李克文 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）教授
最近幾個(gè)月來(lái)，中央電視臺(tái)等主流媒體和許多社交媒體都報(bào)道了我國(guó)在兩種新能源可燃冰和干熱巖方面的重大突破 。大多數(shù)人以前對(duì)這兩種能源并不是很熟悉，看了這些報(bào)道后感到非常興奮。我國(guó)取得的這些突破的確具有十分重要的意義，對(duì)推動(dòng)我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命具有重要而深遠(yuǎn)的影響。但是，從科學(xué)的角度來(lái)看，很有必要對(duì)這些新聞報(bào)道以及這兩種新的清潔能源進(jìn)行正確的分析和認(rèn)識(shí)。
一、 汽車(chē)一次加100升可燃冰能跑多少公里？
2017年5月18日，我國(guó)在南海神狐海域首次成功試采可燃冰。據(jù)央視報(bào)道：“若一輛使用天然氣為燃料的汽車(chē)，一次加100升天然氣能跑300公里，加入相同體積的可燃冰，這輛汽車(chē)能跑5萬(wàn)公里”，不少新聞媒體也紛紛轉(zhuǎn)載?？吹竭@一報(bào)道，不少人興奮不已。汽車(chē)跑5萬(wàn)公里是什么概念？簡(jiǎn)單地說(shuō)，一般家用汽車(chē)加一次可燃冰，2-5年不用添加燃料了。那么，汽車(chē)一次加100升可燃冰到底能跑多少公里？一立方米的可燃冰分解后可釋放出大約0.8立方米的水和164立方米的天然氣（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）。那么，100升可燃冰可以得到16.4立方米的天然氣（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）。1立方米的天然氣大約相當(dāng)于1.17升汽油， 這可以讓普通小汽車(chē)行駛大約10-15公里。按此推算，汽車(chē)一次加100升可燃冰（即相當(dāng)于16.4 立方米的天然氣）能跑大約160到250公里，并不是5萬(wàn)公里。
二、 可燃冰可供我國(guó)使用多少年？
根據(jù)國(guó)土資源部提供的數(shù)據(jù)，全國(guó)可燃冰的地質(zhì)資源量相當(dāng)于1000億噸石油。不少報(bào)道指出，按照當(dāng)前我國(guó)能源使用量粗略估算，可燃冰可供我國(guó)使用一百年以上。這個(gè)前提假設(shè)是所有這些可燃冰能夠100%開(kāi)采出來(lái)，且全國(guó)能源年消費(fèi)總量也不是基于2016年的數(shù)據(jù)。我國(guó)2016年全年能源消費(fèi)總量初步核算為30.5億噸石油。由此可知，如以我國(guó)2016年的能源消費(fèi)總量作為基數(shù)來(lái)計(jì)算，可燃冰（相當(dāng)于1000億噸石油）可供全國(guó)使用33年左右。而實(shí)際上，地質(zhì)資源量不等于可采儲(chǔ)量，是不可能100%開(kāi)采出來(lái)的。那么，多少比例（采收率）的可燃冰能夠開(kāi)采出來(lái)？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，目前沒(méi)有明確的、可靠的答案。這是因?yàn)?，這是我國(guó)第一次進(jìn)行可燃冰試采，國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)展可燃冰試采的國(guó)家也為數(shù)不多；何況所有國(guó)家，包括我國(guó)在內(nèi)，都已經(jīng)停止開(kāi)采可燃冰了。另外，值得注意的是，可燃冰的地質(zhì)資源量也存在一定的不確定性，尤其是在目前探井非常少的情況下。
三、 可燃冰何時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化開(kāi)采？
目前，可燃冰的開(kāi)采方法主要有以下幾種：（1）熱采法；（2）減壓法；（3）化學(xué)劑注入法；（4）CO2置換法；（5）混合開(kāi)采法。目前，有專(zhuān)家認(rèn)為可燃冰的開(kāi)采在技術(shù)上是可行的，而實(shí)際上，斷定可燃冰的開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)可行或者成熟還為時(shí)過(guò)早。除了技術(shù)問(wèn)題，另外一個(gè)困難是環(huán)境問(wèn)題?？扇急幌癯Ｒ?guī)天然氣或者頁(yè)巖氣那樣儲(chǔ)存在堅(jiān)硬的巖石中，儲(chǔ)層上部也不是致密巖石構(gòu)成的高強(qiáng)度蓋層，而是海水或者強(qiáng)度很低的地層。由于這一特征，在開(kāi)采過(guò)程中，可燃冰中的甲烷可能不按照設(shè)計(jì)流經(jīng)井筒采出，而有可能通過(guò)其它位置大量逃逸到海水、大氣中，這將產(chǎn)生新的環(huán)境問(wèn)題（加劇溫室效應(yīng)）。另外，海底可燃冰儲(chǔ)層甲烷的大量分解也會(huì)降低海底地層強(qiáng)度，誘發(fā)大規(guī)模的海底滑坡甚至海嘯等災(zāi)難，毀壞海底工程設(shè)施。
關(guān)于可燃冰何時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化開(kāi)采有不少預(yù)測(cè)和報(bào)道，目前的一般看法是還需要15到20年，大約要在2030年以后才行。最近還有專(zhuān)家預(yù)計(jì)，2030年可燃冰的產(chǎn)能可以達(dá)到10億立方米。事實(shí)上，任何預(yù)測(cè)都有不確定性。其實(shí)，2003年也有專(zhuān)家預(yù)測(cè)15年后，即2018年，能夠?qū)崿F(xiàn)可燃冰的商業(yè)化開(kāi)采，現(xiàn)在看來(lái)肯定是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)可燃冰商業(yè)化開(kāi)采的影響因素很多，包括開(kāi)采技術(shù)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性（開(kāi)采成本）、可持續(xù)性、環(huán)境問(wèn)題，以及與其它能源的成本可競(jìng)爭(zhēng)性等。如果國(guó)際石油（50美元/桶左右）和天然氣價(jià)格徘徊在目前水平甚至更低，即使可燃冰開(kāi)采技術(shù)有革命性的突破，商業(yè)化開(kāi)采的時(shí)間也可能大幅度推遲。反之，則有可能提前。
四、 干熱巖資源可供我國(guó)使用多少年？
根據(jù)國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，我國(guó)地殼3-10千米深處陸域干熱巖資源量為856萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，“根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”，以其2%作為可采資源，全國(guó)陸域干熱巖可采資源量達(dá)17萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，與美國(guó)的資源量約在同一數(shù)量級(jí)。以我國(guó)2016年全年能源消費(fèi)總量大約43.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤作為基數(shù)來(lái)計(jì)算，干熱巖的可采資源量可供我國(guó)使用3900年左右，這比可燃冰的可使用年限要多幾百倍。不過(guò)，有關(guān)報(bào)道中所說(shuō)的2%“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”，并不是真正意義上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而是目前國(guó)際上該領(lǐng)域的專(zhuān)家在無(wú)法確定干熱巖地質(zhì)資源量有多少比例能夠開(kāi)采出來(lái)的情況下，假定的一個(gè)可采系數(shù)下限，上限假定為40%。如果按照可采上限40%來(lái)計(jì)算，那么干熱巖的可采資源量可供我國(guó)使用幾萬(wàn)年。
五、 干熱巖的發(fā)電成本是多少？
根據(jù)央視報(bào)道，干熱巖發(fā)電不受季節(jié)、氣候約束，發(fā)電成本是風(fēng)力發(fā)電的1/2，太陽(yáng)能發(fā)電的1/10。不受季節(jié)、氣候的影響的確是干熱巖發(fā)電相對(duì)于太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電的重要優(yōu)勢(shì)。但干熱巖的發(fā)電成本，無(wú)論是從度電成本還是初期投資成本的角度來(lái)看，很多人認(rèn)為明顯有問(wèn)題。這可能是因?yàn)楦蔁釒r、風(fēng)力與太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效可用系數(shù)差別很大 ，對(duì)應(yīng)系數(shù)分別是90%、20%、15%左右，不同的地區(qū)有一定的差異。以太陽(yáng)能為例，一天24小時(shí)大約只有8小時(shí)有比較強(qiáng)的陽(yáng)光，一年365天不太可能天天出太陽(yáng)，沒(méi)有太陽(yáng)時(shí)，光伏發(fā)電站就不能發(fā)電。這就是為什么一個(gè)裝機(jī)容量為100兆瓦的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)大致等同于一個(gè)15兆瓦的地?zé)岚l(fā)電廠(chǎng)。目前風(fēng)力發(fā)電單位千瓦成本在7000-8000元，而光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本（包括光伏組件、開(kāi)發(fā)成本和工程成本）單位千瓦大約在8000-10000元。如果折算到100%的等效可用系數(shù)，目前風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效功率成本分別是每千瓦35000-40000元、53000-67000元。干熱巖發(fā)電的成本估計(jì)要復(fù)雜的多，這是因?yàn)楦蔁釒r發(fā)電成本受干熱巖儲(chǔ)層的溫度以及深度的影響很大（流體到達(dá)地面的溫度不同，因而發(fā)電效率不同）。目前常規(guī)地?zé)幔ㄋ疅嵝停┌l(fā)電系統(tǒng)的總成本（包括鉆井和地面發(fā)電設(shè)備等）大約在每千瓦20000-30000元之間，具體取決于熱儲(chǔ)的溫度、深度和巖石滲透率等。如果折算到100%的等效可用系數(shù)，常規(guī)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的總成本仍然要比風(fēng)力和光伏發(fā)電的低得多。值得注意的是，地?zé)岚l(fā)電后流體還可以用來(lái)進(jìn)行供熱、洗浴等梯級(jí)利用，如果考慮這一部分經(jīng)濟(jì)效益，常規(guī)地?zé)衢_(kāi)發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性還要提高。但是，因?yàn)楦蔁釒r沒(méi)有水，其發(fā)電成本的估算更加復(fù)雜，可能在每千瓦50000元左右。
六、 干熱巖地?zé)崮芎螘r(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化開(kāi)采？
干熱巖地?zé)崮艿拈_(kāi)采方法主要是所謂的增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)方法，即EGS（Enhanced Geothermal System）方法。該方法的工藝過(guò)程大致是：通過(guò)鉆井在干熱巖儲(chǔ)層中建成對(duì)井（生產(chǎn)井和注入井）系統(tǒng)，在對(duì)井間儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂后，通過(guò)注入井注水，水與巖體接觸被加熱后返回地面進(jìn)行發(fā)電或梯級(jí)利用，冷卻后的地?zé)崴畡t重新注入熱儲(chǔ)進(jìn)行循環(huán)，從而在生產(chǎn)井-熱儲(chǔ)-注入井之間形成人造熱交換與流體循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地?zé)崮艿母咝ч_(kāi)發(fā)與利用。
近幾年來(lái)，國(guó)際上地?zé)崮艿膽?yīng)用和發(fā)電技術(shù)發(fā)展非常迅速，全世界已安裝的常規(guī)地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量目前已達(dá)1.3萬(wàn)兆瓦以上，而我國(guó)只有27兆瓦左右，在全世界利用地?zé)岚l(fā)電的24個(gè)國(guó)家中僅僅排名第18位，與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的差距非常大。到目前為止，我國(guó)還沒(méi)有干熱巖發(fā)電站。國(guó)際上最著名的是法國(guó)的Soultz干熱巖發(fā)電站，已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行多年。目前來(lái)看，干熱巖發(fā)電在技術(shù)上是可行的，關(guān)鍵問(wèn)題是鉆井成本。但是，如前所述，干熱巖發(fā)電系統(tǒng)的總成本在考慮等效可用系數(shù)的情況下要比光伏發(fā)電的低。也就是說(shuō)，如果國(guó)家給予干熱巖發(fā)電類(lèi)似于光伏發(fā)電的補(bǔ)貼等優(yōu)惠政策，利用現(xiàn)有的技術(shù)目前就可以開(kāi)展較大規(guī)模的干熱巖開(kāi)采。當(dāng)然，這還要取決于熱儲(chǔ)溫度等多個(gè)具體參數(shù)。
七、 結(jié)束語(yǔ)
在各種報(bào)道中，時(shí)常提及我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電國(guó)際第一、甚至我國(guó)地?zé)崮艿闹苯永靡彩侨虻谝?，這些報(bào)道給人的感覺(jué)是我國(guó)在清潔能源的利用領(lǐng)域領(lǐng)先其它所有國(guó)家。這些數(shù)據(jù)和國(guó)際排名是事實(shí)，的確令大家十分振奮?？墒?，從另外一個(gè)角度來(lái)看，既然我國(guó)清潔能源的利用這樣先進(jìn)、規(guī)模這樣大，為什么我國(guó)（尤其是京津冀地區(qū)）以霧霾為主要困擾的環(huán)境問(wèn)題仍舊十分嚴(yán)重？其實(shí)，如果上述數(shù)據(jù)以人均方式計(jì)算，我國(guó)的排名就非常靠后了，這一疑惑也就不難理解了。由此可以看出，對(duì)很多報(bào)道和數(shù)據(jù)，我們要理性地、科學(xué)地看待。
（注：本文發(fā)表于北京大學(xué)國(guó)際戰(zhàn)略研究院簡(jiǎn)報(bào)第53期）
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