未來(lái)的海洋資料

【專家解說(shuō)】：海洋石油和天然氣開(kāi)發(fā)

石油和天然氣資源 據(jù)1995年的估計(jì)世界近海已探明的石油資源儲(chǔ)量為379億噸，天然氣的儲(chǔ)量為39萬(wàn)億立方米。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，海底蘊(yùn)藏的油氣資源儲(chǔ)量約占全球油氣儲(chǔ)量的1/3。預(yù)計(jì)在本世紀(jì)，海底油氣開(kāi)發(fā)將從淺海大陸架延伸到千米水深的海區(qū)。

世界海洋石油的絕大部分存在與大陸架上。據(jù)測(cè)算，全世界大陸架面積約為3000萬(wàn)平方公里，占世界海洋面積的8%。關(guān)于海洋石油的儲(chǔ)藏量，由于勘探資料和計(jì)算方法的限制，得出的結(jié)論也各不相同。法國(guó)石油研究機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)估計(jì)是:全球石油資源的極限儲(chǔ)量為10000億噸，可采儲(chǔ)量為3000億噸。其中海洋石油儲(chǔ)量約占45%，即可采儲(chǔ)量為1350億噸。

半坐底式平臺(tái)(用于深水開(kāi)采)

波斯灣大陸架石油產(chǎn)量較早進(jìn)入大規(guī)模開(kāi)采，連同附近陸地上的海洋石油產(chǎn)量，供應(yīng)了戰(zhàn)后世界石油需求的一半以上。歐洲西北部的北海是僅次于波斯灣的第二大海洋石油產(chǎn)區(qū)。美國(guó)、墨西哥之間的墨西哥灣，中國(guó)近海，包括南沙群島海底，都是世界公認(rèn)的海洋石油最豐富的區(qū)域。

在海洋進(jìn)行石油和天然氣的勘探開(kāi)采工作要比陸地上困難多。必須具備一些與陸地不同的特殊技術(shù)，如平臺(tái)技術(shù)、鉆井技術(shù)和油氣輸送技術(shù)等。

工作平臺(tái)有固定式平臺(tái)和移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，移動(dòng)式鉆井平臺(tái)克服了固定式平臺(tái)建、柴禾不能重復(fù)使用的缺點(diǎn)，并大大增加了工作深度。移動(dòng)式海洋石油鉆井設(shè)備擁有自己的浮力結(jié)構(gòu)，可以有拖船拖著移動(dòng)。有的還擁有自己的動(dòng)力設(shè)備，可以自航。移動(dòng)式海洋鉆井設(shè)備包括:座底式平臺(tái)、自升式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)和鉆井船。其中半潛式平臺(tái)是目前適合于較深水域作業(yè)的先進(jìn)平臺(tái)，它既能克服鉆井船的不穩(wěn)定性又能在較深水域中作業(yè)。

為向深水石油開(kāi)發(fā)進(jìn)軍，研究穩(wěn)定有廉價(jià)的深水平臺(tái)和深水重力平臺(tái)。張力推平臺(tái)用繃緊的鋼索系留，工作水深刻達(dá)600--900米。后兩種平臺(tái)都是從海底直立到海面的固定平臺(tái)，其特點(diǎn)主要是采用縮小橫斷面等技術(shù)，降低造價(jià)，其工作深度可達(dá)500--600米。

海洋生物資源開(kāi)發(fā)

中國(guó)海域的生物種類豐富多樣，已有描述記錄的物種達(dá)2萬(wàn)多種。海產(chǎn)魚(yú)類1500種以上，產(chǎn)量較大的有200多種。漁場(chǎng)面積280萬(wàn)平方公里，水產(chǎn)品年產(chǎn)量達(dá)2800多萬(wàn)噸，居世界首位。

我國(guó)海洋生物的物種較淡水多得多，有記錄的3802種魚(yú)類，海洋就占3014種。此外，我國(guó)還擁有紅樹(shù)林、珊瑚礁、上升流、河口海灣、海島等各種海洋高生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)各類海洋生物的繁殖和生長(zhǎng)極為有利。

經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)言:21世紀(jì)將是海洋的世紀(jì)?！昂Ｑ笏a(chǎn)生產(chǎn)農(nóng)牧化”、“藍(lán)色革命計(jì)劃”和“海水農(nóng)業(yè)”構(gòu)成未來(lái)海洋農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向。

海洋水產(chǎn)生產(chǎn)農(nóng)牧化

就是通過(guò)人為干涉，改造海洋環(huán)境，以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)生物生長(zhǎng)發(fā)育所需的良好環(huán)境條件，同時(shí)也對(duì)生物本身進(jìn)行必要的改造，以提高它們的質(zhì)量和產(chǎn)量。具體就是建立育苗廠、養(yǎng)殖場(chǎng)、增殖站，進(jìn)行人工育苗、養(yǎng)殖、增殖和放流，使海洋成為魚(yú)、蝦、貝、藻的農(nóng)牧場(chǎng)。中國(guó)目前已是世界第一海水養(yǎng)殖大國(guó)。隨著海洋生物技術(shù)在育種、育苗、病害防治和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面的進(jìn)一步發(fā)展，海水養(yǎng)殖業(yè)在21世紀(jì)將向高技術(shù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。

藍(lán)色革命計(jì)劃

是著眼于大洋深處海水的利用。在大洋深處，深層水溫只有8℃~9℃，氮和磷是表層海水的200倍和15倍，極富營(yíng)養(yǎng)。將深層水抽上來(lái)，遇到充足的陽(yáng)光，就會(huì)形成一個(gè)產(chǎn)量倍增的新的人工生態(tài)系統(tǒng)。溫差可以用來(lái)發(fā)電或直接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。美國(guó)和日本已經(jīng)在進(jìn)行這種人工上升流試驗(yàn)，認(rèn)為將引發(fā)一場(chǎng)海水養(yǎng)殖的革命，所以稱為“藍(lán)色革命”。

海水農(nóng)業(yè)

是指直接用海水灌溉農(nóng)作物，開(kāi)發(fā)沿岸帶的鹽堿地、沙漠和荒地?！八{(lán)色革命計(jì)劃”是把海水養(yǎng)殖業(yè)由近海向大洋擴(kuò)展?！昂Ｋr(nóng)業(yè)”則是要迫使陸地植物“下?！保@是與以淡水和土壤為基礎(chǔ)的陸地農(nóng)業(yè)的根本區(qū)別。人類為了獲得耐海水的植物正在進(jìn)行艱苦的探索，除了采用篩選、雜交育種外,還采用了細(xì)胞工程和基因工程育種。這些研究仍在繼續(xù),目前采用品種篩選和雜交等傳統(tǒng)方法已經(jīng)獲得了可以用海水灌溉的小麥、大麥和西紅柿等。

海水資源開(kāi)發(fā)

沿海工業(yè)用海水在發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)90%以上，如果我國(guó)也能大力推廣海水利用，是可以大大緩解濱海城市缺水問(wèn)題的。

海水直接利用

海水直接利用的方面多，用水量大，在緩解沿海城市缺水中占有重要地位。在發(fā)達(dá)國(guó)家，海水冷卻廣泛用在沿海電力、冶金、化工、石油、煤炭、建材、紡織、船舶、食品、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。日本和歐洲每年都約3000億立方米，目前，我國(guó)僅100多億立方米。如果積極把海水在工業(yè)中作冷卻水、沖洗水、稀釋水等以及居民的沖廁用水(約占居民生活用水的35%)發(fā)展起來(lái)，對(duì)緩解沿海城市缺水問(wèn)題，將起重大作用。

海水直接利用的技術(shù)包括:海水直流冷卻技術(shù)，已有80年應(yīng)用史，是目前工業(yè)應(yīng)用的主流;海水循環(huán)冷卻技術(shù)，我國(guó)尚處研究階段;海水沖洗等技術(shù)等。與海水直接利用的有關(guān)重要技術(shù)，還包括耐腐蝕材料，防腐涂層，陰極保護(hù)，防生物附著，防漏滲，殺菌，冷卻塔技術(shù)等。

海水淡化

海水淡化技術(shù)，經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)成熟。主要的淡化方法有:

多級(jí)閃蒸(MSF)。單機(jī)容量可達(dá)4.5-5.7萬(wàn)m3/d。運(yùn)行溫度、造水比和級(jí)數(shù)分別在120℃、10和40級(jí)。多級(jí)閃蒸除了消耗一定的加熱蒸汽外，要消耗電能4~5kWh/m3淡水，用于海水的循環(huán)和流體的輸送。

低溫多效(LT-MDE)技術(shù)是在多效基礎(chǔ)上，于1975年發(fā)展起來(lái)的，近10年有較大發(fā)展。單臺(tái)裝置每天可產(chǎn)淡水20000立方米。蒸發(fā)溫度低于800度，效數(shù)一般在12效左右。造水比大于10。低溫多效除了要消耗的加熱蒸汽外，要耗電能1.8kWh/m3用于流體輸送。

反滲透(SWRO)RO角膜和組件技術(shù)已相當(dāng)成熟，組件脫鹽率可達(dá)99.5%，能耗在3~4kWh/m3淡水。SWRO技術(shù)設(shè)備投資少、能耗低、效益高、工藝成熟，已有30年的經(jīng)驗(yàn)積累，競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)。

最近，日本辛德萊拉依特公司開(kāi)發(fā)出一種低成本、高效率的海水淡化新裝置。其外表是一個(gè)不銹鋼制多孔圓筒，里面裝有一個(gè)由1000枚外徑156毫米、內(nèi)徑136毫米不銹鋼片摞成的管。這支管經(jīng)緩慢擰曲，內(nèi)外會(huì)因不銹鋼片位移而形成凸凹不平的層次，層次間出現(xiàn)納米級(jí)空隙。使用時(shí)，首先將海水放入結(jié)晶裝置中，再施加高頻電壓進(jìn)行“加工”。幾十秒鐘后，海水中鈉離子和氯離子會(huì)發(fā)生化合而形成細(xì)微食鹽晶體，并逐漸增長(zhǎng)為1微米左右的粒子。這些粒子凝聚后，可形成直徑為幾微米、容易被過(guò)濾掉的鹽粒。然后，把這種海水放進(jìn)上述不銹鋼圓筒的容器中，施加一定壓強(qiáng)，鹽粒就會(huì)被擋在管外，其余受壓而浸入擰曲管內(nèi)的水便是要得到的淡水，其鹽分濃度為0.067%左右，氯化鎂等礦物質(zhì)含量是正常海水的一半，成為理想的飲用水。

新型裝置效率是浸透膜方法的3倍，海水利用程度高達(dá)95%，所需電費(fèi)和維修費(fèi)都很低。該公司已經(jīng)制造出每分鐘可生產(chǎn)200升淡水的大型裝置。

世界海水淡化的日產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到2700萬(wàn)噸，并且還在以10%~30%的速度攀升。目前海水淡化的國(guó)際市場(chǎng)容量已經(jīng)達(dá)到20多億美元，主要由美、日等強(qiáng)國(guó)瓜分，未來(lái)20年有近700億美元，市場(chǎng)潛力巨大。在多次國(guó)際海水淡化會(huì)議上，第三世界國(guó)家的代表迫切希望中國(guó)的海水淡化技術(shù)能夠進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，打破目前的壟斷格局。

與核能等新能源結(jié)合是海水淡化降低成本走向大型化的趨勢(shì)。中國(guó)核工業(yè)總公司已經(jīng)掌握了低品位核燃料的高效利用新技術(shù)。據(jù)測(cè)算如果把世界上廢棄的低品位核燃料全部利用，可建立300余座20萬(wàn)千瓦的低溫核供熱堆(中國(guó)現(xiàn)有廢料可建10座)。這些熱量全部用于海水淡化，每天可生產(chǎn)2400萬(wàn)立方米的優(yōu)質(zhì)淡化水，供養(yǎng)的人口超過(guò)2億。核能技術(shù)與海水淡化的結(jié)合除了要求核技術(shù)本身是成熟的之外，還需要成熟的先進(jìn)蒸餾法海水淡化技術(shù)與之配套，更能顯示其技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。海水淡化技術(shù)與中國(guó)的核工業(yè)捆綁進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，形成核能海水淡化產(chǎn)業(yè)，可實(shí)現(xiàn)和平利用核能為人類造福。如果中國(guó)能占領(lǐng)1/5的核能淡化市場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)核供熱設(shè)備銷售產(chǎn)值150億元，海水淡化設(shè)備銷售產(chǎn)值480億元，形成我國(guó)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。

海水淡化在推進(jìn)海水利用中地位重要。沿海工業(yè)利用淡化海水雖然量少，但是性質(zhì)重要，目前全國(guó)的海水淡化，每年就能節(jié)省約400萬(wàn)立方米陸地水，對(duì)保證沿海工業(yè)生產(chǎn)的需要和居民生活用水發(fā)揮了重大作用。目前海水淡化成本一般4至5元，如果熱電水聯(lián)產(chǎn)海水淡化成本可降到4元以下，如果再發(fā)展海水綜合利用，把濃縮海水用來(lái)提取化學(xué)元素，其淡化成本還要降低。目前海水淡化的成本已為島嶼用淡水和沿海發(fā)電廠用淡水和純水所接受。

海水化學(xué)物質(zhì)提取利用

海水中化學(xué)物質(zhì)提取是有無(wú)限前景的新興產(chǎn)業(yè)。溶解于海水的3.5%的礦物質(zhì)是自然界給人類的巨大財(cái)富。不少發(fā)達(dá)國(guó)家已在這方面獲取了很大利益。我國(guó)對(duì)海水化學(xué)元素的提取，目前形成規(guī)模的有鉀、鎂、溴、氯、鈉、硫酸鹽等。但除氯化鈉是從海水中直接提取的以外，其他元素僅限于從地下鹵水和鹽田苦鹵的提取，而且，資源綜合利用工藝流程落后，產(chǎn)品質(zhì)量與國(guó)際有一定差距，急需技術(shù)更新和設(shè)備改造。我國(guó)是世界海鹽第一生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)量近2000萬(wàn)噸;目前，我國(guó)還處在鹽堿工業(yè)向海洋化工工業(yè)的過(guò)渡階段，經(jīng)過(guò)“八五”、“九五”技術(shù)攻關(guān)，直接從海水中提取化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)業(yè)正在我國(guó)逐步形成。全球數(shù)量巨大的海水，其體積為13.7億立方公里，約137億億噸。海水本身就是一座資源寶庫(kù)，海水中溶解有80多種金屬和非金屬元素。通常把海水中的元素分為兩類:每升海水中含有1毫克以上的元素叫常量元素;含量在1毫克以下的元素稱為微量元素。海水中微量元素有60多種，如鋰(Li)有2500億噸，它是熱核反應(yīng)中的重要材料之一，也是制造特種合金的原料;銣(Rb)有1800億噸，它可以制造光電池和真空管;碘(I)有800億噸，它可以用于醫(yī)藥，常用的碘酒就是用碘制成的。

綜合開(kāi)發(fā)海水技術(shù)

與發(fā)達(dá)國(guó)家比，我國(guó)綜合提取利用技術(shù)差距較大，但是自90年代以來(lái)有很大發(fā)展，從傳統(tǒng)的苦鹵化工“老四樣”(氯化鉀、氯化鎂、硫酸鈉和溴)，已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的近百個(gè)品種。

還可以加大力度發(fā)展的項(xiàng)目有:發(fā)展提溴新技術(shù)，以提高現(xiàn)有地上鹵水資源的溴利用率，提高溴質(zhì)量，減少能耗，降低成本，積極發(fā)展高效溴化劑和新型阻燃劑等;積極發(fā)展“無(wú)機(jī)離子交換法海水、鹵水提鉀技術(shù)”，這項(xiàng)技術(shù)的成功，可以改造老鹽化工企業(yè)，并能彌補(bǔ)我國(guó)陸地鉀資源的不足;積極發(fā)展高技術(shù)含量、高附加值的鎂新產(chǎn)品;加強(qiáng)海水提鈾技術(shù)的研究開(kāi)發(fā);加強(qiáng)直接從海水提取其他化學(xué)物質(zhì)的研究和開(kāi)發(fā)，以及水、電、熱聯(lián)產(chǎn)與海水綜合利用的結(jié)合。

海洋能源
海洋能包括溫度差能、波浪能、潮汐與潮流能、海流能、鹽度差能、岸外風(fēng)能、海洋生物能和海洋地?zé)崮艿?種。這些能量是蘊(yùn)藏于海上、海中、海底的可再生能源，屬新能源范疇。所謂“可再生”是指它們可以不斷得到補(bǔ)充，永不會(huì)枯竭，不像煤、石油等非再生能源，儲(chǔ)量有限，開(kāi)采一點(diǎn)就少一點(diǎn)。人們可以把這些海洋能以各種手段轉(zhuǎn)換成電能、機(jī)械能或其他形式的能，供人類使用。海洋能絕大部分來(lái)源于太陽(yáng)輻射能，較小部分來(lái)源于天體(主要是月球、太陽(yáng))與地球相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的萬(wàn)有引力。蘊(yùn)藏于海水中的海洋能是十分巨大的，其理論儲(chǔ)量是目前全世界各國(guó)每年耗能量的幾百倍甚至幾千倍。

法國(guó)郎斯潮汐電站示意圖

花環(huán)式海流發(fā)電站示意圖

海洋能具有一些特點(diǎn)。第一，它在海洋總水體中的蘊(yùn)藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長(zhǎng)度所擁有的能量較小。這就是說(shuō)，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。第二，它具有可再生性。海洋能來(lái)源于太陽(yáng)輻射能與天體間的萬(wàn)有引力，只要太陽(yáng)、月球等天體與地球共存，這種能源就會(huì)再生，就會(huì)取之不盡，用之不竭。第三，海洋能有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分。較穩(wěn)定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩(wěn)定能源分為變化有規(guī)律與變化無(wú)規(guī)律兩種。屬于不穩(wěn)定但變化有規(guī)律的有潮汐能與潮流能。人們根據(jù)潮汐潮流變化規(guī)律，編制出各地逐日逐時(shí)的潮汐與潮流預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)未來(lái)各個(gè)時(shí)間的潮汐大小與潮流強(qiáng)弱。潮汐電站與潮流電站可根據(jù)預(yù)報(bào)表安排發(fā)電運(yùn)行。既不穩(wěn)定又無(wú)規(guī)律的是波浪能。第四，海洋能屬于清潔能源，也就是海洋能一旦開(kāi)發(fā)后，其本身對(duì)環(huán)境污染影響很小。

各種海洋能的蘊(yùn)藏量是巨大的，據(jù)估計(jì)有750多億千瓦，其中波浪能700億千瓦，溫度差能20億千瓦，海流能10億千瓦，鹽度差能10億千瓦。從各國(guó)的情況看，潮汐發(fā)電技術(shù)比較成熟。利用波能、鹽度差能、溫度差能等海洋能進(jìn)行發(fā)電還不成熟，目前正處于研究試驗(yàn)階段。這些海洋能至今沒(méi)被利用的原因主要有兩方面:第一，經(jīng)濟(jì)效益差，成本高。第二，一些技術(shù)問(wèn)題還沒(méi)有過(guò)關(guān)。

核能 能夠發(fā)生裂變反應(yīng)的最佳物質(zhì)是鈾，能夠發(fā)生聚變反應(yīng)的最佳物質(zhì)是氘。這兩種物質(zhì)的絕大部分賦存在海水里。
鈾是高能量的核燃料，1千克鈾可供利用的能量相當(dāng)于2250噸優(yōu)質(zhì)煤。然而陸地上鈾礦的分布極不均勻，并非所有國(guó)家都擁有鈾礦，全世界的鈾礦總儲(chǔ)量也不過(guò)2×10 6噸左右。但是，在巨大的海水水體中，含有豐富的鈾礦資源，總量超過(guò)4×109噸，約相當(dāng)于陸地總儲(chǔ)量的2000倍。

吸附法海水提鈾示意圖

海水提鈾的方法很多，目前最為有效的是吸附法。氫氧化鈦有吸附鈾的性能。利用這一類吸附劑做成吸附器就能夠進(jìn)行海水提鈾?，F(xiàn)在海水提鈾已從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究。日本已建成年產(chǎn)10千克鈾的中試工廠，一些沿海國(guó)家亦計(jì)劃建造百噸級(jí)或千噸級(jí)鈾工業(yè)規(guī)模的海水提鈾廠。如果將來(lái)海水中的鈾能全部提取出來(lái)，所含的裂變能相當(dāng)于l×1016噸優(yōu)質(zhì)煤，比地球上目前已探明的全部煤炭?jī)?chǔ)量還多1000倍。

重水也是原子能反應(yīng)堆的減速劑和傳熱介質(zhì)，也是制造氫彈的原料，海水中含有2×1014噸重水，氘是氫的同位素。氘的原子核除包含一個(gè)質(zhì)子外，比氫多了一個(gè)中子。氘的化學(xué)性質(zhì)與氫一樣，但是一個(gè)氘原子比一個(gè)氫原子重一倍，所以叫做“重氫”。氫二氧一化合成水，重氫和氧化合成的水叫做“重水”。如果人類一直致力的受控?zé)岷司圩兊难芯康靡越鉀Q，從海水中大規(guī)模提取重水一旦實(shí)現(xiàn)，海洋就能為人類提供取之不盡、用之不竭的能源。蘊(yùn)藏在海水中的氘有50億噸，足夠人類用上千萬(wàn)億年。實(shí)際上就是說(shuō)，人類持續(xù)發(fā)展的能源問(wèn)題一勞永逸地解決