Picarro G2301（艾伯塔省石油和天然氣供應(yīng)鏈中關(guān)鍵設(shè)施甲烷排放量的直接測(cè)量）

加拿大政府計(jì)劃到2025年將油氣(O&G)甲烷排放量減少40-45%，到2030年減少75%。然而，近期的研究表明，加拿大聯(lián)邦清單將排放量低估了1.4到2.0倍。2021年9月29日至11月6日期間，研究者對(duì)艾伯塔省16個(gè)上游油氣設(shè)施進(jìn)行了空中質(zhì)量平衡測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示，平均排放量比報(bào)告的排放量高1.7倍（SD: 0.6）。在2022年8月12日至9月27日的后續(xù)活動(dòng)中，研究者重點(diǎn)關(guān)注了研究不足的油氣行業(yè)，覆蓋了24個(gè)中游和終端使用設(shè)施，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些地點(diǎn)的CH₄排放量比報(bào)告值高3.4倍 (SD: 1.1)。通過將我們的測(cè)量結(jié)果外推到艾伯塔省，我們發(fā)現(xiàn)地下儲(chǔ)氣庫占全省油氣排放量的 1.6%，其次是天然氣發(fā)電站/煉油廠，占比不到1.0%。甲烷排放量的普遍漏報(bào)凸顯了對(duì)中游和終端使用設(shè)施進(jìn)行更多實(shí)證測(cè)量的必要性。

本研究的目的是量化加拿大艾伯塔省油氣（O&G）供應(yīng)鏈中關(guān)鍵設(shè)施的甲烷（CH₄）排放量，并通過直接測(cè)量來評(píng)估和比較現(xiàn)有的排放清單報(bào)告。研究的具體目的包括：

通過這些目的，研究旨在提高對(duì)艾伯塔省油氣行業(yè)甲烷排放的理解，并為實(shí)現(xiàn)加拿大政府減少溫室氣體排放的目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)。

圖1：（A）艾伯塔省調(diào)查設(shè)施的空間分布（省邊界為黑色）。（B）2021年上游和2022年中游及終端設(shè)施組CH₄排放的點(diǎn)圖比較。點(diǎn)旁邊的數(shù)字是每組的平均CH₄排放率，單位為kg/h。與X軸重疊的點(diǎn)表示排放率接近0 kg/h。一個(gè)地下儲(chǔ)氣庫的排放量低于5 kg/h的空中MDL。此外，一個(gè)壓縮機(jī)場(chǎng)地、一個(gè)油電池和兩個(gè)天然氣發(fā)電站的測(cè)量值低于5 kg/h。這些設(shè)施的排放估計(jì)值被MDL的一半所取代（美國(guó)環(huán)保局，2015年）。

研究方法主要涉及使用有人駕駛飛機(jī)進(jìn)行空中測(cè)量，以量化加拿大艾伯塔省油氣供應(yīng)鏈中甲烷(CH₄)的排放。以下是研究方法的詳細(xì)步驟：

1)與Scientific Aviation合作，使用空中質(zhì)量平衡方法量化設(shè)施級(jí)別的CH₄排放。

2)2021年的活動(dòng)在9月29日至11月6日進(jìn)行，主要關(guān)注大型上游油氣設(shè)施。

3)2022年的活動(dòng)從8月12日到9月27日，重點(diǎn)收集中游和終端使用部門的實(shí)證數(shù)據(jù)。

1)包括天然氣處理廠、油氣分離設(shè)施和油砂處理設(shè)施。

2)2022年活動(dòng)中還包括了壓縮站、地下天然氣儲(chǔ)存設(shè)施以及包括天然氣發(fā)電站、煉油廠、石化廠和化肥廠在內(nèi)的主要工業(yè)設(shè)施。

1)使用G2301高精度氣體濃度分析儀測(cè)量環(huán)境CH₄濃度。

2)測(cè)量風(fēng)速、溫度和相對(duì)濕度。

1)將垂直空間劃分為多個(gè)高度區(qū)間，圍繞感興趣的設(shè)施進(jìn)行多次不同高度的繞飛。

2)最低飛行高度為152米，避免在降雨、陣雨或降雪天氣下進(jìn)行采樣。

1)使用質(zhì)量平衡方法，結(jié)合高斯定理和雷諾分解，估算每個(gè)高度循環(huán)的通量發(fā)散。

2)將通量發(fā)散與時(shí)間趨勢(shì)和CH₄質(zhì)量的垂直柱狀體整合，得到設(shè)施級(jí)別的排放率。

1)排除了邊界層外的飛行圈數(shù)據(jù)。

2)G2301分析儀在活動(dòng)前后使用NOAA的參考?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。

3)排除了風(fēng)條件不穩(wěn)定或不適合排放量化算法的測(cè)量。

通過這些方法，研究者能夠獲得比傳統(tǒng)排放清單報(bào)告更為精確的甲烷排放數(shù)據(jù)，進(jìn)而評(píng)估油氣行業(yè)在減少溫室氣體排放方面的進(jìn)展。

圖2：2021年的上游重點(diǎn)航測(cè)。清單排放量基于2023年GHGRP報(bào)告，該報(bào)告發(fā)布了2021年運(yùn)營(yíng)商報(bào)告的排放量（加拿大環(huán)境與氣候變化，2023a）。誤差為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。顯示了三個(gè)帶有設(shè)施名稱標(biāo)簽的示例站點(diǎn)。Resthaven和PAW油砂電池設(shè)施進(jìn)行了兩次調(diào)查，并對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行了相應(yīng)編號(hào)。標(biāo)簽中的第二個(gè)數(shù)字是實(shí)測(cè)排放量與庫存報(bào)告的比率。黑色實(shí)線是1:1的線。兩條虛線是1:2和2:1的坡度線。

圖3：2022年中游和終端部門的航空調(diào)查。庫存排放量基于2021年運(yùn)營(yíng)商報(bào)告（加拿大環(huán)境與氣候變化，2023a），誤差為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。示例站點(diǎn)顯示為帶有標(biāo)簽的名稱，名稱后面的數(shù)字表示測(cè)量與清單報(bào)告排放量的比率。黑色實(shí)線是1:1的線，兩條虛線是1:2和2:1的坡度線。右上角的插圖顯示了一個(gè)排放率為324±84（17圈）kg/h的化肥廠。21次測(cè)量中有8次沒有顯示，因?yàn)檫@些設(shè)施在2021年沒有向GHGRP計(jì)劃報(bào)告。

G2301是一款由Picarro Inc.生產(chǎn)的高精度氣體濃度分析儀，它在這項(xiàng)研究中的主要作用是測(cè)量環(huán)境空氣中的甲烷(CH₄)濃度。具體來說，G2301氣體分析儀在飛機(jī)上以1Hz的頻率測(cè)量甲烷濃度，這是通過安裝在飛機(jī)右翼下方的1/8英寸外徑不銹鋼采樣探頭進(jìn)行的，該探頭也用于測(cè)量風(fēng)速。

甲烷是一種重要的溫室氣體，其全球變暖潛能（GWP）遠(yuǎn)高于二氧化碳。因此，準(zhǔn)確測(cè)量甲烷排放對(duì)于理解和管理油氣行業(yè)的環(huán)境影響至關(guān)重要。G2301氣體分析儀的使用，使得研究團(tuán)隊(duì)能夠在空中進(jìn)行高精度的甲烷排放測(cè)量，這對(duì)于評(píng)估和驗(yàn)證地面報(bào)告的排放數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

通過這些測(cè)量，研究者可以確定甲烷排放量是否被現(xiàn)有排放清單低估，以及存在哪些具體的排放源。這對(duì)于制定減少甲烷排放的政策和策略具有重要意義。