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国际能源署预测: 全球天然气大约能用二百年

发布时间:2018-01-24 13:52:12   来源:刘国伟     浏览次数:306

◎本刊主笔  刘国伟

【为了保卫蓝天,减少空气污染的危害,我国越来越多的城乡用天然气来烹饪、取暖,取代了秸秆、木柴、煤炭。天然气主要成分是甲烷,完全燃烧生成二氧化碳和水,显然更清洁。不过,我国部分地区在刚刚过去的2017年冬季却出现了“天然气荒”。那么,天然气会被用完吗?其他国家是怎么利用和储存天然气的?如何避免“气荒”?】

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东京燃气公司的一艘LNG运输船停泊在日本千叶县


  • 天然气会被用完吗

天然气形成于漫长的地质年代中,和石油、煤炭一样经历了复杂的形成过程,是上天赐给人类的不可再生的化石能源。论成分,天然气以甲烷为主,还有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、以及少量的其他烷烃。不过,天然气的成分从来不是一成不变的,不同地区的油、气井中采出的天然气成分差别很大,所以天然气与石油一样有产地之分。

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英国剑桥市切斯特顿路,工人在铺设聚乙烯天然气管道。

天然气既然是不可再生能源,理论上就有被用光的一天。国际能源署的资料显示,按照2015年世界天然气消费量来衡量的话,全球剩余的可利用天然气储量估计还能使用250年。当然,天然气消费量不是每年不变的,而是逐年增多的。如果按照每年使用量增幅为2%-3%来计算的话,剩余的天然气大约只能用80到100年了。不过,大家也不用太悲观,一方面是天然气的探明储量在不断增长,另一方面作为替代能源的可再生能源也在迅猛增长中。

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美国国家地理数据中心合成的全球夜间天然气放气火炬图像,可看到全球几个重点地区。


  • 西方何时开始利用天然气?

中国利用天然气之早是世界公认的,2000年前的四川人就利用天然气燃烧来加工井盐了。1626年,天然气被西方人在北美洲发现。法国探险家来到北美洲漫步伊利湖畔,发现当地的原住民把湖周围渗出的气体点燃了。但是,这些利用方式受时代和地理条件的制约,是非常有限的。

直到200年后的1825年,威廉·哈特在纽约的弗雷多尼挖掘出第一口专门用于获取天然气的井,哈特因此被许多人视为美国的“天然气之父”。在哈特工作的基础上,弗雷多尼亚燃气公司最终得以成立,这是美国第一家天然气公司。在19世纪的大部分时间里,天然气几乎全部用作照明,因为缺乏管道等基础设施,很难将天然气运输到很远的地方,也就难以广泛地用来取暖或烹饪。

现代意义上的管道基础设施,是20世纪20年代才开始在西方国家出现的。二战后,新的焊接技术以及管材轧制和冶金技术的进步,进一步提高了煤气管道的可靠性。成千上万公里的煤气管道从此出现在许多国家,为更多的人们送来温暖和方便。


  • 地下储气库有四种类型

地下储气库能够在供气的淡季把多余天然气注入地下储存起来,在用气高峰时将天然气采出来,这对天然气的调峰作用不可低估。1915年,加拿大建成世界上第一座地下储气库。截至2016年,运营地下储气库最多的国家依次是美国(419座)、加拿大(55座)、德国(46座)和俄罗斯(26座)。目前,世界上典型的天然气储气库主要有以下4种类型:

一是废弃油气藏储气库,就是利用已经枯竭废弃的天然气藏或开采到一定程度的退役气藏而建造的储气库。这种类型的储气库数量最多,人们对其地质信息掌握得比较详细,可节省大量投资。

二是含水层储气库,就是将天然气注入地下合适的含水层而形成的人工气藏。天然气储气库由含水砂层和不透气覆盖层组成。含水砂层要有一定的渗透性,这种渗透性对用天然气置换水的速度起决定作用,渗透性越好,天然气置换的速度就越快。含水砂层起到的作用类似海绵。

三是盐穴储气库,就是在地下盐层或盐丘中,利用水溶解盐的开采方式形成地下空穴,用来储存天然气。对于周围缺乏多孔地下岩层的城市,特别是在具有巨大岩盐矿床地质构造的地区,建造这种地下储气库已是各国普遍做法。但是盐穴储气库从可行性研究到投产时间较长。目前,我国最大的盐穴储气库是江苏常州的金坛储气库。

四是废弃矿坑及岩洞储气库,即利用废弃的符合储气条件的矿坑、洞穴,或在山体中开凿的岩洞改建的地下储气库。由于符合储存天然气地质条件的矿坑很少,人工开凿也受地质条件的限制,因此这种储气库屈指可数,目前全世界只有三座,两座在美国,一座在德国。

储气库的建设成本除了地质工程上的支出外,垫底气的花销也是一笔不小的固定投资。所谓垫底气就是注入储气库后再也采不来的那部分天然气,注进去是为了形成一个压力下限,创造一个储存天然气的环境。例如,我国重庆著名的相国寺地下储气库的设计库容为42.6亿立方米,其中近20亿立方米的库容为垫底气。


  • 煤制气始于纳粹德国

因为我国的煤炭资源丰富,所以有专家就主张要发展煤制气,来减少我国的天然气进口量,从而保证能源安全。煤制气也称为合成天然气(SNG),这是一种由煤炭经过化工处理生成的天然气。作为天然气的替代品,煤制气具有类似于天然气的燃烧特性,适于用天然气管道来输送。媒体上近年提起煤制气,无不强调中国煤制气的产业规模一家独大。不过,这种用煤炭制取油气的工艺起源于德国。

截至目前,外国规模化生产煤制油气的案例主要有三个:一是纳粹德国从1936年到1945年的煤制油项目;二是南非从1955年开始的煤制油工程;三是美国的大平原煤制气厂。煤制油气在技术上有许多相关的地方,德国、南非和美国的技术也有一定的传承性。这种工艺能流传至今,说明煤制气仍有其用武之地。

美国的煤制油气研发从20世纪40年代开始,至今只有大平原煤制气厂实现了商业化运转。该厂的最初评估始于1973年,1984年开始投产。但是仅仅运营了一年,美国油气价格不涨反跌,在失去美国政府财政补贴后,大平原气化联合公司在1985年宣布破产。此后,该厂被美国能源部转让给新北电力合作集团经营。

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美国西弗吉尼亚州新马丁斯维尔的一座天然气处理厂

如今的大平原厂仍在运转,是美国煤制天然气的独苗。每天有1.6万吨的褐煤在14台气化器处理,形成煤制气,再通过管道传送出厂销售。值得一提的是,现在的大平原厂除了煤制气有商业收益外,还把生产过程中捕获的二氧化碳用来销售盈利。2000年伊始,该厂安装了两台大型二氧化碳压缩机,通过一条330公里的管道向加拿大油田输送二氧化碳(将二氧化碳注入地下,可提高采油率)。到2007年,大平原销售的二氧化碳超过1200万吨。


  • “天然气火炬”为何白白烧掉?

说到天然气与环保的关系,很多地方熊熊燃烧的天然气火炬(类似烟囱等形状的放空燃烧天然气的设施)照亮了天空,是很让环保人士费解的事情,感觉这么做很浪费能源。

笔者就此咨询了能源专家。专家的解释是,这些火炬是现代天然气加工场站里的放空系统。放空系统对企业意义重大:检修或改造时,必须把设施内的天然气排光,以防施工作业时因为引起爆炸。此外,一旦发生意外,安全阀自动打开,生产设施里的天然气就全部跑到放空管,进入放空火炬,然后烧掉,避免站内存积天然气,发生次生灾害。之所以用燃烧的方式,是因为天然气的主要成分是甲烷,甲烷的温室气体效应比二氧化碳还要高数十倍。

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墨西哥湾第二大钻井平台亚特兰蒂斯日产原油20万桶,其天然气放气火炬正在工作。

在很多石油生产现场,天然气火炬非常普遍。油田生产者通常认为,把天然气烧掉比收集并使用它更合算,省事省时。其根本原因是,油田缺乏将天然气运输至市场的管道。从天然气火炬数量来看,美国位居榜首;从白白烧掉的天然气总量来看,俄罗斯排在第一。无论如何,这都是浪费宝贵资源的做法。因此,从2015年起,世界银行等组织牵头,努力采取各种措施,决心到2030年在全世界的石油开采场所终结天然气火炬。

(如需转载请注明作者及转自《环境与生活》杂志)

责编:郑挺颖

网编:吴燕芳