“可燃冰時代”已經來臨？

中船重工集團經濟研究中心 張 輝 趙羿羽 金偉晨 尤婷婷

“可燃冰時代”已經來臨？

中船重工集團經濟研究中心 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,引起國內外廣泛關注。為什么可燃冰的試采成功引起了上至黨中央、國務院，下至普通群眾的強烈反響？我們是否已經迎來了“可燃冰時代”？在可燃冰開采這條路上，我們已經走了多遠，還有多遠的路需要走？

Why 可燃冰？

目前我們對全球天然氣水合物資源量并無明確的認識，但是據聯合國環境規劃署對甲烷水合物全球展望中的分析來看，全球范圍內廣泛存在著適合天然氣水合物形成的壓力和溫度條件，全球各個地區都擁有大量的潛在天然氣水合物技術可采資源量（TRR），砂質儲層中原地氣資源量的累積平均估算值為1217萬億立方米。

我國可燃冰潛在儲量十分巨大。據國土資源部專家表示，我國在南海地區預計有700億噸油當量的可燃冰，與全國陸海常規與非常規天然氣的地質資源量總和大致相當。此外，除了南海外，在青海地區也發現了350億噸標準油當量的天然氣水合物。

從全球能源格局角度來看，一旦可燃冰實現商業化開采，將對全球能源格局產生巨大影響。從潛在供給量上看，根據國土資源部中國地質調查局副局長李金發在接受央視采訪時表示，可燃冰總資源量大約相當于全球已知煤、石油和天然氣總資源量的兩倍，這將對當前以石油供應為主的能源供應格局產生巨大沖擊。正如美國頁巖氣技術的突破給石油市場帶來的沖擊類似，全球油氣資源價格或將再次承壓。

根據不完全統計，已有30多個國家和地區開展了可燃冰的調查研究，至今已有美國、加拿大、日本、韓國、中國、印度、德國、新西蘭等國設立國家研究計劃，開展資源調查、鉆探、實驗開采技術以及環境影響評價研究等系統研究。

日本是當前業界公認的領先全球可燃冰開采技術的國家，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試，充分體現出該國對能源供應安全的渴求，力圖將可燃冰打造成提振能源經濟的“國家產物”。

美國為了布萊克海臺天然氣水合物資源的情況，早在1998年5月就通過了一個經費2億美元、周期10年的海底天然氣水合物研究計劃。在2007年2月，美國能源部、美國地質調查局和BP勘探（阿拉斯加）公司三家聯合，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驗實踐，對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模工業開采的計劃，這將極大促進全球海底天然氣水合物的開采。

中石油經濟技術研究院數據顯示，2016年中國的原油對外依存度上升至65.5%，并且2020年前可能超過70%。天然氣的對外依存度在過去十多年由凈出口變為依存度超過30%,這對中國的能源安全是很大的威脅。

因此對于我國來說，可燃冰開采的重要意義不言而喻。一方面，作為世界能源消費大國，我國面臨的資源短缺和環境污染的壓力巨大。我國能源變革的基本方向和首要任務應是優化能源結構、加快發展可替代煤炭等各種清潔能源，其中一個重要方面就是要下大氣力推動可燃冰的開發利用。

此外，按照我國能源發展規劃，到2030年，將天然氣的國內供給量提高至6000億立方米，相當于現在的3倍。為了達成“巴黎協定”的目標，中國將推進發電燃料從煤炭向天然氣轉換，以應對國內消費量的增加。此外，天然氣的進口量也將增至3倍以上。可燃冰早日實現商業化開采，無疑將大大加快我國能源獨立的步伐。

尚需時日？

根據此次試采的牽頭方,國土資源部中國地質調查局副局長李金發稱：“從目前我們試采的連續性和產氣量來看，離商業性開采距離不遠了。在2030年以前，具有最大潛力的天然氣水合物資源將會得到商業性開發利用。”實際上可燃冰從試采成功到商業化仍然有較長的路要走。究其原因，主要有以下兩點：

一是經濟優勢不足，開采成本較高。從經濟角度分析，天然氣水合物仍屬于未來新能源類型。據日本相關機構推算，采用減壓法開發成本相當于日本液化天然氣（LNG）進口價格的2倍，但隨著規模擴大及技術進步，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200美元/立方米，相當于每立方米天然氣的成本在1美元以上，遠高于頁巖氣。

采用統一熱當量分析，對可燃冰、天然氣、頁巖油和深海石油的開發成本進行核算，根據熱當量計算，每桶原油相當于5800立方英尺天然氣的所產生的熱量，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前油價。

此外，可燃冰還面臨著由于油氣價格低位導致的研發投入不足的問題。盡管全球多個國家都將可燃冰視為一種戰略能源，但是由于當前全球油氣價格比較低，各國在可燃冰的研發投入上動力不足，這將在一定程度上阻礙可燃冰技術研發的進程。

二是技術條件約束，環境影響惡劣。一方面，水合物開采會產生嚴重的地質影響。水合物層有極大的脆弱性和不穩定性，洋流、重荷、地震、火山、臺風、構造活動和海平面升降均可能引起天然氣水合物大塊滑動或急劇分解，引發滑坡、地層塌陷等地質災害或淺層構造變動，嚴重的情況下可誘發海嘯、地震等地質災害及濁流、氣旋等海洋災害。

另一方面，天然氣水合物對全球氣候變化具有兩面性。有利的一面是，在所有的傳統化石燃料中，天然氣每能量單位生產過程中排放的碳最少，可燃冰的商業化開采將增加天然氣的使用，同時減少其他化石能源消耗,許多國際評估將天然氣視為向無碳能源的未來轉變的過渡性燃料；不利的一面是，在當前的開采條件下，可燃冰開采過程可能會造成甲烷大量釋放，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，對于海洋生態環境將造成災難性后果。而甲烷作為一種氣體釋放到大氣中，其溫室效應要比二氧化碳大上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展的技術推動下，開采必須面對可燃冰集中在海底分布的困難，因此海上鉆采設備、儲存運輸設備和管道鋪送設備的技術需求將出現急劇增長。從目前發展趨勢，海上可燃冰開采具備深水、超深水發展的特點。在掌握深海進入、深海探測、深海開發等關鍵技術方面取得重大成果，將對推動能源生產和消費革命具有重要而深遠的影響。

一、改進已有技術，提高生產效率

熱激法是迄今為止受到最廣泛關注和研究的開采方法之一，但此方法存在熱效率低、熱量損失嚴重的技術缺陷。因此，如何提高熱量利用效率、實現循環利用將成為技術突破的關鍵問題，目前已有學者提出循環加熱法和熱吞吐方法的相關研究。

另一種最為關鍵的可燃冰開采技術為降壓法，其具備操作簡單、成本低廉且能量效率較高的技術特點，但受到產水產砂量大、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發展的一大瓶頸，日本在2013年的連續試采失敗，也在很大程度上受到了該方法的技術限制。

二、創新開采方法，實現新舊互補

近年來，化學抑制劑法和氣體置換法的研究相對火熱，前者指向儲層注入甲醇乙二醇等特定的化學試劑或海水、鹽水等無機混合物，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層位置的溫度壓力條件下不能保持平衡而發生分解；后者則是通過向水合物儲層注入二氧化碳，利用二氧化碳分子置換水合物中的甲烷分子，從而達到收集甲烷氣體同時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，生產效率和安全性仍待考證，但發展前景廣闊，特別是置換法憑借其維持儲層力學性質和地層穩定性的特點，備受研究人員的青睞。

根據已有研究，油氣熱激法與降壓法相結合開采時，能量利用效率能夠達到單一注熱法或降壓法的1.6倍，這說明熱激-降壓聯合開采天然氣水合物具有更高的效率和經濟價值，同時，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，全力推進新舊方式的優勢互補已刻不容緩。

除了核心的開采技術外，還有兩大關鍵技術同樣需要得到解決，才可進一步縮短可燃冰開采與其商業化之間的差距，一是加快勘查評價和重點靶區鉆探取芯，另一個是開展天然氣水合物成藏機理和富集規律等理論研究。

可燃冰是未來重要的可替代能源，從現在發展情況看，可燃冰離真正實現商業化開采還有較長時間要走。但是考慮到可燃冰在能源獨立上的戰略意義，其發展前景不容忽視。未來隨著經濟性開采技術的成熟，可燃冰仍然有望主導未來全球能源供給。國內企業當前應提前做好相關技術積累，為可燃冰的商業化開采做好技術儲備。