我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)借鑒及發(fā)展前景分析

馮語(yǔ)晴，楊建華，張菁，高澤，王艷松，金鋒（.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京0008；.廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，南寧500；.國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京000）

我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)借鑒及發(fā)展前景分析

馮語(yǔ)晴1，楊建華1，張菁2，高澤1，王艷松3，金鋒3
（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京100083；2.廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，南寧530022；3.國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京100031）

近10年間，美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已引起全世界的關(guān)注。同時(shí)，隨著中國(guó)電力需求的持續(xù)快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)和運(yùn)輸緊張局面反復(fù)出現(xiàn)，生態(tài)和環(huán)境保護(hù)形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，亟需加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。介紹了國(guó)外一些國(guó)家頁(yè)巖氣的發(fā)展現(xiàn)狀以及在中國(guó)資源豐富的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用情況，并結(jié)合國(guó)外頁(yè)巖氣發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)和電力發(fā)展形勢(shì)，探討了頁(yè)巖氣發(fā)電對(duì)溫室氣體排放的影響，分析了在中國(guó)發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電的可行性以及必要性，對(duì)中國(guó)的頁(yè)巖氣發(fā)電前景進(jìn)行了展望。

頁(yè)巖氣；發(fā)電；溫室氣體排放；經(jīng)驗(yàn)借鑒；發(fā)展前景

頁(yè)巖氣是儲(chǔ)存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中的、以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的一種非常規(guī)天然氣[1]。近年來(lái)，頁(yè)巖氣作為一種清潔、高效的能源資源，在北美成功開(kāi)發(fā)利用，已成為美國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)的重要支撐[2]。美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其頁(yè)巖氣革命已引起全世界的關(guān)注，世界各國(guó)相繼加快開(kāi)發(fā)利用頁(yè)巖氣的進(jìn)程[3]，也為國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)采和利用提供了參考。我國(guó)擁有豐富的頁(yè)巖氣資源[4-5]，發(fā)展前景廣闊，目前正在加大頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)推進(jìn)力度。國(guó)家能源局在2012年3月和2013年10月相繼頒布《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011—2015）》[1]和《頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)政策》[6]，將通過(guò)加快頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)利用，進(jìn)一步保障能源供應(yīng)，推動(dòng)能源體系的低碳化。

我國(guó)當(dāng)前水力發(fā)電占有一定比例，核能發(fā)電尚處于起步階段，風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物沼氣等可再生能源發(fā)電還不具備大規(guī)模應(yīng)用的充分條件[7-9]，用于發(fā)電的一次能源主要依賴煤炭，構(gòu)建低碳發(fā)電機(jī)制勢(shì)在必行[10]。燃煤發(fā)電的制約因素主要是CO2等溫室氣體排放，而天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的能源，是今后相當(dāng)長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)最有開(kāi)發(fā)潛力、最具發(fā)展前途的發(fā)電能源之一。頁(yè)巖氣為天然氣家族的主要成員之一，通過(guò)頁(yè)巖氣勘查開(kāi)發(fā)，促進(jìn)燃頁(yè)巖氣發(fā)電，已成為我國(guó)增加發(fā)電能力、保障能源安全和實(shí)施節(jié)能減排的現(xiàn)實(shí)選擇。

1　頁(yè)巖氣資源與開(kāi)發(fā)

1.1資源現(xiàn)狀

頁(yè)巖氣主要分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布較廣的頁(yè)巖烴源巖地層中。大部分頁(yè)巖分布范圍廣、多層系、普遍含氣，這使得頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。

據(jù)美國(guó)能源信息署（EIA）稱，截止2013年，世界上擁有可開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣資源的國(guó)家達(dá)到了42個(gè)，頁(yè)巖氣可采資源總量達(dá)到221萬(wàn)億m3，與常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)，主要國(guó)家的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量如表1所示[5]，全球頁(yè)巖氣資源量排名前3位國(guó)家依次為美國(guó)、中國(guó)和阿根廷。

表1　世界技術(shù)可采頁(yè)巖氣儲(chǔ)量Tab.1Technically recoverable shale gas resources in the world

1.2國(guó)外開(kāi)發(fā)情況

目前，美國(guó)走在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的前列，在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)方面取得了巨大的成功。雖然美國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)的進(jìn)步大大降低了開(kāi)發(fā)成本，但從目前來(lái)看，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)形勢(shì)并不樂(lè)觀。美國(guó)為了推動(dòng)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)，實(shí)施了相應(yīng)的稅收激勵(lì)或補(bǔ)貼政策，以德克薩斯州為例，對(duì)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)免征生產(chǎn)稅，實(shí)施3.5美分/m3的政府補(bǔ)貼。

2007年美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量為366億m3，2012年達(dá)到2 937億m3，為2007年的8倍[11]，年均增長(zhǎng)51.6%。美國(guó)頁(yè)巖氣占天然氣總產(chǎn)量的比例，已經(jīng)從2000年的不足1%[12]，上升到2012年39%[13]，預(yù)計(jì)在2035年達(dá)到46%。頁(yè)巖氣的大開(kāi)發(fā)，已經(jīng)顛覆了美國(guó)的能源市場(chǎng)，有效提高了美國(guó)能源自給水平，美國(guó)能源對(duì)外依存度降至20世紀(jì)80年代以來(lái)最低水平，美國(guó)在2009年已經(jīng)超越俄羅斯，成為最大的天然氣生產(chǎn)國(guó)，石油進(jìn)口從2005年占石油總消費(fèi)量的60%下降到2012年的42%，60年來(lái)首次成為煉油產(chǎn)品出口國(guó)。在2013年，美國(guó)能源進(jìn)口量進(jìn)一步回落，能源出口量有較小增幅，凈能源進(jìn)口量比2012年下降19%[14]，超過(guò)近二十年的最低水平。鑒于頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)情況，國(guó)際能源署（IEA）在2012年11月份預(yù)測(cè)[15]：美國(guó)在2017年將超過(guò)沙特和俄羅斯，成為最大的石油生產(chǎn)國(guó)；在2035年，將主要依靠包括頁(yè)巖氣在內(nèi)的廉價(jià)天然氣，實(shí)現(xiàn)能源自給自足，滿足產(chǎn)業(yè)和發(fā)電的能源需求。

加拿大是除美國(guó)外世界上最早對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行商業(yè)化開(kāi)發(fā)的國(guó)家。對(duì)于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)行業(yè)，加拿大政府主要參考了美國(guó)的產(chǎn)業(yè)政策，給予稅收補(bǔ)貼鼓勵(lì)。得益于加拿大國(guó)家政策的大力支持，2008年，加拿大天然氣產(chǎn)量已占據(jù)北美天然氣市場(chǎng)將近50%的份額，成為世界天然氣第三大生產(chǎn)國(guó)和第二大出口國(guó)；2012年，加拿大頁(yè)巖氣所占天然氣總產(chǎn)量的比例已達(dá)15%[13]，預(yù)計(jì)在2035年達(dá)到28%[16]。加拿大頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)主要集中在加拿大西部的四個(gè)省份，其中，不列顛哥倫比亞省2012年平均每天的頁(yè)巖氣產(chǎn)量為5 663萬(wàn)m3，超過(guò)全國(guó)頁(yè)巖氣總產(chǎn)量的25%[16]，其開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力目前主要受管道基礎(chǔ)設(shè)施的制約。

墨西哥北部的頁(yè)巖氣資源地似乎與邊境的美國(guó)得克薩斯州一處頁(yè)巖氣資源地相連，其國(guó)家石油和天然氣公司（Pemex）在2010年開(kāi)始在這里鉆探，這里可能成為墨西哥的第一口頁(yè)巖氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)[3]，預(yù)計(jì)2016年平均每天的頁(yè)巖氣產(chǎn)量為566萬(wàn)m3，2026年上升到3 681萬(wàn)m3。

為減少對(duì)俄羅斯天然氣進(jìn)口的依賴，波蘭、英國(guó)和歐盟都對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)有相當(dāng)大的興趣。歐洲頁(yè)巖氣可采儲(chǔ)量的大約三分之二都集中在波蘭和法國(guó)兩個(gè)國(guó)家。雖然法國(guó)禁止開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣，但波蘭一直被視為歐洲頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)最有潛力的國(guó)家，吸引了一些全球最大的頁(yè)巖氣生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。波蘭政府希望本國(guó)成為歐洲最重要的頁(yè)巖氣生產(chǎn)者，像目前美國(guó)在北美的狀況一樣，并宣布了一項(xiàng)2015年平均每天生產(chǎn)1 133萬(wàn)m3頁(yè)巖氣計(jì)劃。

英國(guó)政府于2012年11月在議會(huì)公布了“能源法案”（energy bill）[17]，力求進(jìn)行英國(guó)電力市場(chǎng)大的改革，爭(zhēng)取大規(guī)模投資低碳發(fā)電，降低消費(fèi)者承擔(dān)的電能成本。為此，英國(guó)政府有意向支持燃?xì)獍l(fā)電廠建設(shè)，并恢復(fù)開(kāi)發(fā)本國(guó)頁(yè)巖氣資源。

歐盟委員會(huì)研究了頁(yè)巖氣對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的影響和對(duì)歐洲發(fā)展的潛在作用，在2014年1月提出了“2030氣候和能源框架”，同時(shí)建議歐盟提供頁(yè)巖氣勘探和生產(chǎn)的基本原則[18]。歐盟成員國(guó)有18個(gè)月的時(shí)間來(lái)實(shí)施一套適合各自國(guó)家市場(chǎng)的頁(yè)巖氣發(fā)展準(zhǔn)則。歐洲議會(huì)認(rèn)為，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)和利用是一個(gè)必須抓住的機(jī)遇，而不是要設(shè)法避免的威脅。

目前，全球液化天然氣（liquefied natural gas，LNG）大部分的新增產(chǎn)能都由美國(guó)制造。對(duì)日本來(lái)說(shuō)，2011年福島第一核電站災(zāi)難后，美國(guó)不再需要進(jìn)口LNG，成為了意外福音，大量LNG可以流向日本用于發(fā)電，以彌補(bǔ)核電站整體關(guān)閉后造成的電力損失?；?012年6月制訂的《資源確保戰(zhàn)略》，日本已將美國(guó)的LNG作為主要引進(jìn)目標(biāo)[19]，并積極參與從頁(yè)巖氣生產(chǎn)、流通到消費(fèi)各環(huán)節(jié)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)及設(shè)備供應(yīng)。在美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)態(tài)勢(shì)的鼓舞下，日本加大了對(duì)非傳統(tǒng)能源勘探開(kāi)發(fā)力度。日本政府2013年3月宣布，在愛(ài)知和三重縣交界的水深約1 000 m的海底，從甲烷水合物中成功提取出了高壓天然氣，雖然其目前的開(kāi)采成本為進(jìn)口LNG的3倍以上，但周邊海域的甲烷水合物儲(chǔ)量相當(dāng)于日本近100年的天然氣消費(fèi)量，在實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)采后，必然會(huì)極大影響日本的未來(lái)能源市場(chǎng)。

1.3國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)情況

我國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布廣泛，南方地區(qū)、華北地區(qū)和新疆塔里木盆地等發(fā)育海相頁(yè)巖，華北地區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地和松遼盆地等廣泛發(fā)育陸相頁(yè)巖，具備頁(yè)巖氣成藏條件，資源潛力較大。此外，在我國(guó)還有廣泛分布海相頁(yè)巖地層、海陸交互相頁(yè)巖地層及陸相地層[20]。圖1為我國(guó)頁(yè)巖氣分布及勘探形勢(shì)圖[21]。據(jù)我國(guó)有關(guān)部門(mén)的較為保守預(yù)測(cè)[1]，頁(yè)巖氣可采資源量為25萬(wàn)億m3，超過(guò)常規(guī)天然氣資源，按照我國(guó)目前的能源消費(fèi)水平可持續(xù)提供300年之用，這為我國(guó)加快發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電提供了堅(jiān)實(shí)的資源基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)石油的進(jìn)口比例從2007年的4.2%一路攀升到2011年的56.5%，而天然氣的對(duì)外依存度在2012年超過(guò)30%。我國(guó)儲(chǔ)量豐富的頁(yè)巖氣將能夠顯著緩解我國(guó)一次能源對(duì)國(guó)外的依賴程度。就頁(yè)巖氣產(chǎn)量而言，中國(guó)有望成為下一個(gè)美國(guó)，我國(guó)政府也正在著手頁(yè)巖氣的技術(shù)和商業(yè)發(fā)展。

圖1　中國(guó)頁(yè)巖氣分布及勘探形勢(shì)圖Fig.1The situation map of distribution and exploration areas of shale gas in China

為加快國(guó)際間頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)和技術(shù)合作交流，我國(guó)與美國(guó)于2009年簽署了《中美關(guān)于在頁(yè)巖氣領(lǐng)域開(kāi)展合作的諒解備忘錄》。我國(guó)石油企業(yè)與殼牌公司簽訂富順-永川聯(lián)合評(píng)價(jià)協(xié)議，與康菲、?？松梨诠竞陀?guó)石油公司（BP）等公司達(dá)成聯(lián)合研究合作意向協(xié)議，參與購(gòu)得國(guó)外部分頁(yè)巖氣區(qū)塊權(quán)益。

我國(guó)已經(jīng)著手對(duì)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的鉆探，主要集中在四川盆地和長(zhǎng)江平原。盡管現(xiàn)在的生產(chǎn)效率很低，但卻意義深遠(yuǎn)。近幾年，隨著國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的快速推進(jìn)，在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及國(guó)內(nèi)常規(guī)油氣開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，順利完成了一批頁(yè)巖氣井的鉆井、固井及大型壓裂施工作業(yè)，為國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)積累了初步的經(jīng)驗(yàn)。截至2013年3月，全國(guó)共實(shí)施頁(yè)巖氣鉆井83口[22]，主要分布在四川、陜西、重慶等地。據(jù)國(guó)家能源局報(bào)道[23]，中石化公司重慶涪陵國(guó)家級(jí)示范區(qū)頁(yè)巖氣井已開(kāi)鉆27口，完鉆21口，已投入試采水平井10口，平均單井產(chǎn)量15萬(wàn)m3/天，累計(jì)實(shí)現(xiàn)商品氣量近7 300萬(wàn)m3，所產(chǎn)氣烴類含量高達(dá)98%，不含硫化氫等有害氣體，開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)未見(jiàn)環(huán)境污染；“十二五”末該示范區(qū)計(jì)劃建成50億m3/年的產(chǎn)能，年產(chǎn)頁(yè)巖氣33億m3。中石油公司長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)、昭通兩個(gè)國(guó)家級(jí)示范區(qū)和富順-永川對(duì)外合作區(qū)也完鉆頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井39口，累計(jì)實(shí)現(xiàn)商品氣量7 000萬(wàn)m3。

2　頁(yè)巖氣發(fā)電現(xiàn)狀與影響

據(jù)EIA的統(tǒng)計(jì)顯示，在補(bǔ)貼和成本下降的雙重作用下，美國(guó)頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)應(yīng)用之后，美國(guó)天然氣價(jià)格趨降。天然氣居民用價(jià)從2006年的最高點(diǎn)6.81美元/千立方英尺降低到了2013年的4.43美元/千立方英尺，下降了53.7%，也導(dǎo)致燃煤發(fā)電比例迅速下滑，從2007年到2012年的5年期間，燃煤發(fā)電量占年總發(fā)電量的比例由48.5%下降了11%，燃?xì)獍l(fā)電比例上升，如圖2所示[24]。2010年以來(lái)的10余年期間，美國(guó)超過(guò)160個(gè)燃煤發(fā)電廠的建設(shè)計(jì)劃被取消，50 GW的燃煤發(fā)電機(jī)組退役[24]；自2000年以來(lái)，燃煤發(fā)電量每年平均下降近40 TW·h，而燃?xì)獍l(fā)電比例逐年增加，每年平均超過(guò)50 TW·h。

圖2　美國(guó)年發(fā)電量Fig.2US electricity net generation

2011年，美國(guó)燃?xì)獍l(fā)電量和燃煤發(fā)電量分別占年總發(fā)電量的24.7%和42.3%。2012年，因燃?xì)獍l(fā)電相對(duì)于燃煤發(fā)電的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，美國(guó)天然氣年發(fā)電量激增20.9%，燃?xì)獍l(fā)電量和燃煤發(fā)電量分別占年總發(fā)電量的30.3%和37.4%。2013年，隨著天然氣價(jià)格的走高，美國(guó)煤電市場(chǎng)有所回暖，發(fā)電用天然氣比2012年有所下降，燃?xì)獍l(fā)電量在年總發(fā)電量中占比降至27.4%，燃煤發(fā)電量增至39.1%[24]。但未來(lái)新建設(shè)發(fā)電廠仍以燃?xì)獍l(fā)電為主，大量燃煤發(fā)電機(jī)組即將退役。在2013—2020年期間，將有容量為50 GW的燃煤發(fā)電機(jī)組退役[25]，約占美國(guó)現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組總?cè)萘康?/6。

頁(yè)巖氣屬于非常規(guī)天然氣，主要成分是甲烷，幾乎不含硫化氫、粉塵及其他有害物質(zhì)，氣質(zhì)比常規(guī)天然氣更好，對(duì)環(huán)境的污染比煤和石油小得多。戰(zhàn)略能源分析聯(lián)合研究所（JISEA）對(duì)頁(yè)巖氣發(fā)電的生命周期溫室氣體排放進(jìn)行了研究，結(jié)果如圖3所示[26]，采用現(xiàn)代化的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，頁(yè)巖氣發(fā)電時(shí)每kW·h電能所等值的CO2大約是燃煤發(fā)電的一半。

圖3　發(fā)電時(shí)的生命周期溫室氣體排放估值Fig.3Estimate of life cycle greenhouse gas emissions to generate electricity

由于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的CO2排放大約是煤電機(jī)組的一半，SO2和NOx排放更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤電機(jī)組，因此，美國(guó)在頁(yè)巖氣大規(guī)模開(kāi)發(fā)和產(chǎn)量迅速攀升的情況下，在近期內(nèi)通過(guò)氣電對(duì)煤電的替代實(shí)現(xiàn)了溫室氣體減排。2012年美國(guó)碳排放降至1994年以來(lái)最低，如圖4所示[24]，與2007年和2005年相比分別減排13%和10.7%，這意味著2020年前，在2005年基礎(chǔ)上減排17%的目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一大半。雖然2013年發(fā)電用天然氣比2012年有所下降，導(dǎo)致2013年的碳排放有所上升，但并沒(méi)有影響美國(guó)政府在減排溫室氣體方面的信心。

與美國(guó)類似，得益于頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的天然氣低價(jià)，以及溫室氣體排放降低的需求和天然氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的完善，加拿大同樣是大力發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電。據(jù)加拿大國(guó)家能源委員會(huì)（NEB）預(yù)測(cè)[27]，加拿大燃?xì)獍l(fā)電的總裝機(jī)容量將由2012的20 GW提高到2035年的35 GW，大約占到所有新增發(fā)電容量的40%，這期間每年的燃?xì)獍l(fā)電量將增加1倍以上，從2012年的68 TW·h上升到2035年的164 TW·h，燃?xì)獍l(fā)電在年總發(fā)電量中所占比例將從2012年的11%增加到2035年的21%。

圖4　美國(guó)能源消耗的年碳排放量Fig.4US carbon dioxide emissions every year from energy consumption

此外，單位容量的燃?xì)獍l(fā)電廠投資成本最低，如表2所示[25]，建設(shè)周期也較短，而且比燃煤或核能發(fā)電廠更適合建設(shè)靠近用戶的分布式電源，因此，頁(yè)巖氣發(fā)電在最早商業(yè)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣的北美得以快速發(fā)展。

表2　主要發(fā)電技術(shù)的建設(shè)成本Tab.2The capital cost of all the major power technologies

2012年全球最大核電運(yùn)營(yíng)商法國(guó)電力集團(tuán)（EDF）宣布進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)美國(guó)核電的投資，而在一年半之后卻無(wú)奈全面退出美國(guó)核電市場(chǎng)[28]，其主要原因是該集團(tuán)低估了頁(yè)巖氣發(fā)電的發(fā)展前景，在美國(guó)，電力市場(chǎng)的燃?xì)獍l(fā)電使得核電競(jìng)爭(zhēng)力明顯下降。

目前，受頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)的限制，僅北美有燃頁(yè)巖氣的發(fā)電廠。為節(jié)省更多的原油以增加出口利潤(rùn)，沙特阿拉伯即將成為北美國(guó)家以外首個(gè)使用頁(yè)巖氣發(fā)電的國(guó)家[29]。

3　我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)電現(xiàn)狀與前景

3.1我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)電現(xiàn)狀

目前，我國(guó)天然氣的利用率較低，主要用作化工行業(yè)和居民生活，二者占天然氣總消費(fèi)的比例超過(guò)了5%，造成天然氣資源的浪費(fèi)，無(wú)法充分利用天然氣降低溫室氣體排放。在現(xiàn)有條件下發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電還存在許多問(wèn)題。比如燃?xì)怆姀S作為非供熱機(jī)組，在燃?xì)夤?yīng)緊張時(shí)段，供氣優(yōu)先程度低于供熱燃機(jī)，經(jīng)常全廠啟停參加調(diào)峰，并且由于天然氣調(diào)峰的需要，有時(shí)不能嚴(yán)格按照調(diào)度計(jì)劃發(fā)電，出現(xiàn)大幅超發(fā)或欠發(fā)。

此外，我國(guó)頁(yè)巖氣藏普遍埋藏較深，頁(yè)巖氣富集區(qū)地表地形復(fù)雜，人口密集，工程作業(yè)困難，經(jīng)濟(jì)性較差，不利于大規(guī)模開(kāi)采；頁(yè)巖氣資源富集區(qū)多集中在水資源缺乏的中西部山區(qū)，而頁(yè)巖氣的開(kāi)采離不開(kāi)水，這導(dǎo)致了頁(yè)巖氣開(kāi)采困難、成本高等問(wèn)題，對(duì)頁(yè)巖氣發(fā)電造成了很大制約[30]。

針對(duì)以上問(wèn)題，在頁(yè)巖氣用于發(fā)電時(shí)要做到以下幾點(diǎn)：一是統(tǒng)籌天然氣資源、能源需求、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益，科學(xué)制訂發(fā)展規(guī)劃，確保天然氣分布式能源健康、有序發(fā)展；二是合理選擇建設(shè)規(guī)模，優(yōu)化系統(tǒng)配置，原則上天然氣分布式能源全年綜合利用效率應(yīng)高于70%，在低壓配電網(wǎng)就近供應(yīng)電力。發(fā)揮天然氣分布式能源的優(yōu)勢(shì)，兼顧天然氣和電力需求削峰填谷；三是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源品質(zhì)要求高的地區(qū)或天然氣資源地鼓勵(lì)采用熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，建立示范工程，通過(guò)示范工程積累經(jīng)驗(yàn)，為大規(guī)模推廣奠定基礎(chǔ)；四是創(chuàng)新天然氣分布式能源政策環(huán)境和機(jī)制，鼓勵(lì)多種主體參與；加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和裝備制備能力升級(jí)。

3.2我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)電前景

隨著我國(guó)強(qiáng)化頁(yè)巖氣勘探的多方合作、頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷成熟和政策的進(jìn)一步扶持，我國(guó)將逐步形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)體系，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)規(guī)模將進(jìn)一步加大。2013年我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)首次取得實(shí)際產(chǎn)能突破，全年產(chǎn)氣量達(dá)2億m3。國(guó)土資源部和國(guó)家能源局均對(duì)2014、2015兩年中國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)能有樂(lè)觀預(yù)期。國(guó)家能源局2014年1月印發(fā)了《2014年能源工作指導(dǎo)意見(jiàn)》[31]，提出2014年我國(guó)頁(yè)巖氣生產(chǎn)量為15億m3，這意味著2014年我國(guó)頁(yè)巖氣的產(chǎn)能將提升7倍；而2015年又將在2014年基礎(chǔ)上提升4倍多，達(dá)65億m3。預(yù)計(jì)我國(guó)2020年頁(yè)巖氣產(chǎn)量將達(dá)到600~1 000億m3[12]。商業(yè)化開(kāi)發(fā)模式下的頁(yè)巖氣價(jià)格會(huì)不斷下降，也會(huì)有效促進(jìn)頁(yè)巖氣發(fā)電的發(fā)展。

鑒于我國(guó)頁(yè)巖氣和電力負(fù)載的分布情況，頁(yè)巖氣發(fā)電今后大有可為。我國(guó)頁(yè)巖氣主要分布在南方地區(qū)、華北及東北地區(qū)以及西北地區(qū)，其中，西南地區(qū)的四川盆地、華北及東北地區(qū)的鄂爾多斯盆地的頁(yè)巖氣地質(zhì)條件最好，其地理分布和我國(guó)華中、南方、華北區(qū)域電網(wǎng)的負(fù)荷中心分布基本吻合，就地燃頁(yè)巖氣發(fā)電，可以替代燃煤發(fā)電，滿足我國(guó)減排溫室氣體的要求。此外，西北地區(qū)和內(nèi)蒙古含有豐富的風(fēng)力等可再生能源，對(duì)于間歇性、隨機(jī)性風(fēng)力發(fā)電，就地大規(guī)模建設(shè)燃頁(yè)巖氣發(fā)電廠，可以滿足不斷增長(zhǎng)的調(diào)峰需求，這將有效解決大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電并網(wǎng)的最大瓶頸問(wèn)題，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮積極作用。

燃?xì)獍l(fā)電的溫室氣體排放量非常小，在現(xiàn)有的大氣污染管制條件下，可再生能源發(fā)電等清潔輔助技術(shù)并不具備優(yōu)勢(shì)；在國(guó)內(nèi)燃煤發(fā)電依賴率較高、環(huán)境壓力過(guò)大的情況下，電力行業(yè)的氣代煤需求迫切；當(dāng)前的大規(guī)模電能儲(chǔ)存技術(shù)離突破性進(jìn)展尚有一定距離，因此，中國(guó)有必要鼓勵(lì)本土頁(yè)巖氣發(fā)電建設(shè)。

目前，國(guó)內(nèi)五大發(fā)電集團(tuán)因火電虧損，不斷涉足其他行業(yè)，試圖實(shí)現(xiàn)多元化發(fā)展。中電投集團(tuán)早在2005年就入主具備頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)能力的吉電股份。2011年12月，華能集團(tuán)與云南曲靖市政府就建設(shè)曲靖頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)試驗(yàn)示范區(qū)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。2012年2月，華電集團(tuán)與湖南省政府簽署《頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》。電力企業(yè)希望國(guó)資委將頁(yè)巖氣列入五大發(fā)電集團(tuán)的主業(yè)之一，并給予政策支持。發(fā)電集團(tuán)涉足頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)，會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣核心技術(shù)的逐步掌握、燃?xì)獍l(fā)電發(fā)展和可再生能源接納產(chǎn)生一定影響。

我國(guó)在發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電時(shí)，除了考慮燃?xì)獍l(fā)電對(duì)核電的沖擊外，還應(yīng)考慮對(duì)可再生能源發(fā)電技術(shù)的沖擊。頁(yè)巖氣發(fā)電的大力發(fā)展，有可能降低可再生能源發(fā)電技術(shù)研發(fā)的資本投入熱情。電力市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)能、分布式調(diào)度等技術(shù)的需求，主要來(lái)自于平滑風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的出力曲線。擁有快速調(diào)頻、調(diào)峰能力的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，正是這些技術(shù)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。

4　結(jié)語(yǔ)

發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電是不可逆轉(zhuǎn)的世界經(jīng)濟(jì)和能源發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)的頁(yè)巖氣資源相當(dāng)豐富，隨著頁(yè)巖氣發(fā)電工程的開(kāi)發(fā)投入，可以預(yù)見(jiàn)在國(guó)家未來(lái)的能源格局中，頁(yè)巖氣發(fā)電的比例將不斷上升、煤電比例逐漸下降。但頁(yè)巖氣發(fā)電從輔助電源成為主要電源還需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，這是我國(guó)自然資源分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和頁(yè)巖氣發(fā)展特點(diǎn)所決定的。在節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)約束下，隨著國(guó)家對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)和利用支持力度的逐漸增強(qiáng)，以及新技術(shù)發(fā)展和頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成本的降低、性價(jià)比的提高，頁(yè)巖氣發(fā)電必將成為電力工業(yè)發(fā)展的支柱。

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（編輯徐花榮）

Analysis on Experience and Development Prospect of Shale Gas Power Generation in China

FENG Yuqing1，YANG Jianhua1，ZHANG Jing2，GAO Ze1，WANG Yansong3，JIN Feng3
（1.College of Information and Electrical Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China；2.Guangxi Electric Power Industry Investigation Design and Research Institute，Nanning 530022，Guangxi，China；3.State Grid Corporation Beijing Electric Company，Beijing 100031，China）

The last decade saw a shale gas boom in the United States，which has drawn a great deal of attention from all over the world.At the same time，with continuous growth of electricity demand，tensions in the traditional coal production and transportation have occurred repeatedly and the ecological and environmental protection situation has been getting increasingly grim in China，therefore an urgent need for the structural adjustment of energy.This paper introduces domestic development and utilization status of shale gas at home and abroad and the abundant shale gas resources in China as well.Based on the experience in the shale gas power generation and the change of electric power development situation abroad，the paper discusses effects of the shale gas power generation on reduction of greenhouse gas emissions，and explores the feasibility and the necessity to develop shale gas power generation，and views the domestic prospects of shale gas power generation.

shale gas；power generation；greenhouse gas emissions；experience；development prospect

1674-3814（2015）06-0104-07

TM611，F(xiàn)416.22

A

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（PD17201200045）。

Project Supported by Science and Technology Project of SGCC（PD17201200045）.

2014-05-06

馮語(yǔ)晴（1992—），女，碩士生，主要研究方向?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)等；

楊建華（1963—），男，教授，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與仿真、新能源發(fā)電技術(shù)、智能微電網(wǎng)等。