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        超級能源
        ——可燃冰的開采

        2017-12-18 09:13:14江西汪艷英
        教學(xué)考試(高考地理) 2017年5期

        江西 汪艷英

        超級能源
        ——可燃冰的開采

        江西 汪艷英

        2017年 5月18日,國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局在南海宣布:“中國正在南海北部神狐海域進(jìn)行的可燃冰——又稱天然氣水合物試采,實現(xiàn)連續(xù)超過8天的穩(wěn)定產(chǎn)氣。這標(biāo)志著中國成為全球第一個實現(xiàn)了在海域可燃冰試開采中獲得連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國家?!?/p>

        一、可燃冰的定義和分布

        可燃冰也叫天然氣水合物,主要成分是甲烷與水分子,是天然氣和水在低溫、高壓條件下形成的一種白色或灰色固體結(jié)晶物質(zhì),這時候如果有火源,它就可以像固體酒精一樣被點燃,因其形似冰塊,故稱為可燃冰。可燃冰分布在深海沉積物或陸域永久凍土中,可燃冰主要分布在我國青海地區(qū),該地區(qū)儲量相當(dāng)于350億噸石油;青藏高原地區(qū)尚未全部探明,該地區(qū)預(yù)計儲量更大;南海地區(qū)儲量相當(dāng)于680億噸石油,相當(dāng)于中國陸上油氣總量的1/2。

        二、可燃冰的優(yōu)勢

        可燃冰具有清潔無污染、燃燒值高、能量大等優(yōu)勢??扇急?,體積小,卻蘊(yùn)含大量的能量,1立方米的可燃冰可以釋放出164立方米的天然氣和0.8立方米的水;而且非常清潔,燃燒后僅生成少量的二氧化碳和水,且二氧化硫的產(chǎn)生量比燃燒原油或煤低兩個數(shù)量級。而且,可燃冰的儲量還很高,可燃冰的儲量可能相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣儲量的2倍。

        據(jù)悉,1立方米的該物質(zhì)等同于160立方米的氣態(tài)天然氣,加100升天然氣的汽車能夠行駛300千米。專家表示:如果汽車能夠加入“可燃冰”,那么理論上100升“可燃冰”可跑5萬千米,顯然,該技術(shù)完全可能使世界油氣價格“崩潰”。

        天然氣水合物分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中,由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì),燃燒后僅會生成少量的二氧化碳和水,污染比煤、石油、天然氣小很多,但能量高出約10倍。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒,所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。

        科學(xué)家的評估結(jié)果表明:僅在海底區(qū)域,可燃冰的分布面積就達(dá)4 000萬平方千米占地球海洋總面積的1/4。天然氣水合物儲量巨大,所含有機(jī)碳資源總量相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣總量的兩倍,被國際公認(rèn)為石油、天然氣的接替能源。與世界上其他資源儲量對比,全世界公認(rèn)的可燃冰有1 000萬億立方,可供人類使用500年,頁巖氣有187萬億立方,煤層氣有260萬億立方,天然氣常規(guī)的有430萬億立方。

        我國海域天然氣水合物試采實現(xiàn)了連續(xù)8天穩(wěn)定產(chǎn)氣,平均日產(chǎn)超過1.6萬立方米,累計產(chǎn)氣超12萬立方米,實現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)。

        這意味著我國海域天然氣水合物試開采取得了歷史性突破,搶占了天然氣水合物理論和技術(shù)的制高點。天然氣水合物是資源量豐富的高效清潔能源,是未來全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略制高點。

        三、可燃冰的劣勢

        很多人要問的一個問題就是,可燃冰的前景十分誘人,為什么從2002年試驗開采之后一直未能進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化開采?

        記者綜合采訪梳理發(fā)現(xiàn),這主要是因為可燃冰開采面臨四項主要挑戰(zhàn)。

        挑戰(zhàn)之一

        首先,世界各國對“可燃冰”的開采仍處于研究試驗階段,還沒有成熟完美的開采技術(shù),但有3 種開采方案。

        其一,熱解法。利用“可燃冰”在溫度升高時會自動分解的特性,通過加溫方式向可燃冰層注入熱能,使其由固態(tài)分解出甲烷氣體。這種開采方式基本上已獲得成功,但整個開采過程要對甲烷進(jìn)行兩次分離,還要消耗大量能源來加熱溫水。

        其二,置換法。將化學(xué)試劑注入“可燃冰”層中,使其與可燃冰發(fā)生反應(yīng),改變可燃冰的穩(wěn)定平衡狀態(tài),使其發(fā)生失穩(wěn)作用而進(jìn)行開采。這種方法同“熱解法”一樣,對甲烷氣體難以進(jìn)行有效的收集,布設(shè)收集管道是個難題。

        其三,降壓法?!翱扇急睂酉旅嫱嬖谟坞x的天然氣,這些天然氣被抽出后便能降低礦層的壓力,使礦層中的“可燃冰”由于壓力減小而失穩(wěn)分解。

        但多位業(yè)界專家分析,無論采用哪種方案,由于“可燃冰”結(jié)構(gòu)的特殊性和海底環(huán)境的復(fù)雜性,對“可燃冰”礦藏的開采都將極其困難。

        挑戰(zhàn)之二

        在技術(shù)難度之外,開發(fā)成本過高也是制約可燃冰開采的一個重要原因。

        美國能源部的公開資料顯示,目前可燃冰開采成本平均高達(dá)每立方米200美元,即使按照1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化164立方米的天然氣來換算,其成本也在每立方米1美元以上,這遠(yuǎn)高于通過成熟技術(shù)開采常規(guī)天然氣的成本。

        挑戰(zhàn)之三

        制約可燃冰開采的第三個瓶頸即環(huán)境風(fēng)險,主要表現(xiàn)在兩個方面。

        廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局前總工程師黃永祥對媒體介紹,可燃冰穩(wěn)定性較差,一旦汽化,“封存”它的海底沉積物會失去穩(wěn)定,不僅對海底管道、通信電纜和開采平臺以及科學(xué)儀器造成破壞,而且還有可能造成大陸架邊緣動蕩從而引發(fā)海底塌方,甚至導(dǎo)致大規(guī)模海嘯。

        國務(wù)院參事、國土資源部原總工程師張洪濤分析,1單位體積的可燃冰可以分解出164單位體積的甲烷,如果是瞬間融化,和爆炸一樣,且由于可燃冰大多位于海底斜坡上,很容易導(dǎo)致海底滑坡和塌陷。

        另一環(huán)境風(fēng)險為可燃冰在開采過程中可能會造成成分泄露??扇急煞謴?fù)雜,有甲烷,二氧化碳,還有乙烷和丙烷。

        據(jù)測算,全球可燃冰中蘊(yùn)含的甲烷量約是大氣圈中的3 000倍,而可燃冰分解產(chǎn)生的甲烷進(jìn)入大氣的量即使只有大氣甲烷總量的0.5%,也會明顯加速全球變暖的進(jìn)程。

        挑戰(zhàn)之四

        此外,可燃冰還面臨著由于油氣價格低位導(dǎo)致的研發(fā)投入不足的問題。

        發(fā)改委能源所所長戴彥德解釋,盡管全球多個國家都將可燃冰視為一種戰(zhàn)略能源,但是由于當(dāng)前全球油氣價格比較低,各國在可燃冰的研發(fā)投入上動力不足,這將在一定程度上阻礙可燃冰技術(shù)研發(fā)的進(jìn)程。

        四、影響

        目前我國能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭占63% ,石油占18% ,天然氣占8% ,水電占8% ,主要以煤炭為主,會帶來大氣污染、水污染和固體廢棄物污染??扇急饕植荚谖覈嗪5貐^(qū),該地區(qū)儲量相當(dāng)于350億噸石油;青藏高原地區(qū)尚未全部探明,該地區(qū)預(yù)計儲量更大;南海地區(qū)儲量相當(dāng)于680億噸石油,相當(dāng)于中國陸上油氣總量的1/2。如果全部開采,將大大降低我國能源對外依存度,但這一切猜想的前提是真正實現(xiàn)商業(yè)化開采。我國實現(xiàn)可燃冰開采的計劃如下:2008年開始到2020前后我國完成勘探調(diào)研和技術(shù)準(zhǔn)備,2020前后至2030年進(jìn)行海上商業(yè)化試采,2030年至2050年開展海上大規(guī)模商業(yè)化開采。在開采可燃冰的過程中,由于可燃冰具有高能量密度,開采不當(dāng)易導(dǎo)致大量甲烷氣體瞬間釋放,因此,開采難度大,風(fēng)險大,容易引發(fā)塌陷、海底滑坡和海嘯等災(zāi)害。

        【基本訓(xùn)練】

        讀圖文資料,完成下列問題。

        材料一 “可燃冰”是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒,所以又被稱作“可燃冰”,其主要成分是甲烷,大多蘊(yùn)藏在全球各地的450米深的海床上。可燃冰勘探開發(fā)是一個系統(tǒng)工程,涉及眾多方面,如海水狀況、海洋氣象、海洋地質(zhì)和鉆探工程等。一項對南海北部的勘測顯示,那里的“可燃冰”儲量達(dá)到我國陸上石油總量的一半左右,這些“可燃冰”有望在2015年進(jìn)行試開采。

        材料二 我國南海北部可燃冰重點富集區(qū)域圖。

        (1)簡析南海北部開發(fā)“可燃冰”的優(yōu)勢條件。(3分)

        (2)列舉“可燃冰” 在開采過程中可能遇到的自然困難。(3分)

        (3)若珠江三角洲地區(qū)大量利用“可燃冰”,分析對當(dāng)?shù)乜赡軒淼姆e極影響。(4分)

        【參考答案】

        (1)儲量十分豐富;海上交通便利;離經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南沿海較近,靠近市場;我國是能源消費大國,能源缺口很大,可燃冰開發(fā)有良好的市場條件。(每點1分,任答3點,得3分)

        (2)風(fēng)浪大,還可能遇到臺風(fēng)災(zāi)害;海底地質(zhì)條件復(fù)雜,開采難度大;海水深,鉆探難度大;海水具有較強(qiáng)的腐蝕性,對設(shè)備可能造成損壞。(每點1分,任答3點,得3分)

        (3)緩解珠三角地區(qū)能源緊張;優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu);改善大氣質(zhì)量;帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展;增加就業(yè)機(jī)會。(每點1分,任答4點,得4分)

        江西省貴溪市實驗中學(xué))

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