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可燃冰離商業性開采還有多遠

來源: 中國石油報    責編: 旋     發布時間:2018-10-23 11:11

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  張茂榮  中國現代國際關系研究院世界經濟研究所資源與環境研究室主任

  雖然可燃冰具有無限的發展前景,但其開采并不容易。目前,相關國家已經在深海和陸地凍土區成功進行了多次可燃冰試采研究,對降壓法、熱解法、二氧化碳置換法等一系列可燃冰開采方法進行了初步探索,還在美國、加拿大、日本、中國等國相關海域或陸上成功鉆取到了可燃冰。但是,這也僅僅能夠證明,現有技術能從可燃冰礦藏中開采出天然氣,不能說明更多??梢運?,當前世界各國對可燃冰開采的研究仍然處于探索和起步階段,能夠經濟有效地開發可燃冰的技術和方法尚未摸索出來,距離大規模的商業性開發還相差很遠,產業化仍有很長的路要走。 一旦可燃冰商業開發獲得突破,將對全球能源格局產生巨大影響。一是加速全球能源格局調整。二是作為傳統化石能源的替代能源,其商業開發將對油氣價格和出口國帶來嚴重沖擊。三是在地緣政治上激化能源陸權與海權的博弈。四是加劇領土領海爭端。這都需要我們認真研究,科學應對。”

  可燃冰是公認的地球上尚待開發的大規模新型化石能源,是未來全球能源發展的戰略制高點。全球可燃冰儲量豐富,分布廣泛,主要大國對可燃冰進行了研究試采,可燃冰實現商業開采面臨哪些挑戰,未來可燃冰大規??⒍勻蚰茉錘窬值撓跋烊綰文?

  雖然可燃冰具有無限的發展前景,但其開采并不容易。目前,相關國家已經在深海和陸地凍土區成功進行了多次可燃冰試采研究,對降壓法、熱解法、二氧化碳置換法等一系列可燃冰開采方法進行了初步探索,還在美國、加拿大、日本、中國等國相關海域或陸上成功鉆取到了可燃冰。但是,這也僅僅能夠證明,現有技術能從可燃冰礦藏中開采出天然氣,不能說明更多??梢運?,當前世界各國對可燃冰開采的研究仍然處于探索和起步階段,能夠經濟有效地開發可燃冰的技術和方法尚未摸索出來,距離大規模的商業性開發還相差很遠,產業化仍有很長的路要走。總結起來,可燃冰商業開采主要面臨技術難題、成本劣勢、生態環境風險三大挑戰。

  技術難題

  雖然可燃冰儲量豐富、污染小,但因其是在高壓、低溫條件下形成并存在的,若環境發生變化(如失壓或溫度升高),可燃冰就會迅速分解、揮發,易造成井噴。因此,如何保證井底穩定,保證甲烷不泄漏,防止引發溫室效應,成為可燃冰開采的技術難點。特別是,相較于深海石油鉆探,海底可燃冰開采的難度要大得多??扇急竺婊植莢諍5?,將甲烷氣體分解出來后,很難在深海將其聚集在一起進行收集,而且可燃冰一旦離開海床,就會迅速分解,發生井噴的風險很大。在海底,可燃冰與泥沙混合在一起,也給開采帶來困難。如前所述,在2013年和2017年,日本連續兩次采取降壓法試采海底可燃冰都沒有達到預期效果,原因均在于海底泥沙流入井筒而被迫中途停止試采。

  中國在南海試采可燃冰過程中,針對試采區地質條件和可燃冰自身特性帶來的世界級挑戰,以7項工程技術體系創新解決了技術難題,奠定了商業性開發的基礎。但這只是實現技術突破的第一步,今后不同的地質條件以及礦藏環境都很有可能帶來新的技術挑戰,需要不斷地去解決,去進行技術創新。

  成本劣勢

  要使可燃冰具有商業價值,其開采成本必須要降到足夠低的水平。目前,國際上可燃冰的生產成本約為每百萬英熱單位30至50美元,而美國亨利樞紐價格約為6美元;然而當前常規天然氣的成本甚至還不到1元人民幣/立方米,相差極為懸殊。但從長遠來看,其開采成本將來有望降至0.77元人民幣/立方米,屆時可燃冰將具有可觀的商業前景。國際能源署(IEA)估計,一旦實施了有效的開發方式與流程,可燃冰天然氣每百萬英熱單位的生產成本可控制在4.7至8.6美元。

  盡管最近取得一些進展,但可燃冰的大規模商業性開發在未來10年至15年內仍難以實現。美國地質調查局估計,在2025年左右,有“政治意愿”追求可燃冰的國家才有望實現商業開發。按照中國的規劃,初步定于2020年實現可燃冰工程性試采,然后再過10年,到2030年實現商業性開采。要實現這一目標其實很不輕松,既需要發現更多可燃冰可開采儲量,還需要大幅度降低開發成本,而這只有在勘探理論和開采技術取得更大的突破后才會變為可能。

  生態環境風險

  在海底進行可燃冰開采,面臨很大的環境風險,這些風險包括引起海底地質變化、引發海洋生物死亡、加劇溫室效應等諸多方面。

  可燃冰必須在低溫、高壓下才能穩定結晶。無論是自然因素還是人為因素引發的溫度或壓力的變化,都會導致可燃冰分解,進而造成海底滑坡、海嘯、海洋生物大面積死亡等一系列環境災害。而可燃冰的勘探開發是一個復雜的綜合系統工程,迄今國際上尚無成熟的開采技術方案。由于可燃冰化學性質不穩定,開采時會釋放出大量甲烷,因此大規模商業開采將面臨嚴峻的環境問題。如果開采過程中鉆孔密封不好,導致海水大量進入,很容易引起大范圍的失穩現象,進而造成甲烷大范圍逸出,甚至會引發海底滑坡等更為嚴重的后果。此外,可燃冰開采出來后,如果管道密封?;げ緩?,甲烷氣體也會逸出。

  可燃冰的主要成分甲烷是一種強溫室氣體,在大氣中吸收太陽輻射的能力是二氧化碳的25倍。人們在開發可燃冰的過程中,如果在一些環節或技術上處理不當,進而導致甲烷氣體發生大規模逸出,將使本已不容樂觀的全球溫室效應更加雪上加霜,進一步加劇全球變暖。當前已經有一定的證據表明,過去地球上甲烷氣體的大規模自然釋放,是導致氣候急劇變化的元兇之一。但也有研究認為,可燃冰分解帶來的甲烷大規模釋放對氣候的影響很小。

  海底可燃冰變動帶來的力學失衡,很容易引發地質方面的自然災害。在海底,可燃冰與海洋沉積層共生共存,維持著大陸斜坡地帶的穩定狀態。而可燃冰的開采過程,就是通過改變物理環境,將固態的可燃冰分解為氣態。以降壓法為例,它的原理就是通過將海底的壓力減小,使可燃冰變為氣體。但是,海底的固體可燃冰減少后,原來的力學平衡被打破,地殼將變得不穩定,大陸架斜坡也將變得不穩定,這就可能進一步引發海底塌方和海嘯風險。因此科學家擔心,在海底放置大量可燃冰開采裝備,勢必破壞海洋生態系統,可能會帶來各種難以預料的海洋地質災害。8000年前在北歐造成浩劫的大海嘯,就極有可能是海底可燃冰大幅失穩所致??悸塹嬌扇急煽贍艽吹難現鼗肪吃幟?,各國在商業開發問題上一直小心翼翼,不敢魯莽行事。

  更危險的是,“可燃冰噴射假說”(Clathrate Gun Hypothesis)認為,萬一可燃冰出現爆炸性的釋放,逸出的甲烷將帶來溫度的上升,這將進一步使可燃冰出現松動,引發連鎖反應,最終將會造成令人恐懼的、不可逆轉的爆炸過程。甚至有人認為,可燃冰爆炸所產生的能量和威力,相當于全球核武器爆炸產生的能量的一萬倍,這足以造成包括人類在內的地球物種的滅絕。

  環境風險控制也是中國可燃冰研究的一大重點。目前,中國在可燃冰開發的環境效應研究、海底地質災害類型和分布、海底工程地質特征等方面也取得了階段性成果。針對在南海神狐海域進行可燃冰試采可能帶來的環境問題,中國事先采取了周密措施,沒有產生環境污染,也未導致任何地質災害。

  綜上所述,如何實現安全經濟的開采,并減少對環境和生物的不利影響,是擋在可燃冰商業開采道路上的“攔路虎”。要實現可燃冰的大規模商業性開發,技術可行性、經濟可行性及安全開采,三者缺一不可。就當前來看,一些研究開發可燃冰的主要國家,正在努力解決上述問題,并已取得初步成效。有專家認為,從理論上講,可燃冰開發引起的環境等問題是可以破解的,但在找到現實可行的解決辦法之前不應輕易冒險。如何既安全又經濟地開發可燃冰,成為科技界加強創新研究的重要課題。

  可燃冰對未來能源格局的潛在影響

  一旦可燃冰商業開發獲得突破,將對全球能源格局產生巨大影響。

  第一,加速全球能源格局調整。

  可燃冰具有其他新能源所無法比擬的一些優勢,包括儲量巨大、燃燒熱值更高、更加清潔等。尤其是,它沒有風能、太陽能等新能源所面臨的并網難題,原因在于全球天然氣運輸網絡和儲存設施已經比較完備,可燃冰投入商用后,即可利用現有設施進行儲運。隨著開采工藝的逐步完善,可燃冰將大有作為,一旦投入商用,將引發一場名副其實的能源革命。

  俄羅斯能源部部長亞歷山大·諾瓦克承認,目前世界天然氣市場的確出現了一些導致能源平衡發生革命性變化的因素,而可燃冰開發將是能夠改變全球能源體系的下一個因素。盡管迄今為止可燃冰開發尚無明顯成效,但隨著新技術的問世,這種燃料完全可以在全球能源市場上引發一場革命。諾瓦克認為,可燃冰開發技術頗有前景,其開采成本將比頁巖氣等非常規天然氣更具競爭力。

  如果能夠克服可燃冰開發的技術和經濟障礙,中國、日本、印度等未能復制美國“頁巖革命”的能源進口國將具有很大優勢。誰率先以成本比較優勢實現可燃冰大規模商業應用,誰就能在大國博弈中占據戰略主動和優勢地位??扇急鈾儆?ldquo;頁巖革命”開啟的世界能源市場由賣方市場向買方市場轉變的進程,傳統能源消費大國有可能轉身成為非常規天然氣開發大國,并可能實現對外出口,能源生產將更加去中心化、多元化和分散化。

  第二,可燃冰作為傳統化石能源的替代能源,其商業開發將對油氣價格和出口國帶來嚴重沖擊。

  若美國實現可燃冰大規???,則在頁巖革命基礎上如虎添翼,提前實現能源自給,還會對歐洲和亞洲出口更多天然氣,降低天然氣消費國對俄羅斯、中亞、中東的依賴。而傳統天然氣出口國為了應對非常規天然氣的競爭,會降價以?;な諧》荻?,從而使歐洲等天然氣消費國獲得新老天然氣出口國的價格戰紅利??扇急納桃悼剎喚齷岢寤鞴艿撈烊黃隹詮?,還會動LNG、頁巖氣等出口商的“奶酪”,美國、俄羅斯、澳大利亞、卡塔爾等國的LNG項目將受到沖擊。

  俄羅斯媒體驚呼,全球能源市場瞬息萬變,其中“大多數變化均對以出售常規天然氣稱雄的俄羅斯不利”。如今,在液化氣工藝和頁巖氣技術的強烈沖擊下,能源巨頭俄羅斯天然氣工業股份公司的地位已大不如前。如果未來十幾年世界開始大規模商業化開采頁巖氣和可燃冰,必將大大拉低天然氣價格,給作為俄羅斯主要經濟支柱的能源部門帶來毀滅性打擊。當然,這不僅對于俄羅斯,而且對于其他許多常規天然氣出口國都將形成沖擊。

  如果可燃冰最終實現量產并引發油氣價格下行,將會擴大化石能源利用規模,延長化石能源利用年限,這對太陽能、風能等新能源的開發利用來說是一大利空。因此,未來較長時期,單一能源獨占市場的局面恐怕很難出現,化石能源的主體地位很難被輕易撼動,化石能源與非化石能源將在較長時間內共存。

  第三,在地緣政治上激化能源陸權與海權的博弈。

  當前,“頁巖革命”已經對俄羅斯、中亞、中東等傳統油氣出口國產生沖擊,后者還面臨歐洲天然氣需求下降、俄歐能源基礎設施投資與建設式微、中國能源需求增長將放緩等挑戰。如果說頁巖革命體現的是能源陸權內部傳統力量面臨非常規力量的博弈,那么可燃冰等海上為主的非常規能源一旦異軍突起,傳統陸權能源出口國將面臨非常規陸權與海權能源力量的“聯合圍剿”。

  第四,加劇領土領海爭端。

  可燃冰的開發,將使存在領土領海爭議的可燃冰富集區的爭端更加復雜化。以中國南海為例,可燃冰的開發將提升南海的資源稟賦,其地緣重要性將進一步提高。周邊國家,特別是南海主權聲索國和美國,非常關注中國在南海的可燃冰開發利用。在可燃冰開發的刺激下,周邊相關國家對南海資源的覬覦將更加迫切,域外國家要想介入南海議題,也會更多地從能源開發衍生出的地緣視角來認知南海爭端。

  2017年5月,美國《外交政策》雜志刊文稱,中國宣布首次在南海試采可燃冰,對于尋求更多天然氣資源的能源饑渴國家來說,這是一個潛在“爆炸性突破” 。(記者王巧然整理)

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