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瞄准科技前沿:“冰火”试采催生中国能源变革

发布时间:2017-12-03 阅读:

  瞄准科学技术前沿:“放热”考验引发中国能源革命 - 新闻中心 - 科学网

  中共十九大报告提出了加快生态文明体制改革,建设美丽中国的宏伟目标。建设廉洁,低碳,安全,高效的能源体系,也是实现这一目标的重要手段之一。这无疑将适合中国目前在环境保护和可持续发展方面面临的实际情况,把握问题症结所在。多年来,中国一直坚持以煤为主的能源结构。据相关分析报告显示,2016年,中国经过艰苦努力,仍然占到了能源消费总量的62%,比上年下降4.7%。这种长期以煤为主的能源结构,导致煤炭在采矿,运输和燃烧过程中积累的污染日益增多,造成大量的以烟雾为代表的环境问题。

  只有加强环境治理,积极开发利用环保高效的替代能源,大幅度减少用煤量,从根本上改革中国的能源结构,才能保证我们赢得捍卫天空的战斗。有效提升人的收益感。清洁能源天然气水合物可燃冰藏的高能量密度和丰富的储量为推动中国能源结构转型带来了潜在的机遇,为了把潜在的机遇变为现实,有必要突破可燃冰矿开采技术,大大减少挖掘成本,尽早实现可燃冰块的商品化。

  困难采矿面临瓶颈

  20世纪60年代以来,人们在苔原和海洋深处先后发现了可燃冰层,对其物理化学性质特别是高能量密度和环境保护有了深入的了解。其庞大的储量准确预测,成功调查验证。国际上,可燃冰块早已被公认为煤,石油等替代能源,是世界重要的战略资源。但是,四十多年过去了。今天,世界上很少有国家利用可燃冰,甚至试飞采矿。这究竟是什么?

  困难的可燃冰矿开采是一个世界性的问题,这是由其成矿原理和物理化学性质决定的。天然气水合物是在高压和低温条件下形成的。一旦压力损失,或温度升高,就会变成气体,体积急剧增加160倍以上。在海底,天然气水合物被发现在泥泞的淤泥中。一旦井眼密封不好密封,大量的海水倒入,这可能会导致更大的不稳定性。大量的温室气体逸出,甚至造成海底山体滑坡甚至更大的灾难。在永久冻土层,由于混合砂粒的作用,一旦开采出砂土,天然气水合物就难以加工。一旦天然气水合物被提取,如果管道密封没有得到很好的保护,甲烷气体就会逸出。可燃冰矿的核心难点在于有序可控的地质等次生地质灾害。在实践中也证实了这一点。 2013年,日本在南中国海槽进行了海上可燃冰块的试验,但是由于产沙等技术问题而未能成功。二零一七年,日本在同一地区进行二次试产,因产砂而不久又停产。

  即使解决了采矿的技术问题,可燃冰的相对有竞争力的成本也是制约开发利用的重要因素。也就是说,与传统的煤炭,石油,天然气等化石燃料相比,可燃冰只能在矿业,运输等综合成本基础上解决大规模开采,相当于传统的化石燃料,它必须进入现有的能源体系,才能实现能源结构调整。

  相继尝试成功

  5月中旬,在南海神火海域,蓝色的海面上的蓝橙色的1号钻井平台高高地站立着,从火海中伸出的一座塔的末端。这种火焰不仅点燃了全国人民的热情,而且还通过电视新闻镜头引起了世界的关注。经过二十多年的努力,中国能源科学家和工程师不仅实现了一次又一次的可燃冰探测技术的突破,而且成功取样了海陆燃烧冰,初步解决了海上可燃冰的困难开采。在南中国海,这种光滑,悠久的绿色能源被中国自主研发的技术和设备安全性试验所利用。

  经过60天的连续生产和现场测试,该试验共生产近31万立方米的天然气,平均5000立方米的日产甲烷含量高达99.5%,创造了两项世界气体记录生产时间和总产气量。特别值得一提的是,试采今年经受了二号台风苗白的严峻考验。在最大台风11个台风中心,6.5米高的恶劣环境下,试采队采取积极措施,积极应对生产过程不受影响,产气过程稳定。试采取得成功,把中国的可燃冰矿开采技术和能力推向了当今世界最先进的水平,在南海可燃试冰成功结束后,中共中央和国务院派出了热烈祝贺各参与单位和人员赞扬我国在可燃冰领域取得历史性突破,试采取得成功,是中国人勇于攀登世界的又一个成果。技术对能源生产和消费革命具有重要而深远的影响。

  据中国地质调查局副总工程师,南海可燃冰试验现场指挥部主任叶建良介绍,为保证可燃冰的成功开采,试采队实现了六大技术系统和20项关键技术进行了自主创新。其中,地层流体提取方法是最重要的创新技术之一,由开发可燃冰试点项目的首席科学家陆海龙在国际上提出并实施。基于可燃冰的物理特性及其自然输出特性,提出了地层流体提取方法,以解决易燃冰中易发育砂岩和低渗储层的问题。通过油藏改造等方法,提高油藏采油能力,实现可燃冰的长期,高效,安全开采。

  绿色能源也必须是绿色采矿。南中国海可燃冰试验过程也是全面实施环境试验的过程。试采团队开发了相应的可燃冰矿海洋环境监测技术,包括多学科,多方法的环境评估,三维环境监测和井下实时测量技术。此外,在环境安全防控试制中,建立了试采前可燃冰环境影响评价技术方法,获取环境背景资料;建成大气,海水,海底,地下四维立体环境监测网络,实现对温度,压力,甲烷浓度和海底稳定参数的实时监测和安全预警。

  瞄准形成产业链的目标

  测试成功采矿,国产设备贡献。据叶建良介绍,由于可燃冰矿开采的特殊性,常规海洋开发和设备材料不能直接应用,这就要求试采团队要自主开发可燃冰专用设备,管材,特种材料。据中国国土资源部地质调查局副局长李金发介绍,这次试采,使得许多重大技术装备的自主创新,包括适用于试油库的防砂筛适用于海底变形的实时监测;同时开发了可燃冰绝缘压力取样器,海底可控源电磁探测系统,大型天然气水合物试采开采模拟装置,其中,超深水蓝鲸1号是我国成功开发的最大,最深的海洋钻井平台之一,自主设计和建造的半潜式钻井平台,具有高效的双井架钻井系统,为我国首次试验的可燃冰块,并表现出优异的性能,特别是对恶劣的天气条件,如典型的hoons。

  据李金发介绍,成功的试采表明,中国在海洋可燃冰的发展理论,技术,工程和装备方面已经有了自己的创新。但是,这只是一个新的开始。接下来,将逐步开展不同类型的天然气水合物试生产,这就需要研究和开发适应不同类型的试采技术和设备的特点,建立适合我国技术体系发展的资源。

  经过成功的采矿试验,中国可燃冰的发展正在加速。在南海可燃冰花试制烟花生产慢慢扑灭后,第一口试验井约1个月后,蓝鲸1号蓝鲸姐姐完成了首航。这艘船更新了“蓝鲸一号”保持的多项性能记录,无疑将成为中国可燃冰藏发展的又一武器。最近,国务院批准可燃冰块作为中国第173个独立矿山。国土资源部矿产资源部部长鞠建华说,此举将大大推动中国天然气水合物勘探开发工作进入新的发展阶段,国土资源部将研究制定勘探和开发可燃冰资源,建立技术标准和规范体系,加强资源管理和政策扶持,促进可燃冰资源勘探和生产的快速发展。

  值得注意的是,鞠建华透露了针对可燃冰商业发展的政策方向。例如,可燃冰的发展将被列入战略性新兴产业的名录。政府会同有关部门制定税收优惠政策和价格补贴政策,提高企业积极性,鼓励企业有序进入天然气水合物勘探开发领域。此举将提升可燃冰块作为新能源的市场竞争力,增强市场参与者进入该行业的商业动力。又如,加强有关易燃冰的研究和重大技术问题和技术装备的研制开发,有利于推进钻井装备制造,管网建设,建筑,液化天然气运输船,特种气体勘探开发等特种技术装备制造业形成完整的上游勘探开发,中游运输储备和下游综合利用产业链。

  依靠科技进步,保护海洋生态,促进天然气水合物勘探开发产业化,为推动绿色发展,保障国家能源安全作出新的更大的贡献。中共中央,国务院对海上可燃冰块试采的成功传递,为中国可燃冰业务的发展指明了方向。只要我们长期瞄准这个方向,一定要率先实现可燃冰块的开发利用,实现能源结构的根本转变,走出绿色能源之路。

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