深部咸水层封存项目环境风险评价

如题所述

随着CO2地质封存示范工程的不断实施,世界主要国家都在针对未来商业化规模的CO2地质封存的环境风险和安全评价问题进行积极的研究,同时加强相关法律和条令的制定或修改。相对于CO2-EOR和CO2-ECBM而言,深部咸水层CO2地质封存可以提供最大的减排潜力,这是因为我国具有广泛的深部咸水层分布。虽然深部咸水层CO2地质封存的环境风险和安全要求与CO2-EOR和CO2-ECBM项目不尽相同,但是本节阐述的评价方法和评价体系可容易地扩展到各种地质封存情形下,相信对CO2-EOR和CO2-ECBM工程项目的环境影响和安全评价也具有一定的参考价值。

目前,有关CO2地质封存实践更多的是把CO2作为工业废物来看待。据此界定的话,CO2地质封存工程应属于环保型项目,同时因CO2地质封存存在着泄漏的风险,因此,CO2地质封存选址应符合一般建设项目环境保护选址条件的原则。比如,GB 18598一2001《危险废物填埋污染控制标准》规定的环境保护条件,可供深部咸水层CO2地质封存地面工程选址时借鉴。

针对CO2地质封存的环境影响和环境风险的一般情形,根据本章前述的建设项目环境风险评价导则,深部咸水层CO2地质封存环境风险评价首先要确定的是评价工作等级和评价范围。然后根据评价工作等级,开展风险识别、风险评价和风险管理。根据CO2的特殊性和认知程度,目前建议根据咸水层封存地点和规模综合确定环境风险评价等级、评价范围和评价时间。

1.风险评价

CO2地质封存的风险类型为CO2泄漏,其物质风险主要是泄漏的CO2及其伴随的CH4、H2S等其他温室或酸性气体,以及泄漏后对土壤、地下水等产生的次生污染或者对人类、动植物和微生物等产生的直接危害。关于泄漏的CO2浓度,目前国家尚无明确的相关标准。国标GBZ 2—2002《工作场所有害因素职业接触限值》,规定CO2短时间接触容许浓度为18000 mg/m3。国标GB/T18883一2002《室内空气质量标准》,规定室内CO2日平均值为0.1%。

根据前述的CO2地质封存泄漏路径,结合表7-7所示的评价项目,就可以设定某些具体的泄漏场景,使用一定的风险评价方法,就可以对不同场景给予具体、明确的环境风险评价。根据不同的场景,得出不同的风险评价结果。最终可能还需要一个专家委员会来仲裁最终可能发生的风险级别及风险类型。

需要说明的是,CO2地质封存环境影响评价不同于一般工程项目,主要特点是:

(1)CO2泄漏导致环境影响的程度尚无明确界定;

(2)CO2泄漏可能对环境产生影响的时间点尚不明确;

(3)目前,可以参考的环境影响评价项目和评价方法有限。因此,在今后CO2地质封存工程事业化的进程中,CO2地质封存环境影响评价的内容及实施方法等应当充分利用国内先导试验蓄积的经验和今后国际上与之相关的动议和见解(二酸化炭素回收·A留(CCS)研究会,2009)。

2.评价方法

进行CO2地质封存的风险评价可以分为地上和地下两个方面。地上的风险主要来源于地面工程,主要包括管道和灌注设备。这类风险评价可以借鉴能源开发和封存上的一些比较成熟的经验,一旦出现突发事故就可以立刻采取相应的应急方案。然而,地面上的风险评价体系无法直接有效地扩展到对地下CO2地质封存状况的风险评价,这不仅仅是因为后者包含更多不确定因素,而且它需要风险评价的周期更长、更有效,因此对于深部咸水层CO2地质封存需要研发一种全新的风险评价方法和评价体系。

表7-7 陆上深部咸水层CO2地质封存环境影响评价矩阵

本章第二节已经介绍了风险评价的一些基本方法和类别。由于目前CO2地质封存仍然是一项并不完善和成熟的技术,其风险评价方法也是随着问题的出现而不断修正。因此,各类评价方法都具有很强的实时性和针对性,各不相同,很难统一。国际能源署温室气体控制项目针对商业规模CO2地质封存,提出了一个如图7-3所示的风险评价流程图(IEA GHG,2009)。它把风险分析这一确定-评估-轻减的迭代过程分解为一系列步骤,分别包括在风险评价、风险管理和风险交流三大模块中。

CO2地质封存的风险评价包括风险确定(风险源评估),发生概率的确定(暴露评估),以及个别风险事件的损失程度(影响评估),并结合暴露效应(exposure-effect)数据生成定性、半定量或定量的风险度量(风险刻画)。在风险管理这一步,利用风险评价过程的输出,以及各种社会、政治和经济技术参数来优化、监测、控制和降低风险。风险分析还涉及风险评估员、风险管理者、监管机构、地方社区、新闻媒体和利益集团之间的关于风险信息的交流和互动(NETL,2011)。通过对CCS风险评价方法进行调查,把目前在CO2地质封存方面广为采用的几种风险评价工具概括于表7-8。

CO2地质封存安全性评价的特殊性首先表现在封存的时间尺度上。CO2需要被圈闭在地下几百年或几千年,因此,必须确保长期以及在短期内的安全,这意味着CO2地质封存的安全监测将超过分析人员的一生。其次,表现在地下地质条件的多样性。这包括封存场地的不完全和不确定性的理解和封存过程中多个物理过程的耦合现象。即使评价系统能完全建立,其研究也将是具有挑战性的。相对于传统的能源开采和存储,CO2地质封存场地的未来状态的表征在监测结束后必须正视很多和自然系统当前属性相关的不确定因素。在遥远的未来,自然和人为进程可能会改变系统的属性(李琦,2011)。此外,监测无法预见长时期内地质封存对温室气体排放造成的全球气候变化的整治效果,这意味着CO2地质封存工程的相当大的努力或许应放在全面的安全性评价上来。图7-4是针对深部咸水层CO2地质封存建议的一个安全评价流程(李琦等,2011)。

图7-3 CO2地质封存工程风险评价流程图

表7-8 CO2地质封存风险评价工具

图7-4 深部咸水层CO2地质封存安全风险评价流程图

3.风险管理及应急措施

深部咸水层CO2地质封存的风险管理和应急措施可以首先参考本章第二节第一部分阐述的一般CO2地质封存中针对不同途径的CO2泄漏的风险防范措施以及针对这些突发事故的管理措施(见表7-4)(Benson和Hepple,2005)。

CO2地质封存可以想象到的主要突发(异常)事故包括:(1)CO2泄漏带来的对周边居民健康和安全方面的影响;(2)CO2泄漏对周边生态系统的影响;(3)关联设施的损坏带来的对作业人员安全的影响(二酸化炭素回收·A留(CCS)研究会,2009)。

突发事故发生时,优先需应对人员生命和生态系统不可逆转的影响。当认识到异常事故发生时,确保毫不拖延地向当地行政主管部门和周边居民进行通报。表7-9列出了一些主要的突发事故及其影响。CO2开始灌注后,除了下表7-13列出的随时监测项目以外,有必要对异常事故检知有用的项目及对其基准值进行策定。表7-10列出了一些对异常检知非常有用的监测项目。表7-11列出了一些突发事故的应急措施。同时,表7-12列出了突发事故解决以后的应对措施。

表7-9 突发事故及其影响(例)

表7-10 一些对异常检知非常有用的监测项目(例)

表7-11 一些突发事故的应急措施(例)

表7-12 突发事故解决以后的应对措施(例)

4.监测方法

监测是识别CO2是否泄漏的主要手段之一,也是进行有效的CO2地质封存环境风险管理的重要保证。根据图7-2所示,CO2地质封存在灌注过程中的风险水平逐渐升高,在灌注结束那一刻达到临界值,因此尤其要重视CO2灌注过程的监测。表7-13列出了CO2灌注过程需要监测的项目。目前,针对封存量定量评价及泄漏早期预报有效的监测方法可以总结如表7-14所示(地球A境A业技A研究AA,2006)。

表7-13 CO2灌注过程需要监测的项目

表7-14 对封存量定量评价及泄漏早期预报有效的监测方法

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