进入寒冬,纵揽全球,北方大国与西方大国正就天然气输送至西欧的事,斗智斗勇。
回到国内,我们现在每年必须将数以千亿立方米的天然气,通过长度87000公里的干线管道,送往全国各地,保证全国主要城市和国民的生产与生活。
我们每天关注着欧洲天然气的消息,政客在争斗,国民在焦虑,貌似我们仅仅是看客。实际上,这种相对清洁的能源,我们也仅仅是近20年来才接触和使用。它对我们能源供应的极端重要性,可能不比欧洲差几分。
今天,我们的天然气除了工业用气之外,家庭最大的使用方向还是厨房和浴室。每天,我们拧动阀门,打开开关,啪嗒,随着蓝色火焰的跳动,我们似乎已经忽略了它在我们的日常生活中,饰演着多么重要的角色!
今天,我们还没有发展到北方集中供暖地区更替为天然气供暖,因为我们的天然气供应不足,一直是需求大于供给。
这几天,严寒天气横扫我国大部,各种段子和图表流行于网络,于是,我们有些人又惦记起了横跨南北方、南不南、北不北地区的集中供暖问题,又开始关注了天然气这种惹人爱的能源。
我国现在使用的天然气源头,绝大部分位于我国西部,或来自于中亚的大漠戈壁,或来自于西伯利亚的茫茫雪原,甚至来自于相隔万里的大洋彼岸。他们需要翻山越岭,远渡重洋,穿越数百、数千乃至数万公里的行程,最终才能进入我们千家万户。这场浩大的天然气乾坤大挪移工程,我们已经干了20年。
话说1999年,当时的中国以8%左右的GDP增长速度飞奔。为了支撑日新月异的经济发展,这一年全国消耗煤炭就已经多达13亿吨,同时有1100万吨烟尘、1800万吨硫氧化物和1100万吨氮氧化物被排放到大气中。
也是在这一年,大气污染让全国超过60%的城市空气质量无法达到国家二级标准。排入大气的硫氧化物和氮氧化物进一步给环境造成危害,它们溶于雨水并发生反应,形成的酸雨腐蚀着地表上的一切,植被、建筑、土壤、水体,无一幸免。
污染的发生并非偶然。作为一个煤炭资源大国,煤炭在我国一次能源中的地位几乎无可撼动,其占比至今仍高达近60%。回想当年我们如果不另辟蹊径,今天我们的煤炭消耗就不是40亿吨,有可能是60亿吨?80亿吨?
在清洁能源利用技术普及之前,粗放的煤炭利用使脆弱的生态不堪重负,高速发展的中国从未如此迫切地渴望一场能源变革。于是,许多煤炭清洁利用研究纷纷被提上日程,人们也在马不停蹄地寻找更加清洁的替代能源。
此时,天然气进入了我们的视野,虽然北美和欧洲已经广泛使用了好几十年。
这种以甲烷为主的气体燃料,燃烧时要产生二氧化碳和水,几乎不排放硫氧化物和烟尘。
另外,在产生相同热量的情况下,天然气的二氧化碳排放量仅是煤炭的56%,是石油的71%。
既清洁又低碳的特性,让天然气在石化能源中脱颖而出,被世界各国竞相开发利用,随着能源变革,它在世界能源结构中的地位愈发重要。
历经20年的快速发展,天然气走进了我们的工厂和家庭,涉及社会的方方面面。2020年,我国天然气消费量达3259亿立方米,相当于58个太湖的水容量。可是如此大量的天然气从何而来?要回答这个问题,我们必然要将目光聚焦到地下深处。
有一种观点认为,亿万年来,在这颗蓝色星球上,形形色色的生物接连登场,它们生长繁衍、死亡,完成了一次次生命的更替。它们的遗骸经过经年累月的地层沉降,被层层掩埋,进而在高温、高压和微生物作用下,转变为化石能源,天然气也是这么来的。
21世纪初,在中国的广袤大地上,天然气的探明地质储量达2万亿立方米,其中71%集中于西部众多的沉积盆地。反观东部地区,这里人口密集,经济发达,能源消耗需求更大,但天然气资源较少,对清洁能源的需求也更为迫切。
资源在西,需求在东,一个巨大的矛盾日益凸显。为了将供求双方连接起来,一项横跨中国东西的能源输送工程势在必行,我们必须要干一件大事!
输送天然气的最佳方式是管道,相比于铁路、公路、水运等运输方式,管道一旦建成,便可24小时不间断输送,既不受天气影响,又能够保证效率,一举多得。
然而,天然气最丰富之一的塔里木盆地,距离我们大陆的东缘,却是那么遥远,敷设一条长度超过4000公里的管道,绝非易事。
这是一项兼顾找气、产气、输气、用气的系统工程,当年,西气东输一线工程仅输气的投资就超过1200亿元,相当于青藏铁路总投资的3.6倍。我们必须拥有足够庞大的资源储量,才能够实现足够的规模效益。
这也是为何在该工程立项的十多年里,地质工作者一直在跋山涉水,深入西部各个盆地的荒漠,数年如一日地进行勘测和钻探。直到塔里木盆地的22个气田相继被发现,天然气累计探明储量达到5000亿立方米,这项工程才有了实施的可能。
于是,一座座井架在荒漠中架起,一根根钻杆向地下进发。轰鸣的钻机钻穿气层上部的岩石,在地层压力或人工注水的挤压下,深藏底下的天然气开始涌向地表。
到2005年,随着多个气田的投产,塔里木盆地每年可产出120亿立方米天然气,占全国天然气总量的24%。
当以百亿计的天然气得以重见天日,另一个难题接踵而至----运输动力。从井口流出的天然气,仅靠初始的动力不足以完成数千公里的超远距离输送。为此,建设者只能“化长为短”,将一条长管道分割为若干段,并在间隔处设置压气站,通过一次次加压,保证气体持续流动输送。
在实际方案中,管道的输送压力可达10MPa,等于大气压的100倍,这对管材的强度和韧性都是巨大的考验。在承受高压的同时,管道必须尽可能扩大口径,以实现更高的输气效率,因而管道的制造要求十分严苛。
严苛要求之下,工程建设者们经过反复论证和多方对比,才完成管道材料的研制,实现自主生产。这种型号为X70的管线钢材,强度、韧性和焊接性能都能满足工程要求,而且管径可达1.016米,创下当时中国油气管道的新纪录。总长超过4000公里的输送管道,意味着钢管的使用量将超过30万节,数量之多,规模之大可谓前所未有。
不仅如此,横跨东西的管道既要跨过山地、平原、水网,还要穿过沙漠、戈壁、黄土,人们要面对的将是错综复杂的施工条件。在那些远离城镇、无路可走的山地、沙漠、水网,建设者们只能想方设法,造出一条条运输钢管的通道,保证钢管和设备提前就位。
在具体敷设前,钢管还要进行组对、焊接、无损检测、补口补伤,或者为适应地形进行人工弯折。最后,开挖管沟,下放管道,回填管沟,这才完成管道的敷设。
如果只是沙漠、高山、平原,上述常规的挖沟敷设方法足以应付,但管道还要穿越黄河、长江、淮河等1500多条河流与沟渠,在大江大河之下挖沟埋管,几乎不切实际,于是一条条桥隧应运而生。
建设者们或者利用钻机和炸药,在河底凿出一条隧道,以供管道穿行;或者利用较细的导向钻,先完成河床底下的穿越工作,再将较粗的扩充器和管道沿原线回拖,被称为“定向钻施工”;又或者利用液压千斤顶,将一段段混凝土管,直接顶入河床之下,再将输气管道敷设其中,是为“顶管施工”;或者直接使用盾构机,掘出一条内径可达3.8米的通道,让多条管线在其中穿过。在一些较为特殊的情形下,为了避开河床的断裂带,管道直接放弃地下穿越,改为凌空架桥,跨越而过。当然,建设者们面对的不只是重重天堑,还要避免管道施工对周围环境的影响。工程既要保护历史文化遗址,也要避让保护区。即便在穿越生态脆弱区之后,还要进行边坡防护,甚至种树、种草,以恢复生态。
最终,一条横贯祖国东西、全长4380公里的“能源大动脉”横空出世。此后的每一年,将有120亿立方米的天然气从远古地层中源源不断地喷涌而出,沿着这条大动脉,从沙漠出发,翻过高山,越过沟谷,穿过平原,连接沿途气田,最终进入千家万户。
这就是西气东输一线工程,一项集找气、产气、输气、用气于一体的超级工程。它西起新疆轮南油气田,东至上海白鹤镇,串联起沿线的新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、浙江、上海10省区。一经建成,它便成为当时我国距离最长、管径最大、压力最高、施工条件最复杂、运输能力最强的输气管道工程。它的建成,开启了一个我们前所未有的天然气时代。
尽管有了这项工程,面对全国的用气需求,它的作用仍显得杯水车薪。我们还需要更多的气源,需要更多、更长、更多方位的管道。
早在1997年,距离西气东输一线工程开工还有5年,一条连接鄂尔多斯盆地与北京的输气管道便已投产运营,这便是陕京线。如今,它不再孤军奋战,而是从一线扩充到四线,为数百万家庭和企业送去了清洁能源。
西气东输一线工程建成后,越来越多的输气管道相继建成,包括连接柴达木盆地与兰州的涩宁兰线,连接四川盆地与武汉、长三角的川气东送工程,还有将川渝管网、西气东送管道连为一体的中贵线......
至此,在中国大地上,管道窜起气田,管道连接管道,将中西部丰富的天然气昼夜不息地送往人口、产业密集的地区,为国家发展注入清洁的动力。
与此同时,我国天然气的探明储量和产量与日俱增,非常规天然气的开采也日渐升温。以页岩气为例,尽管我国2013年才实现商业化开采,但到2020年,全国页岩气的产量已达200亿立方米,占全国天然气总量的10%。
但与飞速发展的社会经济相比,我国的天然气并不能自给。自2007年起,国内生产的天然气开始出现缺口,并持续扩大,国产天然气无法满足自身的需求,人们不得不将目光投向海外。于是,在广袤的欧亚大陆上,一条条输送距离更长、规模更大的输气管道相继建成。
全长2520公里的中缅天然气管道,连接缅甸和中国,每年将孟加拉湾的120亿立方米天然气由陆路直接送往云南、贵州、广西等地,这相当于在西南地区建了一个西气东输一线工程。
全长超过7000公里的中俄东线天然气管道,是目前世界上最长、单管输气量最大的管道,它从东西伯利亚出发,经黑河入境后便一路南下,直达长三角地区,其全部投产后的年输气量将是西气东输一线工程的约3.2倍。
随着时间推移,我国陆续建成的西气东输一线、二线、三线,陕京一线、二线、三线、四线,中贵线,川气东送,中俄东线等天然气管道,已经形成连通海外、覆盖全国、横跨东西、纵贯南北的骨干管网布局。
虽然输气管道建设突飞猛进,但由这些途径进口的天然气,却只占全国进口总量的38%,更大规模的天然气来自大洋彼岸的液化天然气(LNG)。
利用专门的LNG船,大量的液化天然气从澳大利亚、马来西亚等国运抵中国,再由LNG接收站接收、储存、气化,最终进入国内管网。
2006年,中国第一座LNG接收站在广东建成。今天,已有22座LNG接收站分布于我国的海岸线之上,每年接收的天然气与北京7年的天然气消费量相当。
此外,我们利用气田、盐穴等天然空间布设庞大的地下仓库,人称“地下储气库”。每逢夏秋用气淡季,富裕的管道天然气被注入这些仓库暂存,到冬春用气旺季时释放使用。以北京为例,每年冬季40%到50%的用气量来自储气库。时至今日,中国的地下储气库达到28座,储气量超过100亿立方米,可供近3亿人一年用气量。
到这里,这场以天然气为主角的“乾坤大挪移”,早已不只是西气东输,还包括4条分列东西南北的进口通道、8.7万公里纵横交错的干线管网、28座待时而动的地下储气库。20年里干的一件大事,初具雏形。
这是一个跨越国界、日臻完善的超级天然气输送网络,凭借这个网络,每年有超过2000亿立方米天然气从不同地区、不同气田出发,跨越千山万水,进入千家万户,融入国人日常生活,成为一个复兴大国不可或缺的澎湃动力。
这件大事并没有终结,我们绝非就能高枕无忧。
随着进口量的与日俱增,中国天然气对外依存度高达43%,供应中断、价格波动等未知因素仍是潜在的风险和挑战。今天欧洲遇到的问题,或许我们明天也会遇到。
在能源结构变革这条艰难且漫长的道路上,我们无法点石成金,更无法指望他人,发展自身的科学技术才是我们唯一出路。
毕竟数十年,正是科技的发展,我们才不断地发现了新的矿藏。尤其近十年间,21个千亿立方米级的大气田被接连发现,让中国能源的家底更加丰厚。
正是因为科技的发展,从国内到国外,我们的管网开始互联互通。从管道到LNG,我们的气源开始互相补充,“全国一张网”逐渐形成。
正是因为科技的发展,我们得以同时开发水能、风能、氢能、核能、太阳能等清洁能源,它们与天然气一起,使我国煤炭的消费量从2002年的68%降低至2019年的57%。
即使是这样,我们对新能源的需求,从来没有变得像今天这样迫切。有人说,继蒸汽机革命、电力革命、信息革命后的今天,人类迎来了第四次革命----能源革命。这种说法,或许不无道理。
放眼世界格局,纵观资本市场,最热最火的大事,无不与此息息相关。
未来之路可能依然荆棘密布,但我们必须要坚持清洁能源这条道路,直到迎来那个清丽的、可持续的明天。
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