“可燃冰時(shí)代”已經(jīng)來(lái)臨？

中船重工集團(tuán)經(jīng)濟(jì)研究中心 張 輝 趙羿羽 金偉晨 尤婷婷

“可燃冰時(shí)代”已經(jīng)來(lái)臨？

中船重工集團(tuán)經(jīng)濟(jì)研究中心 張 輝 趙羿羽 金偉晨 尤婷婷

2017年5月18日,中國(guó)國(guó)土資源部部長(zhǎng)姜大明宣布中國(guó)首次海域天然氣水合物（天然冰）試采成功,引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。為什么可燃冰的試采成功引起了上至黨中央、國(guó)務(wù)院，下至普通群眾的強(qiáng)烈反響？我們是否已經(jīng)迎來(lái)了“可燃冰時(shí)代”？在可燃冰開(kāi)采這條路上，我們已經(jīng)走了多遠(yuǎn)，還有多遠(yuǎn)的路需要走？

Why 可燃冰？

目前我們對(duì)全球天然氣水合物資源量并無(wú)明確的認(rèn)識(shí)，但是據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署對(duì)甲烷水合物全球展望中的分析來(lái)看，全球范圍內(nèi)廣泛存在著適合天然氣水合物形成的壓力和溫度條件，全球各個(gè)地區(qū)都擁有大量的潛在天然氣水合物技術(shù)可采資源量（TRR），砂質(zhì)儲(chǔ)層中原地氣資源量的累積平均估算值為1217萬(wàn)億立方米。

我國(guó)可燃冰潛在儲(chǔ)量十分巨大。據(jù)國(guó)土資源部專(zhuān)家表示，我國(guó)在南海地區(qū)預(yù)計(jì)有700億噸油當(dāng)量的可燃冰，與全國(guó)陸海常規(guī)與非常規(guī)天然氣的地質(zhì)資源量總和大致相當(dāng)。此外，除了南海外，在青海地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了350億噸標(biāo)準(zhǔn)油當(dāng)量的天然氣水合物。

從全球能源格局角度來(lái)看，一旦可燃冰實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)采，將對(duì)全球能源格局產(chǎn)生巨大影響。從潛在供給量上看，根據(jù)國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局副局長(zhǎng)李金發(fā)在接受央視采訪時(shí)表示，可燃冰總資源量大約相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣總資源量的兩倍，這將對(duì)當(dāng)前以石油供應(yīng)為主的能源供應(yīng)格局產(chǎn)生巨大沖擊。正如美國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)的突破給石油市場(chǎng)帶來(lái)的沖擊類(lèi)似，全球油氣資源價(jià)格或?qū)⒃俅纬袎骸?/p>

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展了可燃冰的調(diào)查研究，至今已有美國(guó)、加拿大、日本、韓國(guó)、中國(guó)、印度、德國(guó)、新西蘭等國(guó)設(shè)立國(guó)家研究計(jì)劃，開(kāi)展資源調(diào)查、鉆探、實(shí)驗(yàn)開(kāi)采技術(shù)以及環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究等系統(tǒng)研究。

日本是當(dāng)前業(yè)界公認(rèn)的領(lǐng)先全球可燃冰開(kāi)采技術(shù)的國(guó)家，尤其是在福島核事故兩年后，日本果斷地開(kāi)展可燃冰開(kāi)采測(cè)試，充分體現(xiàn)出該國(guó)對(duì)能源供應(yīng)安全的渴求，力圖將可燃冰打造成提振能源經(jīng)濟(jì)的“國(guó)家產(chǎn)物”。

美國(guó)為了布萊克海臺(tái)天然氣水合物資源的情況，早在1998年5月就通過(guò)了一個(gè)經(jīng)費(fèi)2億美元、周期10年的海底天然氣水合物研究計(jì)劃。在2007年2月，美國(guó)能源部、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和BP勘探（阿拉斯加）公司三家聯(lián)合，在阿拉斯加北坡收集了約12.18立方米的天然氣水合物核心樣本。

俄羅斯一直積極開(kāi)展對(duì)天然氣水合物的研究，主要研究海域包括鄂霍茨克海、巴倫支海等。俄羅斯在陸上西伯利亞的麥索亞哈氣田天然氣水合物成功開(kāi)采的經(jīng)驗(yàn)實(shí)踐，對(duì)其深海天然氣水合物開(kāi)采方法有巨大借鑒意義。俄羅斯提出了2020年天然氣水合物大規(guī)模工業(yè)開(kāi)采的計(jì)劃，這將極大促進(jìn)全球海底天然氣水合物的開(kāi)采。

中石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院數(shù)據(jù)顯示，2016年中國(guó)的原油對(duì)外依存度上升至65.5%，并且2020年前可能超過(guò)70%。天然氣的對(duì)外依存度在過(guò)去十多年由凈出口變?yōu)橐来娑瘸^(guò)30%,這對(duì)中國(guó)的能源安全是很大的威脅。

因此對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，可燃冰開(kāi)采的重要意義不言而喻。一方面，作為世界能源消費(fèi)大國(guó)，我國(guó)面臨的資源短缺和環(huán)境污染的壓力巨大。我國(guó)能源變革的基本方向和首要任務(wù)應(yīng)是優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、加快發(fā)展可替代煤炭等各種清潔能源，其中一個(gè)重要方面就是要下大氣力推動(dòng)可燃冰的開(kāi)發(fā)利用。

此外，按照我國(guó)能源發(fā)展規(guī)劃，到2030年，將天然氣的國(guó)內(nèi)供給量提高至6000億立方米，相當(dāng)于現(xiàn)在的3倍。為了達(dá)成“巴黎協(xié)定”的目標(biāo)，中國(guó)將推進(jìn)發(fā)電燃料從煤炭向天然氣轉(zhuǎn)換，以應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)消費(fèi)量的增加。此外，天然氣的進(jìn)口量也將增至3倍以上?？扇急缛諏?shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)采，無(wú)疑將大大加快我國(guó)能源獨(dú)立的步伐。

尚需時(shí)日？

根據(jù)此次試采的牽頭方,國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局副局長(zhǎng)李金發(fā)稱(chēng)：“從目前我們?cè)嚥傻倪B續(xù)性和產(chǎn)氣量來(lái)看，離商業(yè)性開(kāi)采距離不遠(yuǎn)了。在2030年以前，具有最大潛力的天然氣水合物資源將會(huì)得到商業(yè)性開(kāi)發(fā)利用?！睂?shí)際上可燃冰從試采成功到商業(yè)化仍然有較長(zhǎng)的路要走。究其原因，主要有以下兩點(diǎn)：

一是經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)不足，開(kāi)采成本較高。從經(jīng)濟(jì)角度分析，天然氣水合物仍屬于未來(lái)新能源類(lèi)型。據(jù)日本相關(guān)機(jī)構(gòu)推算，采用減壓法開(kāi)發(fā)成本相當(dāng)于日本液化天然氣（LNG）進(jìn)口價(jià)格的2倍，但隨著規(guī)模擴(kuò)大及技術(shù)進(jìn)步，成本有望下降70%以上。美國(guó)能源部的資料也顯示，目前的天然氣水合物開(kāi)采成本平均高達(dá)200美元/立方米，相當(dāng)于每立方米天然氣的成本在1美元以上，遠(yuǎn)高于頁(yè)巖氣。

采用統(tǒng)一熱當(dāng)量分析，對(duì)可燃冰、天然氣、頁(yè)巖油和深海石油的開(kāi)發(fā)成本進(jìn)行核算，根據(jù)熱當(dāng)量計(jì)算，每桶原油相當(dāng)于5800立方英尺天然氣的所產(chǎn)生的熱量，則以目前的水平來(lái)看，可燃冰的單位開(kāi)采成本約為天然氣的5倍～15倍，并且其成本已明顯高于當(dāng)前油價(jià)。

此外，可燃冰還面臨著由于油氣價(jià)格低位導(dǎo)致的研發(fā)投入不足的問(wèn)題。盡管全球多個(gè)國(guó)家都將可燃冰視為一種戰(zhàn)略能源，但是由于當(dāng)前全球油氣價(jià)格比較低，各國(guó)在可燃冰的研發(fā)投入上動(dòng)力不足，這將在一定程度上阻礙可燃冰技術(shù)研發(fā)的進(jìn)程。

二是技術(shù)條件約束，環(huán)境影響惡劣。一方面，水合物開(kāi)采會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的地質(zhì)影響。水合物層有極大的脆弱性和不穩(wěn)定性，洋流、重荷、地震、火山、臺(tái)風(fēng)、構(gòu)造活動(dòng)和海平面升降均可能引起天然氣水合物大塊滑動(dòng)或急劇分解，引發(fā)滑坡、地層塌陷等地質(zhì)災(zāi)害或淺層構(gòu)造變動(dòng)，嚴(yán)重的情況下可誘發(fā)海嘯、地震等地質(zhì)災(zāi)害及濁流、氣旋等海洋災(zāi)害。

另一方面，天然氣水合物對(duì)全球氣候變化具有兩面性。有利的一面是，在所有的傳統(tǒng)化石燃料中，天然氣每能量單位生產(chǎn)過(guò)程中排放的碳最少，可燃冰的商業(yè)化開(kāi)采將增加天然氣的使用，同時(shí)減少其他化石能源消耗,許多國(guó)際評(píng)估將天然氣視為向無(wú)碳能源的未來(lái)轉(zhuǎn)變的過(guò)渡性燃料；不利的一面是，在當(dāng)前的開(kāi)采條件下，可燃冰開(kāi)采過(guò)程可能會(huì)造成甲烷大量釋放，從海底釋放的大部分甲烷可能在水體中被氧化，造成海洋酸化以及溶解氧消耗，對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境將造成災(zāi)難性后果。而甲烷作為一種氣體釋放到大氣中，其溫室效應(yīng)要比二氧化碳大上25倍，將加劇全球變暖問(wèn)題。

表1 主要能源成本估算

路在何方？

在可燃冰開(kāi)采由陸上向深海發(fā)展的技術(shù)推動(dòng)下，開(kāi)采必須面對(duì)可燃冰集中在海底分布的困難，因此海上鉆采設(shè)備、儲(chǔ)存運(yùn)輸設(shè)備和管道鋪送設(shè)備的技術(shù)需求將出現(xiàn)急劇增長(zhǎng)。從目前發(fā)展趨勢(shì)，海上可燃冰開(kāi)采具備深水、超深水發(fā)展的特點(diǎn)。在掌握深海進(jìn)入、深海探測(cè)、深海開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)方面取得重大成果，將對(duì)推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命具有重要而深遠(yuǎn)的影響。

一、改進(jìn)已有技術(shù)，提高生產(chǎn)效率

熱激法是迄今為止受到最廣泛關(guān)注和研究的開(kāi)采方法之一，但此方法存在熱效率低、熱量損失嚴(yán)重的技術(shù)缺陷。因此，如何提高熱量利用效率、實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用將成為技術(shù)突破的關(guān)鍵問(wèn)題，目前已有學(xué)者提出循環(huán)加熱法和熱吞吐方法的相關(guān)研究。

另一種最為關(guān)鍵的可燃冰開(kāi)采技術(shù)為降壓法，其具備操作簡(jiǎn)單、成本低廉且能量效率較高的技術(shù)特點(diǎn)，但受到產(chǎn)水產(chǎn)砂量大、開(kāi)采過(guò)程中水合物再生成以及冰的生成等問(wèn)題影響，其安全性一直是技術(shù)發(fā)展的一大瓶頸，日本在2013年的連續(xù)試采失敗，也在很大程度上受到了該方法的技術(shù)限制。

二、創(chuàng)新開(kāi)采方法，實(shí)現(xiàn)新舊互補(bǔ)

近年來(lái)，化學(xué)抑制劑法和氣體置換法的研究相對(duì)火熱，前者指向儲(chǔ)層注入甲醇乙二醇等特定的化學(xué)試劑或海水、鹽水等無(wú)機(jī)混合物，從而改變沉積層中水合物的相平衡條件，使天然氣水合物在儲(chǔ)層位置的溫度壓力條件下不能保持平衡而發(fā)生分解；后者則是通過(guò)向水合物儲(chǔ)層注入二氧化碳，利用二氧化碳分子置換水合物中的甲烷分子，從而達(dá)到收集甲烷氣體同時(shí)利用生成二氧化碳水合物封存溫室氣體二氧化碳的雙重目的。這兩種方法目前還處于起步階段，生產(chǎn)效率和安全性仍待考證，但發(fā)展前景廣闊，特別是置換法憑借其維持儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)和地層穩(wěn)定性的特點(diǎn)，備受研究人員的青睞。

根據(jù)已有研究，油氣熱激法與降壓法相結(jié)合開(kāi)采時(shí)，能量利用效率能夠達(dá)到單一注熱法或降壓法的1.6倍，這說(shuō)明熱激-降壓聯(lián)合開(kāi)采天然氣水合物具有更高的效率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)，新方法的使用又能夠有效防止水合物的二次生成以及冰的堵塞等問(wèn)題，全力推進(jìn)新舊方式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)已刻不容緩。

除了核心的開(kāi)采技術(shù)外，還有兩大關(guān)鍵技術(shù)同樣需要得到解決，才可進(jìn)一步縮短可燃冰開(kāi)采與其商業(yè)化之間的差距，一是加快勘查評(píng)價(jià)和重點(diǎn)靶區(qū)鉆探取芯，另一個(gè)是開(kāi)展天然氣水合物成藏機(jī)理和富集規(guī)律等理論研究。

可燃冰是未來(lái)重要的可替代能源，從現(xiàn)在發(fā)展情況看，可燃冰離真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)采還有較長(zhǎng)時(shí)間要走。但是考慮到可燃冰在能源獨(dú)立上的戰(zhàn)略意義，其發(fā)展前景不容忽視。未來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)性開(kāi)采技術(shù)的成熟，可燃冰仍然有望主導(dǎo)未來(lái)全球能源供給。國(guó)內(nèi)企業(yè)當(dāng)前應(yīng)提前做好相關(guān)技術(shù)積累，為可燃冰的商業(yè)化開(kāi)采做好技術(shù)儲(chǔ)備。