可燃冰属于常规能源吗
自从工业化以来,一个国家的发展就离不开能源,而随着社会科学、经济的不断的发展,我们“心仪”的能源也从煤炭、石油发展到了一些更加清洁、环保的能源,例如风能、水能、核能等等。
除了这些我们经常听到的清洁能源之外,还有一种高潜力能源也正处于开发当中,那就是可燃冰,它污染小、储量大,被国际公认为石油的“接替能源”。虽然可燃冰有着种种好处,但它的劣势也很明显:开采难度很高,高到世界大国都曾为此头疼、高到可燃冰的开采一直不如人意。
直到2017年,南海的一把大火,“烧”出了可燃冰开采的“中国方案”,我国似乎看到了可燃冰作为“替代能源”的曙光,而这一切,“蓝鲸一号”功不可没。
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一种储量巨大的清洁能源
顾名思义,可燃冰是一种外观像冰、遇火即燃的物质,它的正式名称叫做“天然气水合物”,实际上是天然气和水在高压、低温条件下形成的一种类似冰的物质。
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1810年,科学家首次在实验室中发现了可燃冰,但当时其实并没有引起大家的重视,1946年,苏联学者提出只要有合适的温度和压力,“自然界必定有可燃冰”,在坚持寻找20多年后,苏联地质学家终于在西伯利亚发现了可燃冰矿藏。
经过研究,科学家发现,1单位体积的可燃冰可以分解最多164单位体积的甲烷,而且,可燃冰是一种燃烧值很高的清洁能源,因为其每立方米燃烧产生的能量是等量常规天然气的1.43倍,也比现在我们使用的煤炭、石油要高。
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而且,可燃冰不像煤炭、石油等能源燃烧后还会产生烟尘或者其他有害物质,它在燃烧后只会产生二氧化碳和水,其对环境的污染显然很小,因此被认为是一种具有很高潜力的替代能源。
基于以上原因,人们对可燃冰产生了巨大的兴趣,自从20世纪60年代起,世界大国都制定了可燃冰的开采计划,至今人们在海洋和冻土发现的可燃冰矿点已经超过了230处。
潜在气体联合会估计,可燃冰中至少含有1万亿吨碳,是现在已经探明的所有化石燃料中碳含量的2倍之多;还有科学家预计,海底可燃冰可供人类使用上1000年,如果这一切预计属实,可燃冰将会成为未来不可或缺的替代能源。
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根据现在的勘探,我国的可燃冰资源储量位居世界第一,其中又以南海的可燃冰储量最为丰富,2018年的初步预计表明,我国海域的可燃冰资源含量大约与800亿吨油当量。
清洁环保、储量大,可燃冰的重要性可见一斑,因此,也有人将可燃冰比作黄金。不过,也许从某种角度而言,可燃冰作为一种清洁能源,能为人类作出的贡献可比黄金要高得多了。
不过,尽管可燃冰在地球上的储量巨大,但可燃冰的开采似乎一直是人类的一个难题,不仅中国在几十年的时间内都没有攻克这个难题,其实西方大国也大多没有能解决可燃冰开采的问题。
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难以开采的可燃冰
如前所述,可燃冰是因为低温高压而形成的,而在可燃冰的开采过程中如果不能有效地控制温度和压力条件,就可能会导致温室效应加剧甚至是海底滑塌事件等一系列环境问题,也正是因此,可燃冰的开采难度被称之为“豆腐上打铁、用金刚钻绣花”。
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一方面,如果开采不慎,可燃冰将会迅速气化、大量释放甲烷气体,可能导致海床崩塌或是其他灾害;另外一方面,可燃冰中甲烷的温室效应是二氧化碳的20倍,若是在开采过程中让甲烷逃逸到大气中去,将会迅速加剧温室效应。
另外,在可燃冰的开采过程中还会产生大量的水,释放岩层孔隙空间,这将会导致相关地区的稳定性变差,这 也可能会引发地质灾害或是对海底电缆、海洋石油钻井平台造成破坏。因此,美国方面曾发出警告称,开发可燃冰必须十分谨慎,以免酿成后患。
现在可燃冰的开采主要有三种方法,但这三种方法都存在着一定的缺陷,不是开采效率不高,就是开采所需的条件比较苛刻,要不然就是会造成环境问题,因此,其实现在可燃冰的开采并不尽如意。
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自从我国在上个世纪在南海发现了数量可观的可燃冰之后,就一直在研究经济可行的可燃冰开采方法,但由于技术和经济条件所限,以及外国对我们“卡脖子”,我国在后来的几十年内都未能成功开采可燃冰。
可不管多艰难,我国科学家从未放弃对这种清洁能源的开采研究,直到2017年5月18日,南海上的一把大火终于宣告了我国科学家的成功,这意味着我国南海所蕴藏的5000亿吨“黄金”——优质可燃冰——将可能被我们利用,我们的能源危机可能将“不复存在”。
为什么我国在2017年能够成功开采可燃冰?科研人员表示,我国新交付的“蓝鲸1号”功不可没。
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2017年2月13日,中集来福士正式交付半潜式钻井平台“蓝鲸1号”,它是我国完全自主知识产权产品,代表着当今世界海洋钻井平台设计建造的最高水平,也是我们新一代的“大国利器”。
“蓝鲸1号”是一个甲板面积有2个足球场大小、高度相当于37层楼的“庞然大物”,其最大钻井深度可达15240米,号称“钻到地球的最深点都没问题”。
“蓝鲸1号”的交付意味着我国又创造了2个世界之最,即全球作业水深、钻井深度最深的半潜式钻井平台。
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根据专家介绍,“蓝鲸1号”在设计上有两点“颠覆了传统”,一是它拥有左右两个铁臂,一个钻井、一个接管,相互协作提高了工作效率;二是它一次出海可以携带370根油管,能够为开采提供充足的物料资源,这样一来,“蓝鲸1号”的钻井效率提高了约30%。
“蓝鲸1号”交付后,很快投入了我国首次海域可燃冰试采工作中。
这次试采的作业区位于珠海市东南的神狐海域——根据相关报道——自从2017年5月10日试气点火之后,我国连续开采可燃冰60天、累计产气量超过30万立方米,创造了全球持续产气时间最长、产气总量最大的世界纪录,并且开采气流稳定、开采对环境安全也没有造成重大影响,真正实现了试采的成功,因此,说“蓝鲸1号”是我国可燃冰开采的“最大功臣”似乎也不为过。
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这次试采不仅让世界震惊,也让世界羡慕,因为这是全球首次实现开发难度最大的泥质粉砂型可燃冰安全可控的开采,而这种泥质粉砂型可燃冰的储量占全球可燃冰总量的90%以上。
换句话说,我国成功掌握了一种西方国家——哪怕是美国——都不曾掌握的技术,为可燃冰的开采提供了“中国方案”。
我国也因此在可燃冰开采领域一跃走到了世界前列,那些曾经看不起我们的对手,现在不是想要重金购买的技术,就是想与我们“合作开发”,即使拉不下“脸面”来,也在密切关注着我国的一举一动,希望能从中分一杯羹。
但现在,主动权在我国手中,我们有什么理由要和这些西方国家“合作开发”?
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什么时候能用上可燃冰?
虽然我们说西方国家曾经也在可燃冰上对我们“卡脖子”,但实际上,就算是美国在可燃冰的开采上也并不是那么顺利,要不然也不至于让他们“眼红”我国的技术,所以可燃冰开采的“中国方案”对世界有着十分深远的影响。
一方面,我国率先建立了可燃冰“两型三期”的成矿理论和“三相控制”开采理论,确保了可燃冰开采过程的安全可控。
可燃冰的成功开采不仅能够保障我国国家能源安全,还能够促进我国海洋经济发展、促进我国新一轮发展产业变革,有助于我国实现海洋强国战略。
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另外一方面,可燃冰开采的“中国方案”将助力“一带一路”的发展。因为我国试采成功的泥质粉砂型可燃冰同样广泛分布在“一带一路”沿线国家,沿线国家也都希望对可燃冰进行开发利用。我国完全可以以技术输出的方式与沿线国家合作,改变各国的能源结构、解决能源问题,助推经济发展。
不过,专家表示,成功试采只是意味着可燃冰开采达到了“技术上可行”的阶段,但真正要实现民用化、商业化,我们还有许多问题要解决。例如,如何才能进一步降低可燃冰的开采和运输成本;例如,如何才能降低开采对周边环境和矿藏的影响。
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2017年时,专家表示,基于我国现在可燃冰调查研究和技术储备的状态,我国要在2030年左右才可能实现可燃冰的商业化开采,不过我国的科学家从未停止努力,而似乎,这一天有可能提早到来。
2020年,我国进行了第二轮可燃冰试采,这一次我们只用了1个月就开采了86.14万立方米的天然气,是第一轮60天产气总量的2.8倍,奠定了商业开采的技术基础。
2021年12月,中科院李小森团队研制出了全球首套大尺度、全尺寸开采井天然气水合物三维综合试验开采系统。
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经过大量实验研究,科学家确认这套系统能够显著提升可燃冰开采的经济性和安全性,并降低可燃冰开采的风险,这意味着我国距离可燃冰的民用化又近了一步,也许就在不久的将来,我们就能真正实现可燃冰的商业化应用。
这对我们来说,无疑是一个好消息,因为对于我们这样一个能源需求极大的国家而言,能源安全是重中之重。数据显示,我国在2011年时就已经超过日本,成为了世界上最大的煤炭进口国,2015年则超过美国成为了全球最大的原油进口国。
现在,我国不仅能源对外依赖度比较高,而且像是马六甲这样重要的能源通道还掌握在西方手中,国家能源安全面临着巨大的威胁。
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而一旦可燃冰能够实现规模化开采和应用,我国的能源安全问题将迎刃而解,这也将在很大程度上改善我国的能源消费结构,让我国的能源消费迈入更加绿色环保的新时代。
更重要的是,这将会大大削弱美国现在十分看重的“能源霸权”,进而削弱美国在全球的霸权,就让我们拭目以待。
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