新疆儲(chǔ)碳工程發(fā)展的重要性淺析

庫(kù)力孜那，趙新生，師慶三

（新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047）

新疆儲(chǔ)碳工程發(fā)展的重要性淺析

庫(kù)力孜那*，趙新生，師慶三

（新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047）

CO2是溫室氣體中對(duì)氣候影響最大的氣體之一。隨著人類對(duì)能源需求的不斷加大，大量煤、石油等化石燃料被開采利用，并排放出大量的CO2導(dǎo)致氣候變暖，引發(fā)一系列環(huán)境問題。當(dāng)前，減少CO2排放以應(yīng)對(duì)全球氣候變化，是世界各國(guó)保證經(jīng)濟(jì)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展面臨的共同挑戰(zhàn)。在全球應(yīng)對(duì)氣候變化、倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，儲(chǔ)碳工程的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。經(jīng)過近40年的研究和實(shí)踐，CO2地質(zhì)儲(chǔ)存已逐步發(fā)展成為氣候變化背景下最具潛力的溫室氣體排放的技術(shù)手段之一。新疆作為我國(guó)能源生產(chǎn)最為重要的地區(qū)，近年來日趨嚴(yán)重的全球氣候變暖，引發(fā)了一系列環(huán)境問題，導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體，特別是CO2的排放開始受到密切關(guān)注。

儲(chǔ)碳工程；二氧化碳；碳排放量；新疆；能源

1　儲(chǔ)碳工程

1.1儲(chǔ)碳工程目標(biāo)區(qū)

適宜封存CO2的地質(zhì)體有:深部煤層、深部鹽水層、枯竭的油氣藏：

（1）將CO2埋存在深部煤層中煤層表面，可以吸附注入的CO2，不僅保存了CO2，而且可以置換出煤層中的甲烷，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是巨大的。

（2）將CO2埋存在深部鹽水層中具有優(yōu)質(zhì)蓋層的鹽水層是良好的埋存場(chǎng)所（要保護(hù)淡水）。因鹽水沒有其他用途，埋存CO2后將不會(huì)引起其他問題。

（3）將CO2埋存在枯竭的油氣藏中油氣藏本身具有良好的封閉性，可以長(zhǎng)時(shí)間封閉油氣，因此注入CO2后，泄露的風(fēng)險(xiǎn)最小。

1.2碳的儲(chǔ)存狀態(tài)

CO2在地下埋存有3種基本形式：

（1）分子狀態(tài)，CO2被注入儲(chǔ)層后，在浮力作用下，上升至蓋層之下，并逐漸擴(kuò)散形成CO2儲(chǔ)層。

近年來BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)眾多大型項(xiàng)目得以廣泛利用，顯示出了眾多優(yōu)勢(shì)，已有逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)管理方式的趨勢(shì)。根據(jù)施工管理特點(diǎn)和實(shí)際發(fā)展需求，本工程成立了BIM與信息中心，探索BIM技術(shù)在施工前期策劃階段的一體化解決方案和施工中后期階段的一體化解決方案，為項(xiàng)目實(shí)施提高工作效率、節(jié)約管理成本，助力工程進(jìn)行精細(xì)化管理打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，也為今后公司的BIM技術(shù)推廣起到引領(lǐng)及經(jīng)驗(yàn)借鑒的作用。

（2）溶解狀態(tài)，隨時(shí)間的推移，CO2逐漸溶解于地層水中，溶解的速度由CO2與地層水接觸的表面積控制。國(guó)外模擬研究表明，在25年時(shí)間里，將有大約10%～25%的CO2溶解于水中，而完全溶解則需要幾千年的時(shí)間。溶解后的CO2以溶解態(tài)的方式通過分子擴(kuò)散、分散和對(duì)流進(jìn)行運(yùn)移，極低的地層水運(yùn)移速率確保了CO2在地層中的長(zhǎng)期（地質(zhì)時(shí)間尺度）封存。

（3）化合物狀態(tài)，注入的CO2在地層溫度、壓力下與地層礦物發(fā)生反應(yīng)生成化合物，從而得到封存。模擬研究表明，大部分的CO2是以分子狀態(tài)（自由氣）儲(chǔ)存在巖石孔隙中，有可能封存上萬(wàn)年。

2　新疆能源結(jié)構(gòu)和碳的排放

2.1新疆能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

根據(jù)全國(guó)第二次油氣資源評(píng)價(jià)資料顯示，大約209×108t的石油和10.85×1012m3的天然氣資源蘊(yùn)藏在新疆的塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地及吐哈盆地，這些儲(chǔ)量豐富的石油和天然氣，分別大約占我國(guó)陸上油氣資源總量的30%和34%，是中國(guó)最大的石油和天然氣勘探潛力省區(qū)。作為國(guó)內(nèi)目前最大的天然氣產(chǎn)區(qū)，1998年克拉瑪依兩大氣田的開發(fā)促使塔里塔里木盆地天然氣業(yè)務(wù)快速發(fā)展，也促成了西部大開發(fā)標(biāo)志性工程——西氣東輸工程的建設(shè)。塔里木盆地在2003～2008年的5年間，天然氣產(chǎn)量每年凈增40×1012m3，這些數(shù)據(jù)都顯示了新疆作為國(guó)陸上天然氣工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略交替區(qū)的巨大潛力。目前我國(guó)內(nèi)地能源短缺情況日益凸顯，一大批老的煤炭基地已顯現(xiàn)出資源枯竭趨勢(shì)，而新疆煤炭資源豐富，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量大約有2.19×1012t，占全國(guó)煤炭預(yù)測(cè)儲(chǔ)量的40%，由此可見新疆能源優(yōu)勢(shì)凸顯。

1990～2010年，除個(gè)別年份外（1997、1999年），總體上能源消費(fèi)總量是逐年增長(zhǎng)的（如表1所示）［3］。能源消費(fèi)總量從1990年的1924.38×104t標(biāo)準(zhǔn)煤增加到2010年的8290.2×104t，21年間的平均增長(zhǎng)率達(dá)到7.18%，年均增長(zhǎng)量為310.96×104t標(biāo)準(zhǔn)煤。近年來，全區(qū)能源消費(fèi)增長(zhǎng)明顯加快，2003年、2004年、2005年增速分別為12.2%、17.7%和15.1%［3］，連續(xù)3年以兩位數(shù)的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，能源消費(fèi)進(jìn)入快速增長(zhǎng)的階段。2000年全區(qū)能源消費(fèi)總量是1990年的1.6倍，年均增長(zhǎng)率為4.82%；2010年全區(qū)能源消費(fèi)總量是2001年能源消費(fèi)總量的2.37倍，年均增長(zhǎng)率為10.07%，比1990～2000年平均增速高出5.25個(gè)百分點(diǎn)。

2.2碳的排放

表1　新疆主要能源消費(fèi)量［3］

新疆能源消費(fèi)量逐年增加，碳排放量不斷增大，人均碳排放量不斷增加，且1990年后高于全國(guó)平均水平；在三種化石能源中，煤炭消耗量最大且碳排放量最高，其次是石油，最后是天然氣；新疆不同部門的碳排放差異較大，工業(yè)是碳排放量最大的部門，并且有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，居民生活能源消費(fèi)碳排放量?jī)H次于工業(yè)部門，變化基本穩(wěn)定；新疆的能源強(qiáng)度和碳排放強(qiáng)度從1980年開始先上升后下降，并且從1980～2011年均高于全國(guó)平均水平；新疆不同地區(qū)的碳排放量與碳排放強(qiáng)度也存在較大差異。

自1980年以來，新疆能源消耗是以煤炭消耗為主，其次是石油，雖然近年來我省在能源供應(yīng)方面做了許多工作，力求使能源供應(yīng)多樣化，但截至目前，煤炭等類一次能源消費(fèi)占能源消費(fèi)總量的比重過大的現(xiàn)狀仍舊未得到改善。一方面由于煤炭消耗量大，其次是煤炭燃燒時(shí)釋放的碳的系數(shù)較高。因此，煤炭的消耗幾乎左右著碳的排放量，從表2可以看出，從1980～2010 年30年間，新疆煤炭消耗所產(chǎn)出的碳的量呈現(xiàn)穩(wěn)步的增長(zhǎng)過程，其絕對(duì)總量從1980年的530.77×104t增長(zhǎng)至2010年的4078.12×104t，占碳排放的相對(duì)量則是先下降后增長(zhǎng)的緩慢變化規(guī)律，2005年之前均為70%以上，而2005～2007年3年則降至70%以下，從2008年開始又有所回升。石油消耗所產(chǎn)生的碳的排放量則表現(xiàn)為波動(dòng)的上升過程。其具體表現(xiàn)為從1980～1998年的緩慢增長(zhǎng)過程，而從1999年開始又稍微有所回落，在到2003年的增長(zhǎng)，這樣波動(dòng)前進(jìn)，直至2010年的762.99× 104t，天然氣消耗所產(chǎn)生的碳的含量相對(duì)于煤炭和石油而言一直處在較低的水平上，其一直處于10%以下的占比水平。但連年來卻在一直保持增長(zhǎng)的趨勢(shì)，從1980年的20.94×104t，增至2010年的455.91×104t［2］。新疆作為我國(guó)西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，化石能源儲(chǔ)藏較為豐富的省份。雖然發(fā)展經(jīng)濟(jì)的能源量較他省而言較為充足，但由此引來的環(huán)境問題卻令人堪憂，因此加大開發(fā)清潔能源，迫在眉睫。

表2　新疆不同能源的碳排放量［2］

根據(jù)測(cè)算，2009年新疆的碳排放量為7321.174× 104t標(biāo)準(zhǔn)煤，在中國(guó)排在第20位，屬于碳排放量較少的省份。雖然新疆的碳排放總量不多，但同全國(guó)平均水平相比，其增長(zhǎng)速度是很快的，萬(wàn)元GDP碳排放量也是很大的：從1978～2009年，新疆碳排放總量的增長(zhǎng)速度為年均19.15%遠(yuǎn)高于13.39%的全國(guó)平均水平［2］；2009年新疆的萬(wàn)元GDP碳排放量為1.711734t標(biāo)準(zhǔn)煤，是全國(guó)平均水平0.578426t標(biāo)準(zhǔn)煤的近3倍。

3　新疆儲(chǔ)碳工程發(fā)展的重要性

（1）減輕碳引起的環(huán)境問題。新疆是我國(guó)重要的能源基地，消耗大量的能源引起CO2排放量，從而引起各種環(huán)境問題。比如：氣候異常，災(zāi)害不斷，生物種群減少，沙漠化加劇。同時(shí)國(guó)際學(xué)術(shù)界的主流認(rèn)為是CO2過量排放引起的溫室效應(yīng)，儲(chǔ)碳工程是減少大氣中的CO2，從而減少溫室效應(yīng)有一定的積極作用，減輕碳引起的環(huán)境問題。

（2）有力發(fā)展工業(yè)的低碳經(jīng)濟(jì)模式。目前，低碳經(jīng)濟(jì)作為一種低能耗低污染低排放的新經(jīng)濟(jì)模式日益受到世界各國(guó)的青睞，已被視為應(yīng)對(duì)能源環(huán)境和氣候變化挑戰(zhàn)的必由之路和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型可持續(xù)發(fā)展的共同方向［5］。新疆作為能源工業(yè)大省，如何正確選擇發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的路徑顯得尤為重要。

儲(chǔ)碳工程是對(duì)新疆工業(yè)的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式引起很大的作用，減少碳的排放量，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的有力措施，也是我國(guó)履行碳減排量指標(biāo)的可行之路發(fā)展。低碳經(jīng)濟(jì)是新疆工業(yè)化可持續(xù)發(fā)展面臨的首要問題同時(shí)，對(duì)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（3）提高石油采收率（EOR）。在儲(chǔ)碳工程中大規(guī)模的二氧化碳曾一直用于增產(chǎn)石油和煤層氣開發(fā)，二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的推廣和應(yīng)用不僅能夠變廢為寶，而且具有大規(guī)模封存二氧化碳的潛力，該項(xiàng)技術(shù)被公認(rèn)為現(xiàn)階段二氧化碳最重要的封存方式。國(guó)外已經(jīng)在該領(lǐng)域開展了多年的示范，獲得了良好的效果。例如，美國(guó)20世紀(jì)80年代就已示范并推廣了該技術(shù)，使一些枯竭的油井獲得了長(zhǎng)期的穩(wěn)定生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)情況也基本如此，我國(guó)20世紀(jì)90年代在江蘇油田、大港油田和遼河油田開展的相關(guān)試驗(yàn)研究表明，枯竭的油井中使用二氧化碳驅(qū)油，投入1t二氧化碳能增產(chǎn)0.5～1t的石油，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

新疆是資源性大區(qū)，尤其是石油產(chǎn)量在我國(guó)能源界中占重要位置，儲(chǔ)碳工程能應(yīng)用到石油和煤層氣，從而提高石油和煤層氣的產(chǎn)量，同時(shí)可以達(dá)到碳的減排目的。

4　結(jié)論

在當(dāng)前全球氣候變化的危機(jī)下，在新疆處于跨越式發(fā)展的階段背景下，CO2形勢(shì)顯得格外的嚴(yán)峻，新疆作為我國(guó)的資源產(chǎn)出和消耗大省，有責(zé)任也有義務(wù)為我國(guó)的減排任務(wù)做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。這就要求我們?cè)诮?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也要注重CO2的減排，實(shí)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)發(fā)展環(huán)境友好型社會(huì)，儲(chǔ)碳工程的出現(xiàn)為新疆二氧化碳的減排提供了一條切實(shí)可行的道路，而且對(duì)新疆的跨越式發(fā)展以及能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著重大而深遠(yuǎn)的意義。

［1］任妹娟，刁玉杰，張森琦.二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)碳工程的環(huán)境影響評(píng)估初探［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2014，40（6）：16-18.

［2］新疆維爾自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局.1995-2012歷年新疆統(tǒng)計(jì)年鑒［M］.北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社.

［3］中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒.1995-2012歷年中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒［M］.北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社.

［4］國(guó)際能源署.二氧化碳捕集與封存——碳減排的關(guān)鍵選擇［M］.北京理工大學(xué)與環(huán)境政策研究中心，譯.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

［5］董梅.跨越式發(fā)展背景下的新疆低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展［J］.稅收經(jīng)濟(jì)研究，2012，71（1）：88-90.

X820.3

A

1004-5716（2016）06-0141-04

2015-05-04

新疆CCUS可行性研究項(xiàng)目。

庫(kù)力孜那（1989-），女（哈薩克族），新疆阜康人，新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：工程地質(zhì)構(gòu)造。