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金之钧:未来30年,科技将如何引领能源变革?

发布者: 安全有保障发布时间:2021-01-28

本文摘要:2019年1月5日,由金砖智库CBGG作为学术反对单位、中国日报网和网易新闻牵头主办的2019影响力峰会意识到未来在北京举行。

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2019年1月5日,由金砖智库CBGG作为学术反对单位、中国日报网和网易新闻牵头主办的2019影响力峰会意识到未来在北京举行。中国科学院院士、页岩油气富含机理与有效地研发国家重点实验室主任金之钧在峰会上以科技创新要求能源行业未来为主题公开发表演说。金之钧指出,在科技创新引导下,2050年前后,人类不会转入天然气时代。

2030年前后,太阳能发电将具备和煤炭发电同等的成本竞争优势;2050年前后,核聚变研发未来将会构建商业化;2050年前后,氢能在能源结构当中的占比将超过18%。以下为金之钧先生的现场演说国史:各位来宾,女士们、先生们:大家上午好!很高兴有机会和大家来共享我个人和我的团队对能源科技领域所掌控的一些发展态势以及对未来能源产生影响的一些科研成果。我谈的题目是科技创新要求未来能源行业的态势,实质上也可以叫引导。

在SCIENCE杂志125周年创刊的纪念活动中他们明确提出了在未来几十年内人类要面临和坦率问的125个科学问题,其中第24个问题谈的是什么时间用什么能源来替代石油,我今天的报告要从这里想起。在2017年全球一次能源当中石油占到34.2%,是第一能源,现在我们处在石油时代,非化石能源只占到14.8%。值得一提的是非化石能源,2017年比2016年还减少了0.2个百分点,其主要原因是由于油价的暴跌对它发展的抑制作用,人们大量地用石油。中国的情况是另外一个图景,我们是以煤居多的一次能源结构,2017年是占到59.1%,石油占到20.7%,接下来是非常规能源,占到13.2%,比2016年快速增长0.2个百分点,天然气占7%,所以下一步我们国家的能源战略是大力发展天然气。

2040年是什么样的图景呢?大家可以看见在重复使用能源结构当中,石油、天然气和煤炭依然是最主力的能源,占到76%;非常规,也就是说可再生能源从2016年到2040年在能源结构中快速增长了9个百分点,超过24%。2050年的图景有所变化,尤其是可再生能源,也就是说非化石能源,用过去可再生能源署的预测,大约占到重复使用能源结构当中的1/3,实质上化石能源还是占到50%以上,所以这样的一个预测应当说道在目前阶段是广泛的行业的共识。

我们的问题是,在未来必须这么多的油气,我们的油气资源能无法符合人类的供应?很长时间内油气是匮乏的资源,不能再造。有一组数字,左侧是到此为止全球一共所找到的石油和天然气储量,可可供人类持续铁矿50年以上,右侧两列是分别佩了并未待研发的石油和天然气量,可可供人类用于100年以上,尤其是我用有所不同颜色标出来的页岩油和页岩气,这是我们现在全球都在注目的一种新型的油气资源,是我们未来的期望。

什么叫页岩油、页岩气?这个剖面图上下部展出的是深层石油和天然气的岩层含有的石油和天然气,就把它叫页岩油和页岩气,仅次于的有所不同是岩石颗粒,像我们用的磨刀石很软,这个孔隙缩放了一万倍,也就是说是纳米级的孔隙,从十个纳米到几百个纳米平均,是有机孔和无机孔包含的,用常规的石油天然气的铁矿技术,无法把这一类石油和天然气铁矿出来,必需经过类似的铁矿技术,是什么样的铁矿技术呢?这一张动画片展出了主体的页岩油和页岩气的勘探开发技术,打一个横向井,再行两头个转弯,打水平井,水平井打完了之后还要分段把岩石碎裂,就是人工压裂产生裂缝,所以页岩油岩层也可以称作人工油气层。在颗粒岩石当中导电或不存在的游离状态不存在的页岩油和页岩气就可以渗流出来,可以随着主通道采行出来,这个技术是发源于美国。由于这样一个技术的顺利,大家看见这两张图,是同时对美国南部的美国地质调查局的评价,2008年到2011年油气资源量减少了43倍,北部的巴肯盆地页岩油的评价从最初到最近的评价,资源量刷了53倍,所以过去我们指出油气是稀缺资源,这样一个常识早已政治宣传了,油气是非常丰富的。

这是全球的页岩油、页岩气的一张资源评价和分布图,中国也在其中,全球有4190亿桶页岩油资源量和12631桶当量的页岩气的资源量,中国页岩油在全球分列第三位。中国油气工业有怎样的资源潜力与油气产量?去年天然气的产量是1487亿立方米,将近1500亿立方米,原油的产量是1.92亿吨,由于油价的暴跌,我们从2.14亿的高峰早已有所上升,所以我们的进口量在持续减少,对外依存度也在持续减少,石油和天然气的安全性早已引发了中央、国务院的高度重视。这三个表格,列出来的是我们早已开发利用的石油和天然气储量,以及待找到的石油资源量和天然气资源量,印有另外颜色的就是中国的页岩油资源量和天然气的资源量,这是我所在的中国石化勘探研发研究院的团队评价的。这张列出来的是有所不同机构对中国页岩气潜力资源的分析和资源量的计算出来,可以看见目前的了解分歧还相当大,所以摸清页岩气的家底对我们还是一项最重要的任务,但是不管怎么说道,中国页岩气的潜力极大。

我们的目标是到2020年,保证页岩气的产量200亿方,到2030年需要超过800-1000亿方,占到那个时候中国天然气产量的1/3左右,即30%以上。根据这样一个目标,我们面对着极大的挑战,中国页岩油气最主要的产地是在四川、重庆一带,就是我们地质上讲的四川盆地,以及中国广大的南方地区,挖出浅4000-5000米,这个目的层只有10米到30米的厚度,水平段要打水平井,水平段要碰到1500-3000米的深度,再行展开20-30段的压裂,要打的定、力的进,出产的出有、环保还要有效益,这张图上最左侧的图就是为了保证地下打的定的地质导向和转动导向技术,相等于地下导弹的制导技术。中间这个是三千马力的压裂车,在四千、五千米的深度把岩石需要碎裂,中间这张图是我们在一个平台上所设计的多口井生产量的设计模型,为的是提升单井的产量,需要有效益,最后一张图在整个研发当中要保证环保。说道到页岩油,我们的资源量也非常丰富,有200亿吨,和常规的石油资源量是非常的,目前主要产于在四大盆地,像大庆油田所在的松辽盆地、胜利油田所在的渤海湾盆地、缩短石油所在的鄂尔多斯盆地,以及新疆油田所在的准噶尔盆地,是我们下一步页岩油的主要生产量区。

目前工作目标是到2020年需要取得商业突破,也就是说在油价60-80美元每桶的情况下我们需要盈利。2030年需要超过500-1000万吨,这是我们国家保证两亿吨石油安全性红线的期望所在,但是这一带地层也和美国的地层不一样,我们主要是在古湖泊环境下构成的一套东条英机地层,黏土含量低,清水压裂技术不过于限于这套地层。另外这里构成的原油成熟度较低、黏度大、流动性劣,不更容易流动,地层的能量也偏弱,所以要构建这样一个页岩油的铁矿,地下的冷却技术或者将近临界水地下原位降解技术沦为技术的关键,冷却又分电加热、流体冷却、电磁辐射冷却、自燃冷却等等,而在这个过程当中我们还要研究固态、液态和气态三相并存的情况下,在孔隙和裂缝介质相互作用下的渗流机理,这其中还牵涉到到物理过程、化学过程以及数学计算和仿真,还包括材料科学和防腐的工作,整个的挑战是极大的。

青睐社会各界需要注目这项技术,参予这个技术的研发,这是中国油气安全性的未来和期望。对于油气研发来说,技术变革是关键:从资源扩张型向降本增效型改变。我们的油气资源是非常丰富的,关键的问题是能不能够给人类获取廉价的油气,也就是说我们石油行业、天然气行业目前的科技于是以面对着一个根本性的巨变,也就就是指以往的资源扩张型的科技进步到今后的降本增效型科技的转折期。

科技进步是以不断扩大油气资源为特征的,例如,刚才谈的页岩油气。而未来的科技特征将是以降本增效、获取廉价的油气作为今后科技发展的最重要方向。右侧这张图体现的是美国三年来页岩油研发的成本减少情况,大家可以看见通过技术变革,三年的时间它的成本减少了40%,可以预计的是,通过更进一步的技术变革,还可以再行减少40%。

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在今后能看见的时间应当以中低油价时期居多。我们行业十分注目着互联网、大数据和人工智能技术的发展,以及对我们行业带给的推展起到,今后十年的时间,这些技术不会重塑石油工业的未来,不会大大地减少我们的管理成本、生产成本,为人类获取更为廉价的油气。

能源演变过程当中,人类走到了木炭的时代、煤炭的时代、石油的时代,现在迅速要转入天然气的时代,未来用什么能源替代石油沦为第一能源,我现在问这个问题,就是约在2050年前后,天然气将多达石油,沦为人类一次能源结构当中的第一能源,人类转入天然气时代。现在的清洁能源技术发展十分很快,成本减少得十分慢。以备几年太阳能发电的竞标成本报价,在去年中国过春节中,阿联酋附上了最低价,每千瓦时发电成本1.78美分,右侧图展出的是中国和美国在有所不同时代太阳能发电、风能发电、煤炭发电和天然气发电的一个竞争态势,大家可以看见不论是中国还是美国,大约在2030年前后,这几驾马车可以举,太阳能发电将具备和煤炭发电同等的成本竞争优势。

核聚变研发的路线图是李建刚院士获取的,我们参与全球仅次于的项目叫ITER工程,2020年前后不会在实验室竣工实验填,2030年前后不会竣工工程填,2050年前后未来将会构建商业化,一旦这个技术获得成功,人类核电的资源将取之不尽用之不竭,并且安全可靠,因为它没放射性。也有科学家指出氢能是未来的终极能源,这是世界氢能理事会所做到的2030到2050年的一个路线图,到2050年,氢能在能源结构当中的占比将超过18%,增加二氧化碳的排放量将超过60亿吨,建构三千万个低收入岗位和2.5万亿美元的收益。这是它在交通行业、工业能源、建筑供热和氢能发电的一个路线图。原创性的理论和颠覆性的技术往往是不能预测的:科技进步是经济快速增长的主要驱动力。

下面这个图是油价这些年来的波动图,大家告诉仅次于的这一次波动是2008年,美国能源危机、经济危机所带给的,实质上那一年我恰好在哈佛商学院深造,美国人的反省是指出科技进步没跟上而给经济带给的影响。我20分钟谈了几个主要的观点,我的时间早已到了,就不一一反复了,最后感激各位院士、教授、高工和工程师对我整个研究工作的反对、科学知识的共享、资料的获取,谢谢大家。


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