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資料時間:2017/6/16     提供者 : 蕭國鑫  
 

中國大陸成功開採南海可燃冰


摘要:

  • 中國大陸國土資源部中國地質調查局於2017年5月18日宣布,已在南海的神狐海域連續187個小時試採「可燃冰」(甲烷水合物),成為全球在海底成功開採「可燃冰」、並穩定生產天然氣的國家之一;將對可燃冰資源占全球90%以上、且開發難度最大的泥質粉砂型儲層具有指標性意義。下一步中國大陸將繼續在附近海域再進行2~3個不同礦區和類別的試開採計畫,為預估2030年前的商業開發奠下基礎。
  • 南海北部神狐海域的天然氣水合物試開採現場距香港約285公里,採氣點位於水深1,266公尺海底以下200公尺的海床中。從5月10-18日連續出氣的187個小時中,已累計産出超過12萬m3、甲烷含量高達99.5%的天然氣,已達到成功開採的國際公認指標[1]。另外,全球目前尚有美國、日本與印度等3個國家,藉由國家級研發計畫採到可燃冰實物樣品,但均未達到公認指標(日本曾於2013年3月12日至18日連續6天、2017年5月4日至15日連續12天於海域產出甲烷水合物,但兩次都因出砂問題而中止産氣,其產氣量沒有達到日均産氣1萬m3以上及連續一周不中斷的國際公認指標[1])。
  • 中國大陸官方資料說明,大陸的陸域和海域可燃冰主要分佈在南海海域、東海海域、青藏高原和東北凍土帶,並在2005年宣告在南海北部發現世界上最大的可燃冰分佈區,其面積約為430km2。而依據中國大陸保守估計,可燃冰的總資源約是常規天然氣、頁岩氣等資源量總和的兩倍,對比目前的年消耗量,約可滿足中國大陸近200年的能源需求[1]。

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評析

  • 可燃冰是一種固態的天然氣水合物,主要生成條件是在地層或海洋大量有機質的缺氧環境中,經過厭氣性細菌將有機質分解,最後形成石油和天然氣。而其中許多的天然氣和水在高壓低溫條件下被包進水分子中,並約在攝氏2至5度內形成類冰狀的結晶物,此結晶物就稱「可燃冰」。因其外觀像冰一樣,且遇火即可燃燒,故又稱為「可燃冰」、「固體瓦斯」或「氣冰」。
  • 地球上的可燃冰在陸地上和海洋底下都有分布,目前確定的可燃冰主要分佈在海洋邊緣的地底下和陸地上的永久凍土帶。而要形成可燃冰的環境需要三個基本條件: 溫度、壓力與氣源材料 [2];其中的溫度最高限約為20℃,溫度太高就會分解;且要有足夠的壓力,0℃時30個大氣壓以上就可能生成(7℃時50個大氣壓以上);同時地底要有天然氣源,三者同時具備上述條件,方可形成可燃冰(甲烷水合物)。而通常利用地溫梯度,即地表下每單位深度增加的溫度變化率,若是地表深度加深,環境溫度變化達到可燃冰形成的溫度、壓力時,足夠的天然氣水合物亦可能形成可燃冰。
  • 依據上述之可燃冰生成條件,甲烷水合物可以在陸地的地層中約200公尺到1,080公尺深度形成(圖1)。除了南北極的永凍層發現可觀的可燃冰外,美國阿拉斯加和俄羅斯西伯利亞等地區,也發現相當豐沛的可燃冰資源[3]。而在海平面400公尺之下的海床中,環太平洋的大陸斜坡沉積了大量來自陸地植物生成的有機物質,經過降解作用,便可生成可燃冰的主要成份氣體_甲烷[3]。而海洋中間地帶都是以碳酸鈣為主的沉積物質,因而缺乏足夠量的甲烷來形成可燃冰。

         圖片來源[3]

圖1、大陸斜坡與地球南北極地區形成可燃冰大約深度圖分布[3]

  • 地球上可燃冰的儲量比目前已知的石油總儲量要多。依據美國能源部初步推估,全球可燃冰蘊藏的甲烷含量約在2,800兆m3到28,000兆m3之間。相較於2015年全球天然氣開採量約35億m3,地球上的天然氣水合物儲量約可使用千年以上[4]。目前發現的海洋可燃冰資源主要分佈在北半球,且以太平洋邊緣海域資源較為豐富,其次是大西洋的大陸棚(continental shelf)地區[2]。中國大陸的可燃冰資源主要分佈在南海和東海海域(約740億噸油當量)、青藏高原凍土帶(約350 億噸油當量)等區域[1],合計地質資源量稍大於1,000億噸油當量,因此,具有相當大規模的發展潛力。而依中國大陸國土資源部專家推估,2030年前就可進行商業開發[5]。
  • 可燃冰的利用具有兩大優勢;一為能效高,此是由於天然氣含量占可燃冰體積的80%至99%,比常規天然氣的純淨度平均高約10%。而1m3可燃冰可分解為164m3甲烷氣體,同等條件下,可燃冰燃燒產生的能量比煤和石油要高出數十倍[2],這是傳統能源遠遠無法達到的。二是相對具環保效益,因為燃燒可燃冰沒有粉塵污染,和石油比較沒有毒氣污染,甚至和傳統天然氣相比也沒有其他雜質污染。若與等熱值煤炭相比,每千m3氣可分別減排CO2、SO2約4.33噸和0.0483噸,且可燃冰內含物不含鉛塵、硫化物以及PM2.5等有害物質,是相對較乾淨的能源[2]。
  • 20世紀80年代初起,主要資源國都將可燃冰開發列入國家發展戰略;例如美、日、印、德等國紛紛將可燃冰資源勘查和開發利用納入其國家能源中長期發展規劃,並編制了詳細的發展路線圖[1]。其中的美、日、加拿大、俄羅斯等國更實際進行開採測試,但沒有得到具體成果(表1)。中國大陸的成功開採,已經使得開發可燃冰資源達到「技術上可行」階段,但要實現「經濟上可行」,即民用化與商業化的過程,仍須克服諸多障礙;例如要如何進一步降低開採和運輸成本、降低對開發周邊環境影響,以及避免引發鄰近諸國的抗爭等。

表1、全球各國可燃冰開採進度[1]

國家

可燃冰開採進度

日本

  1. 2000年6月,日本政府設立“可燃冰開發研究委員會”,啟動大規模可燃冰研發計畫。
  2. 2013年3月12日從深海可燃冰層中成功提取出甲烷,成為世界上首個掌握海底可燃冰採掘技術的國家。
  3. 2013年在南海海槽進行海上試採,但因出砂等技術問題失敗。
  4. 2017年4月在同一海域進行第二次試採,第一口試採井累計産氣3.5萬m3,5月15日再次因出砂問題而中止産氣。

美國

2012年在阿拉斯加北坡成功進行CO2置換可燃冰生産試驗,從中安全有效地獲得穩定的天然氣流,30天獲取甲烷氣近3萬m3

加拿大

  1. 2002年與美、日等國合作,利用加熱法試驗性開採可燃冰。
  2. 2008年與日本合作進行了第二次的可燃冰開發試驗,累計産氣量約1.3萬m3

俄羅斯

  1. 1970年代前蘇聯開始對陸地可燃冰礦床進行商業開採,在14 年內總採氣量50.17億m3
  2. 2007年至2009 年與日本、比利時合作,在貝加爾湖進行了5 次可燃冰開採技術工藝試驗。

工研院綠能所整理,2017

  • 美國能源部國家能源技術實驗室於2017年5月12日宣佈,與德克薩斯大學奧斯丁校區等機構合作,在墨西哥灣深水區進行可燃冰開採研究,並已開始進行鑽探。未來使用的開採技術可能是將可燃冰儲層升溫或是降壓,從而把其中的甲烷釋放出。另外,日本經濟產業省資源能源廳於同年5月4日宣佈,日本石油天然氣金屬礦物資源機構成功從該國近海海底埋藏的可燃冰中抽取出甲烷,但試驗持續12天後,因為出砂問題而中斷,未能完成原定目標[6]。
  • 可燃冰開採不易,例如天然氣水合物的傳統開採方法主要是降壓法,近年來還提出固態開採法和混合泥漿開採法等方法。但是可燃冰通常存在地質條件比較脆弱地區,開採時密封性要求高,稍有不慎即會造成海底地形崩坍,除了對開採的機械和礦藏造成傷害外;同時開採工具需要克服海水的壓力,更需要選用專用的抗腐蝕材料,對於開發器材的製造技術要求很高;而在開採時對溫度特別敏感,稍一不慎就會使得開採的可燃冰揮發。特別是在南海等亞熱帶、熱帶海域地區開採可燃冰,需要將機組冷凍後再工作。且開採出來後,可燃冰需要在低溫高壓的條件下保存和運輸,所以要有特種船舶的配合,以及運送等一系列的問題尚待克服[2]。
  • 甲烷水合物是相當潔淨的能源,燃燒後排放硫化物及氮化物很少,CO2的排放量更比煤或石油低。同時可燃冰具高能量密度、儲量大、潔淨等特性,所以被認為是未來的新興能源。不過以目前的技術開採不易、成本太高。仍無法符合經濟效益,而如何提高開採效率,以及防範甲烷洩漏等將是未來重要課題。因此,開採可燃冰是一種著眼於未來的研發專案,要產生經濟效益還需要一個漫長的過程。
  • 據台灣中油公司的報告,民國80年代學術界的海洋震測資料,即已發現臺灣西南海域有可燃冰廣泛存在的可能性;因此,國科會乃積極進行調查研究,並在2002年補助計畫的震測調查中,首度確認高雄外海至東沙島附近的西南海域岩層,存有甲烷水合物的徵兆。所以經濟部、中油公司、海洋大學等20幾個產官學代表,在該年舉辦的「21世紀海洋新能源—天然氣水合物」研討會中,共同研究探討甲烷水合物的未來發展;並建請政府重視甲烷水合物的龐大發展潛能,積極投入資源進行研究,以瞭解甲烷水合物未來商業開發之可能性
  • 2004年起經濟部中央地質調查所推動相關的地質調查研究,經臺灣西南外海反射震測資料分析結果,確定臺灣西南部的深水海域內有明顯的甲烷水合物賦存徵兆,初步推估位於臺灣西南外海的蘊藏,能讓我國使用60年[7]。而國科會也自2009年起展開能源國家型計畫,主要重點在探勘西南外海,也就是高雄至恆春海域的地質蘊藏。後來因為政府科學鑽探計畫預算未能通過,研究規模已面臨縮減,再加上可燃冰的研發成本很高,民間也無意投資。目前科技部主導的「第二期能源國家型科技計畫」也仍只是停留在調查研究階段,例如2008~2011年進行臺灣西南海域新興能源-天然氣水合物資源調查與評估,主要針對震測及地熱調查地球化學調查研究多音束水深及底拖聲納調查熱力學研究等[8];2012~2015年進行天然氣水合物資源潛能調查,主要內容為震測、地熱及地球化學調查研究、高解析聲納調查熱力學與動力學研究等研究[9],並未對可燃冰開採及開發經濟效益做進一步評估。
  • 可燃冰的商業化發展仍需一段時間,特別是開發成本是否符合經濟效益仍是一大關鍵。建議未來我國可繼續針對臺灣外海的可燃冰分布做更詳細調查,同時注意中國大陸與日本對於可燃冰開發技術的發展,除了可以針對相關技術進行引進或改良外,也可以在非常時期進行開發,以增加國內的天然氣供應來源,並提升能源自主率。

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參考文獻

1. 領先全球 中國成功試採可燃冰,Sina全球新聞

http://dailynews.sina.com/bg/chn/chnpolitics/chinapress/20170519/00497870570.html

2. 揭秘可燃冰_民用化征程中還有一些障礙需要克服

http://www.china5e.com/news/news-989499-1.html

3. 可燃冰 燃燒21世紀能源新希望

http://savearth.nctu.edu.tw/index.php/green-energy/215-21.html

4. 首次成功開採海下可燃冰對中國戰略意義重大

http://www.china5e.com/news/news-988686-1.html

5. 可燃冰的投資啟示:頁岩氣財富神話僅維持短短十年

http://www.china5e.com/news/news-988686-1.html

6. 南海蘊藏的可燃冰對未來全球能源供應非常關鍵

http://www.china5e.com/news/news-989047-1.html

7. 中國成功開採南海可燃冰,台灣外海也有分布,財經新報

http://finance.technews.tw/2017/05/19/chinas-success-in-the-south-china-sea-combustible-ice-the-coast-of-taiwan-is-also-a-lot/

8. 臺灣西南海域新興能源-天然氣水合物資源調查與評估 (2008~2011年),中央地質調查所天然氣水合物調查計畫,地質調查所地質資料整合查詢

http://datawarehouse.moeacgs.gov.tw/Geo2006/ReferenceSearch/GasHydrate/index.htm

9. 天然氣水合物資源潛能調查 (2012~2015年),中央地質調查所天然氣水合物調查計畫,地質調查所地質資料整合查詢

http://datawarehouse.moeacgs.gov.tw/Geo2006/ReferenceSearch/GasHydrate/index.htm

 





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