如何赶上可燃冰在中国的发展?

随着石油资源即将耗尽,所有国家都渴望找到新的替代能源。可燃冰的出现给人类的能源供应带来了新的曙光,人们看到了新的希望。自20世纪80年代以来,美国、俄罗斯、日本、韩国和欧盟相继投入巨资进行可燃冰的调查和研究,印度、墨西哥和印度尼西亚等发展中国家也将可燃冰列入国家研发计划。据统计,目前已有30多个国家和地区开始了这项研究。

我国对冰火的实质性调查研究始于1999,比发达国家晚了30年。从1999开始,广州海洋地质调查局进行了第一次天然气水合物高分辨率地震调查。1999-2001,广州海洋地质调查局在南海北部开展了天然气水合物资源初步调查,首次在我国海域发现了天然气水合物的地震标志。2002年,国家同意设立“中国海域天然气水合物资源调查与评价”国家专项,要求在东海南海北部、西部、南部斜坡区和冲绳海槽西部开展天然气水合物调查与评价,重点圈定2 ~ 3个勘探远景,选择几个前景好的突破目标,钻探实现战略突破,为进一步勘探开发这一新能源提供了后备基地。也是在这一年,国家“863”计划批准了广州海洋地质调查局提出的“天然气水合物探测技术”课题。至此,中国真正开始了探索“可燃冰”的科学征程。

虽然我们获得了可燃冰的样品,但我们与国际研究水平的差距很大,包括可燃冰调查研究领域的差距,以及电子、机械、船舶、深水钻井等领域与美国、日本相比的整体差距。

良好的国民生活空间取决于新能源的发现和良好的消费模式。发展新能源技术是为了促进一个国家提高其生存能力。因为发达国家把可燃冰的研究作为重要的国家机密,禁止泄露,所以中国既要最大程度地借鉴世界先进国家的经验,又要依靠自己的努力。

严峻的形势表明,中国在开发可燃冰领域应该赶上自主创新。根据中国经济发展情况,因地制宜调整中国能源结构,合理利用各种能源。对于可燃冰,也要根据其自身特点和我国的能源需求,合理开发利用,力求做到成本最低,利用效率最大,对环境影响最小。

第四,成果丰硕

经过科技工作者的不懈努力,我国在探索可燃冰的征途上取得了丰硕的成果。我国在可燃冰的基础理论研究方面打下了坚实的基础。近年来,中国尤氏大学在这一基础理论研究课题上取得了可喜的进展。中国尤氏大学建立了国内规模最大、功能最全的水合物科学研究和技术开发实验室,在水合物热力学和动力学基础研究方面取得了一系列创新成果。目前,“天然气水合物勘探开发关键技术”项目已列入“十一五”和863计划海洋科技领域重大专项。该项目将重点发展天然气水合物成矿带高精度物化探技术,自主研发水合物钻探取样技术和装备,开展钻探、开发、环境影响评价等关键技术研究,集成海域天然气水合物目标快速探测系统平台,初步形成系列天然气水合物资源勘探技术和装备,为可燃冰开发做技术储备。

海域可燃冰资源调查与评价的首要问题是在海底表层钻取可燃冰样品。由于沉积物的原位压力和温度无法维持,用传统采样器对深海表层沉积物进行采样时,由于温度、压力、光照等条件的变化,样品中的可燃冰会挥发,因此无法获取。因此,作为国家“863”计划,“可燃冰探测技术”将此作为重要的研究内容。

2005年底,由广州海洋地质调查局资助的国家“863”计划——“天然气水合物探测技术”在北京通过了课题专家组的验收。在结题报告中,13科研机构和骨干科研人员列举了9项创新成果。目前,该研究项目已获得并颁发了5项国家发明专利、5项国家新型实用新型专利和8项国家计算机软件著作权登记证书;初步形成了一系列适合中国海域特点的“可燃冰”探测技术,部分技术达到国际先进水平。

最近,我国可燃冰勘探设备的研制有了突破。我国首套深水浅孔可燃冰保真采样器由国土资源部广州海洋地质调查局监制,浙江大学海洋技术与工程中心和流体传输国家重点实验室设计研发。采样器借鉴了重力活塞式采样器的结构,可以直接插入海底采集样品,样品经过保温保压处理。在南海北部的海上试验证明,该设备的主要性能指标已达到国际领先水平。这套设备搭载了中国“海洋4号”科考船在南海北部进行的第二次海试,成功采集了1940米水深的深海沉积物样品。取样器返回甲板后,经过现场和反复保压试验,各项技术指标均达到设计要求。采样器中的气体经气相色谱仪初步检测分析,其主要成分为甲烷。获取实物样品是可燃冰资源调查的实质性突破,已被我国科学家攻克。

2007年5月,我国启动可燃冰三维实验模拟技术。由中国科学院广州能源研究所、中国尤氏大学和国土资源部广州海洋地质调查局联合实施的可燃冰三维实验模拟技术研究正式启动。可燃冰三维实验模拟技术研究课题充分利用国外先进的研究技术和基础,采用数值计算、理论分析和实验模拟相结合的研究方法,综合考虑海上可燃冰开采将面临的技术挑战和风险,综合运用各学科、交叉领域的基础。它是一套服务于可燃冰开采技术研究的实验模拟和数值模拟技术研究平台。该项目的正式启动,可以为我国可燃冰的开采做好技术储备。

调查海底可燃冰需要很多船。2008年6月8日,10,我国首艘自主研发的可燃冰综合调查船“海洋六号”在武昌造船厂建造下水。该船总长106米,宽17?4米,8米深?3米,设计稿5?5米,设计排水量4600吨,续航力15000海里。这艘可在海上连续航行60天无需补给的可燃冰调查船的研制成功,无疑将推动我国海上可燃冰的发展进程。

同时,我们实验室在可燃冰的合成方面也取得了显著的成绩。中国尤氏大学仪器仪表研究所与中国科学院广州能源研究所、黑龙江科技学院等单位合作,在可燃冰模拟实验系统开发方面取得了一系列进展,不断开发出天然气水合物生成与开发的模拟实验技术及多套相关仪器设备系统,包括一维长管开采模拟实验系统、二维扁平开采模拟实验系统、 三维开采模拟实验系统、天然气低温储运实验系统、多孔介质中天然气水合物热动力学模拟实验装置。

该实验装置具有三个重要特点:一是可视化程度高,可以直接看到天然气水合物的生长过程,还可以通过光、声、电检测方法检测天然气水合物的生成和分解;二是测试精度特别高,可以清晰测量天然气水合物生成和分解的压力和温度;三是自动化程度高,实验中的数据采集处理和图像采集都由计算机控制。利用这些模拟技术和设备,天然气水合物的实验室合成获得了圆满成功,提取的气体成功点火。

通过模拟海底低温高压环境,反应釜内的水和气体发生变化,这种变化的全过程被安装在反应釜内的微型摄像镜头记录下来。实验的大致过程如下:首先将水放入高压釜中,将高压釜中的空气抽出,用磁力搅拌器搅拌,使天然气溶解在水中。在冷却过程中,水合物逐渐由小变大,最终形成雪球状物质。因为水合物的密度小于水的密度,所以水合物漂浮在水面上。几十个小时后,凝固的天然气水合物就变成了我们所说的“可燃冰”。由于不同海域的地质条件不同,天然气水合物的成分和形成机理也不同。实验室研究成果将为技术勘探和资源评价提供有力依据。

在我国广大科技工作者的共同努力下,可燃冰勘探开发技术取得新进展。相信在不久的将来,中国也将成为世界可燃冰开发大国,海底可燃冰开采成功,在保证环境安全的同时,为中国提供清洁的替代能源,保证中国的能源安全和经济发展,保证中国的经济发展目标,逐步走向富强。