日本“可燃冰”距離商業(yè)開(kāi)發(fā)還有多遠(yuǎn)？

　　福島核事故后，日本面對(duì)能源自給率破安全警戒線，化石燃料占比過(guò)高，可再生能源難以基荷，核電無(wú)法重啟的難題，安倍政府不得不另尋出路，一手拿著可燃冰，一手握著氫能，試圖以這兩大“國(guó)產(chǎn)資源”為抓手，一舉甩掉“缺油、缺氣、又缺煤”的“資源小國(guó)”帽子，從而實(shí)現(xiàn)150年前明治維新以來(lái)一直孜孜不倦追求的能源自給日本夢(mèng)。

　　2018年是日本可燃冰開(kāi)發(fā)計(jì)劃承上啟下的關(guān)鍵之年，為期18年的國(guó)家可燃冰開(kāi)發(fā)計(jì)劃行將到期，可燃冰能否復(fù)制美國(guó)的“頁(yè)巖氣革命”奇跡，成為日本能源革命的救世主？

　　規(guī)劃先行分三步走

　　近年來(lái)可燃冰有點(diǎn)“熱”。全球可燃冰儲(chǔ)量預(yù)估達(dá)到2800萬(wàn)億?，大約相當(dāng)于全球已探明石油、煤炭和天然氣總量的兩倍，能滿足人類(lèi)上千年使用。不過(guò)目前世界上可燃冰都處在勘查和試采階段，仍然沒(méi)有被大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)和利用的成功先例。

　　所謂可燃冰是固態(tài)甲烷和水的水合物，甲烷分子在水分子組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫隙間留存，呈現(xiàn)為冰狀的結(jié)晶體?？扇急煞謴?fù)雜，包括甲烷、乙烷、丙烷和二氧化碳。因其只能在高壓低溫環(huán)境下生成，一般存在于水深500米以上的海底和長(zhǎng)年凍土之下。

　　日本近海的可燃冰資源主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是深埋于海底地層的“砂層型可燃冰”，它存在海底下幾百米的砂層中，甲烷氣充填在砂粒隙縫間，主要分布在太平洋海域；另一類(lèi)是位于海底表層附近的“表層型可燃冰”，它是地下的甲烷氣體噴出到海底表面后形成的結(jié)晶，主要分布在日本海海域。

　　可燃冰作為非常規(guī)天然氣資源具有重大戰(zhàn)略意義，因此，各大國(guó)都看上了這個(gè)能源革命的“新寵”。

　　日本是世界上最早進(jìn)行可燃冰研究和開(kāi)采的國(guó)家之一，十分重視可燃冰資源勘查、基礎(chǔ)性研究和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)工作。

　　早在上世紀(jì)70年代就開(kāi)始可燃冰的基礎(chǔ)研究，1980年日本發(fā)現(xiàn)四國(guó)南海海槽可燃冰存在的地理標(biāo)志，1990年在此海域采集到可燃冰樣本。

　　1995年政府實(shí)施了勘探南海海槽區(qū)域海洋可燃冰的五年計(jì)劃，日本十大油氣企業(yè)還聯(lián)合成立了“可燃冰開(kāi)發(fā)技術(shù)研究中心”。

　　2001年日本政府啟動(dòng)了為期18年的可燃冰開(kāi)發(fā)計(jì)劃，并設(shè)立了“21世紀(jì)可燃冰開(kāi)發(fā)研究財(cái)團(tuán)（MH21）”。

　　2008年3月，日本根據(jù)海洋基本法制定的《海洋基本計(jì)劃》將可燃冰開(kāi)發(fā)計(jì)劃上升為國(guó)家戰(zhàn)略，還專(zhuān)門(mén)制定了《海洋能源與礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)計(jì)劃》，進(jìn)一步明確了可燃冰開(kāi)發(fā)路線圖。

　　2013年安倍首相上臺(tái)不久就讓日本政策投資銀行準(zhǔn)備萬(wàn)億日元投資可燃冰項(xiàng)目，到2023年要全面實(shí)現(xiàn)可燃冰商業(yè)化開(kāi)采。

　　于是，日本政府修訂了《海洋基本計(jì)劃》以及《海洋能源與礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)計(jì)劃》。修訂計(jì)劃提出：2018年要完成“砂層型可燃冰”商業(yè)化技術(shù)儲(chǔ)備，并探明“表層型可燃冰”資源儲(chǔ)量、分布地區(qū)和特征，大舉加速可燃冰投資開(kāi)發(fā)。近年來(lái)日本可燃冰國(guó)家研究預(yù)算年年過(guò)百億，從2002年到2017年已累計(jì)投入1000多億日元。

　　日本可燃冰開(kāi)發(fā)計(jì)劃路線圖分三個(gè)階段：

　　第一階段2001年至2008年為資源調(diào)查研究階段，主要以資源粗探和陸地可燃冰試采為主；第二階段2009年至2015年為試驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段，主要以資源細(xì)探和海洋可燃冰試采為主；第三階段2016年到2018年為商業(yè)化準(zhǔn)備階段，主要是繼續(xù)海域試采，檢驗(yàn)不同的穩(wěn)定開(kāi)采生產(chǎn)技術(shù)。

　　整個(gè)計(jì)劃設(shè)定了六大目標(biāo)：

　?、俨槊魅毡局苓吅Ｓ蚩扇急漠a(chǎn)出條件和特征；

　?、诠浪憧扇急V區(qū)甲烷氣的數(shù)量；

　?、蹆?yōu)選可燃冰資源賦存區(qū)并研究其經(jīng)濟(jì)可行性；

　?、茉谶x定的資源賦存區(qū)進(jìn)行可燃冰生產(chǎn)試驗(yàn)；

　?、菅邪l(fā)商業(yè)性生產(chǎn)技術(shù)；

　?、藿h(huán)保的開(kāi)采體系。

　　探明儲(chǔ)量，反復(fù)試采

　　日本利用地震探測(cè)法測(cè)到可燃冰BSR（海底模擬反射層）海域面積達(dá)到122,000km²。據(jù)此推測(cè)，日本近?？扇急鶅?chǔ)藏量約12.6萬(wàn)億?，按現(xiàn)在日本天然氣年消費(fèi)量1120?計(jì)算，此量可供日本消費(fèi)100年以上。然而，并非所有蘊(yùn)藏資源都可以被充分利用，只有從可開(kāi)采量來(lái)計(jì)算才具實(shí)際意義。日本勘探太平洋海域可燃冰歷史足有20多年，但目前仍沒(méi)有可開(kāi)采量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

　　根據(jù)從南部海槽細(xì)長(zhǎng)海溝中的取樣和數(shù)據(jù)分析，查明此海域有16個(gè)富集區(qū)塊，儲(chǔ)量為1.1415億M3，可供日本使用10年左右。日本政府一開(kāi)始就重點(diǎn)鎖定太平洋海域的“砂層型可燃冰”開(kāi)發(fā)。一方面是因?yàn)槌Ｒ?guī)油氣鉆探技術(shù)有可能適用于砂層型可燃冰開(kāi)發(fā)，另一方面是表層型可燃冰看上去開(kāi)采簡(jiǎn)單，實(shí)際上環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更難評(píng)估。而且毗鄰海區(qū)又存有領(lǐng)海和島嶼糾紛，更恐日后引發(fā)資源爭(zhēng)奪大戰(zhàn)。

　　2003年日本在開(kāi)采海洋油氣田時(shí)就發(fā)現(xiàn)日本海的“表層型可燃冰”。之后，日本一些民間機(jī)構(gòu)先行開(kāi)始調(diào)查。如獨(dú)立綜合研究所與東京大學(xué)自2004年起就聯(lián)合勘查日本?？扇急?，發(fā)現(xiàn)存有大量巨型可燃冰塊，而且成功地利用魚(yú)群探測(cè)器尋找甲烷氣泡來(lái)勘探可燃冰的富集區(qū)塊，大大降低了探查費(fèi)用。

　　2012年包括新瀉縣和京都府在內(nèi)的日本海沿岸10個(gè)府縣成立了“日本海海洋能源資源開(kāi)發(fā)促進(jìn)聯(lián)合會(huì)”，致力于日本海海域的可燃冰勘探和開(kāi)發(fā)。2013年至2015年國(guó)家正式立項(xiàng)對(duì)日本海海域進(jìn)行全方位勘探。

　　2016年9月，日本經(jīng)產(chǎn)省公布了調(diào)查結(jié)果：表層型可燃冰儲(chǔ)存量為６億M3，賦存層位于水深1000米左右的海底至海床下100米之間，為連續(xù)的塊狀結(jié)構(gòu)。海底發(fā)現(xiàn)1742個(gè)氣體柱礦點(diǎn)，氣體柱直徑為幾百米不等，厚度為100米左右。由于可燃冰比重比水輕，表層型可燃冰一旦露出海底就可能自動(dòng)漂浮至水面，非常容易自然分解，所以回收氣體更為困難，人為攪動(dòng)所帶來(lái)的泄露風(fēng)險(xiǎn)也更加險(xiǎn)惡。

　　2002年3月5日，日本在世界上第一個(gè)在陸地凍土層利用熱解法成功開(kāi)采可燃冰。日本利用80℃溫水循環(huán)法連續(xù)5天在加拿大西北部長(zhǎng)年凍土層下開(kāi)發(fā)可燃冰，在907-970米深處成功分解可燃冰，最終只采氣470M3，日均產(chǎn)氣量不足100M3，但這是全球首次在陸地試采可燃冰的成功案例。盡管這一項(xiàng)目日本與加拿大、美國(guó)、印度和德國(guó)等國(guó)的國(guó)際合作開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，但技術(shù)上則主要以日本為主導(dǎo)，由于此法開(kāi)采效率較低，而且生產(chǎn)時(shí)間越長(zhǎng)出氣量越少，日本轉(zhuǎn)而重點(diǎn)攻關(guān)降壓法技術(shù)。

　　2008年3月，日本又成為世界上第一個(gè)在陸地采用降壓法開(kāi)采可燃冰成功的國(guó)家。為了研發(fā)高效采氣技術(shù)，日本與加拿大聯(lián)合進(jìn)行第二次陸地采氣，共分為兩期實(shí)施。

　　第一期為2006年12月-2007年4月，實(shí)驗(yàn)了12.5個(gè)小時(shí)，采氣830M3，因出砂問(wèn)題而中斷。

　　第二期為2008年1月-2008年4月，利用降壓法連續(xù)5天半采氣13000M3，日均產(chǎn)氣量達(dá)到了2400M3，降壓法開(kāi)采技術(shù)的可操作性得到了驗(yàn)證。

　　2008年8月，日本在世界上又第一個(gè)成功在湖底開(kāi)采了“表層型可燃冰”。貝加爾湖是全世界最深的淡水湖，深處達(dá)到1642米。1997年日美俄三國(guó)聯(lián)合科考取樣曾發(fā)現(xiàn)1428米湖底深處存在可燃冰。

　　此次日本與俄羅斯科學(xué)界聯(lián)合在貝加爾湖底水深400米處成功開(kāi)采了表層型可燃冰，試采采用了新的回收技術(shù)，在湖底設(shè)置了分解裝置，直接用水?dāng)嚢杌厥諝怏w，100分鐘采氣1.4M3，為在日本海開(kāi)采同類(lèi)可燃冰積累了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

　　2013年3月，日本還成為世界上第一個(gè)掌握海底可燃冰采掘技術(shù)的國(guó)家。日本“地球號(hào)”探測(cè)船于12-18日成功地在愛(ài)知縣渥美半島以南70公里、水深1000米處海底鉆探330m，采用降壓法技術(shù)把可燃冰轉(zhuǎn)換成甲烷氣體。連續(xù)6天穩(wěn)定出氣119,000萬(wàn)M3，平均日產(chǎn)量約為2萬(wàn)M3左右。井底壓力降到30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)產(chǎn)量驟增，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了預(yù)期。但此次開(kāi)采成本核算高達(dá)50美元/MMBTU，竟是進(jìn)口天然氣價(jià)格的3倍以上。由于海底砂流入開(kāi)采井，再加遭遇惡劣天氣，試驗(yàn)僅6天就被迫中斷。

　　2017年5月4日，日本又開(kāi)啟第二次海域可燃冰試采，試采打了兩口位于海底泥面以下350m的井。開(kāi)采地點(diǎn)與第一次相同，第一口井原計(jì)劃連續(xù)開(kāi)采生產(chǎn)3至4周，目的是檢驗(yàn)連續(xù)生產(chǎn)開(kāi)采的穩(wěn)定性，但因坑井底部大量泥沙注入又被迫再次中斷，中斷原因與第一次類(lèi)似，連續(xù)生產(chǎn)12天只出氣40,849.9M3。

　　6月5日，重新又啟動(dòng)第二口井的開(kāi)采，原計(jì)劃開(kāi)采生產(chǎn)1周，目的是檢驗(yàn)兩套防沙裝置的可靠性。實(shí)際到6月28日為止則連續(xù)開(kāi)采了24天，回收天然氣222,587.1M3。第二口井盡管解決了泥沙堵塞問(wèn)題，但副作用是出氣量明顯減少，水量過(guò)大造成水氣分離不暢，平均為9274.5M3/日，與第一次的2萬(wàn)M3/日相差很大。

　　如何提效增產(chǎn)及其影響降壓分解諸多因素仍待進(jìn)一步解明。日本科學(xué)界因未能按原定計(jì)劃完成試驗(yàn)一直比較低調(diào)和自責(zé)，甚至有的科學(xué)家認(rèn)為這是一次失敗的開(kāi)采。但此次開(kāi)采由于采用不同壓力條件測(cè)試，采用了強(qiáng)減壓法技術(shù)，收集到大量有用數(shù)據(jù)，例如降壓由最初的13.5MPa分為7→5→3MPa三段進(jìn)行，數(shù)據(jù)顯示并非減壓程度越強(qiáng)出氣量越多，應(yīng)該說(shuō)試采基本達(dá)到了預(yù)期。

　　7月7日，日本“地球號(hào)”勘探船完成第2次勘探性開(kāi)采任務(wù)之后靜悄悄地返回清水港。沒(méi)有鮮花，沒(méi)有慶功，沒(méi)有豪言壯語(yǔ)，日本依然不敢宣稱任何“第一”，因?yàn)樯虡I(yè)化仍是遙遙無(wú)期。

　　放緩腳步行穩(wěn)致遠(yuǎn)

　　由于此次日本開(kāi)采試驗(yàn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，日本不得不重新調(diào)整可燃冰商業(yè)化開(kāi)發(fā)的時(shí)間表。2017年6月，日本經(jīng)產(chǎn)省發(fā)布了“砂層型可燃冰商業(yè)化開(kāi)發(fā)路線圖”，制定了新的計(jì)劃進(jìn)程表，原定2019年啟動(dòng)的商業(yè)化開(kāi)采目標(biāo)再次往后推遲10年，預(yù)計(jì)2029年之后步入商業(yè)化開(kāi)采。其實(shí)商業(yè)化開(kāi)采計(jì)劃推遲并非首次。2001年日本制定了2016年實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)可燃冰的規(guī)劃，但2008年“海洋基本計(jì)劃”出臺(tái)后，這一計(jì)劃就被推遲到“今后10年以內(nèi)”，這就表明最晚要推遲到2018年。

　　到了2013年4月，由于進(jìn)展情況緩慢，“第二次海洋基本計(jì)劃”又將商業(yè)開(kāi)發(fā)計(jì)劃推遲到2023年以后，擬在2023年至2027年間開(kāi)始可燃冰商業(yè)化項(xiàng)目。但現(xiàn)在看來(lái)還需要時(shí)間研發(fā)相應(yīng)技術(shù)。今年將出臺(tái)的“第三次海洋基本計(jì)劃”還會(huì)進(jìn)一步推遲這一時(shí)間表。由此可見(jiàn)，雖然可燃冰儲(chǔ)量巨大，但要經(jīng)濟(jì)、安全地開(kāi)采，難度很大。當(dāng)前商業(yè)化開(kāi)發(fā)所面臨的主要課題有：

　?、偻黄崎_(kāi)采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定產(chǎn)氣。

　　可燃冰開(kāi)采技術(shù)的最大難點(diǎn)是保證井底穩(wěn)定，使甲烷氣不泄漏、不發(fā)生井噴、不出沙。盡管熱激發(fā)開(kāi)采法、降壓開(kāi)采法和注入化學(xué)試劑法等傳統(tǒng)技術(shù)基本成熟，二氧化碳置換開(kāi)采法和固體開(kāi)采法等新技術(shù)也取得較大進(jìn)展。但真正實(shí)現(xiàn)開(kāi)采技術(shù)突破，必須能保證連續(xù)幾個(gè)月乃至1年的安全穩(wěn)定采氣。

　　每口井要保證5-10年能連續(xù)采氣，每口井日產(chǎn)天然氣須達(dá)5萬(wàn)M3/日以上才具商業(yè)開(kāi)采價(jià)值。因此，突破開(kāi)采技術(shù)就必須增加試采頻度和以年為單位的試驗(yàn)時(shí)間。目前，在日本近海進(jìn)行海洋產(chǎn)出試驗(yàn)所需費(fèi)用高達(dá)日均7000至8000萬(wàn)日元，于是，日本不再“單干”，轉(zhuǎn)而將重點(diǎn)放在國(guó)際合作上，準(zhǔn)備陸地和海上同時(shí)開(kāi)弓。

　　日本計(jì)劃與美國(guó)在阿拉斯加州開(kāi)始陸地生產(chǎn)試驗(yàn)，還將探討與印度聯(lián)手在氣象條件較為穩(wěn)定的印度洋進(jìn)行海洋試采。這樣既可以節(jié)省試采費(fèi)用，還可以扎實(shí)地掌握相關(guān)開(kāi)采技術(shù)，但合作前提條件是日本能夠主導(dǎo)開(kāi)發(fā)技術(shù)。三井造船已先行一步，去年6月與德國(guó)MHWirth公司達(dá)成了共同開(kāi)發(fā)“表層型可燃冰”的協(xié)議，準(zhǔn)備嘗試?yán)盟聶C(jī)器人開(kāi)采。

　?、谔矫鞲患瘏^(qū)塊，降低開(kāi)采成本。

　　富集區(qū)塊的存在是推進(jìn)商業(yè)化的基本條件。目前僅利用地震波探測(cè)數(shù)據(jù)得出存在大量富集區(qū)存在的可能性，還須進(jìn)行實(shí)際勘探和試采，才能進(jìn)一步探明和確認(rèn)富集區(qū)塊的存在和分布。1M3的標(biāo)準(zhǔn)可燃冰重量約0.9噸，能轉(zhuǎn)化為164M3天然氣和0.86噸水。164M3天然氣燃燒可產(chǎn)生熱量6500MJ，相當(dāng)于1桶原油的價(jià)值，即60多美元左右。

　　日本設(shè)定投資回收期的目標(biāo)為10-20年，開(kāi)采成本必須控制為10美元/MMBTU以下。但非常規(guī)油氣采收率是很低的，從技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度看，可開(kāi)采的可燃冰僅為賦存量的30%左右，但實(shí)際究竟能夠得到何種程度的開(kāi)采和利用尚不明確。因此，開(kāi)采可燃冰天然氣的直接成本因貯留層不同相差很大，約為46-174日元/1M3。

　　由于可燃冰光靠發(fā)掘不能實(shí)現(xiàn)自噴，而且埋藏在深海域，開(kāi)采和運(yùn)輸?shù)墓こ塘渴志薮螅匀粫?huì)帶來(lái)較大的成本開(kāi)支和能源消費(fèi)。而且，單井產(chǎn)量較低，必須實(shí)行井群生產(chǎn)工藝，為此須采用可多點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)采的專(zhuān)用設(shè)備。再加上從可燃冰中分離的氣體體積較大，需要建造管道或氣體液化等基礎(chǔ)設(shè)施。

　　所以，開(kāi)采、儲(chǔ)存以及運(yùn)送到地面和使用地的費(fèi)用都非常高昂。在目前油價(jià)走低的行情下，且又有來(lái)自可再生能源的競(jìng)爭(zhēng)?？扇急C合開(kāi)采成本很可能將大于其所能產(chǎn)生的效益。

　　③評(píng)估環(huán)境影響，控制海洋污染。

　　可燃冰又稱之為“惡魔資源”。眾所周知，先史時(shí)代的甲烷大爆炸假說(shuō)說(shuō)明可燃冰有可能是全球氣候變暖的罪魁，毀滅地球生物的禍?zhǔn)?。盡管這些問(wèn)題還有些爭(zhēng)議，畢竟人類(lèi)對(duì)于深海與地球認(rèn)知還很有局限。而且，甲烷本身就是一種溫室氣體，甲烷排放的溫室效應(yīng)是二氧化碳的20倍以上。如果開(kāi)采過(guò)程造成大量甲烷泄露會(huì)造成更嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，加劇全球變暖又會(huì)造成海水溫度上升進(jìn)而導(dǎo)致可燃冰融化，從而引發(fā)更多的甲烷放出，形成惡性循環(huán)。

　　可燃冰本身就是一種不穩(wěn)定的物質(zhì)，人工采掘會(huì)破壞可燃冰堆積層而造成地基下沉，進(jìn)而可能誘發(fā)地震或海嘯的發(fā)生。此外，還要考慮環(huán)境變動(dòng)對(duì)海底生物與漁業(yè)、水產(chǎn)業(yè)的影響。例如可燃冰分布的海底往往是北太平洋雪蟹及其它深海生物的多產(chǎn)區(qū)，甲烷過(guò)量泄漏則會(huì)導(dǎo)致海洋缺氧，生產(chǎn)開(kāi)采污水還會(huì)影響海洋生態(tài)，使得海洋生物遭受毀滅性打擊。

　　所以鉆井船每每在試采過(guò)程中都要向海底打兩口觀察井以監(jiān)測(cè)不同巖層溫度和壓力變化，保證海洋環(huán)境不受破壞?；蛟S就因?yàn)槿绱?，日本人?duì)于發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)利用可燃冰資源又是歡喜又是憂。

　　綜上所述，技術(shù)可行、市場(chǎng)接受和環(huán)境允許是能否商業(yè)化開(kāi)采的三個(gè)決定要因。目前仍然面臨技術(shù)裝備研發(fā)投入過(guò)大、開(kāi)采成本過(guò)高，環(huán)境影響不可估量等難題。盡管離商業(yè)化的日子還有點(diǎn)遠(yuǎn)，但靠海吃飯的日本人還是懷惴著對(duì)海洋資源的敬畏之心，一步一個(gè)腳印地往前走，2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)在糾結(jié)，點(diǎn)燃圣火是用可燃冰還是氫？此話聽(tīng)起來(lái)似乎有點(diǎn)矯情。但日本人從美國(guó)頁(yè)巖氣革命中所學(xué)到的一個(gè)硬道理就是：未來(lái)誰(shuí)擁有先進(jìn)能源開(kāi)發(fā)技術(shù)誰(shuí)就掌控世界資源。（文丨周杰　國(guó)際清潔能源論壇（澳門(mén)）秘書(shū)長(zhǎng)、中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)理事會(huì)理事）