中国新能源资源开发利用现状与发展趋势

中国新能源资源开发利用现状与发展趋势

随着我国经济的快速发展，能源需求越来越大，传统能源无法满足经济发展的需要。1993年中国成为石油净进口国,1999年进口原油4200×104t,2007年进口原油1.59×108t。据专家预计,2010年和2020年中国石油对外依存度将分别达到47%和60%。但是,实际上到2007年中国石油对外依存度已近50%。中国油气资源对外需求增长速度已经超过预期,油气能源紧张局面加速扩大,大力发展新能源已势在必行。本文中新能源包括非常规油气中的煤层气(瓦斯)、油砂矿、油页岩、天然气水合物、页岩气、深盆气和可再生能源中的地热、生物燃料、太阳能、风能。中国新能源资源十分丰富,发展新能源对国家能源安全、环境改善、煤炭安全生产、三农问题等均具有重要的战略意义。1国际新能源发展现状与动力世界各国都非常重视新能源业务的发展,特别是美国、加拿大等一些发达国家对新能源的开发利用更是走在了世界的前列,取得了重要的成果。1.1世界石油资源及能源结构(1)美国、加拿大和澳大利亚煤层气开发走在世界前列。煤层气又称煤层瓦斯,主要成分为甲烷,它是成煤过程中生成的以吸附或游离状态赋存于煤层的自储式天然气。世界煤层气总资源量为(100~260)×1012m3,约为常规天然气资源量的50%,其中俄罗斯、加拿大、中国、美国、澳大利亚5国合计煤层气总资源量为(90~250)×1012m3,占世界煤层气总资源量的90%。目前,美国、加拿大、澳大利亚3国煤层气开发已形成工业化规模,2007年煤层气产量分别达到了496×108m3、100×108m3和29×108m3。(2)世界油页岩资源丰富,分布集中,油页岩资源开发以发电和提炼页岩油为主。油页岩又称油母页岩,是一种以腐泥质为主的高矿物质的低热值固态化石燃料。油页岩是人造石油的重要原料,经低温干馏可得页岩油。世界油页岩资源十分丰富,其蕴藏资源量约有10×1012t。世界页岩油资源量为4110×108t,主要分布于美国、中国、俄罗斯和巴西。其中美国页岩油资源量约为3000×108t,约占世界页岩油资源量的70%;中国页岩油资源量为476×108t,约占世界页岩油资源量的11%1。目前油页岩开发利用速度加快,形式多样。世界上油页岩69%用于发电(含供热),25%用于提取页岩油,6%用于化工和其他用途。2000年世界页岩油产量为50×104t,2007年已超过100×104t,主要集中于巴西、爱沙尼亚、中国和澳大利亚。另外,2007年,世界油页岩作燃料发电的装机容量约为350×104kW。(3)油砂在世界能源结构中扮演着重要的角色,油砂油产量快速增长。油砂又称沥青砂,是一种含有天然沥青的砂岩或其他岩石,通常是由沥青、砂、粘土和水组成的混合物。世界油砂资源量巨大,可采资源量约为1035.1×108t,占世界石油资源可采总量的32%。油砂资源丰富的国家有加拿大、前苏联、委内瑞拉、尼日利亚和美国,其中加拿大油砂资源最为丰富。油砂资源计入原油储量后,加拿大的石油储量由7.95×108m3增至286.2×108m3,成为世界第二大储油国。加拿大是目前世界上唯一实现油砂商业开采的国家。据加拿大能源部(CNEB)报道,2002年加拿大油砂矿中原油产量为4800×104t,占Alberta原油产量的48%;2007年为7660×104t,占Alberta原油产量的72%。(4)地热资源应用广泛,以直接利用为主,地热发电快速发展。地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,主要赋存于地下岩体及水体之内。地热是一种清洁的可再生资源,目前已广泛用于供暖、洗浴、养殖、种植和发电。到2007年,世界地热直接利用设备容量超过3.5×104MW,总产量为13×108kW·h。2000年世界地热发电总装机容量为7.97×103MW,到2007年,世界地热发电总装机容量超过9.73×103MW。(5)世界燃料乙醇生产已具规模,美国和巴西在燃料乙醇生产方面走在世界前列。燃料乙醇是以玉米、小麦、薯类、糖等为原料,经液化、糖化、发酵、蒸馏而制成乙醇,再经脱水形成无水乙醇后,加上适量变性剂(无铅汽油)而形成的变性燃料。据世界可再生能源组织公布的统计结果,2005年全球燃料乙醇产量为2950×104t,2007年为7451×104t。美国和巴西是燃料乙醇产量最大的两个国家,2007年产量分别为2950×104t和2854×104t,占全球燃料乙醇产量的77.8%。美国还是燃料乙醇产业发展最快的国家,燃料乙醇年产量平均以25%的速度递增。巴西政府的干预促进了燃料乙醇产业在该国的发展。早在1976年,巴西政府规定汽油中燃料乙醇的添加比例为10%~22%,到2007年这个比例提高到了25%。(6)生物柴油快速发展,欧洲和美国是生物柴油生产的主要地区。生物柴油是以植物油脂(油料作物、野生油料植物、工程微藻等)、动物油脂、餐饮垃圾油为原料油,通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料,是一种优质清洁柴油。2005年世界生物柴油产能为919×104t,实际产量达352×104t;2008年世界生物柴油产能约为3200×104t,产量约为1100×104t。欧洲是目前生物柴油生产的主要地区,其生物柴油的产量约占全球生物柴油产量的80%。美国是世界上生物柴油产业发展最为迅速的国家之一,从1999年到2007年,生物柴油产量由1650t持续上升到78×104t。巴西生物柴油发展潜力巨大,预计其产量将在2015年超过美国和欧洲。1.2积极研发新技术,走可持续发展道路全球新能源资源十分丰富,新能源资源的有效开发不但带来了巨大的经济效益,而且缓解了全球能源紧张的压力。随着油气价格的上涨,各国更加重视新能源业务的发展,国际大型能源公司对新能源业务的投入也不断加大,积极研发新技术以提高经济效益。新能源资源的开发利用是世界能源发展形势所驱,是世界能源可持续发展的要求。煤层气和油砂业务在美国、加拿大、澳大利亚等国家快速发展,其在油气资源中所占比例不断增大,已经成为十分重要的油气资源。在煤层气和油砂资源商业开发前期,美国、加拿大、澳大利亚政府都给予了重要的政策扶持,有效地加速了非常规油气资源的商业化开发步伐。在可再生能源方面,各国政府根据自身资源特点,因地制宜地选择原料路线,并制定了税收优惠政策,发展可再生能源已成为世界各国的共识。发展可再生能源,一方面可以缓解日益严重的能源压力,走可持续发展道路;另一方面可以降低人类二氧化碳的排放,走绿色环保道路。2大量成果的获得中国具备新能源开发的资源基础和技术储备,经过近几年的快速发展也取得了大量的成果。特别是以中国石油、中国石化为代表的大型能源公司,充分发挥其强大的资源、技术和资金优势,在煤层气、燃料乙醇、地热、油砂和油页岩等方面积极开展工作,为下一步中国新能源业务快速发展奠定了良好的基础。2.1常规油(1)采气管网开发据“全国新一轮油气资源评价”结果,中国煤层气资源量为36.8×1012m3(2000m以浅),位居世界第三2。国家十分重视煤层气产业发展,并出台了多项政策鼓励煤层气开发利用。国土资源部等五部委下发《矿产资源储量评审办法》,将煤层气列为国家一级管理的矿种;煤层气已列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》;国务院发布加快煤层气利用意见,对煤层气抽采利用实行税收优惠,2020年前可减免探矿权和采矿权使用费,项目建设用地予以优先安排。目前中国石油、中联煤公司、晋煤集团及国外公司已在沁水盆地南部进行煤层气商业开发,2006年煤层气地面开采近2×108m3;井下抽采接近20×108m3,其中大部分放空,少量用于民用和坑口发电。2008年全国煤层气地面开采建成产能约13×108m3。(2)油砂资源开发利用现状中国油砂油资源量为59.7×108t,主要分布在准噶尔、柴达木、松辽、鄂尔多斯、塔里木、四川等盆地中3。目前已经在准噶尔、四川和二连等盆地开展了大量的油砂资源勘探工作。2007年在准噶尔盆地西北缘油砂勘探中取得了重大突破,发现了超亿吨级大型油砂矿藏;2008年在该地区探明油砂油储量超过5000×104t。同时,开展了大量的油砂资源开发利用试验研究,并取得良好效果。通过室内分析和现场放大试验研究表明,不同类型油砂适合不同的分离方法,水湿型油砂适合用热化学水洗法进行油砂油分离,干燥型油砂适合用热干馏法进行油砂油分离。2005年进行了水平式和立式干馏炉提炼工艺试验;2006年开展了水洗分离试验,18t油砂可水洗分离1t原油;2008年在新疆准噶尔盆地西北缘建成了年处理能力1×104t的油砂处理试验基地,为中国油砂资源大规模商业开发提供了参考。(3)页岩油页岩资源中国油页岩地质资源达7199×108t,折合页岩油为476×108t,主要集中在东部区、青藏区和中部区,其中东部区页岩油资源量占全国的35%2。中国油页岩开发始于1928年,至今已有80年的历史。1959年页岩油产量为79×104t,为历史最高水平。1960年以后,由于中国石油产量猛增,页岩油工业一度停止。近年来,随着石油资源供求关系相对紧张,油页岩产业重新快速发展。2004年全国页岩油产量为16×104t,2007年达35×104t。目前正在进行油页岩开发利用的矿区有辽宁省抚顺,广东省茂名,吉林省桦甸、汪清和甘肃省炭山岭等,其中抚顺页岩油产量最高,年产量达30.6×104t。大型石油公司也十分重视油页岩产业发展,在多个盆地开展了油页岩资源的勘探开发。其中,中国石油在柳树河盆地探明页岩油储量近300×104t,并启动了柳树河年生产能力3×104t的页岩油先导示范基地的建设。(4)盆地深盆气成藏潜力中国有利于形成深盆气的领域广阔,对鄂尔多斯盆地、吐哈盆地等10余个具备深盆气形成条件的地域进行估算,深盆气远景资源量约为(90~110)×1012m3。其中鄂尔多斯盆地陕北斜坡构造区上古生界地层平缓,生烃强度大,储层致密,具备深盆气成藏的有利条件;盆地中部、北部上古生界储层中“气水倒置”及压力异常,证实了深盆气的存在;盆地中部上古生界储层普遍含气,充分展示了“深盆气区”巨大的资源潜力。初步估计,鄂尔多斯盆地深盆气远景资源量约为(8~13)×1012m3。中国页岩气资源丰富,初步估计页岩气的资源量可达100×1012m3。四川、鄂尔多斯、渤海湾和准噶尔等盆地的边缘斜坡部位具有很好的页岩气资源勘探前景。四川盆地威远地区下寒武统九老洞组页岩气资源潜力最大,平均厚度为210m,最大厚度为400m,区域上黑色泥岩TOC值为6.02%~26.39%,平均氯仿沥青“A”为0.021%。威5井2795~2798m泥岩段产气量为2.46×104m3/d。(5)天然气水合物分布中国南海海域天然气水合物资源潜力最大,水合物远景分布区有效分布面积约12×104km2。南海的调查程度相对较高,并发现了天然气水合物可能存在的地球物理证据(BSR)和一系列地质、地球化学异常标志,初步圈定了天然气水合物的分布范围及其厚度。2007年,广州海洋地质调查局在南海北部神狐海域钻遇了天然气水合物。2.2中国太阳能和风能资源丰富区(1)地热直接利用规模大,发展快。地热发电受地域限制,主要集中在西藏地区。据中国地质调查局统计,全国2000m以浅年可采热水量68.5×108m3,折合标准煤为3285×104t,国土资源部审批的地热田有103个4。2005年中国地热直接利用总量为126×108kW·h4,到2008年,全国直接利用的地热量约为210×108kW·h,地热直接利用设备容量超过6000MW,主要用于供暖、洗浴、养殖、种植等。中国适用于发电的高温地热资源较少,主要分布在藏南、川西、滇西地区。受地热发电的地域和成本限制,中国地热发电装机容量长期保持在32MW左右,其中最大的地热发电厂为西藏羊八井地热电站,装机容量为25MW。(2)太阳能资源丰富,太阳能直接利用和发电产业快速发展。中国三分之二地区年日照时间大于2200h,理论储量折合标准煤达17×1012t。太阳能资源丰富区位于吐哈、柴达木、二连、银额盆地;较丰富区位于塔里木、准噶尔、鄂尔多斯、松辽及渤海湾盆地。2005年中国太阳能热利用装置总量为7500×104m2,到2007年太阳能热利用装置总量约12000×104m2,产量的增长速度约为30%。在太阳能发电技术方面,与国际上蓬勃发展的光伏发电相比,中国在这一领域落后于发达国家。但是,中国光伏产量增长迅速,2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW,到2007年,太阳能电池年产量约1200MW,生产能力达到2900MW,全国光伏系统的累计装机容量达到100MW,从事太阳能电池生产的企业达到50余家。(3)中国风能资源丰富,风能发电进入快速发展阶段。全国可开发利用的风能资源总量约为10×108kW。其中陆地上(离地10m高),可开发和利用的风能储量为2.53×108kW,海上为7.5×108kW。东南沿海、山东、辽宁沿海及其岛屿年平均风速达到6~9m/s;内陆地区如内蒙古北部、甘肃、新疆北部以及松花江下游也属于风资源丰富区。2005年风电总装机容量为126×104kW,到2008年底,估计风电规模可达1000×104kW。预计到2010年,中国风电总装机容量将达到1800×104kW。(4)国家扶持燃料乙醇产业发展,取得明显效果,目前已经实现商业生产。自推广乙醇汽油以来,国家一直对定点燃料乙醇生产厂家实行财政补贴政策。以国内某燃料乙醇厂为例,2005年生产燃料乙醇的补贴为1883元/t,2006年为1628元/t。国家的政策扶持有效地促进了燃料乙醇产业的发展。2005年全国已建成4座燃料乙醇厂,年产量约为102×104t,并在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省,及湖北、山东、河北、江苏4省的27个地、市推广使用了乙醇汽油,实行封闭运行。2008年中国燃料乙醇产量约160×108m3。(5)生物柴油产业发展以民营企业为主,已经建成了一定产能规模,但受原料影响,实际产量较低。从产能建设来看,中国生物柴油行业已经形成了一定规模,2007年全国生物柴油行业年产能超过300×104t。该行业中产能超过1×104t的生产企业有30家,其中,产能小于5×104t的有13家,产能(6~10)×104t的有7家,产量大于10×104t的有10家。但是,生物柴油生产成本高,生产过程受原材料价格的制约。2006年的生物柴油原料油价格只有800元/t,到2007年原料油价格一度上涨到3500元/t。由于原料油价格高涨,导致很多生物柴油企业亏损和停产,2007年中国生物柴油产量约30×104t,产能利用率只有10%。3中国新能源资源开发评价工作重点新能源要实现真正意义上的替代作用道路还很漫长,需要在资源和生产技术上下大力气。在国家对能源需求日益增大的情况下,加大新能源发展力度,对缓解国家能源压力,提高能源安全具有重要的意义。(1)广泛开展新能源资源调查与评价,为新能源资源的开发利用提供资源基础。新能源资源的勘查评价须根据不同矿种的发展阶段开展与之相适应的评价工作。煤层气和油页岩已经实现商业化开发,其评价工作重点在于优选新的富集有利区,加快资源探明,为扩大煤层气和油页岩商业化开发规模提供资源基础。油砂和页岩气资源虽然尚未实现商业化开发,但经过近期攻关研究将会形成产能。因此,油砂和页岩气的评价工作重点在于摸清全国资源的富集分布情况,优选勘探开发的最有利区域,为开采准备有利区块。天然气水合物是一种远景资源,其评价重点为找到资源存在的证据,并预测资源规模。地热能、太阳能和风能在中国已经实现了大规模的商业开发,其评价工作重点在于发现新的有利区块,特别是开展偏远地区资源的可用性评价,因地制宜,降低开发利用成本。燃料乙醇和生物柴油产业的发展受原料供应情况的制约,其评价工作必须考虑“不与人争粮、不与粮争地”的原则,进行原料来源分析评价。(2)创新理论技术,依靠科技提高新能源资源的开发利用效率,降低成本。在中国,非常规油气受构造破坏的影响,具有资源分布点多、面广,开发利用难度大的特点,其评价方法、开采方式、应用技术等,与常规油气存在巨大差异;部分可再生资源能量转化效率低,开发利用难度大,经济效益差,缺乏新思维、新技术。目前非常规油气勘探开发的部分技术采用常规油气相应的技术,但由于非常规油气的成藏(矿)机理和赋存状态与常规油气存在