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Abstract: Based on current situation of conventional energy use, this paper analyzes the difference between wind power and thermal power, and hydropower from the environmental, economic and development potential. On the basis of the three generation features, it expounds the advantages of wind power in the energy-saving and emission reduction benefit, and economic benefit, and the development situation under the national sustainable development strategies, putting forward proposals on Jiangsu energy development and use.
关键词: 风力发电;火力发电;水力发电;优势比较
Key words: Wind power;Thermal power;Hydropower;comparative advantage
中图分类号:P754.1 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)35-0022-02
0 引言
自然环境是人类赖以生存和发展的基础,人类维持正常生产、生活的所有物质及能量均来自于自然环境。随着人口数量的激增,人类消耗自然资源的速度呈指数化增长。与此同时,爆发式的工业化扩张也给社会带来了严重后果,引起了国际社会的广泛关注。风能作为一种清洁的可再生能源,蕴藏量巨大,全球风能约为2.74亿兆瓦,其中可利用的风能为200万兆瓦,是地球上可开发利用的水能总量的10倍。风能在利用过程中不产生有害废弃物和温室气体,被认为是当前最廉价、技术最成熟的可再生资源。江苏作为我国目前经济发展迅速的省份之一,以仅占全国1%的国土创造了近10%的财富,而维持经济持续快速发展需要消耗大量的能源,需要电力工业的有力支撑。江苏传统基础能源主要为煤炭、石油和天然气,总体含量较为贫乏,分布不均匀。据统计,江苏省国土面积约10.9万平方千米,而含煤面积仅为2540km2。截至2011年末,全国煤炭基础储量2157.89亿吨,江苏省煤炭基础储量10.81亿吨,只占全国比重的0.5%。就石油和天然气资源来看,江苏省石油基础储量2933.35万吨,占全国石油基础储量的0.9%;天然气基础储量24.04亿立方米,仅占全国的天然气基础储量的0.06%。面对能源稀缺与亟需能源的矛盾,开发新能源以支持江苏可持续发展变得迫在眉睫。
江苏是风能资源大省,也是国家指定的风电发展基地之一。其风能资源较丰富,可用于发电的风能达2380兆瓦,潜在的风力发电量为2200万千瓦,占中国风能资源的近1/10。本文通过在环境、经济和发展潜力等方面逐一分析比较江苏风力发电与常规能源等发电方式的区别及优势,为规划和开发建设江苏新能源供了广阔的前景。
1 环境优势比较
随着科学技术的不断发展以及人们环保意识的不断提高,“低碳”的生活概念正在影响着人们的日常生活。传统的火力发电以煤炭、石油、核物质为原料,容易产生二氧化碳、二氧化硫等污染物,这给环境造成了严重的危害。相比煤炭、石油等,风能作为一种非常清洁的绿色能源,在转换成电能的过程中,不存在常规燃煤火力发电厂所产生的污染排放,环境成本低。在进行风力发电时能够减少二氧化碳和其它有害气体的排放,不会造成酸雨、烟雾及辐射等环境污染,所以节能减排效益显著。除此之外,风能是可再生能源,可以说是“取之不尽,用之不竭”,其自身就是对传统能源的节约,可替代部分一次能源,优化能源结构。
根据表1可得,火力发电的燃煤污染物排放中CO2的排放率最高,为1731(kg·t-1),而风力发电的二氧化碳排放量约为7g/kwh,远低于煤电的964g/kwh、石油的726g/kwh和天然气的484g/kwh,按我国每度电的二氧化碳排放量约为997g计算,每使用一度风力电,即可减少二氧化碳排放量990g[1]。
由表2可以看出,针对江苏省规模以上工业企业研究发现,其主要能源消费量以煤炭为主,其次是焦炭和原油,而煤炭的消费量占主要能源总消费量的80%左右,占据了主导地位,在2005年到2012年间煤炭的消费量增长了1.7倍,随着往后工业的不断发展,这个数量将会逐年增加。而江苏省近几年的环境污染严重,煤炭开采和使用对其的影响不计其数。
相比燃煤发电,风力发电的优势主要体现在两个方面:一是可以减少CO2、SO2、NOX等污染物在风电场的运行过程中的排放,利用风力发电技术将风能转化为电能,避免了有害气体污染空气,破坏生态平衡。二是能够减少煤炭的使用量,我国煤炭储量巨大,但煤炭属于不可再生资源,利用风力发电可以缓解资源有限的压力;风电场的建设也可以缩小了固体废渣的占地面积,避免了煤炭和灰渣在运输过程中对环境的污染,促进地区大气环境的改善。
2 经济优势比较
中国作为世界GDP第二大国,拥有着丰富的风能资源,并且具有巨大的开发利用价值,其商业化、规模化的潜力也很大。根据全国第2次风能资源普查结果,中国陆地风能离地面10m高度的经济可开发量为2.53亿kW,离地面50m的经济可开发量可能会增大一倍。近海资源估计比陆地上大3倍,10m高经济可开发量约7.5亿kW,50m高约15亿kW[2]。
目前,风电已成为具有较强经济竞争力的可再生能源发电技术,风电在创造就业机会和刺激经济增长方面的作用也越来越显著[3]。在提高风力发电的经济性的同时,可以刺激了对相关人才的需求,创造了更多的就业机会,也提升了公司的竞争力和整体效益。此外,由于风电设备国产化率的不断提高,再加上风电场规模的不断扩大,风电成本正不断降低。
首先,与火力发电相比,目前火力发电的不完全成本已经达到每千瓦/时0.2~0.3元,这其中不包括所排污染物的处理成本;而风能取之不尽,没有原料成本,并且风力发电1亿千瓦时,就可节约3万吨标煤,减少9万吨二氧化碳的排放,节约淡水20多万立方米。考虑到火力发电还受到化石能源价格浮动的影响,风电的经济效益要比火电明显得多。
其次,与水力发电相比,水电价格机制一方面不能真实全面地反映电力的供求关系,另一方面也无法反映水资源价值和水电开发的环境损害成本。水电站建造的一次性经济投资和人力投资远高于风电站建造,并且需要消耗大量时间,对周围居民的影响更是不可补偿,而风电场建设周期短、见效快,如果不算测风周期的话,建成一个大型风电场只需要不到一年的时间[4]。
从风电运营成本来看,其经济效益也明显优于火电和水电。一方面,由于风电场不需要大面积的燃料堆场和灰场,风电机组实际占地一般为风电田的5%左右,所以其土地资源仍可以保持与风电场建设前一样继续使用;另一方面,风电企业不需要燃料物流管理和市场管理,因此管理人员少,成本也相应降低。
3 发展前景优势
风力发电作为改善能源结构,应对气候变化和能源安全问题的主要技术之一,一直以来都是我国实现可持续发展战略的重大规划。
随着风电的规模化不断发展,风电的成本也将逐步下降,许多投资者也很看好风电的市场前景。根据我国风电发展预测,2020年以后化石燃料资源将大幅度减少,火电成本也将随之增加,届时风电将更加具备市场竞争能力。到2020年底,全国风电总装机规模将达到12000万kW。预计2030年以后,水能资源大部分也将全部开发完,同时海上风电将进入大规模开发时期,并有可能形成“东电西送”的局面。预计到2050年底,全国风电总装机规模将达到50000万kW,风电将处于规模化发展状态,各项技术经济指标将会进一步提高,风电企业的竞争力和盈利能力也将明显增强。江苏拥有945公里的标准海岸线及面积908万亩沿海滩涂,占全国滩涂总面积的四分之一,居我国沿海各省、市之首。江苏沿海中部岸外拥有世界最大的海岸外辐射沙洲,总数有70左右,190.26万亩的理论深度基准面零米线以上的总面积。这足以证明江苏省以其丰富的自然资源和风能资源,发展沿海风电站和海上风电站是有坚实的基础依靠。
同时,近年来我国政府相继出台了多项扶持政策,具体包括全额并网、电价分摊、财税优惠等,上网电价也由最初的完全竞争过渡到现在的特许权招标模式[5],这些政策都极大地推进了风电的发展。
综上所述,可以发现风电以其良好的环境效益、经济效益和发展前景,必将成为本世纪中国重要的电源。常规能源的环境污染、资源浪费、成本增加等问题越发严重,风力发电将为人类最终解决能源问题带来新的希望。本文以江苏省风电为典型代表,深入探讨了风力发电的比较优势,可以为今后风能源的利用与开发提供科学依据。
参考文献:
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[4]派特.风能与太阳能发电系统[M].北京:机械工业出版社,2009.
自我控制能力不仅在早期儿童心理发展中具有十分重要的地位,而且自控能力缺失还会对个体今后的发展产生十分重要的影响。自控能力的发展与儿童适应学校生活有密切的关系,美国有一项针对中产阶级家庭背景的幼儿的纵向研究发现,幼儿期自我控制能力发展与小学低年级时的学习成绩和社会交往能力有密切关系的,具体表现为:早期自控能力好的孩子更容易形成或保持友谊;在学习生活上更能保持很强的自愿控制,也更喜欢上学;老师对他们的坚持性和抵制分心能力的打分也较高。
一、自控能力的内涵
至今为止,心理学界仍无一个公认的或简单的自我控制的定义,甚至缺乏能被普遍接受的,关于在日常家庭和学校环境中,什么是儿童自我控制的定义。不同理论流派的心理学家在各自的研究中使用不同的概念和术语。所谓的自我控制能力实际上都包含了一些核心的元素:
(一)自控能力包含着对行为、条件、结果之间的列联关系的预测和评价的能力。因此,自控能力的获得必然以对规则的理解、接受和内化为前提。
(二)自我控制能力是主体根据规则和要求来调节自己行为,因此执行规则的能力是自控行为的必要条件,而对规则的执行就与人格特质中个体动机冲动控制倾向有关。
(三)自我控制能力是个体自主性的体现,反映了个体对自身行为的掌控能力。Savage认为自我控制不仅指服从权威及接受他人施加的行为标准,且指根据自我选择的信念和目标行事,从这个意义龙说,如果主体的行为完全受到外部限制,没有自主地选择和决定的自由,那么即使在表面卜看,其行为符合了某种要求,我们也不能将这种行为视作是其自控能力的体现。由于当主体的行为受到他人监督的时候,其主体性就很难体现,因此要考察个体的自我控制能力,需要在“无外界监督”的情况下进行。
通过上述分析,自我控制能力可以界定为:主体通过对身心活动的监控和调节,在没有外界监督的情况下,自觉抑制冲动,抵制诱惑,忍受挫折,遵守规则,使行为符合社会和自身期望的能力。
二、幼儿园常规教育是促进幼儿自控能力发展的重要途径
从某种意义上说,幼儿自控能力的培养就是一个让儿童逐步解除目我中心走向社会化的过程。虽然我们并不能说自控能力的培养仅仅取决于幼儿园教育,不论是在家庭生活,乃至与他人的社会交往中,幼儿的自控能力都能够得到发展和提高。然而,一方面,我国的社会现状一一绝大多数幼儿都是独生子女,他们在家庭中处于关注的中心,虽然我们不能说父母及其它长辈不注重对幼儿的教育,但过分的关注和宠爱使他们与长辈的交往中往往不会体验到真正的平等交往和相互协作;另一方面,由于幼儿的年龄特点决定了,他们不可能与成人一样过多地参与社会生活,对幼儿而言,幼儿园的生活无疑是这一年龄阶段儿童感受集体和社会、接受集体生活的纪律和规则约束的最主要场所,因此最能让幼儿体验到什么是集体,什么是平等交往的场所是幼儿园的学习和生活。正是从这一层面上说,我们认为儿童自控能力的培养主要取决于幼儿园的教育。而在幼儿园教育中,幼儿自控能力的培养则又主要通过常规教育来实现。
三、幼儿园常规教育对自控能力发展的利弊
(一)幼儿园常规教育对自控能力发展的促进作用。
自控能力的培养虽然不能完全排除可以通过说教或知识传授的方式进行,但是这一社会性能力的获得更主要是依靠自身的体验逐步形成和发展起来的。幼儿园的集体生活为幼儿提供了许多社会交往的机会,从中幼儿能获得许多社会交往的经验。在常规教育中,教师如果能够抓住幼儿交往中发生的各种冲突并加以因势利导,就能为幼儿提供掌握和运用社会规则的社会情境,并为幼儿提供学习如何根据情境要求控制行为的机会。
幼儿对社会规则的掌握需要经历从无到有、从不理解到理解的过程,而常规教育的重要作用就在于促进幼儿对社会规则的理解和内化。从某种意义上说,纪律本身就是一个重要的社会化活动,它能够让儿童获得这些价值观和行为模式,通过用纪律和规则约束幼儿的行为,幼儿就能逐渐认识到什么是能被社会所接受的行为界限,了解自己在集体中的位置,以及自己与所处社会世界的关系。
(二)幼儿园常规教育中不利于自控能力发展的现象
以“整齐划一”来衡量常规教育的成效。在教育实践中,由于有些幼儿园在管理上比较严格,经常通过检查评比来抓幼儿园常规,这就迫使教师在常规教育时,还是会延续着“一步到位”或“到什么时间就必须做什么事情”来要求幼儿的惯性。而以“整齐划一”来衡量常规教育的效果,就导致了教师在抓常规时忽视或无视幼儿的个体差异和年龄特点。
[关键词]常规互感器;并单元数模一体化;变电站改造
中图分类号:TG33 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)20-0318-02
1 概述
1.1 电磁型互感器的特点
随着电力工业的发展,电力系统传输的电力容量不断增加,电网运行电压等级也越来越高,电磁式互感器逐渐暴露出一系列固有的缺点。
1)绝缘结构复杂,体积笨重,造价高,支撑结构复杂。
2)电流互感器线性度低,在短路时容易饱和,静态和动态准确范围小。
3)电压互感器可能出现铁磁谐振,损坏设备;
4)由电流、电压互感器引至二次保护设备的电缆是电磁干扰的重要途径;
5)采用油浸纸等绝缘材料,易燃易爆,不安全;
6)电磁式互感器的输出为模拟量,不能与数字化二次设备直接接口。
1.2电子式互感器的特点
相比于电磁式互感器,电子式互感器特点主要有:
1)绝缘结构简单,造价低
电磁式互感器高压侧与低压侧之间通过铁心磁祸合,它们之间的绝缘结构复杂,其造价随电压等级升高呈指数关系上升。在电子式互感器中,高压侧信息可以通过由绝缘材料做成的玻璃光纤传输到低电位侧,其绝缘结构简单,造价一般随电压等级升高呈线性关系增加。
2)不含铁心,消除了磁饱和、铁磁谐振等问题
电子式互感器一般不用铁心做磁祸合,消除了磁饱和,运行暂态响应好、稳定性好,保证了系统运行的高可靠性。因而能在很大的电流与电压变化范围内,以高速动作、准确、抗干扰的宽频带性能来测量电流、电压。
3)抗电磁干扰性能好,低压侧无开路和短路危险
电磁式电流互感器二次回路不能开路,低压侧存在开路高电压危险;电磁式电压互感器同样存在二次回路不能短路的问题。由于采用光纤或其它加强绝缘方式实现高电压回路与二次低压回路在电气上的完全隔离,消除这些回路不希望有的相互影响,低压侧没有因开路或短路而产生的危险,保证了二次设备和工作人员的安全。同时因没有磁祸合,消除了电磁干扰对互感器性能的影响。
4)动态范围大,测量精度高
电网正常运行时电流互感器流过的电流并不大,但短路电流一般很大,而且随着电网容量的增加,短路电流越来越大。电磁式电流互感器因存在磁饱和问题,难以实现大范围测量,同时满足高精度计量和继电保护的需要。
5)频率响应范围宽,适应了继电保护和微机保护装置的发展
电子式互感器实际能测量的频率范围主要决定于电子线路部分。其结构已经可以测出高压电力线路上的谐波,还可进行电网电流暂态、高频大电流的测量。利用故障时的暂态信号量作为保护判断,是微机保护的发展方向,它对互感器的线性度、动态特性等都有较高的要求,电子式互感器的出现满足了这一要求。
6)体积小、重量轻,节约空间
电子式电流互感器传感头本身的重量一般在1k范围以内,一般电子式互感器的重量只有电磁式互感器的1/10或更小。
7)适应计量和保护数字化以及微机化和自动化发展的潮流
电磁感应式电流互感器的5A或lA输出规范必需采用模数转换技术后才能与计算机接口。而电子式电流互感器本身就是利用光电技术的数字化设备,可直接输出给计算机。
2.1 电子式互感器应用现状
2.1.1 线圈型电子式电流互感器(有源式)
罗氏线圈及低功率线圈型电子式互感器的在变电站应用中;
存在问题:
①与传统电磁式电流互感器相比,虽然LPCT可以减轻磁路饱和现象,RCT甚至彻底解决了磁路饱和问题,但由于有源电子式电流互感器还是基于法拉第电磁感应原理感应变化电流,因此仍然存在测量频带问题:频率很低的电流分量测量不准确,不具备测量非周期分量的能力,更不能测量稳恒直流。
②由于高压侧需要完成信号的模数转换及电光转换等,高压侧电子电路的供能也成为有源电子式互感器系统的关键。常见的高压侧电子电路供能方式有两种,母线取能和激光供能。母线取能的缺点是母线未供电时,这种供电方式失效。
2.1.2 纯光型电子式互感器(无源式)
2.1.2.1 磁光玻璃型
投运时间较短,站点较少,基本上在试运行阶段。
存在问题:
磁旋光电子式电流互感器与罗氏线圈型电子式电流互感器相比,品质优良,其长期没有实用化的原因主要有以下三点:
(1)温度影响
磁光玻璃型电流互感器的软肋之一是磁光玻璃的灵敏度系数(Verdet 常数)随温度变化较大,从而改变测量通道的比例系数,直接影响其测量准确度。
(2)双折射效应影响
由于磁光材料的双折射效应,使射人磁光介质的线性偏振光变成椭圆偏振光,其结果是:从检偏器输出的光强度变化与被测电流不成正比,使磁光玻璃型电流互感器的灵敏度不稳定,从而降低了测量精度。
(3)长期运行稳定性
此外,磁光玻璃型电流互感器存在着长期运行稳定性问题:磁光玻璃经过较长时间的运行后,会逐渐老化,特别是在SF6 气体环境下运行时,若有水分存在就会对玻璃造成腐蚀,可能导致光学电流互感器测量性能下降。目前已应用的磁光玻璃型电流互感器的运行时间都不长,长期运行稳定性问题尚待验证。
2.1.2.2 全光纤型
目前光纤型电流互感器基本上在试运行阶段。
存在问题:
(1)温度影响
光纤环型电流互感器传感材料采用低双折射单模光纤,Verdet 常数温度系数小,几乎不受温度影响,但光程的增加必然使线性双折射影响增大,而线性双折射与环境温度相关。此外,光纤环型电流互感器系统结构复杂,环节多,所用光学元件多,需要专门的温度控制等。
(2)双折射效应影响
光纤环型电流互感器采用法拉第旋光效应的赛格耐克环系统受光纤线性双折射的影响较大,。因此与磁光玻璃型电流互感器相比,光纤环型电流互感器受双折射效应的影响要小很多。
(3)长期运行稳定性
同磁光玻璃型电流互感器一样,光纤环型电流互感器也存在着由闭合光路和反射结构引起的长期运行稳定性问题,但由于光纤环型电流互感器采用光纤作为传感元件,光纤的长期稳定性优于磁光玻璃,而且光纤环型电流互感器的光路结构比磁光玻璃型简单,因此光纤环型电流互感器的长期运行稳定性优于磁光玻璃型电流互感器。
2.1.3 有源式、无源电子式电流互感器比较
对于有源式方案,主要技术瓶颈中的一些问题难以规避,如抗干扰问题,罗氏线圈采集单元内积分环节带来的电流误差等问题。
有源电子式电流互感器利用在传统CT工作原理基础上改进的罗氏线圈、低功率线圈,同时结合了数字化通信技术,因此其实用化速度很快,现已在多家站点投运,积累了丰富的运行经验,但在运行过程中还是出现了一些问题。
2.3 合并单元
合并单元作为连接电子互感器与间隔层二次设备的桥梁,只有符合要求,才能为整个系统提供可靠的交流量信息,从而为保护装置、测控装置等可靠运行提供保证。合理的接口设计,不仅能简化二次设备,而且能提高整个系统的准确度和可靠性。接口的标准化还将促使变电站自动化系统的优化,并最终实现变电站内的信息共享和系统集成。
330kV延安变智能化改造工程所用的合并单元输出模式,是采用数、模一体化设计,采用双A/D输出数字化模式。其主要功能是同步采集多路(最多12路)ECT/EVT输出的数字信号后并按照规定的格式发送给保护、测控设备。它采用以太网传输方式,能实现采样值数据的自由配置和共享,以太网技术的成熟为IEC 61850-9-2的实用化提供了良好的应用基础。而330kV延安变所用的MU则采取了IEC 61850-9-2的传输模式,目前运行稳定,未出现任何异常现象。
3 330kV延安变智能化改造工程配置方案
通过上述对不同互感器的分析比较。光电式电子式互感器技术先进,代表着互感器的发展方向,但是就目前而言,温度漂移、双折射效应、小电流时测量问题、震动问题等解决方案还均在研究阶段,运行经验少,投运的站点比较少,长期的稳定性问题还有待校验。并且磁光玻璃型受安装制约,目前不能应用,全光纤型的对光学材料的加工工艺、光路耦合工艺、光路的装配工艺等要求很高,目前的技术水平难以满足实际需求,以安全、可靠的角度考虑,不适合于目前的变电站中采用。330kV延安变智能化改造工程全站采用常规“电磁式互感器+合并单元”实现模拟量就地数字化转换。本站采用常规互感器、合并单元数模一体化开发设计,减少了设备数量,降低了系统造价成本,并提高了本间隔采样数据的同步性及可靠性。
本站采用国电南瑞科技生产的NS3261装置,该装置由高性能嵌入式处理器PowerPC、MCU、FPGA、以太网控制器及其他外设组成。
具体的配置方案如下:
1)330kV、110kV互感器:采用电磁式电流电压互感器提供保护、测量计量数据,合并单元的下放,利用光纤上传既提高了信号传输的抗干扰性和可靠性,又可减少互感器二次绕组配置数量,从而提高其可靠性。
2)35kV互感器:采用电磁式电流电压互感器,开关柜内布置。
3)主变:取消各侧套管CT,仅在中性点套管处保留有CT,采用常规电磁式电流互感器。主变公共绕组也采用此方案。
4)合并单元:合并单元按功能满足要求、装置配置优化、安全可靠、冗余度高、经济性强等原则进行配置。110kV的合并单元按间隔配置,每个间隔均按规程具体要求进行配置,充分满足安全、可靠要求。330kV、主变各侧合并单元考虑按双套配置。主变的公共绕组考虑两个合并单元,满足双重化与经济性的双重要求。
4、330kV延安变智能化改造采用“电磁式互感器+合并电单元”的互配置方案特点
330kV延安变智能化改造工程采用常规“电磁式互感器+合并电单元”实现数字采样的互感器配置方案;其特点有:
1)取消了主变高压侧套管CT,减少了110kV侧互感器绕组数,减少投资,而且常规互感器运行经验丰富,便于运行维护。
2)合并单元就地下放,大大减少了控制电缆用量,经济性高,符合全寿命理念。
3)电流、电压回路的正确性、可靠性是系统的安全、稳定的基石,目前对于电子式互感器运行经验较少的现状,根据本站负荷的重要性,从供电可靠性更方面此方案完全满足本站改造的技术要求。
4)330kV延安变智能化改造工程采用“电磁式互感器+合并电单元”这种模式,对于电流回路出现的问题比较容易判断是互感器一次的问题还是二次回路的故障,而且故障处理的经验、手段已经很成熟,所以更有利于设备的安全、稳定、可靠的运行。
4 结论
本文以330kV延安变智能化改造工程选用了“电磁式互感器+合并电单元”这种方案,从选择该方案经济、可靠、性能优越等方面进行论述。阐明了此方案是实现智能电网坚强可靠、经济高效、清洁环保、友好互动、透明开放的发展要求,是智能化变电站的根基,为未来智能化改造工程探索了一条新的可行性道路,将更有利于加速智能化变电站的建设与发展。
参考文献
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虽然“绿色能源”正在悄然降临,但石油和天然气仍然主导着大国能源安全的命脉。国际能源署预测,2030年前化石能源仍在国际能源消费结构中占主导地位。
一般来说,常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模开发利用的能源,而非常规能源通常是指尚未大规模开发利用、正在积极研究开发的能源。常规能源和非常规能源的划分,主要是针对化石能源来讲的,煤、石油和天然气都是常规能源,而油砂、页岩油、致密油气、盐下油气、煤层气、页岩气、水溶气以及天然气水合物等都属于非常规能源,或称之为非常规油气。而太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等“绿色能源”,一般划分到可再生能源范畴,不做常规与非常规的区分。
在需求的巨大推动下,依托科技水平的不断提升而使可采的经济边际成本不断下降,有一部分非常规开发已属于技术上可开发、经济上可有效益的资源。
下面,介绍一下几种主要非常油气的开发现状及分布情况。
全球页岩气“革命”势不可挡
如果说谁控制了石油,谁就控制了世界。那么如果谁找到了页岩气,谁就不会被控制。发生在北美的页岩气技术“革命”使能源领域发生了巨大变化,美国在能源外交和应对气候变化等方面挺起了腰杆。
1976年,美国能源部正式启动东部页岩气项目,到20世纪80年代,页岩气开采技术取得进展。进入21世纪,随着页岩气压裂技术的逐渐成熟,页岩气大规模开采的条件逐渐具备。2003年,美国第一口页岩气钻完井技术在巴尼特页岩气田诞生,此后费耶特维尔、伍德福特、斯维尔等页岩相继得以开发,拉开了页岩气产业快速发展的序幕。
页岩气和致密气、煤层气一起并称为“三大非常规天然气”。近200年来,相对于常规天然气的开发,各国对页岩气的研究和开发仍在起步阶段,美国无疑是第一个“吃螃蟹”的国家。自2001年美国加利福尼亚惊现供电不足的能源危机以来,美国一直面临着天然气供不应求的局面。美国人把目光投向了国外,寻求从国际市场上大规模进口液化天然气。
依靠成熟的开发生产技术以及完善的管网设施,目前美国的页岩气成本仅仅略高于常规气,这使得美国成为世界上唯一实现页岩气大规模商业性开采的国家。在2010年的国情咨文中,美国总统奥巴马高度评价了美国页岩气的潜在储量,称要实施“利用一切可利用能源”的战略,并放言“美国拥有丰富的页岩气储量,至少够美国人使用100年”。
据美国能源情报署估算,美国有超过49.38万亿立方米的技术可采天然气储量,其中页岩气、致密砂岩气和煤层气等非常规天然气占60%,而在非常规天然气中页岩气储量最大。剑桥能源研究机构公布的一项研究报告指出,按美国目前对天然气的需求计算,北美洲以外地区的可开采页岩气储量,可供美国使用211年甚至690年。美国页岩气产量快速增长,对全球天然气市场产生了重要影响。
美国页岩气大规模商业开发的巨大成功,迅速吸引了全球范围内的广泛关注,世界天然气市场的传统格局也在悄无声息中逐步改变。不但欧洲国家开始探索页岩气开发,中国和印度也开始紧随其后。世界天然气储量第一大国俄罗斯也开始思考页岩气开发对其天然气“霸主”可能带来的冲击。一时间,页岩气“旋风”势不可挡。
油砂资源撬动全球石油版图
石油是一种先天资源禀赋,具有稀缺性和不可再生性。在严峻的能源形势下,属于非常规石油范畴的油砂资源、特重质油和油页岩等成为常规石油资源的替代性或过渡性选择。非常规石油储量巨大,其中工业开采技术最成熟、最具影响力的是油砂资源。
世界常规石油的探明储量约为1.1万亿桶左右,世界油砂资源折算为重油的总量与世界常规石油的探明储量相当,开发前景十分广阔。
世界油砂资源主要沿环太平洋带和阿尔卑斯带分布,目前大约有70多个国家蕴藏油砂资源,储量最大的前5个国家为加拿大、委内瑞拉、俄罗斯、美国和中国。但目前世界已知可采资源量的80%以上集中在加拿大。
委内瑞拉拥有巨大的油砂稠油资源,储量居世界第二,但开发规模非常有限。
中国的油砂矿资源也很丰富,在中国国土资源部新一轮的油砂资源评价中,通过对106个油砂矿进行资源量计算,中国油砂资源地质储量为59.7亿吨,可开采资源量22.58亿吨,居世界第五位。近年在中国国土资源部统一协调和组织下,在全国范围内已启动了全面系统的油砂研究和开发工艺试验工作。此外,2009年4月份,中国石油“劣质重油轻质化关键技术研究”重大科技专项启动。专家称,此举意味着中国的油砂和重油开发与加工利用战略正在提速。
油砂资源虽然分布广泛,但目前世界上只有加拿大一国真正实现了油砂资源的大规模商业化量产。加拿大的油气行业令全世界都羡慕,区区3400万人口却拥有足以让全世界垂涎的丰富的油气资源。在这点上,能与之媲美的只有一些大型的油气生产国,如美国、俄罗斯和沙特阿拉伯等。
随着加拿大非常规石油资源的持续开发,全球石油供应格局正在经历重大变革。随着常规石油产量的下降,来自加拿大油砂项目的石油产量将逐年上升,这意味着加拿大这样一个政治稳定的民主国家能够长期生产数量可观的石油。世界石油生产中心已不再局限于中东,加拿大油砂资源已然是重塑国际石油格局的新驱动力。
深海石油开启未来能量“黑洞”
在数千米深海海底以及其下地层数百米的深处,有一个神秘的能量“黑洞”,“黑洞”里面蕴藏着种类不同的能源资源,它们在能源供给上的价值不可估量。
全球海洋油气资源丰富,但还远远未开发,甚至以目前人类的探索技术还没完全弄清楚。海洋油气资源主要分布在大陆架,约占全球海洋油气资源的60%。在全球海洋油气探明储量中,目前浅海仍占主导地位,但随着石油勘探技术的进步,未来深海油气将是“能源之王”。
世界上已有几个大的深海油区,如北海和墨西哥湾深海油区。北海海域石油产量及其增长速率,一直居各海域之首。2000年产量达到峰值,即3.2亿吨,随后逐渐下降。墨西哥湾、巴西深海、西非几内亚湾等海域石油产量增长较快,年均增长超过5%。在中国南海,也已经找到了深海石油。从最近十几年来全球大型油气田的发现情况看,60%~70%的新增石油储量均源自海洋,其中深海中发现的储量大概占45%~50%。
2007年以来,巴西在东南沿海大陆架海底盐层之下相继发现深海大油气田,这些蕴藏在海床底下7000米至8000米深处的石油,被俗称“深海石油”或“盐下石油”。预计巴西深海石油储量将超过500亿桶,有望跻身世界十大石油国之列。
20世纪90年代,石油工业界在大陆架外数千英尺的水下发现了大量的油气藏。从全球范围内来看,主要分布在巴西海域、墨西哥湾、西非海岸盆地、滨里海盆地和塔里木盆地等地区,资源潜力巨大,但勘探开发难度也很大。
深海石油开发到底能达到多深,目前还不知道。水深500米或超过500米的深海油气勘探开发始于20世纪70年代,到90年代末,水深500~1500米的油气勘探已变成了多数海洋油气经营者重要战略资产的组成部分。现在巴西深海石油的生产作业已经能够深入海平面8000米以下。
目前,巴西的深海石油开发技术已经是世界领先。巴西国内开采的石油80%来自海上油田。经过多年发展,巴西石油公司在深海和超深海石油勘探开采领域具备了世界顶尖的技术和经验。
关键词:非常规油气资源;勘探开发
现代世界经济不断向前发展,使得国家对油气资源的需求量越来越大,而各国蕴藏的常规油气资源开始呈现出挖掘的疲态,并且随着时间的增加,产量越来越小。因此越来越多的国家开始讲发展的目光转向非常规性油气资源的发展角度上来。所谓的非常规油气资源就指的是天然气水合物、煤层气以及深层天然气等资源,同时,利用化学手段对油页岩进行处理而生产出来的天然气和石油也是常规性的油气资源。
1 现阶段非常规油气资源的分布概况
与常规性油气资源的分布情况相比,非常规性油气资源具有集中兴奋不,极大的储存量等特点。而纵观全球,非常规性油气资源的储存量十分丰富,分布十分广泛,并且有着十分广阔的发展前景。根据相关数据报告来看,全球的非常规性石油资源大约有5000亿吨,与常规性油气资源的储存量大致相等。而非常规天然气资源则大约有4000万亿立方米,竟然比常规性天然气的数量多了近十倍之多。
根据EIA研究机构进行研究调查的最新研究报告来看,世界上的页岩油能够产出将近4200亿吨的石油量,远比传统的石油资源多的多。此外,报告还声称全球的页岩气资源大约为500万亿立方米,大约占常规天然气储存量的一半。针对全球性的非常规油气资源研究调查来看,美国、俄罗斯这种地大物博的国家有着十分丰富的非常规油气资源,而在日本、菲律、尼泊尔、伊朗还有匈牙利和意大利等国土面积狭小的国家发现了巨大的水溶气储存量。因此,综合整个研究报告来说,世界性范围内非常规油气资源的储存量是十分丰富的,并且非常规油气资源一定会成为未来社会发展过程中的关键主导性能源。
2 在未来的发展历程中,非常规油气资源的发展机遇
我国经济在整个世界经济中蓬勃发展,并且在整个世界发展过程中占据十分重要的地位。而在我国的经济发展历程中,常规油气资源已经越来越不能满足经济发展的需要,这对我国经济发展提出了十分严峻的挑战。当前整个世界都十分重视非常规油气资源的开发和利用,并且有些国家已经实现了表层非常规油气资源的开采和使用。
2.1 在世界能源的消费结构中来分析,传统能源的使用量大约占据了所有能源使用量的近八成,其中石油能源的使用量最多,煤等燃料资源使用量紧随其后。这说明世界经济在发展过程中,对传统性能源具有极高的依赖性。然而石油以及煤矿等资源在世界超高速的使用和浪费情况下,将在未来几十年间产量将开始慢慢下滑。
2.2 根据IEA的相关研究报告预测来看,在未来的几十年间,世界能源需求量将会直线上升,其中,以我国的需求量最为高涨。因此,这就要求我们必须要加快对非常规资源的开采和使用,并且将其培养为常规性能源的接班人。
2.3 针对当前整个世界资源的发展状况来看,许多国家开始出台相关优惠性政策来鼓励非常规性油气资源的开采和挖掘。这样不仅能够刺激非常规性资源的开采和生产,并且能够提高这些资源的使用量。
2.4 从整个世界发展状况来看,页岩气资源的开采和挖掘速度提高,而世界储存的广泛地页岩气资源能够在未来的发展过程中,十分有效的改善整个世界能源消费市场。因此,就现在世界发展状况来分析,非常规油气勘探开发面临着前所未有的发展机遇。
3 世界性非常规资源开采挖掘和使用中所接受到的挑战
3.1 尽管目前世界非常规性油气资源储存量十分丰富,但由于它们储存位置十分隐蔽,地理环境十分复杂,这些都给非常规性油气资源的开采和使用以及普及带去了十分严峻的挑战。
3.2 在社会发展的今天,对非常规性油气资源开采所采用的技术,主要是借鉴的传统常规性油气资源开发时所使用的技术手段。并没有形成符合他们存储情况的具体开采技术手段。
3.3 非常规油气资源的勘探开发潜力无疑是巨大的,但从资源到储量再到产量是一个复杂的过程。继美国之后,阿根廷、中国和波兰等国家有望在未来十年在页岩气勘探开发领域有所作为,但依靠这些国家获得可观产量、改变地区和全球天然气市场格局估计还需更多时日。
4 中国物探公司应对非常规油气资源勘探开发的几点思考和建议
随着全球能源资源的日益紧张和油气价格的持续走高,非常规油气资源已成为当今能源发展的重要方向。为此,就中国物探公司在非常规油气资源勘探开发方面提出以下建议:
4.1 对于一个新兴产业,公司需要结合当前国际业务的发展现状制定相应的非常规业务发展规划,为非常规能源勘探市场开发提供组织保障和人力保障,同时调整市场开发思路,把非常规油气勘探业务的市场开发工作很好地融人到现有的市场开发网络中。
4.2 进行专项调研,进一步研究全球非常规油气资源的具体分布、市场前景、客户投资预期与计划、客户及竞争对手的发展动态、勘探开发技术的发展、可行的商务技术合作模式等,为公司准确制定非常规油气勘探业务发展战略及市场开发策略提供借鉴。
4.3 非常规油气资源勘探开发需要强大的地球物理勘探开发技术作为重要支撑,公司需要成立非常规油气资源勘探开发研发机构,在相关技术的开发下需要制定规划和储备人才。从技术角度来讲,降低技术成本和管理成本是非常规能源开发利用的关键。因此,中国物探公司需要在非常规能源地球物理数据采集方面形成价格优势,特别是应用于非常规资源的开采,在微地震监测和综合物化探等一体化服务领域要形成核心技术,利用一体化运作的优势,走技术引领市场之路。
4.4 在国内,中资油公司已在不同程度下着力推进对页岩气、煤层气、致密气等非常规油气的勘探开发工作,中国物探公司应通过运作国内项目,积累非常规能源勘探开发的管理经验、强化"低成本"管理理念,为进人国际非常规能源勘探市场做好前期准备。同时,加强与中资油公司、科研机构的技术合作,特别是推动并积极参与中国石油煤层气、页岩气等非常规能源勘探开发项目的技术攻关,形成非常规勘探的特有技术。
4.5 目前,非常规勘探开发还是以国际大油公司为主导,这类客户相对高端。国际油公司在中国勘探非常规油气是中国物探公司进人非常规油气勘探领域并积累技术和经验的契机。在国内反承包项目运作方面需要制定较高的标准,以良好的项目运作带动国际非常规油气勘探项目的市场开发。国际油公司在非常规勘探领域拥有先进的技术和经验,加强与国际油公司的技术合作可以帮助我们更快地获得技术和经验,提高市场竞争力。
结束语
非常规油气资源的应用前景十分可观,这就要求各国必须要投入大量的科学技术于其中,但同时要注意隐藏在其中的挑战,才能真正使非常规油气资源更好地为社会发展服务。
参考文献
[1]翟光明.关于非常规油气资源勘探开发的几点思考[J].天然气工业,2008,28(12):1-3.