可燃冰未来能源愈行愈近

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1、新知2017年12月4日 星期一15本版编辑郎 冰联系邮箱近日， 国务院批准天然气水合物为我 国第173个矿种。今年5月， 我国首次海 域天然气水合物试采成功， 并实现连续试 气点火60天， 累计产气30.9万立方米， 平 均日产 5151 立方米， 甲烷含量最高达 99.5%， 实现了历史性突破。神奇的冰块可燃冰的能量密度非常高， 同等 条件下燃烧产生的能量比煤、 石油、 天然气要多出数十倍； 并且， 燃烧后 仅会产生少量二氧化碳和水， 是真正 的绿色能源和石油天然气一样， 可燃冰也是来源 于古生物遗骸。这些古生物遗骸的沉积 物通过细菌分解后产生甲烷， 在低温和高 压的环境下形成可燃冰。 可

2、燃冰生成的温度一般在 0至 10之间， 超过20就可能分解。 通常情 况下， 海底温度一般保持在 2至 4之 间， 适宜可燃冰生成。 另外， 可燃冰在0 时， 只需要30个大气压就可以生成， 而在 海底深处， 很容易保持 30 个大气压。 并 且， 气压越大， 可燃冰越不容易分解。 因此， 可燃冰广泛分布于深海或陆域 的永久冻土中。目前， 南极、 北极均已发 现可燃冰矿点， 中国虽不属于极地国家， 但此前， 我国已分别在南海海域和青藏高 原冻土区钻获天然气水合物实物样品， 使 得我国成为世界上在中低纬度地区唯一 拥有海底和陆上冻土区天然气水合物资 源的国家。 1778年， 英国化学家普得斯特开

3、始研 究形成可燃冰的温度和压强。1934 年， 人们在油气管道和加工设备中发现冰状 固体堵塞现象， 这些固体其实就是可燃 冰。1965年， 前苏联科学家预言， 可燃冰 可能存在海洋底部的地表层中， 此后终于 在北极的海底首次发现了大量可燃冰。 可燃冰的能量密度非常高。同等条 件下， 可燃冰燃烧产生的能量比煤、 石油、 天然气要多出数十倍。1立方米的可燃冰 分解后可释放出164立方米的天然气。 由于可燃冰是天然气和水的化合物， 燃烧后仅会产生少量的二氧化碳和水， 是 真正的绿色能源。有专家估计， 其资源量 相当于全球已探明传统化石燃料总量的两倍。我国可燃冰资源储存量则相当于 1000亿吨石油，

4、其中南海海域是我国可 燃冰的主要分布区， 有近800亿吨储量。 因此， 可以毫不夸张地说， 可燃冰是一种 具有重大战略意义的未来能源。大国角逐可燃冰可燃冰低碳环保又储量丰富， 一 跃成为现代社会解决能源匮乏的有 效途径， 引发多国对其青睐有加， 投 入巨资展开研究追溯人类能源利用的历程， 会更有助 于我们了解可燃冰的价值。 人类曾在漫长历史进程中， 通过木 柴等生物质能源获取能量。直到工业文 明后， 煤炭的利用使蒸汽机得以大面积推 广。再后来， 石油天然气推动人类的行动 能力得以大幅提升。 但是， 需正视的现实是， 石油资源的 渐趋匮乏是现代社会必须面临的重大挑 战之一。 在这样的背景下， 低

5、碳环保又储量丰 富的可燃冰自然吸引了人们的关注。因 此， 不少大国对其青睐有加， 纷纷投巨资 开展这一领域研究。 今年5月， 美国能源部下属的国家能 源技术实验室宣布， 正与得克萨斯大学奥 斯汀分校等机构合作， 在墨西哥湾深水区 开展可燃冰开采研究。 一直以来， 美国都十分重视可燃冰研 究， 2000年曾通过 天然气水合物研究与 开发法案 。此后， 美国能源部多次拨款 支持可燃冰研究， 最近一次是在2016年9 月， 宣布投入380万美元支持6个新的可 燃冰研究项目。开展本次钻探的得克萨 斯大学奥斯汀分校就是受支持的项目方 之一。 日本经济产业省资源能源厅今年 5 月也宣布， 日本石油天然气金

6、属矿物资源 机构成功从日本近海海底埋藏的可燃冰 中提取出甲烷。该次试验开采海域位于 爱知县和三重县附近的太平洋近海， 估计 该海域拥有的可燃冰储量达1.1万亿立方 米， 是日本天然气年消费量的约10倍。这是日本第二次开采可燃冰。2013 年， 日本尝试过开采海底可燃冰并提取了 甲烷， 但由于海底砂流入开采井， 试验仅6 天就被迫中断。第二次试验持续12天后 也因出砂问题中断， 未能完成原计划连续 三四周稳定生产的目标， 12天产气量只有 3.5万立方米。 中国地质调查局于1999年开始天然 气水合物调查， 在南海西沙海槽首次发现 了天然气水合物存在的地球物理标志； 2007 年， 在南海神狐海

7、域首次钻获天然 气水合物实物样品； 2013年， 在南海北部 获得了多类型的天然气水合物样品； 2015 年和2016年在南海神狐海域再次获得发 现。目前， 我国已在南海发现两个超千亿 立方米的矿藏， 圈定11个成矿远景区、 25 个有利区块。同时， 今年5月我国也成功 实施了海域天然气水合物首次试采， 创造 了产气时长和总量的世界纪录。产业化面临诸多难题可燃冰虽然储量大、 分布广， 但 现有海底钻井设备很难进行开采， 稍 有不慎就会导致开采失败但是， 可燃冰开采难度之大也是业界 公认。可燃冰靠低温高压封存， 如果温度 升高， 水合物中的甲烷可能溢出； 或者如 果冰块消融， 导致压力回升， 一

8、旦控制不 当， 可能造成海底滑坡等地质灾害。 例如曾有地质学家将8000年前的一 场毁灭性崩塌归因于天然气水合物。当 时， 挪威海岸外出现了高达 6米的海浪。 研究人员推测， 甲烷气体在海底的爆炸性 释放引发了这场自然灾难。 有专家表示， 可燃冰虽然储量大、 分 布广， 但形成年代要比石油、 天然气晚得 多， 覆盖它的海底地层普遍是砂质， 现有 的海底钻井设备开采很难， 稍有不慎就会 导致大量砂石涌进管道， 造成开采失败。 而且， 更值得关注的是环境问题， 如开采 不当， 水合物中的甲烷一旦溢出， 可能造 成巨大污染。 中国地质调查局基础地质调查部副 主任邱海峻表示， 我国此次南海天然气水合物

9、试采实现了多项创新， 创新研发了 “地层流体抽取法” 试采技术， 创建了天然 气水合物系统成藏和天然气水合物 “三相 控制” 开采理论， 建立以稳定地层为核心 的试采理论技术体系， 自主研发了钻完 井、 储层改造、 人工举升等试采关键技术， 成功解决了试采的砂层流动、 天然气水合 物二次生成、 井下气水分离和长期稳定生 产等世界性难题， 实现了六大技术体系20 项关键技术自主创新， 初步建立了适合我 国海域天然气水合物资源特点的开发技 术体系。 邱海峻表示， 经测算， 我国海域天然 气水合物资源量约 800亿吨油当量。通 过重点地区普查， 已经圈定 11个有利远 景区， 19个成矿区带， 并经

10、过钻探验证圈 定了两个千亿立方米级矿藏。 不过， 有关专家表示， 此次我国在全 球范围内实现首次试开采， 仅是万里长征 迈出关键性一步， 未来要实现产业化和商 业化开采， 仍有长路要走。 中国地质调查局副局长王昆表示， 今 后将围绕加快推进产业化进程的目标， 争 取神狐海域试采成果最大化； 同时， 继续 加大天然气水合物资源调查力度， 开展重 点目标区的详查， 提供2至4个大型资源 基地， 为推进产业化奠定资源基础； 此外， 将开展不同类型天然气水合物试采， 把加 强环境保护放在突出位置。 “基于中国可燃冰调查研究和技术储 备的现状， 预计我国在 2030年左右有望 实现可燃冰的商业化开采。

11、” 王昆表示。可燃冰： 未来能源愈行愈近经济日报 中国经济网记者黄晓芳俗话说水火不相容。但是 有这样一种冰， 不仅可以燃烧， 其热值还比石油多 10 倍， 燃烧 后很清洁， 只生成二氧化碳和 水， 储量据称可供人类使用千 年。这就是可燃冰， 学名叫做 “天然气水合物” ， 也被人称作 “固体甲烷” ， 是甲烷为主的有机 分子被水分子包裹而成， 既含水 又呈固体， 看起来像冰， 很容易 被点燃1 万多块建筑构件， 可拼装出 6 栋近 30层高的住宅楼； 包括洗手池、 马桶和洗 浴、 地面排水设施在内的 “卫生间” 在工厂 整体生产， 运到现场再 “推” 进预留位置； 室 内装修的墙面、 地面集成

12、拼装， 一般住宅 “装修” 10天就可拎包入住在江苏南 京丁家庄二期保障房项目施工现场，“搭积木” 一般拼装出的楼房拔地而起。目前， 6 幢装配式保障房已全部封顶， 总体装配率 达67%， 预计明年9月份， 近千套装修后的 保障房可交付使用。 说到 “装配式建筑” ， 业内人士形象地 将其比喻为像 “搭积木” 一样盖出的房子。 先将楼房的柱、 梁、 楼板、 墙体、 楼梯等建筑 构件， 通过标准模具在工厂里成批量用机 器浇筑成型， 再将预制好的 “零件” 运送到 施工现场拼装。百尺高楼也能以这种方式 拼装好， 而且安全、 抗震。 值得注意的是， 与传统建造方式相比， 装配式建筑的标准化作业使得建

13、造方式发 生根本性改变工期可缩短 3 个月以 上、 工序可减少 50%以上、 施工人员可减 少约 40%、 房屋使用面积可增加约 2%。 此外， 装配式建筑在减少粉尘污染等环保 方面的社会效益更为凸显， 被业内看做建 筑产业现代化的重要途径。这种产业化、 工业化的建筑方式在日本、 新加坡等国家 已经被广泛应用。 由此， 2016年， 国务院常务会议决定 大力发展装配式建筑， 并以京津冀、 长三 角、 珠三角城市群和常住人口超过300万 的城市为重点， 加快提高装配式建筑占新 建建筑面积的比例。今年3月， 住房和城 乡建设部接连印发 “十三五” 装配式建筑 行动方案 装配式建筑示范城市管理办法

14、装配式建筑产业基地管理办法 指导 装配式建筑发展。今年11月， 北京、 杭州、 南京等30个城市被认定为首批装配式建 筑示范城市， 装配式建筑正逐步在各地推 进， 南京丁家庄二期保障房项目就是其中 引人关注的一例。 像 “搭积木” 一样盖房子， 说起来容易 做起来难， 需要破解不少技术难点。 第一个难点是建筑构件的深化设计。 中建二局丁家庄项目经理苏宪新向 经济 日报 记者介绍：“我们对一般性建筑图纸 层层细化， 细化到每一面墙、 每一个转角、 每一条管道， 统筹全局后才能精密设计出 每个建筑构件。常规图纸一张墙柱平面图 及墙配筋表即可表示整层墙体， 而本工程 中一块夹心保温外墙板构件图需采用

15、20 个平立剖面图、 7个详细节点图及3个详细 图表来表示， 设计量十分巨大。 ” 第二个难点是掌控精度。精度对 “搭 积木” 式盖房子至关重要， 从生产角度来 看， 对生产线上产出的构件成品精度要求 很高， 必须完全实现设计要求； 从施工的实 际看， 无论是地面拼装还是高空吊装， 构件 与构件之间穿插拼装必须严丝合缝， 所有 精度误差不超过3毫米。 第三个难点是拼装连接。一块块 “积 木” 不仅要 “搭” 起高楼， 还要让 “搭” 起来的 高楼安全结实。记者在现场看到， 不同的建筑构件中都有预置好的钢筋和灌浆套筒 接口， 工人施工起来如同拼装乐高玩具 将一块构件露出的钢筋插入另一块构 件预留

16、的套筒中， 再通过预留注浆孔对套 筒进行灌浆， 构件与构件就能结结实实地 “长” 在一起了。 同样出自苏宪新团队之手的南京上坊 保障房项目已经完工。其中， 以装配式建 设的 6-05 栋楼建筑面积 10380 平方米， 高45米， 采用了全预制装配式结构， 是已 竣工的预制装配式框架结构中预制率最 高、 建筑部品集成度最高的建筑。因其在 建设技艺上的先进性， 在行业发展趋势上 的引领性， 这个项目先后斩获了2015年建 筑施工最高奖项 “鲁班奖” 和2016年中国 土木工程詹天佑奖优秀住宅小区金奖两项 殊荣。 “可以说， 在技术层面上， 我国装配式 建筑已拥有世界领先水平。更长远看， 虽 然日本、 新加坡等国家在这方面先行一步， 但由于建设体量更大、 应用地域更广， 我国 的后发优势将更加明显。 ” 苏宪新对建筑产 业现代化、 建筑方式集成化的发展方向很 有信心，“我们正在做的只是装配式建筑发 展的第一步， 在此基础上， 无论是硬装、 软 装， 室内、 室外， 都可以无限集成、 集成、 再 集成。可以肯定，