深海能源开发现状和前景研究

何琦，汪鹏

(1.中国船舶信息中心 北京 100101；2.61741部队 北京 100094)

深海能源开发现状和前景研究

何琦1，汪鹏2

(1.中国船舶信息中心 北京 100101；2.61741部队 北京 100094)

走向深海大洋、探测深海环境和获取深海能源对未来国家能源战略开发至关重要。文章借助相关历史数据,回顾包括石油和天然气、天然气水合物以及可再生能源在内的深海能源的开发历史；阐述在技术、投资和全球经济环境驱动下的深海能源开发现状，即技术和产业不断发展、合作和投资亮点频出以及开发重点随全球经济变化而调整；在此基础上，分别对主要深海能源的发展前景进行展望，即石油开发步伐放缓、天然气迎来发展高峰、天然气水合物规模化商业开采有待观察以及可再生能源获得更多关注和投资。

深海能源；可燃冰；海洋可再生能源；能源战略；资源开发

1 深海能源是未来重要战略资源

深海或称深水，通常由深海相关行业根据行业特点和技术水平做出定义。军事领域将深海定义为水深300 m以上的海洋；海洋工程领域将水深300 m以上定义为常规深水，水深1 500 m以上定义为超深水；海洋科学研究领域将水深200 m以上定义为深海，将水深超过1 000 m定义为深渊。

海洋资源主要分为海洋生物资源、海底化学资源、深海矿产资源、海洋空间资源和深海能源资源[1]。能源是推动人类社会进步的重要车轮，随着陆地能源的不断减少，人类对海洋能源的开发和使用日渐加强，对深海能源的勘探和开发活动从20世纪60年代就已开展，70—80年代达到高潮，80年代后又趋于平稳，21世纪深海能源开发又不断掀起新的高潮。据统计，国际世界海洋石油资源量占全球石油资源总量的34%，总蕴藏量约1 350亿t。根据美国地质调查局(USGS)的评估，海洋待发现的石油为548亿t，待发现的天然气为78.5万亿m3，分别占世界待发现油气资源量的47%和46%，其中大部分集中于水深1 500 m的深海海域[2]。学术界对深海油气勘探、深海资源评估、深海环境探测进行了大量的科学基础研究；经济界从经济学和管理学的视角对深海开发进行了深入探讨，逐渐发展成为深海经济理论。美、欧、俄、日、印等国家和地区把深海作为国家战略资源纳入国家政策，把开发深海资源提升到国家战略层面[3]。

1.1 石油和天然气

随着陆上油气资源及近海油气资源的逐渐减少甚至枯竭，世界先进国家都将油气资源的开发重点投向了深海乃至超深海。海上油气生产始于20世纪40年代，此后随着技术进步逐渐向深水推进，70年代世界油气勘探开始涉足深海海域，30年间陆续发现了300余处不同规模的深海油气田。深海石油资源主要分布在大西洋两岸的“黄金三角”，即墨西哥湾、巴西海域和西非区域，这些海域集中了全球约70%的深水勘探开发活动。2000年后，随着海洋石油勘探技术的突破，全球2个最大的油气发现均来自海洋，巴西深水盐下、东地中海、东非等其他深水区相继取得突破，发现了一大批世界级的大型油气田。2009年后，海洋石油对世界石油产量增长的贡献率超过50%。2015年海洋石油产量占全球石油总产量的30%，其中深海石油产量占12%，相比2006年增长了6个百分点。目前对深海油气资源开发的研究多集中在深海勘探技术和钻采设备的研发，2015年受国际石油价格暴跌的影响，国际跨国石油公司大幅削减投资，深水勘探开发活动减缓。

深海平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵、技术含量高，但是深水油气田的平均储量规模和平均日产量都明显高于浅水油气田[4]。因此，尽管深水油田勘探开发费用显著高于浅水，但由于其储量和产量高，使得单位储量的成本并不很高，全球深海油气勘探开发有望在未来呈现出快速恢复之势，深海油气勘探具有广阔的发展前景，今后仍将是深海能源开发的重点。

1.2 天然气水合物

天然气水合物又称“可燃冰”，其化学分子式为CH4×5.7H2O，是一种由碳氢气体与水分子组成的白色结晶状固态物质，普遍存在于世界各大洋沉积层的孔隙中，部分位于陆地冻土带。根据国际天然气潜力委员会的初步统计，全球各大洋天然气水合物的总量约为20万亿t油当量，大约相当于全世界煤、石油和天然气总储量的2倍，被认为是一种可接替石油和天然气供21世纪开发的新型能源。

目前，全球已经有30余个国家和地区制订可燃冰的研究计划，开展资源调查、钻探、实验开采技术及环境影响评价研究。截至2017年，全球已经直接或间接发现可燃冰矿点230余处，已经有5个可燃冰矿点开展了试采。前苏联于20世纪60年代偶然在西伯利亚的冻土地带发现了第一个可燃冰气藏麦索亚哈气田，并于1969年投入陆地可燃冰商业开发，累计采气14 a，共采51.7亿m3可燃冰气体。美国于1969年开始可燃冰调查，2012年在阿拉斯加北部陆坡利用二氧化碳置换甲烷进行可燃冰试采成功，采气30 d，累计产气2.8万m3。日本在天然气水合物方面研究比较深入，重点研究天然气水合物地质与地球物理响应、商业生产以及环境评价；于1999年在静冈县御前崎近海获得过天然气水合物，2013年在爱知县东南部海槽水深1 000 m处海底开采出可燃冰，采气6 d，累计产气12万m3。加拿大于1998年在麦肯齐三角洲进行钻探，获得水合物岩心，2002年进行首次天然气水合物开采实验。中国于2004年通过中德合作SO-177航次勘探发现南海神狐冷泉区，初步确认了海底可燃冰的存在；2009年在青海祁连山永久冻土带首次钻获可燃冰实物样品；2017年在南海北部神狐海域可燃冰试采获得成功，连续采气60 d，累计产气30.9万m3。预计2030—2040年，可燃冰进入商业开发阶段。

1.3 可再生能源

海洋可再生能源简称海洋能，是潮汐能、海流能、波浪能、温差能和盐差能的总称，具有蕴藏广泛、无污染、可再生的特点。海洋能作为21世纪重要的替代能源，对于增加能源来源、保护生态环境、应对气候变化、促进能源可持续发展具有重要意义。海洋可再生能源开发与石油、政策和环境等要素变化密切相关，绿色低碳可持续发展成为全球共识[5]。1973年石油危机引发可再生能源发展的浪潮；1997年《京都议定书》限制二氧化碳的排放，促使各国重视清洁能源；2016年《巴黎协定》再次推动可再生能源的发展。

深海中蕴藏着丰富的海流能、波浪能和温差能。①波浪能，分布广泛，随机性强，季节性明显，其发电技术已经有200余年的历史。1799年法国人申请了世界上第一个波浪能技术专利。20世纪40年代日本发明了波浪能供电导航浮标。1985年挪威安装350 kW和500 kW的试验装置。90年代初苏格兰、日本和印度分别安装75 kW、60 kW和125 kW的波浪能装置。②海流能，能量密度较大、相对稳定、技术成熟度高。据联合国教科文组织统计，全世界潮流能理论可开发量超过6×109kW，英、美、加等发达国家在海流能开发利用和商业化应用方面开展了大量研究，通过建设海上试验场，加强海试研究促进海流能转换技术的成熟。全球主要海洋能试验场有欧洲海洋能中心(EMEC)、美国国家西北海洋可再生能源中心(NNMREC)、西班牙比斯开湾海洋能平台(BiMEP)等。③温差能，可持续24 h无间歇发电，能量密度高，最稳定。以美、日、法等为代表的发达国家开展了大量技术研究，代表项目为日本冲绳县50 kW海洋温差能电站、美国夏威夷100 kW温差能电站和法属留尼汪岛10 MW项目。我国起步虽晚，但《海洋可再生能源发展“十三五”规划》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等战略规划推动了我国海洋能技术快速发展和不断创新。

随着关键技术和装备的不断突破，海洋能装置大型化、工业规模化趋势越来越明显，大量的商业公司进入了研发领域，百兆瓦级试验装置向商业化阶段不断迈进，成本也持续下降。2016年美国能源部(DOE)水能技术办公室提出到2030年波浪能技术均化发电成本下降至0.84美元/(kW·h)，潮流能技术均化发电成本降至0.58美元/(kW·h)。2016年欧盟委员会出台一揽子政策和计划，提出到2025年潮流能技术发电成本目标是15欧分/(kW·h)，波浪能技术发电成本目标是20欧分/(kW·h)；到2030年分别下降至10欧分/(kW·h)和15欧分/(kW·h)；到2035年波浪能技术发电成本下降至10欧分/(kW·h)；海洋能发电到2025年将满足欧洲10%的电力需求。

2 技术、投资和经济环境驱动的深海能源开发

深海能源的开采区域位于大洋深处，远离大陆，往往面临严寒、飓风、冰川、地震、海啸、内波等恶劣的自然环境，相对于陆地，深海开发具有高投入、高技术、高风险的特点。深海能源的前景十分诱人，但参与国家的门槛很高。目前各发达国家和地区已认识到开发深海的战略意义，先后将深海技术的发展提升到国家战略高度，对深海的技术研发与资源的获取均制订了国家发展战略层面的计划。如，美国在其海洋战略中重点强调了开发深海的战略地位，每年投入巨额资金，力图在深海技术方面继续保持领先地位；日本政府投入巨资支持其国家的水下技术中心(JMSTC)的发展，其“地球”号深海探测船处于世界领先水平，载人深潜器技术处于世界领先水平；西欧各国为保持其经济实力，并为在高技术领域内增强与美、日等发达国家的竞争力，制订了尤里卡计划(EURECA)，为加强企业界和科技界在开发海洋高新技术中的作用，提高欧洲海洋工业的生产能力和在世界市场上的竞争能力创造条件[6]。

2.1 深海探测技术发展日新月异，深海装备产业逐渐形成

大洋钻探计划(ODP：1985—2003)、国际综合大洋钻探十年计划(IODP：2003—2013)、国际大洋中脊计划(InterRidge)、国际大陆边缘计划(InterMagin)、全球浮标观测计划(ARGO：2001年至今)等国际深海探测计划的实施，在国际上掀起了深海研究计划热潮，推动了深海技术的发展以及深海科学研究的日新月异[7]。

深海探测技术不仅是国家开发深海资源和确保国家海洋经济可持续发展的重点，同时也是确保国家海洋安全的屏障。当前的深海技术是集成当代几乎所有科学技术领域的一项复杂的综合高技术系统，涉及微电子、信息、遥感、可视化、计算机网络、材料、机械加工、船舶制造、水下定位、水下通信、电力电子、自动控制、能源等多个领域，代表着高技术领域的最前沿。深海技术具有军民两用的突出特点，如深潜器、海洋观测与探测技术、水声通信技术、船舶制造技术、无源导航技术、全球精确定位技术等，同时带动装备产业的快速发展。我国目前以“蛟龙”号载人潜水器、“海龙”号无人有缆潜水器和“潜龙”号无人无缆潜水器组成的体系，成为深海资源探测的主力军，深海装备产业水平不断提高。

2.2 深海投资逐年增加，跨国合作和风险投资成为新的亮点

深海探测和开发需要庞大的资金投入和技术合作，深海技术领域的国际合作紧密度日趋加强，国际及区域组织的国际深海研究计划不断推出，共建与信息共享成为趋势。美、英、法、德、日等国通过政府支持、科学界与企业界联合、国际合作等方式加快深海技术的发展；大洋钻探计划(ODP)从全球海底取样，研究地壳演化及环境，成员单位包括20余个国家和地区，通过国际合作取得巨大成功；其后续的综合大洋钻探计划(IODP)由美、日发起，欧洲作为联合体加入，于2003年10月正式启动，到2007年全面实施，科学目标更加广泛，研究海域更加宽阔，国际合作更为紧密。

跨国公司和风险投资公司也日益青睐深海能源研究与开发。国际知名的海洋仪器设备公司积极与美国的伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)、法国的法国海洋开发研究院(IFREMER)等世界著名的海洋机构展开密切合作，以埃克森美孚、壳牌、道达尔为代表的跨国能源公司通过直接投资设立、收购、股权投资等方式，深度介入深海能源开发各个方面。中国的上海彩虹鱼海洋科技股份公司与上海海洋大学深渊科学技术研究中心深度合作，通过引进战略风险投资，采用“民间资金+国家支持”的新模式，短短数年内就推动11 000 m全海深级载人深潜器“彩虹鱼”号研制，完成“张骞”号深海科考母船建造下水[8]。

2.3 全球经济的深刻变化影响主要经济体不断调整深海能源开发重点

2.3.1 全球经济周期变化引发的油价变化引发深海能源开发热潮

第二次世界大战后，石油成为关乎全球经济的重要战略资源，全球油价随着全球经济周期变化而发生了多次重大变化。自1970年以来，国际原油价格波动，大体经历了5个历史阶段。①20世纪70年代2次石油危机驱动油价持续暴涨。1974年(第一次石油危机)原油价格首次突破10美元/桶，1979年(第二次石油危机)原油价格首次突破20美元/桶，1981年初国际原油价格最高达到39美元/桶。这引发了第一次海洋能源开发热潮。②1983—2003年初，第一、二次石油危机后，国际油价展开了一轮长达20年的油价稳定期，油价一直在30美元之下。1986年国际原油价格曾一度跌落至10美元/桶，1998年年底至1999年年初国际原油价格曾一度跌至10美元/桶以下。海洋能源尤其是深海能源研究处于低谷期，技术和装备突破缓慢。③第三次石油危机时期终于爆发(2003—2008年)。2003年初国际原油价格再次突破30美元/桶。2004年9月受伊拉克战争影响，国际原油价格再次突破40美元/桶，之后继续上涨，并首次突破50美元/桶。2005年6月国际原油价格首次突破60美元/桶并加速前行。2005年8月墨西哥遭遇“卡特里”飓风，国际原油价格首次突破70美元/桶。从2007年11月开始，油价开始一路向上冲刺，上升势头之猛极其罕见，并且在2008年7月到达顶峰即147美元/桶。海洋能源尤其是深海能源开发重新受到重视，海洋能源开采持续增加。④2008—2014年国际油价先跌后升。2008年10月的全球金融危机引爆了全球经济全面利空，油价急速下坠至30～40美元/桶的区间。但借助中国等新兴市场的强大需求动力，油价很快恢复并长期维持在100美元/桶附近。海洋开发继续升温，深水、超深水开发，深海工程技术装备的突破，可燃冰试采等在这一时期迅速完成。⑤2015年至今，新兴市场经济增长放缓，全球经济趋弱，油价跌回至40～50美元/桶，并持续至今。深海能源投资受到抑制，但随着深海技术突破，成本降低，未来深海能源必将深刻的改变全球能源格局，并影响全球经济。

2.3.2 海洋油气尤其是海上天然气占全球油气总量比重不断加大

据全球油气行业研究报告，世界海洋油气的产量自1960年开始，一直稳步上升，2004年世界海洋油气产量3 900万桶(油当量)/d，占全球总产量的34%，2015年增长到5 500万桶(油当量)/d，占全球总产量的39%。其中，海上天然气占海洋油气总量的比率，由2004年的24%上升至2015年的40%，显示了海上天然气比重不断加大。未来，随着以“可燃冰”为代表的非常规海底天然气解决开采技术、开采成本、气候和环境污染防治等问题后，海上天然气将率先成为21世纪的深海能源的主力军[9]。

2.3.3 主要经济国家不断调整深海能源发展的重点

美国自20世纪70年代2次石油危机后，重点发展海洋能源勘探和开采，墨西哥湾就此成为全球海洋石油开采的最重要海区之一。美国在深海勘探开发技术和装备领域，一直保持全面领先的地位，尤其是深海机器人、深海载人潜器、深海电缆等方面。为了更好地维护本国的海洋权益，美国在《联合国海洋法公约》通过前，抢先颁布《美国深海海底硬矿物资源法》，率先提出谁最先获得公海海底科学数据，谁就拥有优先开采权,掀起了“蓝色圈地运动”。2010年奥巴马总统签署法案，成立国家海洋委员会，主要维护美国全球海洋的领先地位，鼓励欧美跨国公司，多种手段圈占最富庶的海底区域。与其他国家不同，自2009年美国“页岩气”革命成功以后，鉴于美国能源安全愈加稳定，综合考虑到能源需求、成本和环保组织的压力，美国对深海能源开发的关注下降，尤其是对“可燃冰”开采，尽管掌握了先进技术，但商业化热情一直不高[10]。

俄罗斯一直重视海洋尤其是深海资源的勘探和开发研究，随着其西伯利亚高产气田产量逐步进入衰退期，俄罗斯更加重视深海油气开发，俄罗斯联邦海洋委员会已经把开发和合理利用海洋资源列为国家战略。随着北极冰川融化和北极航道的开辟，近期俄罗斯重点调整了其北极海洋战略，特别强调对北极占领和资源开发，独占北极的目的十分明显，排他性强烈。

日本为摆脱其能源依赖进口和严重匮乏的不利战略地位，一直对海洋能源开发投入巨大热情和巨额资金，其在深海机器人、深海钻探船等方面颇有建树。鉴于日本周边海域蕴藏大量的可燃冰资源，日本在此方面研究投入巨大，今后也将是日本深海能源开发的重中之重。

3 深海能源开发前景(2050年)

3.1 石油和天然气

随着“页岩气”革命，美国国内原油和天然气产量大增，使其解除了40余年的油气出口禁令。新能源电动汽车的快速普及，根据规划，部分欧洲国家2030年将淘汰燃油车，德国预计将于2040年前淘汰燃油车。石油价格将长期保持低位运行，近10年来，全球新发现的油气田有60%在海上。预计未来20年，全球油气总储量的40%将来自水深400 m以上的深海，但环保压力越发严重，类似墨西哥湾钻井平台爆炸和漏油的环境污染事件给深海石油开采带来太多的风险和不确定性。因此未来深海石油开发将受到油价、新能源、可再生能源、环保等因素的抑制，勘探步伐放缓，通过技术创新，降低成本和提高安全性是未来深海石油产业的重点发展领域。

深海天然气行业将在未来迎来一波发展高峰，常规和非常规天然气在未来能源消费中的比重将越来越大，尤其是天然气能够较为清洁高效地转化为电能，成为主要的二级能源，其消费需求将不断增长，导致深海采气技术和装备获得更多关注和投资，未来有望取代石油成为一次能源消费的主体[11]。

3.2 天然气水合物

日本、中国等天然气水合物研究积极的国家，将继续推动商业开采。但1 m3可燃冰可释放164 m3的甲烷，其温室效应是二氧化碳的25倍，可燃冰现有的开采技术可能导致海底滑坡、失稳、地震及其他不可预见的地层变化，导致灾难性后果，欧洲、美国等考虑到开采可能导致的严重的环境问题和深海地质灾害，一直对大规模商业开发持谨慎态度。权衡商业利益和环境代价，结合开采理论和技术发展，预计2050年前，基本完成商业开发的技术准备，但鉴于成本巨大、环境代价等原因，规模化商业开采将继续延后，其商业前景取决于其他能源的储备和发展。

3.3 可再生能源

未来，深海可再生能源作为绿色可再生能源将得到更多关注和投资，但囿于成本和市场需求，预计至2050年前，将继续成为一种重要的能源，作为常规能源的有益补充。独特的应用环境、特殊的应用形式将是深海可再生能源的未来应用方向，规模化的商业开发虽然代价高昂，但将会带动深海科研、探测、开发技术和装备的进一步发展，为人类了解深海、开发深海、保护深海和可持续利用深海能源提供重要支持[12]。

[1] 方银霞,包更生,金翔龙.21世纪深海资源开发利用的展望[J].海洋通报,2000(5)：73-78.

[2] 朱孟珏,庄大昌.1990-2015年世界能源时空演变特征研究[J].中国人口·资源与环境,2017,27(5)：63-71.

[3] 丁娟,姜旭朝.国际深海经济理论研究进展述评[J].中国海洋大学学报(社会科学版),2011(1)：31-36.

[4] 曾恒一，李清平，吴应湘.开发深海资源的海底空间站技术[J].中国造船，2006，47(z):1-8.

[5] 王一笑.论深海海底资源开发与海洋环境保护[J].北京农业,2016(5)：194-195.

[6] 刘慧媛.能源、环境与区域经济增长研究[D].上海：上海交通大学,2013.

[7] 高振会,史先鹏.深海技术与可持续发展[J].海洋开发与管理,2011,28(7)：41-46.

[8] 彭建明,鞠成伟.深海资源开发的全球治理：形势、体制与未来[J].国外理论动态,2016(11)：115-123.

[9] 张映红,路保平.世界能源趋势预测及能源技术革命特征分析[J].天然气工业,2015,35(10)：1-10.

[10] 齐晓丰.世界主要国家关于深海资源的探索实践[J].环渤海经济瞭望,2015(2)：57-59.

[11] 姜秉国.中国深海战略性资源开发产业化发展研究[D].青岛：中国海洋大学,2011.

[12] 张海龙.中国新能源发展研究[D].长春：吉林大学,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

国家重点研发计划(2016YFC0301103)；国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ12003908)；国家海洋可再生能源专项资金项目(GHME2010GC04).

何琦，工程师，硕士，研究方向为海洋环境调查和海流研究

P74

A

1005-9857(2017)12-0066-06