,这其中2/3由进口煤供应。表1和表2分别介绍英国煤炭消费与供应、英国各时期煤炭消费的行业分布。

2008年生效的欧盟《大型燃烧厂限制令》限制发电厂氧化氮和氧化硫的排放量,尤其是大型发电厂的排放量。在英国75%的燃煤电力装机安装了烟气脱硫(FGD)设施,因此至少到2015年还能遵守指令的要求继续发电。英国国内生产的煤炭占有一定的市场份额,随着世界煤炭价格大幅度上涨,使英国煤炭更具有竞争力与进口煤炭竞争,由于天然气价格也在同步上涨,使煤炭成为更具有成本效益的选择。英国煤炭管理局认为,本土煤炭应该成为安全、多样和可持续的能源供应的部分来源。英国工贸部在2006年7月的报告《能源挑战》中建议,政府应组织煤炭论坛召集有兴趣的各方,帮助他们寻求解决保证英国未来长期的煤炭生产和燃煤发电问题的方法。

炼焦用煤主要消费在原钢工业,炼焦用于高炉,这是不可替代的。目前,英国焦煤矿床没有开采,炼焦用煤的需求全部来自进口煤。民用、工业、专利燃料制造(如无烟燃料)和直接进入高炉等煤炭消费量比较少。英国煤炭需求在长期上将呈现下降趋势,但年年都有些变化。

英国煤炭主要用于发电,燃煤发电具有电力输出稳定的特点,因此在发电燃料中具有优势,对于满足高峰需求和弥补其他燃料供应困难特别有用。本土煤炭的主要竞争对手是进口煤、天然气、核电、水电、风能以及少量石油。由于目前没有规划未来的核电和水电,因此煤炭主要竞争对手是天然气。北海及其他油田生产的天然气提供了清洁的和到目前为止廉价的和稳定的可用燃料。随着天然气私有化、欧盟天然气燃烧限令废止、电力供应业私有化和环境方面的考虑,国内煤炭开采业经历了市场的不断萎缩,天然气迅速占领市场,天然气在发电燃料中的份额急剧增长,1992年时为2%,到2005年已增长为38%。但是,英国由于海上天然气产量正在迅速减少,从2004年成为天然气净进口国。根据规划,替代煤炭和假设也替代核能的未来天然气供应将来自挪威和荷兰,可能也有通过管道来自俄罗斯的天然气和阿尔及利亚的液化天然气。这样的情景设计引出了为供应安全而维持国内煤炭生产的重要意见,即供应安全问题。

二、供应和贸易

虽然英国煤炭需求仍比较大,但英国本土煤炭存在着生产成本高,含硫份高于进口煤2倍等一些明显劣势。英国的煤炭供应中70%来自进口,英国国内煤炭产量来自英格兰、威尔士和苏格兰的深部矿和地表矿。1900-1939年是英国煤炭产量的高峰期,这时期煤炭全部采自地下煤矿,供应全国煤炭消费,也是世界最大的煤炭出口国。此后煤炭产量逐渐减少(表3),消费量也持续减少。到2006年9月,地下煤炭生产仅限于东部奔宁煤田的4个深部矿区,一个在沃里克郡,一个在南威尔士,年产量分别为600万吨和300万吨。还有5个小型地下煤矿在开采,2个在英格兰,3个在威尔士。深部煤矿产量通常受到地质学方面问题的影响,导致严重减产,甚至永久性闭坑,例如约克郡北部Selby煤矿公司和Asfordby矿。Harworth煤矿于2006年8月停工搁置,其中部分原因也是地质条件造成。

煤矿大规模露天开采开始于第二次世界大战期间,到2006年累计供应量7.92亿吨。随着深部煤矿产量减少,2005年露天煤矿产量首次超过深部煤产量(表4),占煤炭产量51%。到2006年12月,开采的和在建的露天煤矿26个,分布在英格兰(5个)、苏格兰(16个)和威尔士(5个)。2007年英国煤炭产量1700万吨,比2006年下降8%,深部煤矿产量减少18%,露采煤矿产量减少3%。

目前深部开采的煤矿数量迅速减少,这只是过去50年煤矿数持续减少的继续,只不过随着1994年开始的私有化进程,并伴随着上世纪90年代期间对煤炭行业强制实施严格的商业标准管理,使煤矿数量减少的发展趋势加速进行。已经关闭了一些没有经济效益的矿山,并在继续关闭,如2004年10月被关闭的Selby煤矿联合公司,该煤矿投产仅22年,煤炭总产量仅为1.21亿吨。近期关闭的其他煤矿已有上百年的服务年限。

英国生产少量煤层气,是产自生产矿区的煤井气(CMM)和废弃矿区的废井气(AMM)。煤井气产量低于陆上天然气产量(见表5)。地面煤层气钻探于1992年开始实施,在苏格兰福斯河河谷地区为实现商业开采积极推进开发活动,英格兰西北地区也在2006年底进入开发阶段,但目前地面煤层气(VCBM)生产区没有进行大规模生产。随着煤井气(CMM)和废井气(AMM)产量增长,英国向大气排放煤层气将大幅减少,预计2010年的排放量比1990年排放量减少55%。

到1983年,虽然英国煤炭出口量很少,仍是个煤炭净出口国。此后,煤矿关闭导致煤产量迅速下降,特别是上世纪90年代,煤进口量迅速上升,2001年煤炭进口量首次超过国内产量。2003年,英国成为煤炭净进口国,2005年进口煤炭金额达到18.34亿英镑。英国国产煤面临与进口煤在价格上和质量上的双重竞争。随着2004年和2005年以来国际煤炭市场价格持续上涨,国产煤炭在销售竞争上处于有利的地位,尽管进口煤含硫份较低(<1%),由于使用烟气脱硫(FGD)技术,使含硫份较高的国产煤的使用不再受到限制。英国煤炭进口从上世纪70年代开始,最初由于煤炭种类上的短缺由进口调剂,随着进口量增长,到上世纪90年代末期,年进口量达到2000万吨。据英国商务企业和调整改革部(BERR)资料,目前英国进口煤中主要的气煤和少量焦煤及无烟煤,气煤主要来自俄罗斯和南非。2005年4390万吨煤炭进口量中,气煤3720万吨,占进口煤总量84.7%。54%的炼焦用煤来自澳大利亚。各类煤炭进口总值2005年为18.73亿英镑,比2003年的进口额增长一倍,出口煤炭5.36万吨,出口值为3860万英镑。2006年由于电力部门和钢铁业对煤炭需求增长强劲,煤炭进口量达到5050万吨,2007年又回落到4340万吨。

三、资源

英国大规模开采煤炭已有160年的历史,因此易于开采的常规地下煤炭资源已经严重耗竭。调查研究表明,新建大型深部煤矿开采未动用煤炭资源在经济上是不可行的,可以选择通过现有矿山进入这种未动用资源。未来煤炭开采的兴趣可能主要针对可用地表开采的方法获得的资源。露天开采是开采浅层煤炭资源的有效方法,在不能用地下开采的薄层煤和因需要在采区内留作支撑柱而部分开采的煤炭方面具有优势。但由于露天开采方法受到环境和土地利用规划方面考虑的严格限制,大量可用地表开采方法开发的煤炭资源尚未进行开发。

英国的煤炭资源主要产于石炭纪地层,丰富的石炭系煤炭资源深藏在1200米以下(常规采矿的限定标准),特别是英国东奔宁煤田(EastPennineCoalfield)向东延伸在陆上和海域的北海之下的部分。在英国大陆架其他地区的石炭纪、中生代和早第三纪地层中丰富的煤炭资源尚未进行详细的勘查,其中大部分是褐煤。

英格兰和苏格兰供应煤炭几乎全部用于发电站的供气锅炉,只有少量焦煤用于生产焦炭。深部开采煤炭含硫、氯等有害元素的量变化大,而露采煤炭中这些元素含量比较少。为了使供电站发电用的煤炭降低硫、氯等有害元素的含量,通常采用混合煤炭的方法。在南威尔士煤田煤阶自东向东北方向升高,东北部蕴藏着无烟煤,是英国无烟煤的唯一来源地。无烟煤被销售给工业、民用和当地专用发电站使用。爱尔兰北部的褐煤尚未进行商业开发,尽管在LoughNeagh附近蕴藏着丰富的褐煤资源,并已经为发电做过评价。

新技术将最终利用英国大型深部煤炭资源使之成为能源来源,这些技术包括地面层气(VCBM)开采和地下煤炭气化(UGG),另外还包括废井气回收的潜力。

地面煤层气勘查的基本要求是埋深200-1200米,厚度大于0.4米的未开发煤层。目前由于低渗透性和高钻井成本使较深的煤层气靶区缺少吸引力。具有良好勘查前景的靶区应该具有足够的甲烷含量(>7立方米/吨),且通常随着煤阶增高而增长。但是渗透性是比甲烷含量更关键的因素,英国煤层表现为低渗透性,限制了地面煤层气开发的可能性。

根据英国工贸部近来的研究,符合地下煤炭气化标准的煤炭资源包括大于2米的煤层厚度和600-1200米的埋藏深度;必须远离生产井和废弃井开采场地、城市地区、断层发育区和主要含水层。有潜力的地区具有开阔地带和一系列地下煤田,最大的煤层气区位于约克郡、林肯郡和沃里克郡,较小区域位于苏格兰中部和南威尔士等,在福斯河口(FirthofForth)、迪伊(Dee)河口和亨伯河(RiverHumber)周围也具有可能性。澳大利亚目前商业性地下煤炭气化生产的深度比英国工贸部建议的深度浅得多,这些方法也适用于英国。

据Creedy等人的资料,英国陆地煤层气预测资源量约为2.66万亿立方米,其中可采储量约为0.14万亿立方米(表6)。此项研究表明,废井气“储量”比其它来源更重要。但这些数据还需进行更详细的评估。

煤炭工业国有化的时代(1947-1994),宣布的煤炭储量很大,但这些煤炭储量中大部分不符合严格的经济意义,只表示被认为在技术上可开采的煤炭资源的量,其中只有少部分目前可以进行经济开采,还必须获得许可证和规划批准,才能进行地下或地表开采。目前获得煤炭管理局发放的许可证的地下开采煤矿和露天煤矿的煤炭剩余储量见表6,其中包括获得规划批准的开采和尚未开采的煤炭储量、有许可证的关闭矿山的煤炭储量和没有获得规划批准的有条件的许可证内的储量。有条件露采许可证构成了私有化时转移到私人部门的部分资产,其中大部分于2004年年底到期,因此,这类储量从1.54亿吨降到0.7亿吨。他们普遍代表着未通过规划批准的标准储量。为未来保护剩余浅层煤炭资源的机制应进行考虑。

生产中的露采煤矿获得批准储量和规划批准的储量见表7。表7和表8的数据表明,在英格兰获得规划批准越来越难。

据《能源挑战》报告,英国剩余地下煤矿中深部煤储量2006年估计为1.1亿吨,到2010年为1亿吨,到2020年为0.7亿吨,这期间规划批准开采的露采煤矿的有效益煤炭储量从0.45亿吨减少为零。但煤炭管理局向英国政府提出的建议说露采或深部煤矿远景储量中至少有6亿吨可采储量。

四、规划问题

英国工贸部2006年能源政策评述报告《能源挑战》提议,采取行动保证英国煤炭生产和电力生产在长远未来的安全。这就要求依照规划程序做出政策反应,但目前还不能确定反应的形式和标准。目前英国对煤炭和煤层气开采的政策建议显然不同于对开采其他矿产的政策,对英格兰、苏格兰和威尔士实施的政策也略有不同。根本的区别是,对煤炭开采(包括地下和露天开采)和煤矿废石处理实行可持续发展的主要原则中,政策要求不论地点在哪里,如果开发建议不能满足多项评估测试,都做一个标准的开发设想,而对其他矿产没有这样的要求。

英国的矿产规划指导方针中对可持续开发矿产规划的目标是:

1)尽最大可能保护矿产,同时保证充足的供应,满足社会对矿产的需求;

2)最大限度减少废物排放量,鼓励高效地利用材料,包括适当利用优质材料和循环使用废弃物;

3)鼓励在开采期间使用灵敏的工作方法,保护环境并在开采结束后尽快提高整体环境质量;

4)未经证明矿产开发是符合民众利益的特殊情况,不得在指定的景观区或自然保护区内进行矿产开发;

5)最大限度减少矿产运输带来的影响。

对煤炭资源(深部开采和露天开采)和对煤矿废石处理的可持续开发原则,政府认为,如能满足下列测试评估的开发建议,通常可以进行开发:

·开发建议应该是环境上可以接受的,或依照规划条件或义务条款提出的,不能对环境产生持续性破坏;

·开发建议如果不能被环境上接受,或者没有依照规划条件或义务条款制定,必须能为当地或社区带来明显超过其可能造成的不利影响的利益,以证明有理由获得规划方面批准。

·在国家公园和国家自然风景区(AONBs)等保护区内,开发建议还必须满足特别检验评估。评估内容包括:按照英国对矿产供应的考虑是否需要开发;批准开发建议或拒绝是否将影响地方经济;能否用其他合理成本并满足需求规模的可用替代资源以其他方法供应;建议不能对环境和景观产生明显的破坏作用;建议扩建现有开采矿区和其他矿产开采区的情况下,在开发建议范围内应能让当地景观得到加强,为保护自然和生物多样性做好准备。

·在特殊科学意义的地质遗迹(SSSIs)、国家自然保护区(NNRs)、特别保护区(SPAs)、特别保护地(SACs)内或可能对其产生影响的开发建议必须受到最严格的查验评估,对矿产的需求必须平衡环境及其它考虑间的关系。特别要评估的内容包括:没有替代解决方案;英国矿产供应意见中为发展所需要的;批准开发或拒绝开发对地方经济产生影响的;替代供应能否以合理成本可用;以其他方法达到怎样的规模才能满足需求;对栖息地、保护物种、生物多样性、环境和景观等具有自然保护意义的场址带来负面影响的建议,其影响程度应该是有节制的;在现有的开采煤矿及其他矿产开采矿山的扩建情况下,建议应能增加开发区域的自然保护和生物多样的意义。

·如果建议的煤炭开采或煤矿废石处理地点位于绿化带内,必须按照最高环境标准查验,如果开发申请获得批准,必须附以严格条件,以保证在采场合理作业,并恢复达到最高标准。

修改后的“矿产规划指南说明之三——煤炭开采和煤矿废石处理”为英格兰矿产规划局(MPAs)和煤炭工业规定了政策框架,为保证煤炭开采和煤矿废石处理能够全面兼顾社区、社会、环境和经济利益,并符合可持续发展的原则。“苏格兰规划政策16——露采煤矿”为苏格兰开采的露天煤矿建立了规划政策框架,如果是环境上不能接受的或者没有给当地和社区带来效益的开发,则反对开发。“矿产规划指南——威尔士”要求开发建议应该是环境上可接受的,不会对环境造成持久性伤害,而且如果不能得到成功开发,当地或社区所获得的利益必须超过有可能受到的影响所带来的不利。

煤炭是具有经济价值的资源,因此地表上的开发建设必须保证煤炭资源的安全,例如要避免房屋建筑或工业开发等地表开发活动造成非必需“被覆盖”资源被永久封存地下,或造成严重阻碍未来煤炭开采等,这主要针对露天开采的煤炭资源,也针对浅层地下开采煤炭资源。因此煤炭资源区在开发规划文件中必须对矿产开采和地区发展做出明确识别,并在规划文件中提出为防止被这些证实的资源变为非必需的“被覆盖”资源的政策。英国地调局完成了对剩余煤炭资源的评价工作,能为确定保证煤炭资源安全提供基础信息。

对于深部煤矿而言,可能出现许多规划问题需考虑,其中重要有:要求工业实体拥有抵达矿区的交通基础设施、煤矿废石堆放并综合形成和谐景观等。深部开采还可能引发地面沉降,但采用现代采矿方法可能得到谨慎控制;深部采矿的旧址停止泵水后产生酸性矿山废水的问题,需要进行补救工作。投入一座深部矿山相应的资本费用是巨大的,需要有长期稳定的燃煤发电市场保证,目前由于经济上和环境上的不确定性,这是难以保证的,因此在可见的未来不可能进行深部煤矿开发。但开发转向炼焦用煤的矿山是有可能的。

可露天开采的煤炭资源是英国允许煤炭开采新规划申请的资源。煤炭业感到越来越难以保证申请新资源被批准,而资源申请不被批准则生产难以持续。露采煤矿生产与其他地表采掘作业在设施发出的噪音、灰尘、污染和运输等方面很相似,主要不同是生产的规模大和进度,这些可能被认为是当地不能忍受的持续影响,特别是出现的废石堆放覆盖,有些被利用作为屏蔽物,更多的通常将被回填采空区,帮助进行土地恢复。但是,露天开采煤炭活动的规模引起的问题必须要得到彻底解决。

地面煤层气(VCBM)、废井煤层气(AMM)和煤炭地下气化(UCG)的规划政策指导方针在《矿产政策报告1》附件4——石油和天然气中公布。地面煤层气(VCBM)和废井煤层气(AMM)的采收在规划细则中是一项与其他方法的煤炭开采有很大不同的作业,它包含许多用于石油和天然气勘查和开发的工作方法,生产阶段主要由处理天然气和发电等工业用综合性建筑物构成,建筑物的位置可具有适当的灵活性,如果需要靠近地下资源就意味着开发活动必须位于开放的乡下。到目前为止,地面煤层气和废井气和采收和发电已经进入适度规模的生产经营,产生负面影响十分有限。大规模采收作业可能包括更大量的施工和建筑物,有可能会带来较大的影响问题。

地下煤炭气化也面临着与煤层气相似的问题,而且开采作业和储存/发电的设施可能比煤层气大得多,必需考虑后者这些设施或者协同定位或者远离开采作业。民众对煤炭气化的关注重点可能集中在燃烧失控、污染物逃逸、地下水污染和地面塌陷。在浅海水域进行地下煤炭气化的开发可能是最好的早期开发方案,以便证实此项技术在英国是可用的。

在英国的煤矿废石堆有些已经得到恢复,但还有一些仍然存在,与环境景观十分不协调,很可能产生污染,长期上其稳定性还存在问题。有些老的煤矿废石堆中含有大量煤炭(超过25%),可以进行再利用。处理这些煤矿废石堆和回收其中的煤炭可满足可持续发展的目标,但有必要由于可进行处理的废石堆资源已经大量减少。对这些废石堆进行再开发引起规划问题与建设新的矿产采场的问题相似,因此规划问题应该仔细地考虑,特别是南威尔士高山台地的现有矿山废石堆,这里大量进入和引发其他规划困难和限制。


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