未來我國氣體能源發(fā)展動(dòng)向研究

宋科余 , 龍 濤, 段紅梅, 陳其慎, 張艷飛, 鄭國棟

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037； 2)山西省地質(zhì)調(diào)查院, 山西太原 030006；3)商務(wù)部國際貿(mào)易經(jīng)濟(jì)合作研究院, 北京 100710

我國能源資源(除煤炭)貧乏且長期以來供不應(yīng)求, 2019年能源消費(fèi)總量48.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤, 較2018年增長3.3%, 石油、天然氣對外依存度分別為71%和43%, 2020年以來, 新冠疫情暴發(fā)對我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)和能源發(fā)展帶來較大階段性影響, “十四五”期間我國能源需求增速將有所放緩, 但仍將處于高位(陳其慎等, 2015a, b), 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷恢復(fù)以及環(huán)境問題的顯現(xiàn), 未來能源安全形勢仍然嚴(yán)峻,及早建立清潔、高效、安全、多元化的現(xiàn)代能源體系, 調(diào)整優(yōu)化我國能源供給結(jié)構(gòu)迫在眉睫(陳其慎等, 2016, 2021； 董延濤等, 2021； 郭娟等, 2021)。氣體能源指在經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件下, 能產(chǎn)生熱能或動(dòng)力的氣態(tài)可燃物質(zhì)(郭焦鋒, 2013), 根據(jù)國家能源領(lǐng)域戰(zhàn)略規(guī)劃指出, 氣體能源將作為未來我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要增長點(diǎn), 作為優(yōu)質(zhì)、高效、清潔能源, 氣體能源可成為我國有效緩解能源供應(yīng)安全、實(shí)現(xiàn)能源體系多元化發(fā)展、降低環(huán)保壓力、提高能源綜合利用效率以及保障國家能源安全等多重考驗(yàn)的重要解決途徑。當(dāng)前我國氣體能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模,2019年我國天然氣產(chǎn)量同比增長10%, 致密氣、頁巖氣等非常規(guī)天然氣產(chǎn)量約占天然氣總產(chǎn)量的 1/3,非常規(guī)氣占比逐年提高, 常規(guī)天然氣與非常規(guī)天然氣發(fā)展并舉的格局已初步形成。為科學(xué)布局我國氣體能源產(chǎn)業(yè), 提高發(fā)展成效, 避免無序競爭, 化解發(fā)展結(jié)癥, 本文在對我國氣體能源發(fā)展現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上, 通過構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系, 瞄準(zhǔn)不同氣體能源當(dāng)前所面臨的主要影響因素及存在問題, 并提出相應(yīng)的對策建議。

1 研究概況

氣體能源是近年來能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn), 關(guān)于氣體能源發(fā)展戰(zhàn)略的研究較多, 宏觀來看, 我國非常規(guī)氣存在資源勘查程度低、核心技術(shù)落后、鼓勵(lì)政策不完善、環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)高等問題(陳和渭, 2018；郭焦鋒, 2019), 應(yīng)以常規(guī)與非常規(guī)協(xié)調(diào)發(fā)展、攻克關(guān)鍵技術(shù)、加強(qiáng)國際合作、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、完善相關(guān)政策等作為未來戰(zhàn)略發(fā)展方向(姜鑫民等, 2017；潘繼平, 2019)。具體到不同氣體能源, 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)業(yè)特性, 剖析發(fā)展影響因素, 建立評價(jià)體系, 郭萬山(1997)提出產(chǎn)業(yè)間客觀存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)依存關(guān)系, 資源的有限性、分布不均衡性以及資源豐度的差異性客觀上決定了產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)按優(yōu)先次序進(jìn)行,他以定性分析與定量分析相結(jié)合為原則, 運(yùn)用主成分分析法建立了產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展序列排序模型； 汪瑩和王光岐(2014)運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對礦產(chǎn)資源稟賦、市場條件、開發(fā)技術(shù)條件、市場配套條件和環(huán)境保護(hù)條件等 5個(gè)影響因素進(jìn)行分析, 并對礦產(chǎn)資源發(fā)展評價(jià)進(jìn)行實(shí)證研究； 張艷飛等(2014)根據(jù)我國礦產(chǎn)資源的供需特征從134種礦產(chǎn)中初步篩選出 48種作為評價(jià)樣本, 建立了重點(diǎn)勘查礦種評價(jià)指標(biāo)體系, 并通過層次分析法對我國非油氣資源礦種需求評價(jià)及優(yōu)先勘查序列進(jìn)行厘定； 邢萬里(2015)運(yùn)用層次分析法對我國2030年之前我國新能源發(fā)展優(yōu)先序列進(jìn)行排序, 得出 2030年我國新能源發(fā)展優(yōu)先序列的為風(fēng)能、核能、太陽能、生物質(zhì)能和地?zé)崮堋?/p>

目前國內(nèi)外通過構(gòu)建評價(jià)體系對氣體能源發(fā)展戰(zhàn)略的研究相對較少, 郭焦鋒(2013)對我國氣體能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行定性及簡單的定量分析,提出加快發(fā)展常規(guī)天然氣、頁巖氣、煤層氣、煤制甲烷、可燃冰等氣體能源可作為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)有效緩解我國面臨的能源安全、環(huán)境保護(hù)和減排等多重壓力。

2 氣體能源優(yōu)先發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系

2.1 研究方法

綜合前人研究可見, 當(dāng)前相關(guān)研究大多都是單純使用層次分析法或灰色關(guān)聯(lián)法等其中一種方法進(jìn)行, 然而層次分析法(AHP)雖然能夠充分體現(xiàn)打分者主觀意見, 但很難排除人為因素帶來的偏差； 灰色關(guān)聯(lián)度法在測算各個(gè)方案與最優(yōu)方案間關(guān)聯(lián)度時(shí)全部使用同一權(quán)重, 不能體現(xiàn)評價(jià)最優(yōu)性、公正性。因此, 本文在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上, 選定常規(guī)天然氣、頁巖氣、致密氣、煤層氣、煤制氣、可燃冰六項(xiàng)作為研究對象, 采用將定性分析和定量研究相結(jié)合的評價(jià)模型與方法：層次-灰色關(guān)聯(lián)度分析法(AHP-GRG), 將評價(jià)產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展序列的有關(guān)影響因素作為評價(jià)指標(biāo), 基于層次分析法建立評價(jià)指標(biāo)的層次關(guān)系及權(quán)重向量并賦予合理的權(quán)重, 然后構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)分析法模型, 計(jì)算各氣體能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢與它的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度。最后, 根據(jù)指標(biāo)權(quán)重大小分析影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素, 確定各氣體能源產(chǎn)業(yè)間灰色關(guān)聯(lián)度, 遵從擇優(yōu)選擇、擇幼保護(hù)、重點(diǎn)突出原則進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展排序, 通過以上分析得出我國氣體能源產(chǎn)業(yè)所存在的問題, 為我國氣體能源的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

2.2 基于AHP的評價(jià)指標(biāo)體系

(1)評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及研究范圍界定

氣體能源(除常規(guī)天然氣外)區(qū)別于常規(guī)化石能源優(yōu)勢在于資源潛力大, 使用范圍廣, 能量密度高,低碳環(huán)保。氣體能源優(yōu)先發(fā)展序列的決定因素是它的潛力性、經(jīng)濟(jì)性和科技性和環(huán)保性, 體現(xiàn)在指標(biāo)設(shè)置上, 潛力性體現(xiàn)在氣體能源的資源、技術(shù)及創(chuàng)新和發(fā)展?jié)摿θ齻€(gè)方面, 產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)意義體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性, 環(huán)境影響體現(xiàn)了環(huán)保性。

本文基于氣體能源產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)與我國氣體能源發(fā)展現(xiàn)狀實(shí)際, 在建立評價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上, 通過層次-灰色關(guān)聯(lián)度分析法(AHP-GRG), 構(gòu)建我國氣體能源優(yōu)先發(fā)展評價(jià)體系, 該指標(biāo)體系由三個(gè)層級和兩個(gè)要素構(gòu)成, 目標(biāo)層為我國氣體能源優(yōu)先發(fā)展序列(A1), 準(zhǔn)則層包含資源狀況(B1)、經(jīng)濟(jì)意義(B2)、技術(shù)及創(chuàng)新(B3)、環(huán)境影響(B4)以及發(fā)展?jié)摿?B5)5個(gè)二級指標(biāo), 資源狀況(指標(biāo)層 C1-C4)包含資源稟賦、資源獲取、開發(fā)現(xiàn)狀及燃料熱值4個(gè)三級指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)意義(指標(biāo)層 C5-C8)包含市場程度、全生命周期成本、相關(guān)產(chǎn)業(yè)影響及應(yīng)用范圍 4個(gè)三級指標(biāo)；技術(shù)及創(chuàng)新(指標(biāo)層C9-C12)包含技術(shù)水平、國際合作、人才儲(chǔ)備及科研環(huán)境 4個(gè)三級指標(biāo)； 環(huán)境影響(指標(biāo)層 C13-C14)包含生產(chǎn)排放、消耗排放 2個(gè)三級指標(biāo)； 發(fā)展?jié)摿?指標(biāo)層C15-C18)包含資源潛力、政策扶持、資金投入及監(jiān)管機(jī)制 4個(gè)三級指標(biāo), 共計(jì)18項(xiàng)三級指標(biāo)。兩個(gè)要素為指標(biāo)含義及編號, 指標(biāo)含義對各個(gè)指標(biāo)的意義及計(jì)算方式進(jìn)行了簡要介紹, 編號對三個(gè)層級分別編號。最后, 在對我國氣體能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展初步判斷的基礎(chǔ)上, 選取常規(guī)天然氣、頁巖氣、致密氣、煤層氣、煤制氣、可燃冰為主要研究對象(表 1), 分析不同氣體能源產(chǎn)業(yè)特性,得出主要影響因素及優(yōu)先發(fā)展排序。

表1 氣體能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)序評價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Time series evaluation index system for the development of gas energy industry

(2)指標(biāo)分析

本文指標(biāo)選取依照表 1中的指標(biāo)含義, 其原始數(shù)據(jù)來源于政府部門公開發(fā)展的數(shù)據(jù), 如BP、國際能源署(IEA)和美國能源署(EIA)等網(wǎng)站的公開數(shù)據(jù),《能源發(fā)展“十三五規(guī)劃”》等政府公開規(guī)劃、以及各類專業(yè)科研單位的行業(yè)分析和研究專題報(bào)告。

①資源狀況

我國天然氣資源總量豐富, 資源潛力較大。據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù), 2019年我國常規(guī)天然氣新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量為 0.81×1012m3, 新增技術(shù)可采儲(chǔ)量0.35×1012m3； 天 然 氣 (含 非 常 規(guī) 氣 )產(chǎn) 量 達(dá)17.7×1010m3, 創(chuàng)歷史新高, 其中常規(guī)氣產(chǎn)量為15.3×1010m3, 頁巖氣產(chǎn)量為 154×108m3, 煤層氣產(chǎn)量為55×108m3, 煤制氣產(chǎn)量為36.8×108m3, 對外依存度開始下行。我國非常規(guī)氣體資源豐富, 資源類型復(fù)雜, 構(gòu)造多樣, 開發(fā)潛力巨大, 但稟賦差, 勘探開發(fā)難度大。據(jù)中石油數(shù)據(jù), 2019年底, 我國頁巖氣累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)1.8×1012m3, 煤層氣資源量達(dá) 3.68×1012m3, 可采資源量約為 1.1×1012m3。截止2019年我國致密氣已進(jìn)入規(guī)模化開發(fā)利用階段,頁巖氣兩大產(chǎn)區(qū)已初具規(guī)模, 未來5至10年頁巖氣將成為天然氣產(chǎn)量增長的重要來源, 煤層氣經(jīng)過20余年發(fā)展實(shí)現(xiàn)工業(yè)突破, 天然氣水合物也已于2020年3月底實(shí)現(xiàn)第2次試采成功。

②經(jīng)濟(jì)意義

我國常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展階段, 消費(fèi)量高速增長, 下游市場已形成多主體競爭格局, 儲(chǔ)產(chǎn)量不斷增長, 供應(yīng)能力大幅提升, 基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善, 積極引進(jìn)國外資源, 多元供氣格局初步形成；近年來我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模不斷擴(kuò)大, 但勘探開發(fā)缺乏競爭, 大規(guī)模商業(yè)化仍面臨挑戰(zhàn)； 致密氣探礦權(quán)集中, 只有中石油和中石化有開采權(quán), 市場開發(fā)主體相對單一, 作為當(dāng)前我國天然氣儲(chǔ)量、產(chǎn)量擴(kuò)大的主要增長來源, 已引入市場化機(jī)制, 運(yùn)作模式成熟, 開發(fā)前景廣闊； 同發(fā)達(dá)國家相比我國煤層氣產(chǎn)業(yè)開發(fā)成本高、資源利用率較低, 近些年發(fā)展迅速, 市場化程度不斷擴(kuò)大； 煤制氣市場程度較高, 在國內(nèi)天然氣供應(yīng)緊張和國際油價(jià)、天然氣價(jià)格不穩(wěn)定情況下, 煤制天然氣具有一定生存空間和盈利能力, 另外, 推動(dòng)煤制氣發(fā)展的另一個(gè)重要?jiǎng)恿κ敲禾渴袌龅某掷m(xù)不景氣(白金燕等, 2017)； 我國可燃冰尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采, 但資源豐富, 市場前景可期。

我國常規(guī)天然氣成本大約在25～65 USD/桶原油； 受益于有利的政策導(dǎo)向、迅速的技術(shù)科研進(jìn)展,非常規(guī)氣體開發(fā)成本不斷下降, 致密氣大多分布區(qū)域與常規(guī)天然氣屬同一油氣區(qū)塊, 兩者基礎(chǔ)設(shè)施大多可共用, 基礎(chǔ)開發(fā)成本節(jié)省(陳一鶴, 2015)； 煤制氣生產(chǎn)成本中原料煤占比約四成, 同時(shí)需要耗費(fèi)大量水資源, 耗水量約 10 t/m3, 高于常規(guī)天然氣3 t/m3, 全生命周期成本大約在 65～105 USD/桶原油(Li et al., 2020)； 當(dāng)前技術(shù)條件下我國頁巖氣開發(fā)成本同國內(nèi)天然氣價(jià)格基本持平, 為美國開發(fā)成本的兩倍多, 短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)盈虧平衡； 煤層氣井生產(chǎn)年限較長, 導(dǎo)致投資回報(bào)較慢, 相比常規(guī)天然氣井七至八年的有效生產(chǎn)年限, 煤層氣的生產(chǎn)周期及投資回報(bào)周期較長, 通常三至四年后產(chǎn)量才能達(dá)到峰值, 后開始逐年遞減, 長周期直接導(dǎo)致市場與政策變化風(fēng)險(xiǎn)的不可控。常規(guī)天然氣應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛, 主要用途包括發(fā)電、工業(yè)燃料、城市燃?xì)狻⒐に嚿a(chǎn)以及天然氣汽車等領(lǐng)域； 頁巖氣、致密氣、煤層氣也已逐步用于民用、工業(yè)、化工和發(fā)電等領(lǐng)域。

③技術(shù)及創(chuàng)新

當(dāng)前我國已掌握巖性地層氣藏、海相碳酸鹽巖成藏等理論, 以及以地球物理識別為核心的氣藏勘查技術(shù), 資源勘探理論知識不斷完善； 已攻克超低滲透氣藏經(jīng)濟(jì)開發(fā)以及高含硫化氫氣田安全開采、集輸處理和驅(qū)油循環(huán)利用等關(guān)鍵技術(shù), 開采能力得到提升； 已完成3000型大型壓裂車、可鉆式橋塞等頁巖氣關(guān)鍵裝備研制, 裝備自主化水平逐步成型(董大忠等, 2018)。我國作為全球范圍內(nèi)唯一大規(guī)模生產(chǎn)煤制氣的國家, CH4化技術(shù)等技術(shù)手段已經(jīng)相對成熟, 已具備大型煤氣化設(shè)備自主生產(chǎn)能力。我國的可燃冰勘探技術(shù)、海底采掘技術(shù)研制也走在了世界前列(表2)。

表2 我國氣體能源發(fā)展主要技術(shù)難題Table 2 Main technical problems in the development of gas energy in China

我國天然氣“走出去”較早, 國際合作對象多元化：包括與天然氣生產(chǎn)大國俄羅斯、烏茲別克斯坦、土庫曼斯坦等國家以及 IEA、OPEC國際能源組織合作, 合作方式多元化：包括天然氣的勘探、開發(fā)、運(yùn)輸管道建設(shè)、以及技術(shù)交流； 頁巖氣方面,政府鼓勵(lì)企業(yè)(如中石化、中石油和中海油)進(jìn)行海外收購來獲得最先進(jìn)的勘探開采技術(shù), 同時(shí)聯(lián)手國際石油公司(如殼牌、雪弗龍、道達(dá)爾和康菲公司)開始在國內(nèi)進(jìn)行項(xiàng)目試點(diǎn)(賈凌霄等, 2018)； 我國煤層氣國際合作起步較早, 在經(jīng)歷了波折與困難之后,煤層氣對外合作項(xiàng)目已經(jīng)從初期重視外資引進(jìn)轉(zhuǎn)向引進(jìn)技術(shù)為主, 在研發(fā)條件上, 由于我國天然氣及煤層氣開發(fā)已具備一定的基礎(chǔ), 在研發(fā)條件上無論是資金還是試驗(yàn)條件都具有一定的優(yōu)勢(李健,2012), 煤制氣與頁巖氣是目前我國未來能源發(fā)展的重點(diǎn)方向, 并都有一定規(guī)模的投入, 未來我國頁巖氣開發(fā)要逐步從理論研究到商業(yè)開發(fā)轉(zhuǎn)變, 煤制氣的研發(fā)條件要優(yōu)于頁巖氣(張抗和白振瑞, 2020)。

④環(huán)境影響

常規(guī)天然氣具備燃燒排放零廢渣、廢水, 生產(chǎn)排放少有毒、有害產(chǎn)物的特點(diǎn), 同時(shí)常規(guī)天然氣熱值高, 符合低碳、環(huán)保的清潔能源要求； 頁巖氣在整個(gè)開發(fā)過程中, 甲烷排放問題比較突出, 平均排放率在 3.26%左右, 同時(shí)水力壓裂法產(chǎn)生回流液可能造成水污染等風(fēng)險(xiǎn), 危及生態(tài)環(huán)境, 頁巖氣全生命周期排放比常規(guī)天然氣高6%左右(余晨等, 2014)；煤層氣是一種在采煤過程中所產(chǎn)生的以CH4為主的烴類氣體, 同時(shí)在采煤過程中還會(huì)產(chǎn)生大量 H2S、CO2、CH4及烴類有毒有害氣體, 其對大氣流產(chǎn)生的增溫效應(yīng)比二氧化碳高20至60倍, 因此開發(fā)利用煤層氣可變害為利, 變廢為寶, 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益, 同時(shí), 對保障煤礦安全生產(chǎn)、增加清潔能源供應(yīng)、促進(jìn)節(jié)能減排、減少溫室氣體排放具有重要意義； 據(jù)大唐內(nèi)蒙古克什克騰旗煤制天然氣示范項(xiàng)目內(nèi)部統(tǒng)計(jì), 煤制氣發(fā)電CO2排放總量與燃煤發(fā)電CO2排放總量相當(dāng), 在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生全生命周期CO2排放總量的四分之三, 消耗僅占四分之一, 碳排放總量高。

假設(shè)能源消耗均為常規(guī)天然氣的話, 大氣污染排放中的 SO2及粉塵將不再存在, CO2及氮氧化物排放量將分別減少六成與五成, 酸雨及溫室效應(yīng)也將得到極大改善(肖暉和周佚, 2010)。雖然頁巖氣在能源結(jié)構(gòu)中的占比不斷升高, 但由于我國對非常規(guī)氣生產(chǎn)排放方面監(jiān)管政策法律尚屬空白, 因此所產(chǎn)生的碳排放并沒有減少(王建良和馮連勇, 2016)。煤制氣一方面可提供清潔能源, 無疑可為中國乃至全球的大氣污染防治作出貢獻(xiàn), 但煤制氣項(xiàng)目在全生產(chǎn)周期中的二氧化碳排放、水資源消耗以及一次能源消耗并不低。煤層氣燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤炭燃燒的一半, 且不產(chǎn)生二氧化硫和煙塵(葉汝陵和蘇文叔, 1999)。

⑤發(fā)展?jié)摿?/p>

據(jù)BP預(yù)計(jì), 2035、2050年我國天然氣產(chǎn)量將分別達(dá)到 3000×108m3和 3500×108m3。我國頁巖氣、煤層氣、致密氣資源潛力很大, 隨著技術(shù)不斷完善和投入不斷擴(kuò)大, 2035年后將與常規(guī)氣產(chǎn)量規(guī)模基本相當(dāng)。據(jù)自然資源部數(shù)據(jù), 我國頁巖氣有利區(qū)的技術(shù)可采資源量21.8×1012m3, 目前探明率不足5%,資源潛力巨大, 與煤層氣將成為我國天然氣能源的重要支柱。我國天然氣水合物資源潛力巨大, 總體研究正處于資源調(diào)查評價(jià)階段。國家對煤層氣開發(fā)的補(bǔ)貼開始為0.2元/m3, 2016年增至0.3元/m3, 對頁巖氣按規(guī)定最初補(bǔ)貼 0.4元/m3, 2019年遞減至0.2元/m3(汪鋒, 2014)。目前我國已制定并實(shí)施了氣體能源總量目標(biāo)、優(yōu)惠上網(wǎng)電價(jià)等政策措施, 并通過開展資源評價(jià)、組織礦業(yè)權(quán)招標(biāo)、推進(jìn)重大工程示范項(xiàng)目建設(shè)等方式, 基本建立了促進(jìn)氣體清潔能源發(fā)展的政策體系(劉劍, 2014), 我國有關(guān)氣體能源相關(guān)政策已初步形成體系, “十二五”時(shí)期以來我國關(guān)于氣體能源規(guī)劃陸續(xù)出臺, 尤其《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《煤層氣(煤礦瓦斯)開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》、《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》等政策的出臺對我國氣體能源未來發(fā)展指明方向, 但仍有很多政策需要進(jìn)一步完善及細(xì)化。

(3)確定評價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重

①運(yùn)用AHP法確定權(quán)重

本文使用北京欣晟允軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的yaahp軟件對氣體能源優(yōu)先發(fā)展序列進(jìn)行評價(jià)分析, 通過前文建立的評價(jià)指標(biāo)體系, 在軟件中進(jìn)行賦值計(jì)算, 得出特征向量為：ω＝(0.116 9, 0.069 5,0.240 8, 0.572 8, 0.216 6, 0.479 4, 0.108 3, 0.195 7,0.247 7, 0.553 8, 0.125 9, 0.072 7, 0.250 0, 0.750 0,0.250 8, 0.536 9, 0.144 8, 0.067 6)。

②一致性檢驗(yàn)

計(jì)算一致性指標(biāo)得：

經(jīng)查表RI=1.6133, 計(jì)算一致性比例得(表 3)：

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RITable 3 Average random consensus index RI

顯然通過一致性檢驗(yàn), 所以, 影響優(yōu)先發(fā)展序列的18個(gè)指標(biāo)權(quán)重從高到低的排序?yàn)椋合呐欧拧⑷剂蠠嶂怠H合作、政策扶持、全生命周期成本、資源潛力、生產(chǎn)排放、技術(shù)水平、開發(fā)現(xiàn)狀、市場程度、適用范圍、資金投入、人才儲(chǔ)備、資源稟賦、相關(guān)產(chǎn)業(yè)影響、科研環(huán)境、資源獲取、監(jiān)管機(jī)制。

2.3 基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的評價(jià)模型

(1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

本文原始數(shù)據(jù)中, 部分?jǐn)?shù)據(jù)如政策扶持、監(jiān)管機(jī)制等指標(biāo)無法對其進(jìn)行量化(表5)。因此, 在綜合考慮各項(xiàng)影響因素的基礎(chǔ)上, 需經(jīng)過專家進(jìn)行模糊評價(jià), 并采用0～10之間的整數(shù)對其進(jìn)行量化(表4)。

表4 模糊指標(biāo)量化表Table 4 Fuzzy index quantification table

表5 原始數(shù)據(jù)表Table 5 Original data sheet

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理方式有很多種, 但必須將不同類型的指標(biāo)作不同的處理, 以保證評價(jià)結(jié)果與指標(biāo)數(shù)據(jù)關(guān)系的一致性。本文對18個(gè)主要評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理, 得到無量綱化數(shù)據(jù)表。

其中：aij表示第i個(gè)評價(jià)對象的第j項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)；分別表示第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

(2)確定比較序列和參考序列

依次提取每一項(xiàng)指標(biāo)的最大值為：

得到參考序列為：

并將各比較序列記為：

根據(jù)無量綱化數(shù)據(jù)可得比較和參考序列。

(3)確定灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

通過以下公式, 得到關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣。

其中：ξi（j）表示比較序列xi對參考序列x0在第j項(xiàng)指標(biāo)上的關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ∈[0,1]為分辨系數(shù)。分辨系數(shù)ρ越大, 分辨率越大,ρ越小, 分辨率越小, 一般取ρ=0.5； 稱分別為兩極最小差及兩極最大差。

(4)確定灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度

通過以下公式：

得到關(guān)聯(lián)度向量：

γ=(4.257, 3.313, 3.428, 2.911, 2.739, 2.625)

其中：jω為上述AHP法確定指標(biāo)權(quán)重,iγ為第i個(gè)評價(jià)對象對虛擬最優(yōu)對象(競爭力最強(qiáng))的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度。

(5)排序

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度的大小進(jìn)行排序,γi越大, 則說明第i個(gè)評價(jià)對象與虛擬最優(yōu)對象越接近, 也即是該產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢最大； 反之,γi越小, 則說明第i個(gè)評價(jià)對象與虛擬最優(yōu)對象越遠(yuǎn), 也即是該產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢最小。由灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度γ1＞γ2＞γ3＞γ4＞γ5＞γ6可知我國氣體能源優(yōu)先發(fā)展由先到后的順序?yàn)椋撼Ｒ?guī)天然氣、致密氣、頁巖氣、煤層氣、煤制氣、可燃冰。

3 我國氣體能源行業(yè)發(fā)展面臨的主要問題

根據(jù)我國氣體能源發(fā)展現(xiàn)狀剖析及評價(jià)結(jié)果,結(jié)合前人研究成果, 未來我國氣體能源不同礦種發(fā)展若要做到經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的高質(zhì)量發(fā)展, 仍面臨諸多問題。

(1)常規(guī)天然氣供需區(qū)域不平衡, 致密氣產(chǎn)業(yè)參與主體單一。當(dāng)前常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)大部分局限于少數(shù)地區(qū), 尚未在全國各主要資源富集盆地取得全面突破, 在很大程度上制約了非常規(guī)氣資源快速增儲(chǔ)上產(chǎn)。目前我國氣體能源產(chǎn)業(yè)存在供應(yīng)地與需求地區(qū)域不平衡、經(jīng)濟(jì)水平與開發(fā)利用程度不匹配的矛盾, 未來短期內(nèi)這兩種不平衡狀態(tài)仍將持續(xù)。致密氣探礦權(quán)集中, 只有中石油和中石化有開采權(quán), 市場開發(fā)主體相對單一。

(2)頁巖氣勘查程度低, 核心技術(shù)亟待突破。與常規(guī)天然氣相比, 我國頁巖氣資源潛力巨大, 探明率不足5%, 同時(shí)頁巖氣、致密氣、煤層氣儲(chǔ)層大部分具有低孔、低滲等特點(diǎn), 導(dǎo)致資源的探明程度及勘查程度較低。我國頁巖氣資源評價(jià)預(yù)測體系基礎(chǔ)較差, 科技創(chuàng)新不足, 勘探開發(fā)技術(shù)研究力度不夠,缺少理論支撐和技術(shù)支持, 深層氣、深水氣、非常規(guī)氣勘探開發(fā), 如成藏理論、深層開發(fā)技術(shù)、壓裂技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、自動(dòng)化集成技術(shù)等核心技術(shù)仍受制于人, 核心技術(shù)及新型高科技裝備的落后成為我國非常規(guī)氣體能源產(chǎn)業(yè)商業(yè)化開發(fā)滯后的主要障礙。

(3)煤層氣、煤制氣開發(fā)成本與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)偏高。非常規(guī)天然氣具備資源潛力大、消耗低排放等特點(diǎn),但在現(xiàn)有技術(shù)條件下, 非常規(guī)天然氣尤其是煤層氣、煤制氣存在開發(fā)周期較長, 生產(chǎn)排放較高, 環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)。

(4)環(huán)保監(jiān)管政策缺失, 政策機(jī)制有待細(xì)化。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展, 環(huán)境保護(hù)要求也在加強(qiáng), 許多氣體能源資源地與重要的生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)、生態(tài)脆弱敏感區(qū)域有重疊, 同時(shí), 對氣體能源從產(chǎn)出到消耗過程中所產(chǎn)生的污染排放監(jiān)管政策還尚屬空白, 環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策有待加強(qiáng)。另外, 氣體能源的區(qū)域不平衡以及各省之間管網(wǎng)、運(yùn)輸不一致, 模式不統(tǒng)一, 導(dǎo)致能源運(yùn)輸成本高并價(jià)格升高。

4 結(jié)論與對策建議

4.1 結(jié)論

我國大部分氣體能源開發(fā)利用已進(jìn)入加速車道, 但要真正實(shí)現(xiàn)規(guī)模開采以替代非氣體能源在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用仍有時(shí)日。本文通過建立基于層次分析的灰色關(guān)聯(lián)分析法模型, 從我國實(shí)際出發(fā), 對氣體能源優(yōu)先發(fā)展序列進(jìn)行了綜合評價(jià)研究, 研究結(jié)果表明。

(1)從產(chǎn)業(yè)影響因素分析, 消耗排放、燃料熱值、國際合作、政策扶持、全生命周期成本、資源潛力、生產(chǎn)排放等因素對各氣體能源發(fā)展依次影響最大,而資源獲取、監(jiān)管機(jī)制等因素對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響最低。

(2)從未來發(fā)展動(dòng)向分析, 常規(guī)天然氣相較于其他氣體能源已具備一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和發(fā)展基礎(chǔ), 未來仍然是優(yōu)先重點(diǎn)發(fā)展和投資的主要方向； 致密氣發(fā)展基礎(chǔ)良好, 市場化程度高, 環(huán)境污染小, 應(yīng)用范圍廣, 近年來相關(guān)扶持政策陸續(xù)出臺, 致密氣儲(chǔ)、產(chǎn)量不斷擴(kuò)大, 其在非常規(guī)天然氣的體量及其在天然氣總量中的占比也顯著提高, 應(yīng)優(yōu)先發(fā)展；頁巖氣資源潛力豐富, 政策扶持力度大, 投資力度大, 但目前核心技術(shù)尚不成熟, 商業(yè)前景不明確,投資頁巖氣應(yīng)更加理性, 如果核心技術(shù)得以突破,未來十年將迎來巨大發(fā)展, 是我國能源安全未來有力保障, 應(yīng)同致密氣同屬優(yōu)先發(fā)展梯隊(duì)； 煤層氣資源潛力豐富, 技術(shù)水平相對成熟, 已具備一定的發(fā)展基礎(chǔ), 可作為我國能源安全未來有力保障, 但相關(guān)政策還不夠完善, 資源利用效率低, 可作為次要發(fā)展礦種； 煤制氣在其資源稟賦和資源獲取上稍有優(yōu)勢, 可消耗一部分煤炭過剩產(chǎn)能, 但考慮到其技術(shù)不成熟、成本過高以及環(huán)境影響過大等問題, 未來應(yīng)減少側(cè)重； 可燃冰發(fā)展?jié)摿薮? 燃料熱值高,環(huán)境影響小, 但開發(fā)成本過大、投資周期過長, 應(yīng)排在其他氣體能源之后, 主要在勘探潛在資源、提升開采技術(shù)以及制定初步發(fā)展規(guī)劃上做研究。

4.2 對策建議

(1)加大氣體能源勘探投入, 提高天然氣供能比例。與國際平均水平相比, 我國氣體能源資源潛力大, 當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)不景氣, 未來幾年世界經(jīng)濟(jì)增速進(jìn)一步放緩的前景可能遏制能源需求水平, 但我國氣體能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展得益于國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整, 未來幾年勘探投入可能穩(wěn)步增加, 從結(jié)構(gòu)上提高氣體能源尤其常規(guī)天然氣資源的使用比例及供能比例, 加速塔里木盆地、四川盆地、柴達(dá)木盆地等主要?dú)怏w能源生產(chǎn)基地勘探開發(fā), 提升全產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)效率,以滿足國內(nèi)對天然氣的巨大需求。

(2)摸清頁巖氣資源家底, 突破核心技術(shù)。當(dāng)前需要進(jìn)一步提升地質(zhì)認(rèn)識, 通過大量的鉆井實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)測試準(zhǔn)確評價(jià)我國氣體能源資源前景, 對應(yīng)優(yōu)先發(fā)展的頁巖氣資源, 政府應(yīng)重點(diǎn)攻關(guān)資源評價(jià)預(yù)測、氣藏富集機(jī)理、改造壓裂工程技術(shù)等可實(shí)現(xiàn)發(fā)展突破的關(guān)鍵核心技術(shù)。同時(shí), 在嚴(yán)格準(zhǔn)入門檻的前提下, 進(jìn)一步放開市場準(zhǔn)入, 鼓勵(lì)多主體參與,激勵(lì)科技型民營開發(fā)企業(yè)、裝備制造企業(yè)參與其中,力求多點(diǎn)突破。

(3)提升環(huán)保監(jiān)督、安全生產(chǎn)意識。以綠色開發(fā)、節(jié)能減排、環(huán)境友好開發(fā)為目標(biāo), 加強(qiáng)氣體能源的全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)監(jiān)管, 實(shí)行生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估機(jī)制,建立環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)規(guī)范體系, 制定非常規(guī)天然氣資源環(huán)境開發(fā)影響相關(guān)法律及政策。我國非常規(guī)氣開采、開發(fā)技術(shù)尚不成熟, 安全、有序、可控的生產(chǎn)是確保產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展的決定性因素。

(4)優(yōu)化統(tǒng)一現(xiàn)有政策。對非常規(guī)天然氣補(bǔ)貼除現(xiàn)有的財(cái)政補(bǔ)貼外, 應(yīng)在科技創(chuàng)新、環(huán)境監(jiān)管、生態(tài)保護(hù)、用地征地、投融資、稅收減免等方面進(jìn)一步完善機(jī)制。現(xiàn)有相關(guān)政策具有臨時(shí)性、特殊性、區(qū)域性特點(diǎn), 以部門規(guī)章制度及地方性政策法規(guī)為主, 應(yīng)進(jìn)一步完善現(xiàn)有全國統(tǒng)一政策的細(xì)節(jié)條款。我國致密氣勘探程度較高, 儲(chǔ)量情況相對清楚, 開發(fā)技術(shù)相對成熟, 體量頗大, 開發(fā)前景十分廣闊,未來 5～10年我國致密氣將進(jìn)入快速發(fā)展期, 應(yīng)進(jìn)一步加大中央財(cái)政補(bǔ)貼, 推動(dòng)致密氣、頁巖氣、煤層氣三氣合采。對煤層氣資源開發(fā)實(shí)行國家一級統(tǒng)一管理, 出臺相關(guān)政策措施, 利用煤層氣變害為利,變廢為寶, 提升利用量、利用率水平, 實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos.DD20160103 and DD20190674), and Chinese Academy of Engineering (No.2017-ZD-15-05-01).