李克文 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）教授
最近幾個月來，中央電視臺等主流媒體和許多社交媒體都報道了我國在兩種新能源可燃冰和干熱巖方面的重大突破 。大多數(shù)人以前對這兩種能源并不是很熟悉，看了這些報道后感到非常興奮。我國取得的這些突破的確具有十分重要的意義，對推動我國能源生產(chǎn)和消費革命具有重要而深遠的影響。但是，從科學(xué)的角度來看，很有必要對這些新聞報道以及這兩種新的清潔能源進行正確的分析和認識。
一、 汽車一次加100升可燃冰能跑多少公里？
2017年5月18日，我國在南海神狐海域首次成功試采可燃冰。據(jù)央視報道：“若一輛使用天然氣為燃料的汽車，一次加100升天然氣能跑300公里，加入相同體積的可燃冰，這輛汽車能跑5萬公里”，不少新聞媒體也紛紛轉(zhuǎn)載?？吹竭@一報道，不少人興奮不已。汽車跑5萬公里是什么概念？簡單地說，一般家用汽車加一次可燃冰，2-5年不用添加燃料了。那么，汽車一次加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行駛大約10-15公里。按此推算，汽車一次加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5萬公里。
二、 可燃冰可供我國使用多少年？
根據(jù)國土資源部提供的數(shù)據(jù)，全國可燃冰的地質(zhì)資源量相當(dāng)于1000億噸石油。不少報道指出，按照當(dāng)前我國能源使用量粗略估算，可燃冰可供我國使用一百年以上。這個前提假設(shè)是所有這些可燃冰能夠100%開采出來，且全國能源年消費總量也不是基于2016年的數(shù)據(jù)。我國2016年全年能源消費總量初步核算為30.5億噸石油。由此可知，如以我國2016年的能源消費總量作為基數(shù)來計算，可燃冰（相當(dāng)于1000億噸石油）可供全國使用33年左右。而實際上，地質(zhì)資源量不等于可采儲量，是不可能100%開采出來的。那么，多少比例（采收率）的可燃冰能夠開采出來？對于這個問題，目前沒有明確的、可靠的答案。這是因為，這是我國第一次進行可燃冰試采，國際上已經(jīng)開展可燃冰試采的國家也為數(shù)不多；何況所有國家，包括我國在內(nèi)，都已經(jīng)停止開采可燃冰了。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、 可燃冰何時能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化開采？
目前，可燃冰的開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）混合開采法。目前，有專家認為可燃冰的開采在技術(shù)上是可行的，而實際上，斷定可燃冰的開采技術(shù)已經(jīng)可行或者成熟還為時過早。除了技術(shù)問題，另外一個困難是環(huán)境問題?？扇急幌癯Ｒ?guī)天然氣或者頁巖氣那樣儲存在堅硬的巖石中，儲層上部也不是致密巖石構(gòu)成的高強度蓋層，而是海水或者強度很低的地層。由于這一特征，在開采過程中，可燃冰中的甲烷可能不按照設(shè)計流經(jīng)井筒采出，而有可能通過其它位置大量逃逸到海水、大氣中，這將產(chǎn)生新的環(huán)境問題（加劇溫室效應(yīng)）。另外，海底可燃冰儲層甲烷的大量分解也會降低海底地層強度，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)于可燃冰何時能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化開采有不少預(yù)測和報道，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。最近還有專家預(yù)計，2030年可燃冰的產(chǎn)能可以達到10億立方米。事實上，任何預(yù)測都有不確定性。其實，2003年也有專家預(yù)測15年后，即2018年，能夠?qū)崿F(xiàn)可燃冰的商業(yè)化開采，現(xiàn)在看來肯定是無法實現(xiàn)的。實現(xiàn)可燃冰商業(yè)化開采的影響因素很多，包括開采技術(shù)的先進性、經(jīng)濟性（開采成本）、可持續(xù)性、環(huán)境問題，以及與其它能源的成本可競爭性等。如果國際石油（50美元/桶左右）和天然氣價格徘徊在目前水平甚至更低，即使可燃冰開采技術(shù)有革命性的突破，商業(yè)化開采的時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使用多少年？
根據(jù)國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，我國地殼3-10千米深處陸域干熱巖資源量為856萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，“根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)”，以其2%作為可采資源，全國陸域干熱巖可采資源量達17萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，與美國的資源量約在同一數(shù)量級。以我國2016年全年能源消費總量大約43.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤作為基數(shù)來計算，干熱巖的可采資源量可供我國使用3900年左右，這比可燃冰的可使用年限要多幾百倍。不過，有關(guān)報道中所說的2%“國際標(biāo)準(zhǔn)”，并不是真正意義上的國際標(biāo)準(zhǔn)，而是目前國際上該領(lǐng)域的專家在無法確定干熱巖地質(zhì)資源量有多少比例能夠開采出來的情況下，假定的一個可采系數(shù)下限，上限假定為40%。如果按照可采上限40%來計算，那么干熱巖的可采資源量可供我國使用幾萬年。
五、 干熱巖的發(fā)電成本是多少？
根據(jù)央視報道，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)電相對于太陽能、風(fēng)能發(fā)電的重要優(yōu)勢。但干熱巖的發(fā)電成本，無論是從度電成本還是初期投資成本的角度來看，很多人認為明顯有問題。這可能是因為干熱巖、風(fēng)力與太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效可用系數(shù)差別很大 ，對應(yīng)系數(shù)分別是90%、20%、15%左右，不同的地區(qū)有一定的差異。以太陽能為例，一天24小時大約只有8小時有比較強的陽光，一年365天不太可能天天出太陽，沒有太陽時，光伏發(fā)電站就不能發(fā)電。這就是為什么一個裝機容量為100兆瓦的太陽能光伏系統(tǒng)大致等同于一個15兆瓦的地?zé)岚l(fā)電廠。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)電的成本估計要復(fù)雜的多，這是因為干熱巖發(fā)電成本受干熱巖儲層的溫度以及深度的影響很大（流體到達地面的溫度不同，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進行供熱、洗浴等梯級利用，如果考慮這一部分經(jīng)濟效益，常規(guī)地?zé)衢_發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)濟性還要提高。但是，因為干熱巖沒有水，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能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化開采？
干熱巖地?zé)崮艿拈_采方法主要是所謂的增強地?zé)嵯到y(tǒng)方法，即EGS（Enhanced Geothermal System）方法。該方法的工藝過程大致是：通過鉆井在干熱巖儲層中建成對井（生產(chǎn)井和注入井）系統(tǒng)，在對井間儲層進行壓裂后，通過注入井注水，水與巖體接觸被加熱后返回地面進行發(fā)電或梯級利用，冷卻后的地?zé)崴畡t重新注入熱儲進行循環(huán)，從而在生產(chǎn)井-熱儲-注入井之間形成人造熱交換與流體循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)地?zé)崮艿母咝ч_發(fā)與利用。
近幾年來，國際上地?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)電裝機容量目前已達1.3萬兆瓦以上，而我國只有27兆瓦左右，在全世界利用地?zé)岚l(fā)電的24個國家中僅僅排名第18位，與美國等發(fā)達國家的差距非常大。到目前為止，我國還沒有干熱巖發(fā)電站。國際上最著名的是法國的Soultz干熱巖發(fā)電站，已經(jīng)連續(xù)運行多年。目前來看，干熱巖發(fā)電在技術(shù)上是可行的，關(guān)鍵問題是鉆井成本。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，如果國家給予干熱巖發(fā)電類似于光伏發(fā)電的補貼等優(yōu)惠政策，利用現(xiàn)有的技術(shù)目前就可以開展較大規(guī)模的干熱巖開采。當(dāng)然，這還要取決于熱儲溫度等多個具體參數(shù)。
七、 結(jié)束語
在各種報道中，時常提及我國的太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電國際第一、甚至我國地?zé)崮艿闹苯永靡彩侨虻谝唬@些報道給人的感覺是我國在清潔能源的利用領(lǐng)域領(lǐng)先其它所有國家。這些數(shù)據(jù)和國際排名是事實，的確令大家十分振奮?？墒牵瑥牧硗庖粋€角度來看，既然我國清潔能源的利用這樣先進、規(guī)模這樣大，為什么我國（尤其是京津冀地區(qū)）以霧霾為主要困擾的環(huán)境問題仍舊十分嚴(yán)重？其實，如果上述數(shù)據(jù)以人均方式計算，我國的排名就非?？亢罅耍@一疑惑也就不難理解了。由此可以看出，對很多報道和數(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)國際戰(zhàn)略研究院簡報第53期）
歡迎一切與地源熱泵行業(yè)相關(guān)的新聞包括但不限于投標(biāo)中標(biāo)、技術(shù)研發(fā)、新品發(fā)布、從業(yè)經(jīng)驗、施工技巧、成功案例、創(chuàng)新思維的資訊或論文類投稿，本網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部將擇優(yōu)在地源熱泵網(wǎng)微信公眾平臺（微信號：www-dyrbw-com，您也可掃描下面的二維碼）、新浪公眾平臺、地源熱泵網(wǎng)主站、《地源熱泵》雜志上刊登。投稿郵箱：
責(zé)編：wjy
歡迎一切與地源熱泵行業(yè)相關(guān)的新聞包括但不限于投標(biāo)中標(biāo)、技術(shù)研發(fā)、新品發(fā)布、從業(yè)經(jīng)驗、施工技巧、成功案例、創(chuàng)新思維的資訊或論文類投稿，本網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部將擇優(yōu)在地源熱泵網(wǎng)微信公眾平臺（微信號：www-dyrbw-com，您也可掃描下面的二維碼）、新浪公眾平臺、地源熱泵網(wǎng)主站、《地源熱泵》雜志上刊登。投稿郵箱：
Email: direjia@126.com（投稿），direjia@163.com（合作）,
直線電話：18515158288（同微信）
