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可燃冰真的是冰吗能源新宠其实不神秘

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来源: 作者: 2018-11-09 18:16:43

可燃冰真的是冰吗?能源新宠其实不神秘

摘要:前不久国土资源部中国地质调查局在中国南海宣布,我国正在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得了成功,这也意味着我国成为全球第一个实现在海域连续稳定开采可燃冰产气的国家。这对于崛起中的中国来说无疑是打了一针强心剂,友们纷纷在络方面留言表示,厉害了我的国!

前不久国土资源部中国地质调查局在中国南海宣布,我国正在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得了成功,这也意味着我国成为全球第一个实现在海域连续稳定开采可燃冰产气的国家。这对于崛起中的中国来说无疑是打了一针强心剂,友们纷纷在络方面留言表示,厉害了我的国!蓝鲸1号开采平台正在开采可燃冰可燃冰实现稳定开采的意义有多大?据世界能源会议统计,世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨,预计还可开采150年。探明可采石油储量共计1211亿吨,预计还可开采30~40年。探明可采天然气储量共计119万亿立方米,预计还可开采60年。也就是说如果没有新能源的话,再过年,地球上可用的化石燃料能源就将消耗殆尽。不要以为百年很长,人类历史几百万年,区区百年真的是弹指一挥,所以我们也可以看到国家在不断的开发风能、太阳能等洁净能源,但目前来说这些能源的使用情况并不是特别理想。人类主要能源可用年限图表(来源于络)可燃冰的优势在哪呢?现已探明的我国可燃冰的蕴藏量大概有1000亿吨左右,这个是什么概念呢?上文也说道全球石油储量大概1211亿吨,也就是说仅我国的可燃冰储量的总量已经接近了全球石油的总量。而全球的可燃冰储量更是惊人,占全球有机碳总量的1/2以上,预计产生的能量可以供人类再使用1000年。所以,如果可燃冰实现稳定廉价的开采,很可能改变现在人类所面临的这种能源结构。可燃冰全球大致的分布情况(数据来自美国地质勘探局)那么神奇的可燃冰到底是怎样一种能源呢?可燃冰学名天然气水合物,又称气冰或者固体瓦斯,是目前世界公认的理想型替代能源,主要蕴藏于陆地永久冻土带和深海海底中,由天然气和水在0°低温和30个大气压的作用条件下形成的类冰状的结晶物质。这里值得一提的是全球海底大概有90%以上、陆地大概有27%以上的面积具备天然气水合物生成条件。所以可燃冰这一矿物资源在全球的分布是相当丰富的。可燃冰是一种很好的清洁能源可燃冰真的是冰吗?其实并不是,只不过是因为它有一个类似冰状形态的外观,又具有燃烧的特性,才获得了这样一个形象的名字,可燃冰中甲烷(大家家里使用的天然气的主要成分)的含量高达80%-99.9%,燃烧后产生水和二氧化碳,是一种非常清洁环保的能源,化学方程式如下:CH4+8H2O+ 2O2== CO2+ 10H2O(反应条件为“点燃”)。除了燃烧更加清洁环保外,它燃烧产生的能量要比我们常见的煤炭、石油、天然气多出数十倍(同体积下),所以无论从储存量、热量和环保角度考虑,可燃冰都可以说是人类未来要抱稳的一条“能源大腿”。天使or魔鬼 能量是全球原子弹总和一万倍关于人类对可燃冰的研究最早可以追溯到1778年,英国的化学家普德斯特里就着手研究形成可燃冰的温度和压强,他也成为第一个在实验室中制造天然气水合物的科学家,直到1811年,戴维首次在实验室中发现了可燃冰的水合物,他也被一些科学家认为是天然气水合物的发现者。转瞬100年后1934年哈默施密特发表了对美国天然气管道堵塞现象的检查结果,表示这些阻塞物不是普通冰块而是天然气水合物。而人类真正发现自然界中存在可燃冰是1965年前苏联科学家Makogon在西西伯利亚永久冻土带中发现天然气水合物矿藏,至此人类发现了自然界中的可燃冰并认识到了可燃冰的重要性,于1970年开始着手研究商业开采。而海洋中的天然气水合物则是在1971年由美国学者Stoll等人在深海钻探岩心中发现的。可燃冰的研究和开采主要集中在近几十年而在这几年来可燃冰的开采方面,美国、日本和德国均走在世界的前列。我国属于开发较晚的国家,虽然大家都在觊觎这块肥肉,但截至到我国成功海洋连续开采前,仍没有一个国家能够完成安全连续开采。以邻国日本为例,2013年率先在南海海槽进行海上试采,但因为出砂等技术问题失败,而到了2017年4月日本又在同一海域进行了第二次试采,第一口试采井累计产气3.5万立方米,但仅过一个月再次因为出砂问题项目再次终止。那么目前开采有哪些方式?实际开采需要面临哪些难度呢?点燃可燃冰开采成功后的天然气从目前的开采方式上来说主要有三种,分别是热解法、置换法和降压法,热解法是利用了可燃冰温度升高就会自动分解的特性,通过将温水注入可燃冰层的方式,使固态可燃冰分解成气态使甲烷气体溶解到水中后,再对水中的甲烷进行2次提取,这种方式不仅要对甲烷进行多次分离提取,还需要消耗大量的热水,经济性很差。置换法是将化学试剂注入可燃冰层中,通过与可燃冰反应,改变可燃冰状态,达到采气的目的,这种方法和热解法类似,对甲烷气体的收集和经济性都有一定的难度。降压法是利用可燃冰层下面往往存在游离的天然气,将这些天然气抽出后降低了可燃冰矿层的压力,当压力减小后,可燃冰不具备保存条件就会分解出气体。这种技术最主要的难点就是涌沙堵管的问题,目前中国成功开采可燃冰使用的也是这种基础方法的升级版,成功解决了涌沙堵管的问题实现连续开采。白色的小颗粒物就是可燃冰可燃冰是天使也是魔鬼,可燃冰之所以没有大肆开采,除了开发难度外,还有很多环境方面的问题,首先可燃冰的稳定性比较差,一旦汽化,海底的沉积物会失去稳定性,不仅会破坏人类铺设在海底的管道、开采平台等,还可能造成海底塌方、滑坡甚至大规模海啸。另外一个比较严重的问题是全球可燃冰蕴含的甲烷量是大气圈中的3000倍,而大气中的甲烷总量增加0.5%就会让全球变暖进程加快。还有一种更可怕的假说“可燃冰喷射”,可燃冰瞬间汽化与爆炸无疑,所以如果海底地质发生剧烈变化,很可能改变可燃冰的存储条件,带来毁灭性的灾难,据了解如果全球可燃冰爆炸其威力超过目前核武威力总和的10000倍。墨西哥湾钻井平台爆炸起因也是可燃冰而且在现实中已经有非常惨痛的例子了,2010年著名的墨西哥湾钻井平台爆炸,罪魁祸首就是钻井钻到了可燃冰,当可燃冰被钻头的热量分解后,气泡就在巨大的压力下,顺着钻柱就冲出了海绵。据幸存的钻井工人描述,当时海水突然向他们喷射出来,一直喷射到高达70多米的高空,随后甲烷气体也跟着喷出,遇到火源后发生了爆炸。成就并非朝夕 “蓝鲸一号”竟然还有妹妹1997年我国正式有关部门开始着手研究调查可燃冰,经过整整10年在2007年我国成功在南海北部神狐海域完成了可燃冰的首次采样工作,这让我国成为世界上第五个采集到自然状态下可燃冰的国家。而又过了整整10年,2017年我国在同样海域试采可燃冰获得了成功。也就是说今日看到的成绩并非一朝一夕的结果,而是整整花费了20年的人力物力。我国开采可燃冰方法的示意图这次中国是首先利用降压法、打破了天然气水合物储层的成藏条件,再将分散在类似海绵空隙中一样的可燃冰聚集,利用自主研发的水、沙、气分离核心技术(地层流体抽取试采法),有效解决了储层流体控制与可燃冰稳定持续分解的难题,最终将天然气取出。这其中涉及到了我国新研发的储层改造增产、可燃冰二次生成预防、防砂排砂等开采测试关键技术,其中很多技术都超出了石油工业的防砂极限。蓝鲸1号而负责此次开采的国之重器“蓝鲸一号”由中集来福士海洋工程有限公司建造于三个月前在山东烟台交付。这是中国造船企业在海洋工程超深水领域的首个“交钥匙”工程。该平台采用Frigstad D90基础设计,配备DP3动力定位系统,长117米,宽92.7米,高118米,最大作业水深3658米,最大钻井深度15240米,是目前全球作业水深、钻井深度最大的半潜式钻井平台,适用于全球深海作业。蓝鲸2号内部细节这样一台国之重器的复杂程度可想而知,27354台设备,40000多根管路,50000多个MCC报验点,120万米电缆拉放长度等等,据了解这台设备的一张设计图纸的数据量高达上百GB,需要几十位工程师分别对每个不同部件进行单独的设计,然后进行信息共享,完成组装。其姊妹号“蓝鲸2号”也将于最近交付。100升可燃冰能跑50000公里?假的!在可燃冰的介绍中,央视给大家举了一个汽车的例子,一辆使用天然气的汽车,如果一次加100升天然气能跑300公里,那么加入相同体积的可燃冰这辆车就能跑5万公里。乍一听,感觉人类真的是遇到了希望,未来买了可燃冰汽车加一次“冰”就能跑一年,简直是乐坏了老司机们啊。但实际上可燃冰并没有央视说的那么神奇,或者说是央视把这笔账给算错了。我们都知道1L可燃冰大概可以产生天然气164升,100升就是16400升,而现在的汽车用的天然气都是压缩液化的天然气,罐体一般是65L的气瓶,天然气的工作压力是20MP,1L液化天然气可以释放天然气200L。所以如果把100L可燃冰释放的天然气按照天然气罐的标准液化后是82L,根据司机的真实数据来看70L的罐体跑高速大概可以跑200公里,所以82L的天然气最多可跑235公里。与50000公里相差甚远。可燃冰其实可以理解成固态的天然气那么央视的超高数据是如何算出来的呢?根据之前的数据可以看出1L的可燃冰可以释放天然气164L,所以可燃冰1L相当于164L天然气,根据100升天然气可以让汽车跑300公里得知,300公里X164结果约等于50000公里。(这么说大家就发现问题的根本了吧,原因就在于,100升天然气其实也是压缩后的液化天然气,这个因素央视并没考虑在内。)友天然气车实测数据所以说,100升的可燃冰并不能跑50000公里,而且按照目前的开采技术来看,未来可燃冰依旧会按照天然气的能源使用方式,为用户提供能源,而不会让用户直接燃烧可燃冰。告别能源进口依赖 商用至少还得13年中国宣布在海域实现安全连续开采可燃冰的意义有多大?从大面来看,人类未来1000年不必担心能源枯竭的问题。但从我国整体的能源形势来看,我国作为能源大国,每年石油的消耗量超过5亿吨,其中56.42%的原油需要对外进口(2012年数据),所以能源的供给对于中国来说非常重要,而由于中国过分的依赖海外进口,所以一旦国际局势紧张,我国的能源入口很可能就被“卡住”,但是如果可燃冰实现商用化开采,我们对于海外原油的依赖度将大大下降,即便未来国际形势紧张,我国在能源上也完全可以自产自足。石油等传统能源作为燃料的地位将下降除了给我过能源供给模式带来利好外,从这次可燃冰试采成功也可以预见,未来可燃冰很可能影响目前传统能源的价格体系,一旦可燃冰的开采技术和成本下降,依靠传统石油天然气生产的输出国都将丧失竞争力。而从最近几天的资本市场可燃冰概念股价大热就可见一斑。预计最早也要13年以后我们才能用上可燃冰能源虽然目前可燃冰实现了开采,但从日本国家石油天然气和金属公司估算,从海底开采可燃冰成本高达2..8元每立方米,所以即便实现了稳定开采,价格也没什么优势。根据中国战略规划对可燃冰开放的安排,年为调查阶段,年是开发试生产阶段,年中国的可燃冰将进入商业生产阶段。从目前的进度来看,我们最早也要到13年后才能用上可燃冰。

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