深海能源開發現狀和前景研究

何琦，汪鵬

(1.中國船舶信息中心 北京 100101；2.61741部隊 北京 100094)

深海能源開發現狀和前景研究

何琦1，汪鵬2

(1.中國船舶信息中心 北京 100101；2.61741部隊 北京 100094)

走向深海大洋、探測深海環境和獲取深海能源對未來國家能源戰略開發至關重要。文章借助相關歷史數據,回顧包括石油和天然氣、天然氣水合物以及可再生能源在內的深海能源的開發歷史；闡述在技術、投資和全球經濟環境驅動下的深海能源開發現狀，即技術和產業不斷發展、合作和投資亮點頻出以及開發重點隨全球經濟變化而調整；在此基礎上，分別對主要深海能源的發展前景進行展望，即石油開發步伐放緩、天然氣迎來發展高峰、天然氣水合物規模化商業開采有待觀察以及可再生能源獲得更多關注和投資。

深海能源；可燃冰；海洋可再生能源；能源戰略；資源開發

1 深海能源是未來重要戰略資源

深海或稱深水，通常由深海相關行業根據行業特點和技術水平做出定義。軍事領域將深海定義為水深300 m以上的海洋；海洋工程領域將水深300 m以上定義為常規深水，水深1 500 m以上定義為超深水；海洋科學研究領域將水深200 m以上定義為深海，將水深超過1 000 m定義為深淵。

海洋資源主要分為海洋生物資源、海底化學資源、深海礦產資源、海洋空間資源和深海能源資源[1]。能源是推動人類社會進步的重要車輪，隨著陸地能源的不斷減少，人類對海洋能源的開發和使用日漸加強，對深海能源的勘探和開發活動從20世紀60年代就已開展，70—80年代達到高潮，80年代后又趨于平穩，21世紀深海能源開發又不斷掀起新的高潮。據統計，國際世界海洋石油資源量占全球石油資源總量的34%，總蘊藏量約1 350億t。根據美國地質調查局(USGS)的評估，海洋待發現的石油為548億t，待發現的天然氣為78.5萬億m3，分別占世界待發現油氣資源量的47%和46%，其中大部分集中于水深1 500 m的深海海域[2]。學術界對深海油氣勘探、深海資源評估、深海環境探測進行了大量的科學基礎研究；經濟界從經濟學和管理學的視角對深海開發進行了深入探討，逐漸發展成為深海經濟理論。美、歐、俄、日、印等國家和地區把深海作為國家戰略資源納入國家政策，把開發深海資源提升到國家戰略層面[3]。

1.1 石油和天然氣

隨著陸上油氣資源及近海油氣資源的逐漸減少甚至枯竭，世界先進國家都將油氣資源的開發重點投向了深海乃至超深海。海上油氣生產始于20世紀40年代，此后隨著技術進步逐漸向深水推進，70年代世界油氣勘探開始涉足深海海域，30年間陸續發現了300余處不同規模的深海油氣田。深海石油資源主要分布在大西洋兩岸的“黃金三角”，即墨西哥灣、巴西海域和西非區域，這些海域集中了全球約70%的深水勘探開發活動。2000年后，隨著海洋石油勘探技術的突破，全球2個最大的油氣發現均來自海洋，巴西深水鹽下、東地中海、東非等其他深水區相繼取得突破，發現了一大批世界級的大型油氣田。2009年后，海洋石油對世界石油產量增長的貢獻率超過50%。2015年海洋石油產量占全球石油總產量的30%，其中深海石油產量占12%，相比2006年增長了6個百分點。目前對深海油氣資源開發的研究多集中在深海勘探技術和鉆采設備的研發，2015年受國際石油價格暴跌的影響，國際跨國石油公司大幅削減投資，深水勘探開發活動減緩。

深海平臺結構復雜、體積龐大、造價昂貴、技術含量高，但是深水油氣田的平均儲量規模和平均日產量都明顯高于淺水油氣田[4]。因此，盡管深水油田勘探開發費用顯著高于淺水，但由于其儲量和產量高，使得單位儲量的成本并不很高，全球深海油氣勘探開發有望在未來呈現出快速恢復之勢，深海油氣勘探具有廣闊的發展前景，今后仍將是深海能源開發的重點。

1.2 天然氣水合物

天然氣水合物又稱“可燃冰”，其化學分子式為CH4×5.7H2O，是一種由碳氫氣體與水分子組成的白色結晶狀固態物質，普遍存在于世界各大洋沉積層的孔隙中，部分位于陸地凍土帶。根據國際天然氣潛力委員會的初步統計，全球各大洋天然氣水合物的總量約為20萬億t油當量，大約相當于全世界煤、石油和天然氣總儲量的2倍，被認為是一種可接替石油和天然氣供21世紀開發的新型能源。

目前，全球已經有30余個國家和地區制訂可燃冰的研究計劃，開展資源調查、鉆探、實驗開采技術及環境影響評價研究。截至2017年，全球已經直接或間接發現可燃冰礦點230余處，已經有5個可燃冰礦點開展了試采。前蘇聯于20世紀60年代偶然在西伯利亞的凍土地帶發現了第一個可燃冰氣藏麥索亞哈氣田，并于1969年投入陸地可燃冰商業開發，累計采氣14 a，共采51.7億m3可燃冰氣體。美國于1969年開始可燃冰調查，2012年在阿拉斯加北部陸坡利用二氧化碳置換甲烷進行可燃冰試采成功，采氣30 d，累計產氣2.8萬m3。日本在天然氣水合物方面研究比較深入，重點研究天然氣水合物地質與地球物理響應、商業生產以及環境評價；于1999年在靜岡縣御前崎近海獲得過天然氣水合物，2013年在愛知縣東南部海槽水深1 000 m處海底開采出可燃冰，采氣6 d，累計產氣12萬m3。加拿大于1998年在麥肯齊三角洲進行鉆探，獲得水合物巖心，2002年進行首次天然氣水合物開采實驗。中國于2004年通過中德合作SO-177航次勘探發現南海神狐冷泉區，初步確認了海底可燃冰的存在；2009年在青海祁連山永久凍土帶首次鉆獲可燃冰實物樣品；2017年在南海北部神狐海域可燃冰試采獲得成功，連續采氣60 d，累計產氣30.9萬m3。預計2030—2040年，可燃冰進入商業開發階段。

1.3 可再生能源

海洋可再生能源簡稱海洋能，是潮汐能、海流能、波浪能、溫差能和鹽差能的總稱，具有蘊藏廣泛、無污染、可再生的特點。海洋能作為21世紀重要的替代能源，對于增加能源來源、保護生態環境、應對氣候變化、促進能源可持續發展具有重要意義。海洋可再生能源開發與石油、政策和環境等要素變化密切相關，綠色低碳可持續發展成為全球共識[5]。1973年石油危機引發可再生能源發展的浪潮；1997年《京都議定書》限制二氧化碳的排放，促使各國重視清潔能源；2016年《巴黎協定》再次推動可再生能源的發展。

深海中蘊藏著豐富的海流能、波浪能和溫差能。①波浪能，分布廣泛，隨機性強，季節性明顯，其發電技術已經有200余年的歷史。1799年法國人申請了世界上第一個波浪能技術專利。20世紀40年代日本發明了波浪能供電導航浮標。1985年挪威安裝350 kW和500 kW的試驗裝置。90年代初蘇格蘭、日本和印度分別安裝75 kW、60 kW和125 kW的波浪能裝置。②海流能，能量密度較大、相對穩定、技術成熟度高。據聯合國教科文組織統計，全世界潮流能理論可開發量超過6×109kW，英、美、加等發達國家在海流能開發利用和商業化應用方面開展了大量研究，通過建設海上試驗場，加強海試研究促進海流能轉換技術的成熟。全球主要海洋能試驗場有歐洲海洋能中心(EMEC)、美國國家西北海洋可再生能源中心(NNMREC)、西班牙比斯開灣海洋能平臺(BiMEP)等。③溫差能，可持續24 h無間歇發電，能量密度高，最穩定。以美、日、法等為代表的發達國家開展了大量技術研究，代表項目為日本沖繩縣50 kW海洋溫差能電站、美國夏威夷100 kW溫差能電站和法屬留尼汪島10 MW項目。我國起步雖晚，但《海洋可再生能源發展“十三五”規劃》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等戰略規劃推動了我國海洋能技術快速發展和不斷創新。

隨著關鍵技術和裝備的不斷突破，海洋能裝置大型化、工業規模化趨勢越來越明顯，大量的商業公司進入了研發領域，百兆瓦級試驗裝置向商業化階段不斷邁進，成本也持續下降。2016年美國能源部(DOE)水能技術辦公室提出到2030年波浪能技術均化發電成本下降至0.84美元/(kW·h)，潮流能技術均化發電成本降至0.58美元/(kW·h)。2016年歐盟委員會出臺一攬子政策和計劃，提出到2025年潮流能技術發電成本目標是15歐分/(kW·h)，波浪能技術發電成本目標是20歐分/(kW·h)；到2030年分別下降至10歐分/(kW·h)和15歐分/(kW·h)；到2035年波浪能技術發電成本下降至10歐分/(kW·h)；海洋能發電到2025年將滿足歐洲10%的電力需求。

2 技術、投資和經濟環境驅動的深海能源開發

深海能源的開采區域位于大洋深處，遠離大陸，往往面臨嚴寒、颶風、冰川、地震、海嘯、內波等惡劣的自然環境，相對于陸地，深海開發具有高投入、高技術、高風險的特點。深海能源的前景十分誘人，但參與國家的門檻很高。目前各發達國家和地區已認識到開發深海的戰略意義，先后將深海技術的發展提升到國家戰略高度，對深海的技術研發與資源的獲取均制訂了國家發展戰略層面的計劃。如，美國在其海洋戰略中重點強調了開發深海的戰略地位，每年投入巨額資金，力圖在深海技術方面繼續保持領先地位；日本政府投入巨資支持其國家的水下技術中心(JMSTC)的發展，其“地球”號深海探測船處于世界領先水平，載人深潛器技術處于世界領先水平；西歐各國為保持其經濟實力，并為在高技術領域內增強與美、日等發達國家的競爭力，制訂了尤里卡計劃(EURECA)，為加強企業界和科技界在開發海洋高新技術中的作用，提高歐洲海洋工業的生產能力和在世界市場上的競爭能力創造條件[6]。

2.1 深海探測技術發展日新月異，深海裝備產業逐漸形成

大洋鉆探計劃(ODP：1985—2003)、國際綜合大洋鉆探十年計劃(IODP：2003—2013)、國際大洋中脊計劃(InterRidge)、國際大陸邊緣計劃(InterMagin)、全球浮標觀測計劃(ARGO：2001年至今)等國際深海探測計劃的實施，在國際上掀起了深海研究計劃熱潮，推動了深海技術的發展以及深海科學研究的日新月異[7]。

深海探測技術不僅是國家開發深海資源和確保國家海洋經濟可持續發展的重點，同時也是確保國家海洋安全的屏障。當前的深海技術是集成當代幾乎所有科學技術領域的一項復雜的綜合高技術系統，涉及微電子、信息、遙感、可視化、計算機網絡、材料、機械加工、船舶制造、水下定位、水下通信、電力電子、自動控制、能源等多個領域，代表著高技術領域的最前沿。深海技術具有軍民兩用的突出特點，如深潛器、海洋觀測與探測技術、水聲通信技術、船舶制造技術、無源導航技術、全球精確定位技術等，同時帶動裝備產業的快速發展。我國目前以“蛟龍”號載人潛水器、“海龍”號無人有纜潛水器和“潛龍”號無人無纜潛水器組成的體系，成為深海資源探測的主力軍，深海裝備產業水平不斷提高。

2.2 深海投資逐年增加，跨國合作和風險投資成為新的亮點

深海探測和開發需要龐大的資金投入和技術合作，深海技術領域的國際合作緊密度日趨加強，國際及區域組織的國際深海研究計劃不斷推出，共建與信息共享成為趨勢。美、英、法、德、日等國通過政府支持、科學界與企業界聯合、國際合作等方式加快深海技術的發展；大洋鉆探計劃(ODP)從全球海底取樣，研究地殼演化及環境，成員單位包括20余個國家和地區，通過國際合作取得巨大成功；其后續的綜合大洋鉆探計劃(IODP)由美、日發起，歐洲作為聯合體加入，于2003年10月正式啟動，到2007年全面實施，科學目標更加廣泛，研究海域更加寬闊，國際合作更為緊密。

跨國公司和風險投資公司也日益青睞深海能源研究與開發。國際知名的海洋儀器設備公司積極與美國的伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)、法國的法國海洋開發研究院(IFREMER)等世界著名的海洋機構展開密切合作，以埃克森美孚、殼牌、道達爾為代表的跨國能源公司通過直接投資設立、收購、股權投資等方式，深度介入深海能源開發各個方面。中國的上海彩虹魚海洋科技股份公司與上海海洋大學深淵科學技術研究中心深度合作，通過引進戰略風險投資，采用“民間資金+國家支持”的新模式，短短數年內就推動11 000 m全海深級載人深潛器“彩虹魚”號研制，完成“張騫”號深海科考母船建造下水[8]。

2.3 全球經濟的深刻變化影響主要經濟體不斷調整深海能源開發重點

2.3.1 全球經濟周期變化引發的油價變化引發深海能源開發熱潮

第二次世界大戰后，石油成為關乎全球經濟的重要戰略資源，全球油價隨著全球經濟周期變化而發生了多次重大變化。自1970年以來，國際原油價格波動，大體經歷了5個歷史階段。①20世紀70年代2次石油危機驅動油價持續暴漲。1974年(第一次石油危機)原油價格首次突破10美元/桶，1979年(第二次石油危機)原油價格首次突破20美元/桶，1981年初國際原油價格最高達到39美元/桶。這引發了第一次海洋能源開發熱潮。②1983—2003年初，第一、二次石油危機后，國際油價展開了一輪長達20年的油價穩定期，油價一直在30美元之下。1986年國際原油價格曾一度跌落至10美元/桶，1998年年底至1999年年初國際原油價格曾一度跌至10美元/桶以下。海洋能源尤其是深海能源研究處于低谷期，技術和裝備突破緩慢。③第三次石油危機時期終于爆發(2003—2008年)。2003年初國際原油價格再次突破30美元/桶。2004年9月受伊拉克戰爭影響，國際原油價格再次突破40美元/桶，之后繼續上漲，并首次突破50美元/桶。2005年6月國際原油價格首次突破60美元/桶并加速前行。2005年8月墨西哥遭遇“卡特里”颶風，國際原油價格首次突破70美元/桶。從2007年11月開始，油價開始一路向上沖刺，上升勢頭之猛極其罕見，并且在2008年7月到達頂峰即147美元/桶。海洋能源尤其是深海能源開發重新受到重視，海洋能源開采持續增加。④2008—2014年國際油價先跌后升。2008年10月的全球金融危機引爆了全球經濟全面利空，油價急速下墜至30～40美元/桶的區間。但借助中國等新興市場的強大需求動力，油價很快恢復并長期維持在100美元/桶附近。海洋開發繼續升溫，深水、超深水開發，深海工程技術裝備的突破，可燃冰試采等在這一時期迅速完成。⑤2015年至今，新興市場經濟增長放緩，全球經濟趨弱，油價跌回至40～50美元/桶，并持續至今。深海能源投資受到抑制，但隨著深海技術突破，成本降低，未來深海能源必將深刻的改變全球能源格局，并影響全球經濟。

2.3.2 海洋油氣尤其是海上天然氣占全球油氣總量比重不斷加大

據全球油氣行業研究報告，世界海洋油氣的產量自1960年開始，一直穩步上升，2004年世界海洋油氣產量3 900萬桶(油當量)/d，占全球總產量的34%，2015年增長到5 500萬桶(油當量)/d，占全球總產量的39%。其中，海上天然氣占海洋油氣總量的比率，由2004年的24%上升至2015年的40%，顯示了海上天然氣比重不斷加大。未來，隨著以“可燃冰”為代表的非常規海底天然氣解決開采技術、開采成本、氣候和環境污染防治等問題后，海上天然氣將率先成為21世紀的深海能源的主力軍[9]。

2.3.3 主要經濟國家不斷調整深海能源發展的重點

美國自20世紀70年代2次石油危機后，重點發展海洋能源勘探和開采，墨西哥灣就此成為全球海洋石油開采的最重要海區之一。美國在深海勘探開發技術和裝備領域，一直保持全面領先的地位，尤其是深海機器人、深海載人潛器、深海電纜等方面。為了更好地維護本國的海洋權益，美國在《聯合國海洋法公約》通過前，搶先頒布《美國深海海底硬礦物資源法》，率先提出誰最先獲得公海海底科學數據，誰就擁有優先開采權,掀起了“藍色圈地運動”。2010年奧巴馬總統簽署法案，成立國家海洋委員會，主要維護美國全球海洋的領先地位，鼓勵歐美跨國公司，多種手段圈占最富庶的海底區域。與其他國家不同，自2009年美國“頁巖氣”革命成功以后，鑒于美國能源安全愈加穩定，綜合考慮到能源需求、成本和環保組織的壓力，美國對深海能源開發的關注下降，尤其是對“可燃冰”開采，盡管掌握了先進技術，但商業化熱情一直不高[10]。

俄羅斯一直重視海洋尤其是深海資源的勘探和開發研究，隨著其西伯利亞高產氣田產量逐步進入衰退期，俄羅斯更加重視深海油氣開發，俄羅斯聯邦海洋委員會已經把開發和合理利用海洋資源列為國家戰略。隨著北極冰川融化和北極航道的開辟，近期俄羅斯重點調整了其北極海洋戰略，特別強調對北極占領和資源開發，獨占北極的目的十分明顯，排他性強烈。

日本為擺脫其能源依賴進口和嚴重匱乏的不利戰略地位，一直對海洋能源開發投入巨大熱情和巨額資金，其在深海機器人、深海鉆探船等方面頗有建樹。鑒于日本周邊海域蘊藏大量的可燃冰資源，日本在此方面研究投入巨大，今后也將是日本深海能源開發的重中之重。

3 深海能源開發前景(2050年)

3.1 石油和天然氣

隨著“頁巖氣”革命，美國國內原油和天然氣產量大增，使其解除了40余年的油氣出口禁令。新能源電動汽車的快速普及，根據規劃，部分歐洲國家2030年將淘汰燃油車，德國預計將于2040年前淘汰燃油車。石油價格將長期保持低位運行，近10年來，全球新發現的油氣田有60%在海上。預計未來20年，全球油氣總儲量的40%將來自水深400 m以上的深海，但環保壓力越發嚴重，類似墨西哥灣鉆井平臺爆炸和漏油的環境污染事件給深海石油開采帶來太多的風險和不確定性。因此未來深海石油開發將受到油價、新能源、可再生能源、環保等因素的抑制，勘探步伐放緩，通過技術創新，降低成本和提高安全性是未來深海石油產業的重點發展領域。

深海天然氣行業將在未來迎來一波發展高峰，常規和非常規天然氣在未來能源消費中的比重將越來越大，尤其是天然氣能夠較為清潔高效地轉化為電能，成為主要的二級能源，其消費需求將不斷增長，導致深海采氣技術和裝備獲得更多關注和投資，未來有望取代石油成為一次能源消費的主體[11]。

3.2 天然氣水合物

日本、中國等天然氣水合物研究積極的國家，將繼續推動商業開采。但1 m3可燃冰可釋放164 m3的甲烷，其溫室效應是二氧化碳的25倍，可燃冰現有的開采技術可能導致海底滑坡、失穩、地震及其他不可預見的地層變化，導致災難性后果，歐洲、美國等考慮到開采可能導致的嚴重的環境問題和深海地質災害，一直對大規模商業開發持謹慎態度。權衡商業利益和環境代價，結合開采理論和技術發展，預計2050年前，基本完成商業開發的技術準備，但鑒于成本巨大、環境代價等原因，規模化商業開采將繼續延后，其商業前景取決于其他能源的儲備和發展。

3.3 可再生能源

未來，深海可再生能源作為綠色可再生能源將得到更多關注和投資，但囿于成本和市場需求，預計至2050年前，將繼續成為一種重要的能源，作為常規能源的有益補充。獨特的應用環境、特殊的應用形式將是深海可再生能源的未來應用方向，規模化的商業開發雖然代價高昂，但將會帶動深海科研、探測、開發技術和裝備的進一步發展，為人類了解深海、開發深海、保護深海和可持續利用深海能源提供重要支持[12]。

[1] 方銀霞,包更生,金翔龍.21世紀深海資源開發利用的展望[J].海洋通報,2000(5)：73-78.

[2] 朱孟玨,莊大昌.1990-2015年世界能源時空演變特征研究[J].中國人口·資源與環境,2017,27(5)：63-71.

[3] 丁娟,姜旭朝.國際深海經濟理論研究進展述評[J].中國海洋大學學報(社會科學版),2011(1)：31-36.

[4] 曾恒一，李清平，吳應湘.開發深海資源的海底空間站技術[J].中國造船，2006，47(z):1-8.

[5] 王一笑.論深海海底資源開發與海洋環境保護[J].北京農業,2016(5)：194-195.

[6] 劉慧媛.能源、環境與區域經濟增長研究[D].上海：上海交通大學,2013.

[7] 高振會,史先鵬.深海技術與可持續發展[J].海洋開發與管理,2011,28(7)：41-46.

[8] 彭建明,鞠成偉.深海資源開發的全球治理：形勢、體制與未來[J].國外理論動態,2016(11)：115-123.

[9] 張映紅,路保平.世界能源趨勢預測及能源技術革命特征分析[J].天然氣工業,2015,35(10)：1-10.

[10] 齊曉豐.世界主要國家關于深海資源的探索實踐[J].環渤海經濟瞭望,2015(2)：57-59.

[11] 姜秉國.中國深海戰略性資源開發產業化發展研究[D].青島：中國海洋大學,2011.

[12] 張海龍.中國新能源發展研究[D].長春：吉林大學,2014.

CurrentSituationandProspectofDeepSeaEnergyDevelopment

HE Qi1，WANG Peng2

(1.China Ship Information Center，Beijing 100101，China;2.61741 Troops,Beijing 100094,China)

Moving forward into the deep ocean,exploring the deep-sea environment and obtaining deep-sea energy are crucial to the energy strategy development of the country in the future.With historical data,the paper reviewed the history of deep sea energy development,including oil and gas,natural gas hydrate and other renewable energy.The situation of deep-sea energy development driven by technology,investment and the global economic environment was described,that is,the continuous development of technologies and industries,the high frequently highlights of cooperation and investment and the adjustment of development priorities in response to the global economic changes.On this basis,the paper forecasted the prospects for the development of major deep-sea energy sources,such as,the pace of oil development slowing down,natural gas ushering in the peak of development,large-scale commercial exploitation of natural gas hydrates remaining to be observed,and renewable energy sources receiving more attention and investment.

Deep sea energy，Natural gas hydrate，Ocean renewable energy，Energy Strategy，Resource development

2017-08-21；

2017-11-17

國家重點研發計劃(2016YFC0301103)；國家重大科學儀器設備開發專項(2012YQ12003908)；國家海洋可再生能源專項資金項目(GHME2010GC04).

何琦，工程師，碩士，研究方向為海洋環境調查和海流研究

P74

A

1005-9857(2017)12-0066-06