——《人口困局》被删减的第4章第2节

作者 李尚勇 

第4章  能源日趋紧张

【导读】我国长期粗放式发展经济，拼资源、拼环境，“GDP至上”，甚至急功近利推行高耗能产业政策，例如，在“人口高位运行”条件下，不是大力发展公共交通，而是大力发展轿车工业（曾经有22个省区市将汽车工业作为支柱产业[1]），并拼命鼓励而不是限止私家车，甚至还要为私人飞机开放空域，这一切都将我国的能源安全推至险境，使我国本已相当紧张的资源与人口关系雪上加霜。

我国真正的能源风险潜藏于能源结构之中，这表现为，煤炭消费比重畸高（70.4%），天然气比重畸小（4.5%），石油生产接近产量极限（2亿吨），而需求缺口巨大（对外依存度高达58.6%）。于是，人们期盼“非常规”战略性能源出现。

然而，当我们弄清其中的关键环节以后便知道，未来的战略性能源难救当务之急。

关于我国目前能源的现实困局，我之前有几篇文章可以参考，如：《中国私家车的最终命运》；《2020年GDP能够再翻一番吗？》；《关于10年前对“GDP翻两番而能源仅翻一番”的质疑》。

第二节 未来的战略性能源难救当务之急

一、页岩气之困

在所有“非常规”能源形式中，页岩气也许是最具有现实可行性的补充或替代能源形式。

据有关部门“初步预测”（仅为理论计算而非勘探结果），我国页岩气可采资源量为25万亿立方米，与常规天然气资源相当；目前，在四川、重庆、云南、湖北、贵州、陕西等地开展了页岩气试验井钻探，已钻井62口，24口获天然气流，“初步证实我国页岩气具有较好的开发前景”[2]。不过，也有专家认为，仅依靠这区区60多口井搞全国评估预测并不现实[3]。

按照《天然气发展“十二五”规划》的要求，到2015年，我国应该探明页岩气可采储量2000亿立方米，页岩气产量65亿立方米。不过，这仅仅是规划中2015年天然气产量的4.7%[4]，亦分别是2010年天然气消费量和能源消费量的6%和0.2%[5]

然而，要迈出这非常小的一步也非常困难。

常规天然气储藏在多孔或具有天然裂缝的岩层中，容易开采。而页岩气属于贫矿，仅存在于致密页岩及其缝隙中，由于页岩质地坚硬，页岩气的开采难度很高。目前开采页岩气的主要技术手段就是将高压液体注入钻井使烃源岩（生油岩）岩层碎裂，从而开采出页岩气。

美国是世界上最早勘探开发页岩气资源的国家，早在1821年美国就钻探了第一口商业性页岩气井，但由于成本过高，一直未能规模化。1981年，美国第一口页岩气井压裂成功，实现了页岩气开发的突破。[6] 进入21世纪，经过约180年的技术酝酿和努力，美国人终于成功地研究出清水压裂等一系列经济实用的页岩气开采技术，降低了开采成本，实现了页岩气的规模经济开采。[7]

即使有了美国的成功，各国页岩气开发的难度依然很高。“世界性大规模开发尚需时日，未来将面临环境、技术和资源价格等诸多挑战”[8]。事实上，除美国外，其他国家对页岩气只处于研究开发的阶段[9]。

对于我国来说，坏消息是，业界普遍认同“美国的经验无法简单复制或者照搬到中国来”。业内专家认为，中美两国地质条件差别很大。例如，北美大陆是一个整体的板块，地形特征比较平稳，其页岩气保存得很好，但中国的地质构造变形太剧烈，整个中国大陆被碎裂成59个小板块，这就决定了储存页岩气的地质条件非常复杂；美国的页岩气层埋深多在800~2600米之间，且页岩气开发区域多为平原，而中国（以四川和塔里木盆地为例），页岩气埋藏大多在4000~6000米，且地表环境较差、多山区或沙漠，施工成本和开发难度都很高。因此，中国的页岩气开发“会非常困难，成本也会非常高”，“甚至美国的技术拿到中国都无法发挥效用”。[10]

另一方面，页岩气开发会造成环境污染也是一个大问题。

目前开发页岩气所使用的“压裂技术”需要将高压液体注入钻井以造成岩层碎裂。这些压裂液中99%是水和砂，1%是润滑剂、防腐剂等添加剂。来自美国的报告称，压裂添加剂包含了750种化学产品和有毒物质苯和铅。并且，将地下岩层压出裂缝也可能污染地下水。[11]

专业研究报告显示，页岩气在生产过程中不仅大量消耗水，还会导致一系列环境问题，如水力压裂所用的碳氢化合物或化学品对地下水的潜在污染，地下爆破对地表的影响，空气、土壤和噪声污染，以及栖息地丧失，等等。该报告引用美国的相关报道称，美页岩气开采技术存在问题，“有些家畜在饮用了开采点的水后死亡。在宾夕法尼亚州，甲烷渗入水井后，一些居民甚至可以点燃自家的饮用水”。该报告称，“目前，美国环保部正在立法，要求页岩气开发商披露压裂混合液的化学成分，以评估其对地下水的影响。纽约一个环保组织已经要求颁布法令，永久禁止在该州的卡兹奇山等生态敏感区进行钻井作业。而在人口稠密的欧洲，环境问题更为敏感，壳牌（公司）在瑞典开发页岩气的计划就因环境问题遭当地民众强烈反对。在南非，壳牌勘探页岩气计划也遭到当地农民的反对”。[12]

从总体上说，页岩气的勘探和开发属于技术、资金密集型行业，它比常规油气开发对设备、钻采技术和资金的要求要高很多。同时，页岩气开发又需要占用太多的土地和水资源，而且还会造成较大的环境污染。这些问题既是开发“贫矿”的共同特点，也是我国开发页岩气这类“贫矿”的制约因素。

《天然气发展“十二五”规划》对此有清醒的认识：“我国页岩气资源赋存条件比较复杂，总体资源情况尚不清楚；勘探开发关键技术和重大装备尚未攻克，核心技术远未掌握；环境和水资源约束突出”。

随着世界能源“吃紧”，世界的油气生产在经历了陆上和海上常规油气资源开发以后，开始进入“非常规”贫矿资源开发的新阶段，而要真正做到经济实用商业化，往往需要具备“综合能力”，比如，美国能够实现页岩气规模经济开采，应该是现代市场经济制度（市场机制）、企业家精神和技术创新能力相结合的结果。而这些都是我国的“短板”。

尽管媒体将美国的“页岩气革命”描绘得“形势大好，不是小好”，但是，科学界经“同行评议”后发表的一些研究报告的结论并不那么令人乐观。例如，一份研究报告写到：“虽然肯定有大量的化石燃料资源留在地下，但可以按全球经济所习惯的价格加以商业开采的石油的量是有限的，并很快就会下降”。

与此同时，美国记者披露说，页岩气产业不但离盈利差得很远，而且正面临巨大的金融障碍。因为，“水力压裂法的经济原理是可怕的。产量从第一天起就跌下悬崖，这种下跌持续了一年左右的时间，直到在占初始产量10%左右的水平上跌停为止”；其结果是，“钻探正以惊人的速度摧毁资本，钻井公司留下了堆积如山的债务，而（产量）下降幅度则开始造成浩劫。为了避免下降率打乱收入报表，公司不得不钻探更多的新井，（以弥补）老井的产量下降”。[13]

新井产量快速下跌（一口井能够压裂的岩石毕竟太有限），成为页岩气投资难以消弭的“大漏斗”。

《香港文汇报》随后的报道佐证了上述情况：“美国能源部数据显示，截至去年（2012年）11月底，美国已从沙特阿拉伯进口逾4.5亿桶石油，超过2009、2010或2011年的全年进口量。海湾地区在美国石油进口中所占比重超过25%，创9年高位”。[14]

另一份国外的研究报告显示，页岩井的开采繁荣期约为3~5年，有的甚至只有1年，期间生产能力将呈现出陡峭的下降趋势。当气井不能满足工业生产所需要的产气量时，只能选择放弃。[15]

在本质上，页岩气属于“贫矿”资源。上述情况显示，由“贫矿”页岩气接替或替代石油、天然气的技术和经济条件离现实相差很远。

二、可燃冰之愿

由于受到能源危机的困扰，人们对“新发现”能源总是很期待，而我国媒体冷不丁也会暴出“发现大能源”的新闻，但稍后往往发现愿望多于现实。

2012年6月，中国之声《新闻纵横》报道称，“南海可燃冰资源量相当于650亿吨石油，够我国使用130年”。[16]

可燃冰也叫甲烷水合物或天然气水合物，主要成分是甲烷与水分子，是天然气和水在低温、高压条件下形成的一种白色或灰色固体结晶物质，因其形似冰块，故称可燃冰。

可燃冰是近20年来发现的新型洁净优质能源，已引起了各国政府和能源专家的广泛关注。可燃冰热量很高，1立方米的可燃冰可以释放出164立方米的天然气；燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水，且二氧化硫的产生量比燃烧原油或煤低两个数量级。

根据理论推算，“可燃冰全球远景总资源量约10万亿吨油当量，相当于全球已知煤、石油和天然气储量的2倍”，若按2010年全球一次能源消费水平计算，可以满足全球830年的能源需求。

我国从1999年开始对可燃冰进行调查和研究。2008年的理论预测数据是，“可燃冰远景资源量2000亿吨油当量以上”，若按2010年我国一次能源消费水平计算，可以满足我国83年的能源需求。

目前，世界上至少有30多个国家和地区正在进行可燃冰的研究、调查与勘探，但是，对于如何开采可燃冰，目前尚没有找到可靠方法，“基本上处于研究、试验阶段”。

在经济上，目前从南海开采可燃冰的费用高达200美元/立方米，折合成天然气为1.2美元/立方米，而目前天然气的开采费用一般才1元/立方米。这显示可燃冰的开发利用还缺乏现实的经济可行性。

不过，目前真正制约可燃冰开发利用的还在于它的开发风险。

可燃冰是一种极不稳定的物质，对温度和压力很敏感，只有在低温（0~10℃）和高压（10MPa）同时具备的条件下，它才能保持稳定状态。目前，只有在它的原始存储地，即深海海底或高寒冻土区才同时具备这样的条件。一旦把可燃冰从低温高压条件下取出，它就会迅速分解，释放出甲烷，在开采过程中如果控制不住，很容易出现甲烷泄漏，极易造成“井喷”。

海底可燃冰的甲烷含量是大气含量的3000倍，而甲烷造成温室效应的能力是二氧化碳的26倍。这也就是说，如果可燃冰的甲烷大量扩散到海水和空气中，就有可能对环境和气候造成灾难性后果，比如，破坏海洋的稳定和平衡，大大加强温室效应，加剧气候变暖，甚至造成气候灾变、失控的局面。

有关专家介绍说，在脆弱的海洋生态系统中，机械钻探或化学试剂注入海底，将改变其物理性质，使海底软化，出现大规模的海底滑坡，毁坏海底采气及输送设施。开采中产生的井喷，可能造成海啸、海底滑坡、海水毒化等严重后果。

迄今为止，世界各国都还没有一项经济、实用、安全的技术能够大规模地将可燃冰从海底转移到陆地，并将其安全保存。[17]

可见，作为战略性远景资源，可燃冰有可能在未来成为替代石油和煤炭的新型优质能源，但在短期内，可燃冰成为新能源，还只是人类的一个愿望而已。

三、干热岩之盼

2012年10月，媒体依据国土资源部的数据称，“中国大陆3000米至10000米深处干热岩资源总计相当于860万亿吨标准煤，是中国目前年度能源消耗总量的26万倍”。受此消息和地热政策即将出台消息的刺激，地热能概念股票随后整体大涨了一次。

作为比较宽泛的概念，干热岩是指埋深超过2000米、温度超过150℃的地下高温岩体，其特点是岩体中很少有地下流体存在。目前，人们对干热岩的开发利用主要是发电，即通过几千米深井将高压水注入地下岩层，使其渗透进入干热岩层的缝隙吸收地热能量并形成热储水库，再通过附近另一个专用深井将热储水库中的高温水汽提取到地面用于发电。

利用干热岩发电的设想最初是由美国人于1970年提出来的。美国的试验性开发始于1973年，最深钻孔达4500米，热交换系统深度为3600米，发电量由最初的3000千瓦提高到1万千瓦。[18]

在理论上，我国干热岩资源丰富。中国地质科学院水文地质环境地质研究所的5位专家对我国干热岩资源潜力进行了理论估算（并非勘探结果），我国大陆3000~10000米深处干热岩资源总计约856万亿吨标准煤，按2%的可开采资源量计算，相当于我国2010年能源消耗总量的5200倍。[19]（这或许就是上述“860万亿吨”、“26万倍”数据的出处。）

但是，目前一般的钻孔深度小于5000米 [20]，而且，正在实验开发干热岩资源的几个发达国家的钻孔深度也没有超过5000米。例如，日本实验钻孔的最大深度为2200米，澳大利亚为4500米，德法联合实验项目为5000米。[21]

所以，若只计算3000~5000米深处的干热岩资源，便只有上述估算量的17.4%。[22]

当然，这一能源仍然巨大，留给人们想象的空间依然很大。不过，要现实开发这些能源，我们还有一系列问题需要很长时间去解决。

首先，发达国家的干热岩商业性开发尚需时日。

一些国家的学者曾经对干热岩发电的商业可行性做过分析，他们认为，各国目前的试验性开发技术仍然以20世纪70年代的技术（思路）为基础，而商业性开发需要研发“第二代技术”，这需要积累试验性开发经验，也许会在2015年以后实现技术“飞跃”；此后，还需要一个“技术成熟期”，还需要再等10多年。这两个技术升级阶段都需要以下4个条件，即研发基金的投入保持当前水平、政府的能源政策允许、商业经验积累充分、能源市场供需良性发展。按照他们的设想，真正商业性的干热岩资源开发需要等到2030年以后。（前后算起来，发达国家需要60年时间才能真正进行干热岩商业性开发。）

目前最困难的问题是，人们并没有掌握几千米深井下干热岩裂隙的分布情况及其规律，这制约了人们正确修建“人工热储水库”，以阻止库过多水流失。[23]

其次，我国的技术跟进、商业性勘查开发同样“尚需时日”，并且很可能需要更长时间。

目前，我国干热岩的勘查开发利用“基本上还是空白”。之前，1993—1995年，国家地震局地应力研究所和日本中央电力研究所合作，在北京房山进行了一项干热岩发电研究试验。这是唯一的合作研究试验项目。[24]

2012年底，在高级别“干热岩资源勘查开发研讨会”上，与会专家认为，我国干热岩地热资源赋存分布状况不清，所以“亟待加快查明我国干热岩资源状况、禀赋和可供近期开发利用的干热岩靶区”；并且，“我国干热岩勘查开发依然受一些重大科学与关键技术问题制约，需要尽快建立干热岩勘查开发试验研究基地，研发具有自主知识产权的干热岩探测技术、高温深钻技术、热储（水库）建造技术、热能交换技术、高效发电技术、梯级利用技术、检测监测技术等勘查开发关键技术”。[25]

这一系列干热岩勘查开发技术，尤其是那些具有自主知识产权的核心技术，对我国来说基本上需要从零做起，比起那些已经有三、四十年试验性开发经验的发达国家来，我国还有很长的路要走。

当然，上述研讨会的专家比较乐观，他们认为，我国“基本掌握干热岩资源赋存分布状况，科学评估干热岩资源数量与品级，圈定干热岩勘查开发适宜靶区，跟踪国际干热岩勘查开发动向，初步进行干热岩开发原理试验”需要3年；“研发适于我国干热岩勘查开发需要的关键技术，建成具有自主知识产权和国际先进水平的干热岩开发试验研究基地，形成具有中国特色的干热岩地热能勘查开发利用技术和热能产品”需要5~8年；“完善升级干热岩勘查开发技术，实现以市场为主体的商业化运营”需要18~20年。[26]

就算我国可以如此神速地大大缩短干热岩商业开发技术的形成和成熟期，但这一时期仍然长达26~31年。

干热岩地热供应的价格主要由深井钻井费用和修建深井热储水库的费用所决定[27]，所以，成熟的干热岩开发技术的主要标志是，与其它能源形式相比，干热岩地热供应价格能够降低到使其具有市场竞争优势的水平，这意味着深井钻井技术和热储水库修建技术均先进、成熟、经济。

中国能源研究会地热专业委员会主任认为，干热岩资源的“开采难度甚至超过页岩气”[28]。开采页岩气的关键是运用“压裂技术”压裂深井下的页岩岩体，而开采干热岩地热则需要在深井下修建“热储水库”并阻止水流失，后者的技术难度显然更大。

第三，大规模开发干热岩资源的安全性问题尚需深入研究。

在本质上，干热岩属于地热资源，与天然地热资源的区别在于，它深埋于地下，需要钻深井开发。

中国地质环境监测院的专家指出，“全球性地热带一般沿地壳各大板块边界分布，高热流的部位常在俯冲带的前端”；“从全球地质构造观点来看，大于150℃的高温地热资源带基本上都出现在地壳表层各大板块的边缘，如板块的碰撞带，板块开裂部位的现代裂谷带”。“干热岩开发潜力最大的地方，还是那些新的火山活动区，或地壳已经变薄的地区，这些地区主要位于全球板块或构造地体的边缘”；“按照热流-构造分区，通常地热活动强度随远离板块边界而减弱”。[29]

显然，干热岩资源丰富的地方正是地震活动较强的地区，开发干热岩必须要考虑地震活动的影响，否则可能井毁人亡，并损失巨额投资。这也许正是我国第一个干热岩发电试验项目要由国家地震局地应力研究所与日本合作进行的原因。

事实上，往深井中注入水或其它液体有可能诱发地震。

地质专家将渗入并充填到（深井）岩体裂隙空隙中的水称为孔隙水，并将孔隙水对岩体的破坏作用称为孔隙水压力效应。他们认为，这些孔隙水会产生附加的孔隙水压力，该压力会恶化岩体断裂面的应力条件，降低其抗剪强度。[30] 孔隙水压力会促使岩体裂隙发展，甚至诱发岩体断裂（地震）。

早在20世纪60年代，地质地震科学家已经发现向地下深部注入液体可能诱发地震。

在美国科罗拉多州丹佛市的一个军火工厂，人们于1962年3月至1965年8月期间，分五个阶段，往一口井深3671米的化学废液处理井注入液体。从1962年4月起，在注液井附近地区陆续出现了包括一些强震在内的微震群，地震频率与井口压力及注液量正相关，并在第五阶段达到高峰。停止注液后的l966年初，地震频率降低，但地震活动并未停止。l967年，地震频率有所增加，且出现了三次5.0~5.2级地震。该地震活动一直延续到l970年。l966年测定的震中分布区在处理井北西向长8公里、宽2公里的范围内，震源深度4.5~5.5公里，与注液深度接近。[31]

美国丹佛注液诱发地震是孔隙水压力效应的著名案例。因为在这里没有水的荷载效应，而只是因为液体注入使岩层裂隙中的空隙水压力增加了12MPa。[32]

此外，在中国、日本和加拿大等国都有往深井中注入液体（如油井注水）而引发地震的实例。

美国地质调查局（USGS）的科学家确认，“目前已经知道向地下注入高压液体可以导致地震提早发生”，“在任何人类居住区域做这样的事情都很危险，因为这有可能引发一场破坏性地震”。[33]

正是因为这个原因，2000年前后，德法两国联合开展干热岩热能试验项目时，曾在干热岩5000米深井旁边，专门钻了一口深1500米的微地震监测井。[34]

因此，要在全国范围内大规模开发利用干热岩资源，意味着要将我国地震活动区钻得千疮百孔并大量注水，这究竟会在多大程度上诱发地震、诱发多大地震，目前都还未知。这是一个尚待进一步研究的重大问题。

在理论上，越往地下“走”，干热岩资源越丰富，但是，其开发利用的现实风险亦越大。

如果把开发可燃冰的风险比喻为“玩火”的话，那么，开发干热岩资源就是“虎口拔牙”。无论“玩火”还是“虎口拔牙”，都考验着人类智慧。从长远来说，我愿意相信人类能够找到规避风险、安全开发的办法，但是，中短期内，这种可能性并不存在。

总之，干热岩仍然只是一种着眼于未来的战略性资源，它对于缓解我国目前日益突出的能源供需矛盾基本上没有什么帮助。