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,中國國土資源部部長姜大明宣布中國首次海域天然氣水合物（天然冰）試采成功,引起國內(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、國務(wù)院，下至普通群眾的強(qiáng)烈反響？我們是否已經(jīng)迎來了“可燃冰時(shí)代”？在可燃冰開采這條路上，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明確的認(rèn)識(shí)，但是據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署對(duì)甲烷水合物全球展望中的分析來看，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1217萬億立方米。

我國可燃冰潛在儲(chǔ)量十分巨大。據(jù)國土資源部專家表示，我國在南海地區(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看，一旦可燃冰實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采，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)國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局副局長李金發(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。正如美國頁巖氣技術(shù)的突破給石油市場(chǎng)帶來的沖擊類似，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)國家和地區(qū)開展了可燃冰的調(diào)查研究，至今已有美國、加拿大、日本、韓國、中國、印度、德國、新西蘭等國設(shè)立國家研究計(jì)劃，開展資源調(diào)查、鉆探、實(shí)驗(yàn)開采技術(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)先全球可燃冰開采技術(shù)的國家，尤其是在福島核事故兩年后，日本果斷地開展可燃冰開采測(cè)試，充分體現(xiàn)出該國對(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“國家產(chǎn)物”。

美國為了布萊克海臺(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，美國能源部、美國地質(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采的經(jīng)驗(yàn)實(shí)踐，對(duì)其深海天然氣水合物開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)開采的計(jì)劃，這將極大促進(jìn)全球海底天然氣水合物的開采。

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

因此對(duì)于我國來說，可燃冰開采的重要意義不言而喻。一方面，作為世界能源消費(fèi)大國，我國面臨的資源短缺和環(huán)境污染的壓力巨大。我國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)可燃冰的開發(fā)利用。

此外，按照我國能源發(fā)展規(guī)劃，到2030年，將天然氣的國內(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。可燃冰早日實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采，無疑將大大加快我國能源獨(dú)立的步伐。

尚需時(shí)日？

根據(jù)此次試采的牽頭方,國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局副局長李金發(fā)稱：“從目前我們?cè)嚥傻倪B續(xù)性和產(chǎn)氣量來看，離商業(yè)性開采距離不遠(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新能源類型。據(jù)日本相關(guān)機(jī)構(gòu)推算，采用減壓法開發(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。美國能源部的資料也顯示，目前的天然氣水合物開采成本平均高達(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)高于頁巖氣。

采用統(tǒng)一熱當(dāng)量分析，對(duì)可燃冰、天然氣、頁巖油和深海石油的開發(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，則以目前的水平來看，可燃冰的單位開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)投入不足的問題。盡管全球多個(gè)國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)過程中排放的碳最少，可燃冰的商業(yè)化開采將增加天然氣的使用，同時(shí)減少其他化石能源消耗,許多國際評(píng)估將天然氣視為向無碳能源的未來轉(zhuǎn)變的過渡性燃料；不利的一面是，在當(dāng)前的開采條件下，可燃冰開采過程可能會(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，將加劇全球變暖問題。

表1 主要能源成本估算

路在何方？

在可燃冰開采由陸上向深海發(fā)展的技術(shù)推動(dòng)下，開采必須面對(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。從目前發(fā)展趨勢(shì)，海上可燃冰開采具備深水、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)鍵的可燃冰開采技術(shù)為降壓法，其具備操作簡單、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、開采過程中水合物再生成以及冰的生成等問題影響，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)新開采方法，實(shí)現(xiàn)新舊互補(bǔ)

近年來，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，這說明熱激-降壓聯(lián)合開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)化開采還有較長時(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。未來隨著經(jīng)濟(jì)性開采技術(shù)的成熟，可燃冰仍然有望主導(dǎo)未來全球能源供給。國內(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)化開采做好技術(shù)儲(chǔ)備。